«Робототехника»

Пояснительная записка

Рабочая программа составлена в соответствии с:

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

2. Федеральный государственный образовательный стандарт основного общего образования (Приказ Министерства просвещения РФ от 31.05.2021г. №287 "Об утверждении федерального государственного образовательного стандарта основного общего образования");

3. Письмо Министерства просвещения РФ от 5 июля 2022 года №ТВ-1290/03 «О направлении методических рекомендаций по организации внеурочной деятельности в рамках реализации обновленных федеральных государственных образовательных стандартов начального общего и основного общего образования»;

4. Концепция развития дополнительного образования детей до 2030 г. (распоряжение Правительства РФ от 31.03.2022 г. № 678-р);

5. ^{Постановление Главного государственного санитарного врача Российской Федерации №28 от 28.09.2020г. «Об утверждении санитарных правил СП 2.4.36.48-20 «Санитарно-эпидемиологические требования к организации воспитания и обучения, отдыха и оздоровления детей и молодежи»;}

6. ^{Уставом МБОУ ДО Бутурлиновский ДДТ.}

7. ^{Образовательной программой МБОУ ДО Бутурлиновский ДДТ.}

^{1.1. Актуальность программы}

^{заключается в том, что в данный момент в России для развития робототехники. В XXI веке успехи государства будут определять не природные ресурсы, а интеллектуальный потенциал, определяемый уровнем передовых технологий. Уникальность образовательной робототехники заключается в возможности объединить конструирование и программирование в одном курсе с интеграцией преподавания информатики, математики, физики, черчения с развитием инженерного мышления, через техническое творчество. Техническое творчество — это инструмент синтеза знаний, закладывающий основы системного и пространственного мышления. Таким образом, инженерное творчество и лабораторные исследования — это деятельность, которая должна стать составной частью повседневной жизни каждого обучающегося.}

1.2. Новизна программы заключается в использовании новых методик информационных технологий и преподавания, направленных на получение теоретических и прикладных навыков обучающегося. Ключевое место в программе это умения и навыки работы на компьютере, конструирование и программирование. Основа программы принцип развивающего обучения, формирование алгоритмического мышления мотивация к обучению, развитие надпредметных компетенции.

1.3. Педагогическая целесообразность программы в том, что она является целостной и непрерывной в процессе обучения и позволяет обучающемуся раскрывать творческие возможности и самореализоваться в современном мире. В обучении используются технологии, как обучение в сотрудничестве, индивидуализация и дифференциация, проектные методы, использование в обучении игровых методов, информационно-коммуникационных технологий. В процессе конструирования и программирования обучающиеся получат дополнительное образование в области физики, механики, электроники и информатики.

Характеристика, цель и задачи программы.

Направленность программы: техническая.

Возраст обучающихся: 9 - 16 лет

Количество обучающихся в группе: 15 чел.

Программа рассчитана на один год обучения

Объем программы: 144 учебных часа

Режим занятий: 2 раза в неделю по 2 часа с перерывом 10 минут

Цель программы: сформировать у обучающихся интерес к робототехнике и способность к творческому самовыражению через конструирование и программирование.

Задачи программы:

Образовательные:

• обучить конструктивным особенностям сооружений и механизмов;

• обучить видам соединений в конструкторе и основным приемам конструирования роботов;

• обучить различать конструктивные особенности роботов;

• обучить создавать действующие модели при помощи специальных элементов по разработанной схеме и собственному замыслу;

• обучить создавать программы на компьютере для роботов и корректировать программы при необходимости;

• сформировать общенаучные и технологические навыки конструирования и проектирования.

Развивающие:

• научить грамотно и корректно интерпретировать общепредметные понятия и применять полученные знания;

• развивать навык анализа, синтеза и интерпретирования информации;

• формировать навык планирования образовательной деятельности;

• создать условия для взаимодействия обучающихся;

• научить оценивать ситуацию и выбирать альтернативные пути решений поставленных задач;

• создать комфортные условия для самореализации.

Воспитательные:

• научить воспринимать, анализировать и транслировать информацию;

• научить адекватно реагировать на изменения в окружающем мире;

• развивать коммуникативные навыки;

• научить бережно относиться к материальным и духовным ценностям.

Формы учебной деятельности:

• самостоятельная работа;

• дискуссия;

• групповая работа;

• презентация;

• беседа;

• консультация;

• соревнование;

• практическая работа;

• кейс.

Виды учебной деятельности

• решение поставленных задач;

• анализ учебных ситуаций;

• поиск необходимой информации в учебной, справочной литературе и сети интернет;

• выполнение практических работ;

• выполнение самостоятельных работ;

• конструирование и программирование;

Ожидаемые результаты освоения программы:

Личностные результаты:

• ответственное отношение к информации и ее распространению;

• адаптация к изменениям в окружающем мире;

• способность самостоятельно и в группе решать поставленные задачи, анализируя и подбирая ресурсы и средства для их решения;

• уважительное отношение к людям с иным мнением, интересами ;

• мотивация учебной деятельности и личностного смысла образования;

• бережное отношение к материальным и духовным ценностям.

Метапредметные результаты:

• умение ориентироваться в образовательном пространстве с использованием общепредметных понятий;

• развитие навыка решения наивысшего качества, основанного на логической и комплексной переработке, систематизации информации;

• умение планировать, контролировать и оценивать учебные действия с поставленной задачей и условиями реализации;

• совершенствовать умения использования компьютерных и коммуникационных технологий как инструмента достижения целей;

• взаимодействовать и сотрудничать с людьми с целью достижения персональных и общих результатов;

• умение самостоятельно осознавать причины своего успеха или неуспех.

Результаты:

• проявлять знания в области программирования и конструирования роботов;

• проявлять навыки конструирования;

• проявлять навыки программирования роботов;

Планируемые результаты:

Знать

• составляющие набора Lego Mindstorms EV3 базового и ресурсного набора;

• порты для подключения моторов и датчиков;

• интерфейс программного обеспечения для программирования LEGO роботов;

• основные направления развития робототехники и сферы ее применения;

• правила безопасного пользования инструментами и оборудованием, организации рабочего места.

Уметь

• программировать на платформах: Lego Mindstorms EV3, Scratch, MakeCode;

• программировать робота;

• использовать имеющееся техническое обеспечение для решения поставленных задач;

• собирать простые схемы с использованием различных деталей.

Формы подведения итогов и методы диагностики

Текущая аттестация осуществляется в форме педагогического наблюдения. Промежуточная аттестация осуществляется в форме соревнований. Итоговая аттестация осуществляется в форме защиты проектов, выполненных в рамках задания. Формы отслеживания и фиксации образовательных результатов: проект, перечень готовых работ. Формы предъявления и демонстрации образовательных результатов: защита творческих работ.

Учебно-тематический план

Содержание учебно-тематического плана

Раздел 1. Введение в робототехнику (10 часов).

Теория. Инструктаж по технике безопасности и пожарной безопасности. Правила организации рабочего места. История робототехники от глубокой древности до наших дней. Основные понятия робототехники. Изучение понятий «центр масс», «рычаг», «баланс конструкции». Знакомство с основами механики, основными свойствами различных видов конструкций, понятиями «ось» и «колесо». Изучение видов механизмов и передач, их назначения и применения. Знакомство с зубчатыми колёсами, ременной передачей, повышающей и понижающей зубчатыми передачами, коронным зубчатым колесом, шкивами и ремнями.

Практика. Практическая работа на выявление уровня начальной подготовки обучающегося. Сборка первичных конструкций. Практическая работа на построение сложных моделей. Сборка механизмов по технологическим картам: «Машина с передним приводом», «Катапульта», «Рычажной подъемник», определить параметры данного механизма. Сборка моделей по собственному замыслу. Творческая работа.

Раздел 2. Работа с персональным компьютером по теме: «Промышленные роботы» (10 часов)

Теория. Персональный компьютер, внешние устройства ЭВМ. Работа с персональным компьютером. Понятие «информация». Техника безопасности и организация рабочего места. Работа с пакетом офисных программ MS Office.

Практика. Практические работы по компьютерной грамотности с использованием пакета офисных программ « Word», «Excel» и « PowerPoint» на тему «Промышленные роботы в России».

Раздел 3. Первые шаги в программировании. (10часов).

Теория. Алгоритмизация в жизни человека. Знакомство с интерфейсом визуального языка программирования Scratch. Основные возможности. Изучение эффектов. Работа с отрицательными числами. Исследование изменения движения спрайтов при положительных и отрицательных числах. Блок Управление. Блоки Условие и Сенсоры.

Практика. Практические работы на отработку составления простейшей программы по шаблону. Разработка проектов.

Раздел 4. Конструирование и программирование Lego Mindstorms Education EV3 (46 часов).

Теория. Состав и структура конструктора Lego Mindstorms Education EV3. Микроконтроллер. Моторы EV3: большой, средний. Датчики EV3: цвета, гироскопический, касания и ультразвуковой. Подключение датчиков и моторов. Подключение модуля EV3 к компьютеру. Беспроводное подключение — Bluetooth. Интерфейс модуля EV3. Понятие о скорости вращения, крутящий момент. Калибровка датчиков. Отработка составления простейшей программы по шаблону. Программная среда, требование к системе. Установка ПО. Свойства и структура программной среды. Знакомство со средой программирования Lego Mindstorms Education EV3. Команды визуального языка программирования. Переменные и константы. Передача программы в микроконтроллер. Запуск программы.

Практика. Практические работы на применение различных способов крепления деталей. Сборка первичных конструкций. Сборка моделей с использованием моторов и датчиков. Сборка робототехнических конструкций. Практические работы на отработку составления простейшей программы по шаблону. Изображение команд в программе и на схеме.

Раздел 5. Кодовый замок (8 часов).

Кейс №1: «Кодовый замок» (Приложение 1).

Теория. Определить размер и форму замка. Возможно, потребуется несколько наборов лего, для создания замка нужной величины. Кодовый замок должен иметь специальный механизм, который позволит открыть его только при вводе определенной комбинации. Для этого создаются кнопки или рычаги, которые будут служить кодовым механизмом. Для ввода кода в замок нужно создать специальный вход, в который можно будет вставить кодовую комбинацию. Например, это может быть деталь лего с отверстием или просто ручка, на которую нужно будет вписать код.

Практика. Перед тем, как начать установку механизма кодового замка, убеждаемся, что у нас есть все необходимые детали из набора Lego. Процесс установки состоит из следующих шагов: cобираем основу замка, используя блоки Lego, – добавляем детали для создания механизма замка, это могут быть шестерни и оси, – устанавливаем ручку кодового замка, она должна поворачиваться и фиксироваться в нескольких положениях, – присоединяем механизм кодового замка к его основе, чтобы ручка входила в соответствующее отверстие, – убеждаемся, что все детали закреплены друг с другом. Для программирования кода доступа используем программу LEGO Mindstorms EV3. По завершению программирования проводим проверку работы кодового замка.

Раздел 6. «Движение по черной линии» (20 часов)

Теория. Типы алгоритмов движения вдоль черной линии. Анализ алгоритмов с целью выяснения, какой из них лучше подходит для каждого участка траектории в зависимости от кривизны, типа поворота и скорости.

Практика. Программирование движения по черной линии с одним датчиком. Простейший алгоритм. Вложенные условия. Типы алгоритмов движения вдоль черной линии с двумя датчиками. Программа прохождения любой траектории, содержащей различные препятствия.

Раздел 7. Игра роботов (20 часов).

Теория. Анализ данных, определение проблем, требующих решение. Планирование проекта. Анализ миссий.

Практика. Разработка конструкции робота. Сборка модели для выполнения миссий. Поиск алгоритма решения и написание программ для выполнения задания. Создание презентации проекта.

Раздел 8. Решение проектных задач на основе соревновательной деятельности (18 часов)

Теория. Исследование области проектной задачи, сбор информации. Работа над презентационным материалом.

Практика. Конструирование и программирование модели.

Раздел 9. Итоговое занятие (2 часа)

Практика. Выступление с демонстрацией итогов работы.

Календарный учебный график

Список литературы для педагога:

1. Овсяницкая Л.Ю. Курс программирования робота EV3 в среде Lego Mindstorms EV3 / Л.Ю. Овсяницкая, Д.Н. Овсяницкий, А.Д. Овсяницкий. 2-е изд., перераб. и доп – М.

2. Белиовская Л. Использование LEGO-роботов в инженерных проектах школьников. Отраслевой подход. Учебное пособие / Л. Белиовская, Н. Белиовский – М.: Перо, 2016. – 88 с.

3. Голиков Д.В. «Scratch для юных программистов» / СПБ.: БХВ-Петербург, 2017. – 192 с.

4. Исогава Й. Книга идей LEGO MINDSTORMS EV3. 181 удивительный механизм и устройство / Й. Исогава - М.: Эксмо, 2017. – 233 с.

5. Копосов, Д.Г. «Первый шаг в робототехнику. Практикум для 5-6 классов» / Д.Г. Копосов – М.: БИНОМ, 2012. – 292с.

6. Свейгарт Эл. «Программирование для детей: делай игры и учи язык Scratch!» / Эл Свейгарт – Москва: Эксмо, 2017. – 304 с.

7. Филиппов С.А. «Робототехника для детей и родителей» / С.А. Филиппов – СПб.: НАУКА, 2013. – 319 с.

8. Официальный сайт LEGOEducation. – Режим доступа: http://www.lego.com/ru-ru/mindstorms.

9. Режим доступа: https://remax-msk.ru/instrukciya-po-sozdaniyu-kodovogo-zamka-iz-konstruktora-lego.

Список литературы для обучающихся:

1. Копосов, Д.Г. «Первый шаг в робототехнику. Практикум для 5-6 классов» / Д.Г. Копосов – М.: БИНОМ, 2012. – 292с.

2. Копосов, Д. Г. «Первый шаг в робототехнику. Рабочая тетрадь для 5-6 классов» / Д.Г. Копосов – М.: БИНОМ, 2012. – 87с.

3. Филиппов С.А. «Робототехника для детей и родителей» / С.А. Филиппов – СПб.: НАУКА, 2013. – 319 с.

4. Руководство пользователя LEGO MINDSTORMS Education EV3, 2013. – 69 с.

5. Официальный сайт LEGOEducation. – Режим доступа: http://www.lego.com/ru-ru/mindstorms.

Приложение №1

Дидактические материалы

Кейс №1. «Кодовый замок»

Ключевые понятия:

• Датчик;

• Параметры работы датчика;

• Методы кодирования;

• Код;

• Основы программирования.

Категория кейса: углубленный

Место в структуре программы: кейс выполняется после знакомства с датчиками и их особенностями.

Количество учебных часов/занятий, на которые рассчитан кейс: 16 часов.

Метод работы с кейсом: конструирование — инженерная разработка устройства.

Минимально необходимый уровень входных компетенций: умение собирать роботов по инструкции, умение проводить настройки параметров датчиков.

Предполагаемые образовательные результаты учащихся

Артефакты: робот «Кодовый замок».

Формируемые навыки

Универсальные

• умение слушать и задавать вопросы,

• решение изобретательских задач,

• свободное мышление,

• работа в команде,

• мышление на несколько шагов вперёд,

• осмысленное следование инструкциям,

• внимательность,

• аккуратность,

• соблюдение техники безопасности,

• ответственность за соблюдение правил,

• работа с взаимосвязанными параметрами.

Предметные

• навыки конструирования,

• навыки презентации и защиты проделанной работы,

• программирование датчика цвета,

• программирование датчика касания,

• программирование инфракрасного датчика и маяка,

• создание робота «Кодовый замок», который выполняет поставленную задачу.