ДОП Scratch и Arduino

Раздел 1: Комплекс основных характеристик программы

Пояснительная записка

Направленность программы: техническая

Вид программы: модифицированный.

Уровень программы: базовый

Нормативно-правовая база, на основе которой разработана программа:

1. Федеральный закон от 29.12.2012 г. № 273-ФЗ «Об образовании в Российской Федерации».

2. Национальный проект «Образование».

3. Конвенция ООН о правах ребенка.

4. Приоритетный проект от 30.11.2016 г. № 11 «Доступное дополнительное образование для детей», утвержденный протоколом заседания президиума при Президенте РФ.

5. Распоряжение Правительства РФ от 31.03.2022 г. № 678-р «Об утверждении Концепции развития дополнительного образования детей до 2030 года».

6. Распоряжение Правительства РФ от 29.05.2015 г. № 996-р «Об утверждении Стратегии развития воспитания в Российской Федерации до 2025 года».

7. Федеральный проект «Успех каждого ребенка» национального проекта «Образование».

8. Приказ Министерства просвещения РФ от 21.04.2023 г. № 302 «О внесении изменений в Целевую модель развития региональных систем дополнительного образования детей, утвержденный приказом Министерства просвещения Российской Федерации от 03.09.2019г. № 467».

9. Письмо Министерства образования и науки РФ от 18.11.2015 г. № 09-3242 «О направлении информации» (вместе с «Методическими рекомендациями по проектированию дополнительных общеразвивающих программ (включая разноуровневые программы)»).

10. Приказ Министерства труда и социальной защиты РФ от 22.09.2021 г. № 652н «Об утверждении профессионального стандарта «Педагог дополнительного образования детей и взрослых».

11. Постановление Главного государственного санитарного врача от 28.09.2020 г. № 28 «Об утверждении санитарных правил СП 2.4.3648-20 «Санитарно-эпидемиологические требования к организациям воспитания и обучения, отдыха и оздоровления детей и молодежи».

12. Приказ Министерства здравоохранения и социального развития РФ от 26.08.2010 г. № 761н «Об утверждении Единого квалификационного справочника должностей руководителей, специалистов и служащих, раздел «Квалификационные характеристики должностей работников образования».

13. Приказ Минобрнауки РФ от 27.07.2022 г. № 629 «Об утверждении Порядка организации и осуществления образовательной деятельности по дополнительным общеобразовательным программам».

14. Письмо Минобрнауки РФ от 29.03.2016 г. №ВК-641/09 «О направлении методических рекомендаций» (вместе с «Методическими рекомендациями по реализации адаптированных дополнительных общеобразовательных программ, способствующих социальнопсихологической реабилитации, профессиональному самоопределению детей с ограниченными возможностями здоровья, включая детей-инвалидов, с учётом их особых образовательных потребностей»).

15. Приказ Минобразования РФ от 22.12.2014 г. № 1601 «О продолжительности рабочего времени (нормах часов педагогической работы за ставку заработной платы) педагогических 2 работников и о порядке определения учебной нагрузки педагогических работников, оговариваемой в трудовом договоре». Закон Кабардино-Балкарской Республики от 24.04.2014 г. № 23-РЗ «Об образовании».

16. Приказ Минобрнауки КБР от 17.08.2015 г. № 778 «Об утверждении Региональных требований к регламентации деятельности государственных образовательных учреждений дополнительного образования детей в Кабардино-Балкарской Республике».

17. Распоряжение Правительства КБР от 26.05.2020 г. №242-рп «Об утверждении Концепции внедрения модели персонифицированного дополнительного образования детей в КБР».

18. Приказ Минпросвещения КБР от 14.09.2022 г. №22/756 «Об утверждении Правил персонифицированного финансирования дополнительного образования детей в КБР».

19. Письмо Минпросвещения КБР от 02.06.2022 г. №22-01-32/4896 «Методические рекомендации по разработке и реализации дополнительных общеобразовательных общеразвивающих программ (включая разноуровневые и модульные)».

20. Письмо Минпросвещения КБР от 26.12.2022 г. №22-01-32/11324 «Методические рекомендации по разработке и экспертизе качества авторских дополнительных общеобразовательных общеразвивающих программ».

21. Устав Центра.

22. Локальные нормативные акты, регламентирующие деятельность дополнительного образования детей.

23. Устав МКОУ «СОШ №№7»

Актуальность программы Программа базируется на новых информационных технологиях, что способствует развитию информационной культуры и взаимодействию с миром научно-технического творчества. Авторское воплощение замысла в автоматизированные модели и проекты особенно важно для школьников, у которых наиболее выражена исследовательская компетенция;

Отличительные особенности программы состоят в том, что основной акцент в освоении данной программы делается на использование проектной деятельности и самостоятельность в создании проектов и роботов, что позволяет получить полноценные и конкурентоспособные продукты. Проектная деятельность, используемая в процессе обучения, способствует развитию основных компетентностей учащегося, а также обеспечивает связь процесса обучения с практической деятельности за рамками образовательного процесса. При изготовлении моделей обучающиеся сталкиваются с решением вопросов построения радиотехнических и электронных схем, у них вырабатывается инженерный подход к решению встречающихся проблем.

Новизна программы заключается в обучении учащихся творческому подходу при решении конструкторских задач, то есть поиску нестандартных, оригинальных по форме и содержанию технических решений, содержащих элементы новизны и их воплощению, основам рационализации и изобретательства.

Адресат программы: 10-13 лет.

Срок реализации: 1 год, 72 часа.

Режим занятий: В данной образовательной программе занятия проводятся 1 раз в неделю по 2 часа (время занятия включает 40 мин. учебного времени и обязательный 10 минутный перерыв).

Наполняемость группы: занятия проводятся в разновозрастных группах, численный состав группы – 10 - 17 человек.

Формы занятий: занятия групповые.

Формы обучения - очная

Цель: Раскрытие интеллектуального и творческого потенциала детей с использованием возможностей робототехники и практическое применение обучающимися знаний для разработки и внедрения технических проектов в дальнейшей деятельности. Создание творческих проектов для юных программистов и конструкторов. Изучение базовых приемов программирования в среде Scratch. Применение плат Arduino, плат расширения и различных датчиках в проектах.

Задачи:

Личностные:

• воспитать информационную, техническую и исследовательскую культуру;

• формировать способности к саморазвитию и самообразованию средствами информационных технологий на основе приобретённой благодаря иллюстративной среде программирования мотивации к обучению и познанию;

• формировать целостное мировоззрение, соответствующее современному уровню развития информационных технологий;

• развивать эстетическое сознани через творческую деятельность на базе иллюстрированной среды программирования.

Метапредметные:

• научить самостоятельно ставить и формулировать для себя новые задачи, развивать мотивы своей познавательной деятельности;

• научить самостоятельно планировать пути решения поставленной проблемы для получения эффективного результата, понимая, что в программировании длинная программа не значит лучшая программа;

• уметь корректировать свои действия, вносить изменения в программу и отлаживать её в соответствии с изменяющимися условиями;

• уметь создавать, применять и преобразовывать знаки и символы, модели и схемы для решения учебно-исследовательских и проектных работ;

Предметные

• научить понимать функциональное устройство программной среды Scratch и основных структурных элементах пользовательского интерфейса;

• рассказать о сущности понятий «спрайт», «сцена», «скрипт»;

• рассказать об исполнителях и системах их команд, возможности непосредственного управления исполнителем;

• научить создавать заготовки для персонажей и сцен в соответствующих библиотеках, иерархическом устройстве библиотек и возможности импортирования их элементов;

• научить создавать анимационные, игровые, обучающие проекты, а также систем тестирования в программной среде Scratch.

• научить подходить творчески к построению моделей различных объектов и систем.

• научить программировать в средах Scratch и mBlock.

• научить использовать микроконтроллеры и датчики для создание электронных устройств.

Учебный план

Содержание учебного плана

Введение. Инструктаж по технике безопасности.(2 часа)

Раздел 1. Спрайты, скрипты, черепахи и другие жители виртуального мира в Scratch (17 часов)

Тема 1. Знакомьтесь – это Scratch!(4 часа)

Теория: Откуда появилось название Scratch? Где взять Scratch?

Практика: Запуск и начало работы. Сцена и персонажи на ней. Выбор блоков по цвету. Координаты персонажа спрайта.

Тема 2. «Черепашья графика». (4 часа)

Теория. При чем тут черепахи? Готовим Черепашку

Практика. Задаем начальное движение спрайта. Группируем блоки в программные сценарии. Добавляем реакцию на события. Учимся сохранять проекты. Учим спрайт выполнять сложные скрипты.

Тема 3. Собственные блоки для очень сложных узоров. (3 часа)

Теория. Создаем блок узор и рисуем одним блоком.

Практика. Создаем блок узор и рисуем одним блоком.

Тема 4. Проект «Спираль из квадратов».(4 часа)

Теория. Проект «Спираль из квадратов».

Практика. Объединяем повторяющиеся команды в цикл. Основная программа и вспомогательный скрипт. Рисуем узор из одинаковых квадратов. Задаем размер квадрата. Создаем переменную размер квадрата. Меняем размер и цвет квадрата в цикле. Защита проекта «Спираль из квадратов».

Тема 5. Справочная система Scratch и проекты «Шаг за шагом». (2 часа)

Практика. Игра «Пинг-понг».

Раздел 2. Знакомимся с контроллерами ARDUINO и учимся программировать их в среде mBlock (21 часов.)

Тема 1. Arduino –это просто!(2 часа)

Теория. Платы семейства Arduino. Платы расширения Arduinoshild.

Практика. Платы семейства Arduino. Платы расширения Arduinoshild.

Тема 2. Uno.Scratch дляArduino? Знакомтесь – mBlock!(3 часа)

Теория. Uno.Scratch дляArduino? Знакомтесь – mBlock!

Практика. Загрузка и установка mBlock на компьютер. Выбираем язык интерфейса mBlock

Тема 3. Основы работы с Arduino в mBlock..(3 часа)

Теория. Подключаем Arduino к компьютеру и настраиваемmBlock на работу с платой.

Практика. Подключаем Arduino к компьютеру и настраиваемmBlock на работу с платой.

Мигаем светодиодом. Наша первая программа для Arduino в среде mBlock. Схема подключения

Тема 4. Подключение внешних светодиодов к плате ArduinoUno.(2 часа)

Теория. Подключение внешних светодиодов к плате ArduinoUno. Схема подключения.

Практика. Управление одним светодиодом. Управление несколькими светодиодами.

Тема 5. Расширение возможности цифровых портов Arduino. (3 часа)

Теория. Широтно–импульсная модуляция.

Практика. Изменяем с помощью яркость свечения светодиода с помощью широтно–импульсной модуляции. Программируем циклическое изменение яркости свечения светодиода.

Тема 6. Макетная плата – инструмент для творческого конструирования.(2 часа)

Теория. Контактная макетная плата. Шилдпрототипирования.

Практика. Монтируем светодиод на макетной плате. Сетодиодная сборка своими руками.

Тема 7. Обычная кнопка – пример цифрового датчика. (2 часа)

Теория. Обычная кнопка – пример цифрового датчика.

Практика. Проверка готовности платы Arduino к работе с mBlock с помощью тестового скрипта. Включения светодиода кнопкой.

Тема 8. Аналоговые датчики. (2 часа)

Теория. Аналоговые датчики.

Практика. Создаем заготовку для игры, перемещаем собачку потенциометром. Сценарий для получения данных с потенциометра. Сценарий перемещения собачки. Сценарий перемещения собачки. Управляем спрайтом с помощью модуля кнопок.

Тема 9. Возможности сложных цифровых датчиков.(2 часа)

Теория. Возможности сложных цифровых датчиков.

Практика. Охранная система на базе инфракрасного датчика движения.Парктроник автомобиля на базе ультразвукового дальномера.

Раздел 3. Придумываем, конструируем, играем! Arduino+ mBlock= креативные игры. (14 часов)

Тема 1. Компьютерные игры – простор для творчества!(3 час)

Теория. Компьютерные игры – простор для творчества!

Тема 2. Проект «Голодная рыбка» версия 1:управление клавишей /пробел/. (3 часа)

Теория. Проект «Голодная рыбка» версия 1:управление клавишей /пробел/.

Практика. Рисуем водоем. Создаем спрайт-рыбку. Учим рыбку плавать. Создаем спрайт-яблоко. Учим яблоко опускаться на дно. Игра на счет. Программируем взаимодействие рыбки и яблока. Отлаживаем скрипт для спрайта яблока. Выводим на сцену дополнительные спрайты. Управляем рыбкой с клавиатуры. Замедляем разворот рыбки.

Тема 3. Проект «Голодная рыбка» версия 2:управление с Arduino с помощью кнопки. (2 часа)

Практика Проект «Голодная рыбка» версия 2:управление с Arduino с помощью кнопки.

Тема 4. Проект «Голодная рыбка» версия 3:оптимизация программы. (3 часа)

Теория. Проект «Голодная рыбка» версия 3:оптимизация программы.

Практика. Стабилизируем скорость, вставляя блоки ожидания. Используем растровую графику. Устраняем неравномерность движения с помощью параллельных процессов.

Тема 5. Проект «Голодная рыбка» версия 4. (3 часа)

Практика. Используем механизм отправки сигналов-сообщений. Используем полный набор скриптов проекта.

Раздел 4. «Умный домик». Автономный проект с платой Arduino (18 часов)

Тема 1. Собираем электрическую схему «умного домика» (3 часа)

Теория. Собираем электрическую схему «умного домика»

Практика. Релейный модуль. Датчик освещенности.

Тема 2. Проект «Умный домик» версия 1. (5 часов)

Практика. рисуем домик. Устанавливаем порты светодиодов. Считываем показания потенциометра и датчика освещенности. Изменяем выводимые значения показаний потенциометра и датчика освещенности. Меняем яркость домика в зависимости от освещенности. Задаем границу освещенности для автоматического включения лампы. Устраняем моргание света. Сглаживаем и стабилизируем показания датчиков, добавляем «отставание» в реагировании.

Тема 3. Проект «Умный домик» версия 2: автономная работа. (3 часа)

Теория. Автономный и интерактивный режимы работы Arduino. Внешнее питание ArduinoUNO.

Практика. Адаптируем скрипты к автономному режиму, удаляем лишние и несовместимые блоки. Объединяем два цикла в один, изменяем заголовок. Преобразуем скрипт в текстовый вид. Подключаем внешний осветительный прибор к реле.

Тема 4. Как вернуть возможность управлять Arduino интерактивно с использованием среды mBlock?(7 часов)

Практика. Собрать макет «умного дома» из доступных материалов. Установить в нем электрическую схему автоматического управления освещением. Сделать проект с включением освещения по хлопку. Создание проекта «Собачка с мячом».

Планируемые результаты

Программа обеспечивает достижение учащимися следующих личностных, метапредметных и предметных результатов.

Личностные результаты:

• у обучающегося развита информационная, техническая и исследовательская культура;

• у обучающегося сформирована способности к саморазвитию и самообразованию средствами информационных технологий на основе приобретённой благодаря иллюстративной среде программирования мотивации к обучению и познанию;

• у обучающегося сформирована целостное мировоззрение, соответствующего современному уровню развития информационных технологий;

• развита эстетическое сознание через творческую деятельность на базе иллюстрированной среды программирования.

Метапредметные результаты:

обучающийся умеет:

• самостоятельно ставить и формулировать для себя новые задачи, развивать мотивы своей познавательной деятельности;

• самостоятельно планировать пути решения поставленной проблемы для получения эффективного результата, понимая, что в программировании длинная программа не значит лучшая программа;

• корректировать свои действия, вносить изменения в программу и отлаживать её в соответствии с изменяющимися условиями;

• создавать, применять и преобразовывать знаки и символы, модели и схемы для решения учебно-исследовательских и проектных работ;

Предметные результаты:

В результате освоения программы «Scratch и Arduino» учащиеся будут знать о:

• функциональном устройстве программной среды Scratch и основных структурных элементах пользовательского интерфейса;

• сущности понятий «спрайт», «сцена», «скрипт»;

• исполнителях и системах их команд, возможности непосредственного управления исполнителем;

• наличии заготовок для персонажей и сцен в соответствующих библиотеках, иерархическом устройстве библиотек и возможности импортирования их элементов;

• создании анимационных, игровых, обучающих проектов, а также систем тестирования в программной среде Scratch.

Учащиеся будут уметь:

• подходить творчески к построению моделей различных объектов и систем.

• Программировать в средах Scratch и mBlock.

• использовать микроконтроллеры и датчики для создание электронных устройств.

Раздел 2: Комплекс организационно-педагогических условий

Календарный учебный график

Условия реализации программы

Занятия проводятся в оборудованном кабинете в соответствии с санитарно-эпидемиологическими требованиями к устройству, содержанию и организации режима работы образовательных организаций дополнительного образования (Постановление Главного государственного санитарного врача РФ от 28.09.2020 г. № 28 «Об утверждении санитарных правил СП 2.4.3648-20 «Санитарно-эпидемиологические требования к организациям воспитания и обучения, отдыха и оздоровления детей и молодежи»).

Кадровое обеспечение программы

Реализация программы обеспечивается педагогическими кадрами, имеющими: среднее профессиональное или высшее профессиональное образование, соответствующие профилю кружка, секции, студии, клубного и иного детского объединения, опыт дистанционной деятельности, а также прошедших курсы повышения квалификации по профилю деятельности (приказ Министерства здравоохранения и социального развития РФ от 26.08.2010 г. № 761н «Об утверждении Единого квалификационного справочника должностей руководителей, специалистов и служащих, раздел «Квалификационные характеристики должностей работников образования»).

Материально-техническое обеспечение:

Программная среда Scratch

Оборудование лаборатории: – посадочные места по количеству обучающихся;

1. Ноутбуки «Леново» для учащихся – 6 шт.;

2. Ноутбук «Леново» для педагога д/о – 1 шт.

3. Интерактивный дисплей SMART модель SBID-MX275 – 1 шт.

4. Электронный конструктор БХВ-ПетербургДерзай 37742 мобильные роботы на базе Аrduino – 9 шт.

5. Конструктор 4-х колесного робота под управлением Arduino. Три режима работы - 9 шт.

6. Рабочие компьютерные места обучающихся с выходом в интернет. Программное обеспечение ArduinoIDE и mBlock с установленными драйверами для подключения микроконтроллерных плат.

7. Рабочее место педагога, оснащенное компьютером с установленной программой ArduinoIDE, интерактивной доской с проектором.

Учебно-методическое и информационное обеспечение:

1. http://arduino.ru/ - описание функций среды Arduino. Форумдлявопросов и консультаций

2. http://www.mblock.cc/mblock-software/ - графическая среда программирования. Изучениепрограммирования в игровойформе

3. http://arduino-projects.ru/ - Arduino проекты

4. http://robocraft.ru/blog/projects/ - блок Arduino проектов

5. Канал “ArduinoKit”:

6. https://www.youtube.com/channel/UC6GOj0TbwmdFf264cswo5ow

7. Канал и сайт AmperkaRu: http://wiki.amperka.ru/

8. https://www.youtube.com/user/AmperkaRu

9. Портал «Занимательная робототехника»: [Электронный ресурс]. URL: http://edurobots.ru (Дата обращения 25.06.2018).

Методы работы:

объяснительные (рассказ, беседа);

репродуктивные (работа по образцам, презентация, демонстрация готовых изделий,);

творческие (творческие задания, схемы, эскизы);

исследовательские (исследование свойств материала, а также других инструментов и материалов для робота);

экспериментальные (внедрение новых возможностей робототехнических устройств, проведение различных экспериментов).

Методы воспитания:

• метод убеждения выражается в эмоциональном и глубоком разъяснении сущности социальных и духовных отношении, норм и правил поведения;

• метод поощрения выражается в стимулировании деятельности обучающихся. Поощрение вызывает положительные эмоции, способствующие возникновению чувства уверенности ребёнка в своих силах;

• метод упражнения предполагает такую организацию деятельности, которая позволяет обучающимся накапливать привычки и опыт правильного поведения, связывать слово с делом, убеждение с поведением;

• метод контроля заключается в наблюдении за деятельностью и поведением обучающихся с целью побуждения их к соблюдению установленных правил, а также к выполнению определенных заданий.

Педагогические технологии:

• проектная деятельность;

• развивающее обучение;

• здоровьесберегающие;

• игровые технологии;

• интерактивное обучение; 

• информационно-коммуникационные и т.д.

Здоровьесберегающие технологии образовательного процесса

Основным критерием здоровьесберегающих технологий является правильная организация учебно-воспитательной деятельности. Прежде всего, это выполнение санитарно-гигиенических правил:

• режим проветривания;

• влажная уборка помещения;

• соответствующая нормам мебель и освещенность;

• соблюдение норм физических и умственных нагрузок.

Известно, что устойчивая работоспособность характерна для середины занятия. Этот момент необходимо учитывать при его планировании. Необходимо чередовать различные виды деятельности и их последовательность для обеспечения функциональной активности основных систем организма в течение длительного времени. Для предупреждения перегрузок, переутомлений необходимо чаще проводить смену видов деятельности на занятии, физкультминутки и своевременно организовывать перерывы.

К здоровьесберегающим технологиям необходимо отнести обеспечение комфортного эмоционально-психического состояния обучающихся. Это помощь обучающимся в адаптации к новым условиям, создание общей эмоционально-положительной, дружественной, доверительной и доброй атмосферой на занятиях. Не следует забывать о создании «ситуации успеха», которая позволяет ребенку находиться в состоянии психологического равновесия, исключая стрессы, обусловленные ошибками при выполнении задания, незнанием изучаемого материала.

Формы аттестации / контроля:

По итогам освоения программы обучающийся оценивается по следующим критериям:

зачтено - обучающийся проявлял заинтересованность и стремление к самопознанию, активно включался в деятельность, демонстрировал умение применять полученные знания на практике. Успешно выполнял задания по сборке и отладке электронных схем, программированию базовых задач по работе с датчиками в графической среде программирования

незачтено – обучающийся не посещал занятия / обучающийся не проявлял заинтересованность и стремление к самопознанию, не включался в деятельность, не продемонстрировал умение применять полученные знания на практике. Непонимание по сборке и отладке электронных схем, программированию базовых задач по работе с датчиками в графической среде программирования.

проектная работа - самостоятельная творческая работа учащегося, выполненная от идеи до ее воплощения в жизнь с помощью консультаций учителя.

Оценочные материалы:

Результатом проделанной работы ученика является готовая анимация (1 объект).

Результатом проделанной работы ученика является готовая анимация (2 объекта).

Критерии оценки результатов освоения программы

Критерием оценки программы может также считаться годовой мониторинг участия в конкурсах, фестивалях, выставках на различных уровнях (Международном, Федеральном, областном, региональном, муниципальном, учреждения, внутри творческого объединения).

Список литературы для педагогов:

1. Блум Джереми. Изучаем Arduino: инструменты и методы технического волшебства: Пер. с англ. – СПб. БХВ-Петербург, 2015. – 336 с.: ил.

2. Книга. Виницкий Ю.А, Григорьев А.Т. Scratch и Arduino для юных программистов и конструкторов.

3. Ньютон С. Брага. Создание роботов в домашних условиях. – М.: NT Press, 2007, 345 стр.

4. Основы программирования микроконтроллеров [Текст]: учебное пособие к образовательному набору «Амперка» / Артём Бачинин, Василий Панкратов, Виктор Накоряков. – М.: Амперка, 2013. - 205 с.: ил., табл.; 23.

5. Применение учебного оборудования. Видеоматериалы. – М.: ПКГ «РОС», 2012.

6. Соммер У. Программирование микроконтроллерных плат Arduino/Freeduino. – СПб. БХВ-Петербург, 2012. - 256 с. ил - (Электроника).

Список литературы для обучающихся:

1. Книга. Виницкий Ю.А, Григорьев А.Т. Scratch и Arduino для юных программистов и конструкторов.

Интернет-ресурсы:

1. http://arduino.ru/ - описание функций среды Arduino. Форумдлявопросов и консультаций

2. http://www.mblock.cc/mblock-software/ - графическая среда программирования. Изучениепрограммирования в игровойформе

3. http://arduino-projects.ru/ - Arduino проекты

4. http://robocraft.ru/blog/projects/ - блок Arduino проектов

5. Канал “ArduinoKit”:

6. https://www.youtube.com/channel/UC6GOj0TbwmdFf264cswo5ow

7. Канал и сайт AmperkaRu: http://wiki.amperka.ru/

8. https://www.youtube.com/user/AmperkaRu

9. Портал «Занимательная робототехника»: [Электронный ресурс]. URL: http://edurobots.ru (Дата обращения 25.06.2018).