Муниципальное бюджетное учреждение дополнительного образования
«Станция юных техников»
Принята на заседании методического совета МБУДО СЮТ от « 30 » августа 2016 г Протокол № 1 | УТВЕРЖДАЮ Директор МБУДО СЮТ ____________Божедомов Г.А. Приказ № 102 от 30.08.2016 г |
Дополнительная общеобразовательная программа
научно-технической направленности
«Робототехника»
(программа первого года обучения)
возраст учащихся 9 -14 лет,
Автор-составитель:
Аксенов Александр Павлович,
педагог дополнительного образования
г. ХАНТЫ-МАНСИЙСК,
2016 г
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
Программа дополнительного образования «Робототехники» составлена на основе Типового Положения об образовательном учреждении дополнительного образования детей (приказ Минобрнауки РФ № 504 от 26.06.2012 г.), в соответствии с Законом РФ «Об образовании» от 29.12.2012 г. № 273-ФЗ, Уставом МБУДО СЮТ, письмом Министерства образования от 11.12.2006 г. РФ№ 06-1844 «О примерных требованиях к программам дополнительного образования детей», Международной Конвенцией о правах ребенка, Концепцией развития системы дополнительного образования детей Ханты-Мансийского автономного округа – Югры до 2020 г.
Программа модифицированная, научно-технической направленности, разработана как самостоятельная дисциплина, являющаяся образовательным компонентом общего среднего образования. Вместе с тем, выражая общие идеи формализации, она пронизывает содержание многих других предметов и, следовательно, становится дисциплиной обобщающего, методологического плана. Основное назначение курса "Робототехники" состоит в выполнении социального заказа современного общества, направленного на подготовку подрастающего поколения к полноценной работе в условиях глобальной информатизации всех сторон общественной жизни.
Робототехника является одним из важнейших направлений научно - технического прогресса, в котором проблемы механики и новых технологий соприкасаются с проблемами искусственного интеллекта.
За последние годы успехи в робототехнике и автоматизированных системах изменили личную и деловую сферы нашей жизни. Роботы широко используются в транспорте, в исследованиях Земли и космоса, в хирургии, в военной промышленности, при проведении лабораторных исследований, в сфере безопасности, в массовом производстве промышленных товаров и товаров народного потребления. Многие устройства, принимающие решения на основе полученных от сенсоров, данных, тоже можно считать роботами — таковы, например, лифты, без которых уже немыслима наша жизнь.
Содержание и структура курса «Робототехника» направлены на формирование устойчивых представлений о робототехнических устройствах как едином изделии определенного функционального назначения и с определенными техническими характеристиками.
Структура документа
Программа «Робототехника» представляет собой целостный документ, включающий три раздела: пояснительную записку; основное содержание с распределением учебных часов по разделам курса и требования к уровню подготовки выпускников.
Общая характеристика программы
Программа рассчитана на 282 часов и адаптирована под Конструктор Lego Mindstorms EV3.
Цель образовательной программы «Лего-конструирование и робототехника» заключается в том, чтобы перевести уровень общения ребят с техникой «на ты», научить ребят грамотно выразить свою идею, спроектировать ее техническое и программное решение, реализовать ее в виде модели, способной к функционированию.
Конструктор Лего предоставляет ученикам возможность приобретать важные знания, умения и навыки в процессе создания, программирования и тестирования роботов. «Мозгом» робота Lego Mindstorms Education является микрокомпьютер Lego EV3, делающий робота программируемым, интеллектуальным, способным принимать решения. Для связи между компьютером и EV3 можно использовать также беспроводное соединение Bluetooth. На EV3 имеется три выходных порта для подключения электромоторов или ламп, помеченные буквами А, В и С. С помощью функции EV3 Program (Программы EV3) можно осуществлять прямое программирование блока EV3 без обращения к компьютеру. Датчики получают информацию от микрокомпьютера EV3.
Конструктор Лего и программное обеспечение к нему предоставляет прекрасную возможность учиться ребенку на собственном опыте. Такие знания вызывают у детей желание двигаться по пути открытий и исследований, а любой признанный и оцененный успех добавляет уверенности в себе. Обучение происходит особенно успешно, когда ребенок вовлечен в процесс создания значимого и осмысленного продукта, который представляет для него интерес. Важно, что при этом ребенок сам строит свои знания, а педагог лишь консультирует его.
В окружающем нас мире очень много роботов: от лифта в вашем доме до производства автомобилей, они повсюду. Конструктор Mindstorms EV3 приглашает ребят войти в увлекательный мир роботов, погрузиться в сложную среду информационных технологий.
Программное обеспечение отличается дружественным интерфейсом, позволяющим ребенку постепенно превращаться из новичка в опытного пользователя. Каждое занятие - новая тема или новый проект. Модели собираются либо по технологическим картам, либо в силу фантазии детей. По мере освоения проектов проводятся соревнования роботов, созданных группами.
В конце года в творческой лаборатории группы демонстрируют возможности своих роботов.
Можно выделить следующие этапы обучения:
І этап – начальное конструирование и моделирование. Очень полезный этап, дети действуют согласно своим представлениям, и пусть они «изобретают велосипед», это их велосипед, и хорошо бы, чтобы каждый его изобрел.
На этом этапе ребята еще мало что знают из возможностей использования разных методов усовершенствования моделей, они строят так, как их видят. Задача педагога – показать, что существуют способы, позволяющие сделать модели, аналогичные детским, но быстрее, мощнее. В каждом ребенке сидит дух спортсмена, и у него возникает вопрос: «Как сделать, чтобы победила моя модель?»
Вот здесь можно начинать следующий этап.
ІІ этап – обучение. На этом этапе ребята собирают модели по схемам, стараются понять принцип соединений, чтобы в последующем использовать. В схемах представлены очень грамотные решения, которые неплохо бы даже заучить. Модели получаются одинаковые, но творчество детей позволяет отойти от стандартных моделей и при создании программ внести изменения, поэтому соревнования должны сопровождаться обсуждением изменений, внесенных детьми. Дети составляют программы и защищают свои модели. Повторений в защитах быть не должно.
ІІІ этап – сложное конструирование. Узнав много нового на этапе обучения, ребята получают возможность применить свои знания и создавать сложные проекты.
Круг возможностей их моделей очень расширяется. Вот теперь уместны соревнования и выводы по итогам соревнований – какая модель сильнее и почему. Насколько механизмы, изобретенные человечеством, облегчают нам жизнь.
Цели программы:
Главной целью программы является развитие информационной культуры, учебно-познавательных и поисково-исследовательских навыков, развитие интеллекта.
Основные задачи:
Знакомство со средой программирования NXT-G;
Усвоение основ программирования, получить умения составления алгоритмов;
сформировать умения строить модели по схемам;
получить практические навыки конструктивного воображения при разработке индивидуальных или совместных проектов;
проектирование технического, программного решения идеи, и ее реализации в виде функционирующей модели;
развитие умения ориентироваться в пространстве;
Умение использовать системы регистрации сигналов датчиков, понимание принципов обратной связи;
Проектирование роботов и программирование их действий;
Через создание собственных проектов прослеживать пользу применения роботов в реальной жизни;
Расширение области знаний о профессиях;
Умение учеников работать в группах.
Возраст детей, участвующих в реализации данной образовательной программы: от 9 до 14 лет. Дети данного возраста способны выполнять задания по образцу, а так же после изучения блока темы выполнять творческое репродуктивное задание.
Преподавание ведется с использованием материалов книги С.А. Филиппова «Робототехника для детей и родителей» и компьютеров.
Обще учебные умения, навыки и способы деятельности.
Программа предусматривает формирование у учащихся обще учебных умений и навыков, универсальных способов деятельности и ключевых компетенции. В этом направлении приоритетами для учебного предмета «Робототехника» являются: определение адекватных способов решения учебной задачи на основе заданных алгоритмов; комбинирование известных алгоритмов деятельности в ситуациях, не предполагающих стандартное применение одного из них; использование для решения познавательных и коммуникативных задач различных источников информации, включая энциклопедии, словари, Интернет-ресурсы и базы данных; владение умениями совместной деятельности (согласование и координация деятельности с другими ее участниками; объективное оценивание своего вклада в решение общих задач коллектива; учет особенностей различного ролевого поведения).
Lego позволяет учащимся:
- совместно обучаться в рамках одной бригады;
- распределять обязанности в своей бригаде;
- проявлять повышенное внимание культуре и этике общения;
- проявлять творческий подход к решению поставленной задачи;
- создавать модели реальных объектов и процессов;
- видеть реальный результат своей работы.
-
Режим занятий:
Занятия проводятся:
В объединении проводятся 3 раза в неделю по 3 часа (итого 9 часов в неделю, 282 часов в год)
Ожидаемые результаты освоения программы.
После завершения обучения:
Учащийся будет знать:
конструкцию, органы управления и дисплей EV3;
датчики EV3;
сервомотор NXT;
интерфейс программы Lego Mindstorms Education EV3;
основы программирования, программные блоки.
Учащийся будет уметь:
структурировать поставленную задачу и составлять план ее решения;
использовать приёмы оптимальной работы на компьютере
извлекать информацию из различных источников
Составлять алгоритмы обработки информации
ставить задачу и видеть пути её решения;
разрабатывать и реализовывать проект;
проводить монтажные работы, наладку узлов и механизмов;
собирать робота, используя различные датчики
программировать робота.
УЧЕБНО- ТЕМАТИЧЕСКИЙ ПЛАН
программы
«Робототехника»
№ п\п | Тема | Количество часов |
Всего | Теория | Практика |
1. | Вводное занятие | 3 | 2 | 1 |
2. | Lego mindstorms EV3 | 12 | 4 | 8 |
3. | Программное обеспечение Lego mindstorms EV3 | 6 | 2 | 4 |
4. | Модуль и моторы | 12 | 2 | 10 |
5. | Датчики | 27 | 3 | 24 |
6. | Моделирование | 54 | 2 | 52 |
7. | Программное обеспечение Lego mindstorms EV3 | 36 | 6 | 30 |
8. | Модель «Знап» | 12 | 1 | 11 |
9. | Творческая работа «Показательная модель» | 12 | 1 | 11 |
10. | Моделирование | 63 | 6 | 57 |
11. | Творческая работа «Контрольная модель» | 18 | 1 | 17 |
12. | Модель «Пульт дистанционного управления» | 12 | 1 | 11 |
13. | Соревнования «Сумо» | 12 | 1 | 11 |
14. | Контрольное занятие | 3 | - | 3 |
| Итого: | 282 | 32 | 250 |
Календарно-тематический план
программы «Робототехника»
на 2016-2017 год
Дата | Теоретическая часть | Кол-во часов | Практическая часть | Кол-во часов | Дата проведения практических и теоретических занятий | Всего часов |
1.Вводное занятие |
Сентябрь | Введение в курс «Робототехника». Инструктаж по ТБ и ПБ. | 2 | Просмотр презентаций с готовыми образцами моделей роботов первого года обучения, видеофрагменты, показывающие роботов в действии. | 1 |
13.09.2016 | 3 |
2.LegomindstormsEV3 |
Сентябрь |
Компания «Lego» и ее творения. «Роботы в окружающем нас мире». Конструктор Lego EV3 сборки 45544 и его составляющие. Правила работы с инструкцией. Датчики. | 3 | Работа с деталями конструктора. Простые соединения деталей конструктора «Lego». Сборка «Базовой» не программируемой модели по инструкции. Работа с датчиками. Изучение датчиков и их параметров. Подключение датчиков. Управление «Базовой» моделью. | 9 | 15.10.2016
18.09.2016
20.09.2016
22.09.2016 | 12 |
3. Программное обеспечение Lego mindstorms EV3 |
Сентябрь | Интерфейс программы «Lego EV3». Блоки программы, их разновидности и свойства. | 2 | УстановкаПО.Рассмотрим интерфейс в программе «Lego EV3». Рассмотрение впрограмме разновидности блоков. Изучение блоков в программной среде. | 4 | 25.09.2016
27.09.2016 | 6 |
4. Модуль и моторы |
Сентябрь-Октябрь | Моторы. Блоки «Действий». Блок управление операторами «Цикл». Использование «Вращение мотора». Модуль EV3. Блоки «Действий». Блок управление операторами «Переключатель». Работа с блоками кнопки «Управления модулем». | 2 | Принцип работы моторов EV3. Создание программы из нескольких блоков «Действий». Программируем с оператором «Цикл». Создание программы с использованием блоков: «Цикла», «Вращения мотора»; «Переключателя»; «Кнопок управления модулем». Рассмотрим в программе блок управления операторами «Переключатель». Тестирование созданной программы . Создание программы с использованием блоков «Моторы» и «Модуль». Тестирование программы «Моторы» и «Модуль». | 10 |
29.10.2016
04.10.2016
06.10.2016
11.10.2016 | 12 |
| 5. Датчики | 3 | | 24 | | 27 |
Октябрь-Ноябрь | Датчик «Касания». Режимы. Блок датчика «Касание». Калибровка датчика. Блок управление операторами «Ожидание». Шины данных. Состояние «Нажатие», «Освобождение» и «Щелчок». «Ультразвуковой» датчик. Датчик «Звука NXT». Датчик «Цвета». Определение цветов. «Гироскопический» датчик. Вращательные движения с использованием «Гироскопа». Калибровка датчиков. Операторы «Мои блоки». | | Работа в программе: Блок управления операторами «Ожидание», с датчиком «Касания», с «Ультразвуковым» датчиком. Работа в программе: С датчиком «Звука NXT», с датчиком «Цвета», с «Гироскопическим» датчиком. Создание программ с использованием: блока датчика «Касания», калибровка датчика, блока «Ожидания» и шины данных. Использование датчиков: «Касания» для состояния «Нажатия». «Освобождение» и «Щелчок». «Ультразвукового» датчика для преодоления препятствий. Датчика «Звука NXT»; Комбинаций датчиков «Ультразвука». Использование датчиков: «Звука NXT»; датчика «Цвета» на движение по линии, на определение цветов, на произношение определяемых роботом цветов. Использование датчиков: «Гироскопического» датчика в движении, для определения вращательных движений. Комбинаций датчиков «Касания», «Ультразвука», «Цвета» и «Гироскопа». Тестирование созданных программ.
| |
13.10.2016
16.10.2016
18.10.2016
20.10.2016
23.10.2016
25.10.2016 27.10.2016 | |
Октябрь-Ноябрь | | | Создание и тестирование программ, используя: Состояния «Нажатия». «Освобождение» и «Щелчок», «датчика касания». «Датчика цвета» по датчикам «Касания», «Ультразвука», «Цвета» и «Гироскопа». Использование Калибровки датчиков. Калибровка датчиков. Использование операторов «Мои блоки». Создание и редактирование операторов «Мои блоки». | |
30.10.2016
01.11.2016 | |
6.Моделирование |
Ноябрь- Декабрь | Теория: Модели: «Сортировщик цветов», «Щенок», «ГироБой», «Технология подключения датчика «Касания». | 2 | Практика: Работа с моделью: «Сортировщик цветов». Сборка модели: «Сортировщик цветов». Подключение датчиков к модели: Датчика «Касания» и «Цвета» к «Сортировщику цветов». Тестовая программа для модели: «Сортировщик цветов». Загрузка тестовой программы. Работа с тестовой программой. Создание простой программы для модели: «Сортировщик цветов» Создание программы, используя комбинации блоков. Тестирование созданной программы. Исправление ошибок. Выполнение испытаний для модели «Сортировщик цветов». Итоговое занятие модели: «Сортировщик цветов». Практика: Работа с моделью: «Щенок». Сборка модели: «Щенок». Подключение датчиков к модели: Датчика «Касания» и «Цвета» к «Щенок». Тестовая программа для модели: «Щенок». Загрузка тестовой программы. Работа с тестовой программой. Создание простой программы для модели: «Щенок». Создание программы, используя комбинации блоков. Тестирование созданной программы. Исправление ошибок. Выполнение испытаний для модели «Щенок». Итоговое занятие модели: «Щенок». Практика: Работа с моделью: «Гиро Бой». Сборка модели: «Гиро Бой». Подключение датчиков к модели: Датчика «Касания» и «Цвета» к «Гиро Бой». Тестовая программа для модели: «ГироБой». Загрузка тестовой программы. Работа с тестовой программой. Создание простой программы для модели: «Гиро Бой». Создание программы, используя комбинации блоков. Тестирование созданной программы. Исправление ошибок. Выполнение испытаний для модели «Гиро Бой». Итоговое занятие модели: «Гиро Бой». | 52 | 03.11.2016
06.11.2016
08.11.2016
10.11.2016
13.11.2016 15.11.2016
17.11.2016 20.11.2016
22.11.2016
24.11.2016
27.11.2016 29.11.2016
01.12.2016 04.12.2016
06.12.2016
08.12.2016 11.12.2016 13.12.2016 | 54 |
7.Программное обеспечение Lego mindstorms EV3 |
Декабрь- Январь | Программное обеспечение: Блоки программы. Блоки управления операторами, датчика цвета, датчиков касания и ультразвука, звука и гироскопа. Блоки данных: константа, переменная, массив и логическое значение, математика и округление, сравнение и интервал, текст, случайное событие. Блоки расширения: доступ к файлу, регистрация данных, обмен сообщениями, подключение через Bluetooth, поддержание в активном состоянии датчиков, необработанное состояние датчика, стоп, инвертирование мотора, нерегулируемый мотор. Использование комбинаций блоков. | 6 | Практика: Работа в программе с блоками. Изучение блоков в программной среде. Рассмотрим в программе блок управления операторами. Программирование датчиков с использованием блоков управления операторами. Использование блоков датчика цвета; блоков датчиков касания и ультразвука; блоков датчиков звука и гироскопа. Программирование датчика цвета, датчиков касания и ультразвука, датчиков звука и гироскопа. Работа в программе с константой; с переменной; с массивом и логическим значением; с математикой и округлением; Работа в программе с константой; с текстом; со случайным событием; с файлом и данными; с обменом сообщениями. Работа в программе с константой; с подключением через Bluetooth; для поддержания в активном состоянии датчиков; Работа в программе с константой; с необработанным состоянием датчика; с инвертированием мотора, нерегулируемым мотором. Использование константы, переменной массива и логического значения, математики и округления,сравнения и интервала, текста, случайного события, доступа к файлу, регистрации данных, обмена сообщениями. Использование константы подключения через Bluetooth, поддержания активного состояния датчиков, необработанного состояния датчика стоп. Инвертирования мотора, нерегулируемого мотора; комбинаций блоков. Создание сложной программы. Тестирование программы. | 30 | 15.12.2016 18.12.2016
20.12.2016
22.12.2016
25.12.2016 27.12.2016
29.12.2016
12.01.2017
15.01.2017
17.01.2017
19.01.2017
22.01.2017 | 36 |
8.Модель «Знап» |
Январь | Модель «Знап». | 1 | Работа с моделью «Знап». Сборка левой и правой сторон «Знапа». Подключение датчиков к модели «Знап». Тестовая программа для модели «Знап». Загрузка тестовой программы. Работа с тестовой программой.
Создание простой программы для модели «Знап». Тестирование программы. Исправление ошибок. Подготовка модели «Знап» к итоговому занятию. Итоговое занятие по модели «Знап». | 11 | 24.01.2017
26.01.2017
29.01.2017
31.01.2017
| 12 |
9.Творческая работа «Показательная модель» |
Февраль | Творческая работа «Показательная модель». | 1 | Составление плана по творческой работе «Показательная модель». Сборка левой и правой сторон «Показательной модели». Подключение датчиков. Разработка траектории движения. Программирование стандартных действий. Программирование с использованием комбинаций датчиков. Тестирование созданной программы. Исправление ошибок. Подготовка творческой работы «Показательная модель» к защите. Защита творческой работы «Показательная модель». | 11 | 02.02.2017
05.02.2017
07.02.2017
09.02.2017 | 12 |
10.Моделирование(1.1) |
Февраль-Март | Модели: «Танк», «Слон», «Лестничный вездеход. | 6 | Практика: Работа с моделью: «Танк»; Сборка модели: левой и правой сторон «Танка». Подключение датчиков к модели: «Танк». Тестовая программа для модели: «Танк». Загрузка тестовой программы. Работа с тестовой программой. Создание простой программы для модели: «Танк». Тестирование программы. Исправление ошибок. Подготовка моделей к итоговому занятию: «Танк», Итоговое занятие модели «Танк».
Практика: Работа с моделью: «Слон»; Сборка модели: левой и правой сторон «Слона», головы и хобота «Слона». Подключение датчиков к модели: «Слон». Тестовая программа для модели: «Слон». Загрузка тестовой программы. Работа с тестовой программой.
Создание простой программы для модели: «Слон». Тестирование программы. Исправление ошибок. Подготовка моделей к итоговому занятию: «Танк», Итоговое занятие моделей «Слон». | 57 | 12.02.2017
14.02.2017
16.02.2017
19.02.2017
21.02.2017
26.02.2017
28.02.2017
02.03.2017
05.03.2017
09.03.2017
12.03.2017
14.03.2017 16.03.2017
19.03.2017 | 63 |
11.Творческая работа «Контрольная модель» |
Апрель | Творческая работа «Контрольная модель». | 1 | Практика: Составление плана по творческой работе «Контрольная модель». Сборка левой и правой сторон «Контрольной модели». Подключение датчиков к «Контрольной модели». Разработка траектории движения «Контрольной модели». Программирование стандартных действий «Контрольной модели». Программирование с использованием комбинаций датчиков. Тестирование созданной программы. Исправление ошибок. Подготовка «Контрольной модели» к защите. | 17 | 06.04.2017
09.04.2017
11.04.2017
13.04.2017
16.04.2017
18.04.2017
| 18 |
12.Модель «Пульт дистанционного управления» |
Апрель | Теория: Модель «Пульт дистанционного управления». Робот-помощник. | 1 | Практика: Работа с моделью «Пульт дистанционного управления». Сборка нижней и верхней частей «Пульта дистанционного управления». Подключение датчиков к модели «Пульт дистанционного управления». Работа с роботом-помощником для модели «Пульт дистанционного управления». Подготовка конструктора в сборке робота-помощника. Сборка передней и задней частей робота для управления «Пультом дистанционного управления». Подключение датчиков к роботу для управления «Пультом дистанционного управления». Тестовая программа для модели «Пульта дистанционного управления». Загрузка тестовой программы. Работа с тестовой программой. Создание простой программы для модели «Пульт дистанционного управления». Тестирование программы. Исправление ошибок. Подготовка модели «Пульт дистанционного управления» к итоговому занятию. Итоговое занятие модели «Пульт дистанционного управления». | 11 | 20.04.2017
23.04.2017
25.04.2017
27.04.2017 | 12 |
13.Соревнования «Сумо» |
Апрель-Май | Теория: Технология работы с моделью для Сумо. | 1 | Практика: Рассмотрим технологию работы с моделью для Сумо. Разработка плана работы над моделью. Работа с моделью и датчиками. Разработка траектории движения модели для Сумо. Программирование действий модели с использованием серво моторов. Программирование действий модели с использованием комбинаций датчиков. Тестирование траектории движений модели по регламенту соревнований Сумо. Подготовка поля и модели к соревнованиям Сумо. Соревнования Сумо. | 11 | 30.04.2017
02.05.2017
04.05.2017
07.05.2017 | 12 |
14.Контрольное занятие |
Апрель-Май | | 0 | Практика: Итоговое занятие модели «Танк». Защита творческой работы «Контрольная модель». | 3 |
11.05.2017 | 3 |
Литература для учащихся
Чехлова А. В., Якушкин П. А. «Конструкторы LEGO DAKTA в курсе информационных технологий. Введение в робототехнику». - М.: ИНТ, 2001 г.
Филиппов С.А. «Робототехника для детей и родителей» - «Наука» 2010г.
Литература для учителя
Тришина С. В. Информационная компетентность как педагогическая категория [Электронный ресурс]. ИНТЕРНЕТ-ЖУРНАЛ «ЭЙДОС» –www.eidos.ru .
Поташник М.М. Управление профессиональным ростом учителя в современной школе.– М., 2009
Концепция модернизации российского образования http://www.ug.ru/02.31/t45.htm
«Новые информационные технологии для образования». Институт ЮНЕСКО по информационным технологиям в образовании. Издательство « Москва». 2000 г
Интернет - ресурсы
http://lego.rkc-74.ru/
http://www.9151394.ru/projects/lego/lego6/beliovskaya/
http://www.lego.com/education/
http://www.wroboto.org/
http://learning.9151394.ru
http://www.roboclub.ru/
http://robosport.ru/
http://www.prorobot.ru/