Дополнительная общеобразовательная общеразвивающая программа «Программирование моделей инженерных систем» технической направленности

Пояснительная записка

Дополнительная общеобразовательная общеразвивающая программа (далее программа) «Программирование моделей инженерных систем» технической направленности, модифицированная.

Программа разработана на основе следующих нормативных документов:

1. Федеральный Закон РФ от 29 декабря 2012 г. № 273-ФЗ «Об образовании в Российской Федерации»;

2. Приказ Министерства Просвещения РФ от 09.11.2018 № 196 «Об утверждении Порядка организации .и осуществления образовательной деятельности по дополнительным общеобразовательным программам»;

3. Постановление Главного государственного санитарного врача России от 28.09.2020 № 28 СП 2.4.3648-20 «Санитарно-эпидемиологические требования к организациям воспитания и обучения, отдыха и оздоровления детей и молодежи»;

4. Приказ Министерства образования и науки РФ от 23.08.2017 г. № 816 «Об утверждении Порядка применения организациями, осуществляющими образовательную деятельность, электронного обучения, дистанционных образовательных технологий при реализации образовательных программ»;

5. Приказ Минтруда и социальной защиты населения Российской Федерации от 5 мая 2018 г. № 298 н «Об утверждении профессионального стандарта «Педагог дополнительного образования детей и взрослых»;

6. Приказ Министерства просвещения РФ от 3 сентября 2019 г. № 467 «Об утверждении Целевой модели развития региональных систем дополнительного образования детей»;

7. Методические рекомендации для субъектов Российской Федерации по вопросам реализации основных и дополнительных общеобразовательных программ в сетевой форме (утв. Минпросвещения России 28.06.2019 № МР-81/02вн);

8. Письмо Министерства просвещения РФ от 19.03.2020 № ГД-39/04
«О направлении методических рекомендаций» («Методические рекомендации по реализации образовательных программ начального общего, основного общего, среднего общего образования, образовательных программ среднего профессионального образования и дополнительных общеобразовательных программ с применением электронного обучения и дистанционных образовательных технологий»);

9. Письмо Министерства образования и науки Российской Федерации от 18 ноября 2015 г. № 09-3242 «О направлении информации» «Методические рекомендации по проектированию дополнительных общеразвивающих программ (включая разноуровневые программы).

10. Устав Учреждения.

Актуальность программы заключается в том, что в рамках курса «Программирование моделей инженерных систем» учащимися на практике рассматривается процесс проектирования и изготовления роботизированных систем и элементы «умного дома». Учащиеся постигают принципы работы радиоэлектронных компонентов, электронных схем и датчиков. На доступном уровне изучаются основы работы техники и микроэлектроники, иллюстрируется применение микроконтроллеров в быту и на производстве.

Отличительные особенности программы

1. формирование инженерного подхода к решению практических задач по изготовления роботизированных систем с использованием микросхемы Arduino Mega 2650, и наборам датчиков;

2. развитие компетентности в микроэлектронике, схемотехнике, электротехнике.

3. изучение основ программирование на языке C++.

Адресат программы

В объединение принимаются обучающиеся 15-16 лет.

Запись и прием в объединение осуществляется на добровольной основе при наличии заявления родителей.

Количество обучающихся в объединении – 15 человек

Объём программы 68 часов

Форма организации образовательного процесса - очная

Виды занятий по программе: лекции, беседы и практические работы

Срок освоения программы

Программа рассчитана на 2 года.

1 год обучения: 34 часа в год

2 год обучения: 34 часа в год

Режим занятий - количество часов в неделю 1, 1 раза в неделю по 45 минут, 34 часа в год

Цель программы: образование детей в сфере инновационных технологий на основе конструирования и программирования роботов Arduino, содействие развитию технического творчества, развитие инновационной деятельности в образовательных учреждениях.

Задачи

Образовательные (предметные): развитие познавательного интереса к конструированию и программированию управляемых электронных устройств, включение в познавательную деятельность, приобретение первоначальных знаний по основным законам электричества и электротехнике, научить основам программирования микроконтроллера Arduino на языке C++

Развивающие (метапредметные): развитие мотивации к самостоятельному проектированию и программированию устройства, которое решает практическую задачу, развить интерес к научно-техническому творчеству

Воспитательные (личностные): формирование общественной активности личности, гражданской позиции, культуры общения и поведения в социуме, воспитать ценностно-личностные качества: трудолюбие, ответственность.

Планируемые результаты:

Предметные результаты: конструирование и программирование управляемых электронных устройств на базе вычислительной платформы Arduino, наличие первоначальных знаний по основным законам электричества и электротехнике, умение программирования микроконтроллера Arduino на языке C++

Метапредметные результаты: самостоятельное проектирование и программирование устройства, которое решает практические задачи; интерес к научно-техническому творчеству

Личностные результаты: общественная активная личность, гражданская позиция, культура общения и поведения в социуме, ценностно-личностные качества: трудолюбие, ответственность; готовность и способность учащихся к саморазвитию и личностному самоопределению; способность ставить цели и строить жизненные планы; сформированность мотивации к обучению и целенаправленной познавательной деятельности, системы значимых социальных и межличностных отношений, ценностно-смысловых установок, отражающих личностные и гражданские позиции в деятельности, социальные компетенции, правосознания.

Условия реализации программы:

- кабинет физики «Точка роста»

- учебный кабинет для проведения диагностических исследований «Точка роста»

- программируемый контроллер Arduino на базе микроконтроллера ATmega2560 с многочисленными радиокомпонентами (резисторы, светодиоды, пьезодинамик, реле, датчики, и другие исполняющие элементы)

- выставочные стенды и справочная литература

• интернет-ресурсы:

  1. https://www.tinkercad.com/dashboard

  2. http://edurobots.ru/kurs-arduino-dlya-nachinayushhix

Формы аттестации/ контроля

1. Зачёт

2. Практическая работа

3. Творческая работа

Учебный план

Содержание учебного плана

Раздел 1. Введение. Знакомство с

программируемым контроллером образовательного комплекта (2 часов).

Теория. Правила поведения обучающихся в МБОУ Татарская школа им. В. А. Матросова. Вводный инструктаж. Инструкция по ТБ, ПБ. Игра «Знакомство». Устройство компьютера. Операционная система Windows и набор стандартных программ. Что такое электричество? Первое подключение платы Arduino к компьютеру, принцип работы и условные обозначения радиоэлементов.

Практика. Первая установка драйверов для платы Arduino. Первый шаги по использованию программного обеспечения Arduino IDE. Чтение и сборка электрической схемы

Раздел 2. Программирование моделей инженерных систем.

Мини-пректы с Arduino (56 часов).

Теория. Что такое алгоритм в робототехнике. Виды алгоритмов: линейные, разветвляющиеся и циклические. Плата Arduino, как пользоваться платформой: устройство и программирование микропроцессора на языке C++. Устройство фоторезисторов, пьезоизлучателей, назначение процедуры void setup и void loop, а также свойство функции tone () в языке C++. Цифровые и аналоговые выходы Arduino, чем отличается цифровой сигнал от аналогового сигнала. Операторы int и if в языке C++. Аналоговые выходы с «широтно импульсной модуляцией» на плате Arduino. Устройство и распиновка полноцветного (RGB) светодиода. Аналоговые порты на плате Arduino A0-A5. Принцип работы аналоговых портов. Как подключить датчик к аналоговому порту на Arduino. Команды Serial.begin и Serial.print в языке программирования C++. Принцип работы полупроводниковых приборов и фоторезисторной автоматики. Тип данных unsigned int в языке C++. Устройство и назначение транзисторов. Применение транзисторов в робототехнике.

Практика. Написание линейных, разветвляющихся и циклических алгоритмов. Сборка схемы с мигающим светодиодом на Arduino, пьезоизлучателем, фоторезистором, программирование микропроцессоров. Сборка электрической схемы из двух светодиодов, плавное регулирование яркости свечения светодиодов, подключение RGB светодиод и использование директивы #define в языке программирования C++. Сборка электрических схем на макетной плате. Написание скетча для вывода показаний датчиков на серийный монитор порта Arduino. Сборка электрических схем с автоматическим включением, а также с автоматическим изменением яркости светодиода. Сборка электрической схемы с использованием транзисторов. Чтение и сборка различных электрических схем на Ардуино с последующим программированием микропроцессора.

Раздел 3. Проектная деятельность (10 часа).

Теория. Введение в проектную деятельность.

Практика. Создание автономного умного устройства и защита в виде проекта. Чтение и сборка различных электрических схем на Ардуино с последующим программированием микропроцессора.

Календарный учебный график

Методическое обеспечение программы

Программа будет обеспечена всеми необходимыми материалами

На занятиях используются инструкции по ТБ, задания из учебного пособия, теоретический материал по ведению занятий, интернет-ресурсы по темам занятий. Для подготовки материала к уроку (презентации, задания для самостоятельной работы, творческой работы, теоретический материал) используется Интернет-ресурс: http://edurobots.ru/kurs-arduino-dlya-nachinayushhix

Работа в виртуальной лаборатории: https://www.tinkercad.com/dashboard

Перечень методических пособий:

1. Учебное пособие «Прикладная робототехника: программирование моделей инженерных систем», ООО «Прикладная робототехника» - Электронная книга, 2020 г.

2. Инструкция по работе с набором 228-3670-Ard

3. Справочник по C++ и Arduino на сайте http://wiki.amperka.ru

Перечень методических материалов:

1. Интернет-ресурс: http://edurobots.ru/kurs-arduino-dlya-nachinayushhix

2. Виртуальная лаборатория: https://www.tinkercad.com/dashboard

3. Канал об Ардуино на youtube.com «Applied Robotics»

4. Канал об Ардуино на youtube.com «Заметки Ардуинщика»

5. Канал об Ардуино на youtube.com «Учимся программировать Arduino на визуальном языке Scratch с командой робототехников Карандаш и Самоделкин».

а) методы обучения: словесный, наглядный практический; объяснительно-иллюстративный, частично-поисковый, исследовательский, проблемный; игровой, дискуссионный, проектный) и воспитания: убеждение, поощрение, упражнение, стимулирование, мотивация;

б) формы организации учебного занятия: беседа, защита проектов, лекция, практическое занятие, представление.

в) педагогические технологии: технология индивидуализации обучения, технология группового обучения, технология коллективного взаимообучения, технология программированного обучения, технология дифференцированного обучения, технология разноуровневого обучения, технология развивающего обучения, технология проблемного обучения, технология исследовательской деятельности, технология проектной деятельности, технология коллективной творческой деятельности, технология развития критического мышления, технология портфолио, технология решения изобретательских задач, здоровьесберегающая технология.

Содержание и материал программы будет организован по принципу дифференциации

Первый год обучения

Формируется интерес к выбранному направлению деятельности, приобретаются основы деятельности, обеспечивается подготовка к последующему изучению предмета.

Второй год обучения

Совершенствуются навыки конструирование и программирование управляемых электронных устройств на базе вычислительной платформы Arduino, умение программирования микроконтроллера Arduino на языке C++; интерес к научно-техническому творчеству

Список литературы

1. Учебное пособие «Прикладная робототехника: программирование моделей инженерных систем», ООО «Прикладная робототехника» - Электронная книга, 2020

1. Блум Джереми Б71 Изучаем Arduino: инструменты и методы технического волшебства: Пер. с англ. — СПб.: БХВ-Петербург, 2015. — 336 с.: ил

• Электронные ресурсы

1. Интернет-ресурс: http://edurobots.ru/kurs-arduino-dlya-nachinayushhix

2. Виртуальная лаборатория: https://www.tinkercad.com/dashboard

3. База знаний Амперки. Справочник по C++ и Arduino [Электронный ресурс]. URL: http://wiki.amperka.ru

4. ARDUINO. Канал об Ардуино [Электронный ресурс]. URL: youtube.com

   Applied Robotics

5. ARDUINO. Канал об Ардуионо [Электронный ресурс]. URL: youtube.com «Заметки Ардуинщика»

6. ARDUINO. Канал об Ардуионо [Электронный ресурс]. URL: youtube.com «Учимся программировать Arduino на визуальном языке Scratch с командой робототехников Карандаш и Самоделкин».