Кружок Робототехника 2 года

«Согласовано» ______________  «_____»_______201  г.

«Утверждаю» ________________ «__» __________201   г.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Тематическое планирование

«Робототехника»

Учитель:Николаев Андрей Николаевич

Учащиеся: 5-9 классов

Продолжительность 2 года

Нагрузка: 6 часа в неделю 204 в год

Пояснительная записка

         Данная программа разработана на основе программы факультативных уроков по робототехнике МБОУ «Лицей №174»учителя Гаврилова Михаила Сергеевича (http://www.prorobot.ru)

         Основным содержанием данного курса являются постепенное усложнение занятий от технического моделирования до сборки и программирования роботов с использованием материалов книги С.А. Филиппова «Робототехника для детей и родителей» и компьютеров.

Актуальность курса заключается в том, что он направлен на формирование творческой личности живущей в современном мире. Технологические наборы LEGOMINDSTORMSNXT2.0 ориентированы на изучение основных физических принципов и базовых технических решений, лежащих в основе всех современных конструкций и устройств.

На уроках используются конструктор “Базовый  набор 9797” серии LEGOMINDSTORMSNXT 2.0 с программным обеспечением ПервоРобот (CD-Rдиск с визуальной средой программирования NXT-G).

Используя персональный компьютер, либо нетбук или ноутбукс ПО NXT-G, LEGO-элементы из конструктораученики могут конструировать управляемые модели роботов.Загружая управляющую программу вспециальныйLEGO-компьютер NXT и присоединяя его к модели робота, робот функционирует автономно. NXT работает независимо от настольного компьютера, на котором была написана управляющая программа; получая информацию от различных датчиков и обрабатывая ее, он управляет работой моторов.

         Итоги изученных тем подводятся созданием учениками собственных автоматизированных моделей, с написанием программ, используемых в своих проектах, и защитой этих проектов.

Цель:

·        Научить использовать средства информационных технологий, чтобы проводить исследования и решать задачи в межпредметной деятельности.

Задачи:

·        Знакомство со средой программирования NXT-G;

·        Усвоение основ программирования, получить умения составления алгоритмов;

·        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.

Принципы организации курса

Организация работы с продуктами LEGO Education базируется на принципе практического обучения. Учащиеся сначала обдумывают, а затем создают различные модели. При этом активизация усвоения учебного материала достигается благодаря тому, что мозг и руки «работают вместе». При сборке моделей, учащиеся не только выступают в качестве юных исследователей и инженеров. Они ещё и вовлечены в игровую деятельность.

Играя с роботом, школьники с лёгкостью усваивают знания из естественных наук, технологии, математики, не боясь совершать ошибки и исправлять их. Ведь робот не может обидеть ребёнка, сделать ему замечание или выставить оценку, но при этом он постоянно побуждает их мыслить и решать возникающие проблемы.

Формы проведения занятий

Первоначальное использование конструкторов Лего требует наличия готовых шаблонов: при отсутствии у многих детей практического опыта необходим первый этап обучения, на котором происходит знакомство с различными видами соединения деталей, вырабатывается умение читать чертежи и взаимодействовать в команде.

В дальнейшем, учащиеся отклоняются от инструкции, включая собственную фантазию, которая позволяет создавать совершенно невероятные модели. Недостаток знаний для производства собственной модели компенсируется возрастающей активностью любознательности учащегося, что выводит обучение на новый продуктивный уровень.

Основные этапы разработки Лего-проекта:

·        Обозначение темы проекта.

·        Цель и задачи представляемого проекта.

·        Разработка механизма на основе конструктора Лего.

·        Составление программы для работы механизма.

Тестирование модели, устранение дефектов и неисправностей.

При разработке и отладке проектов учащиеся делятся опытом друг с другом, что очень эффективно влияет на развитие познавательных, творческих навыков, а также самостоятельность школьников.

Традиционными формами проведения занятий являются: беседа, рассказ, проблемное изложение материала. Основная форма деятельности учащихся – это самостоятельная интеллектуальная и практическая деятельность учащихся, в сочетании с групповой, индивидуальной формой работы школьников

Обучение с LEGO ВСЕГДА состоит из 4 этапов:

·        установление взаимосвязей,

·        конструирование,

·        рефлексия,

·        развитие.

На каждом из вышеперечисленных этапов учащиеся как бы «накладывают» новые знания на те, которыми они уже обладают, расширяя, таким образом, свои познания.

Планируемые результаты

УЧАЩИЕСЯ ДОЛЖНЫ ЗНАТЬ:

- правила безопасной работы;

- основные компоненты конструкторов ЛЕГО;

- конструктивные особенности различных моделей, сооружений и механизмов;

- виды подвижных и неподвижных соединений в конструкторе;

- самостоятельно решать технические задачи в процессе конструирования роботов (планирование предстоящих действий, самоконтроль, применять полученные знания;

- создавать  модели  при  помощи специальных элементов по разработанной схеме, по собственному замыслу.

УЧАЩИЕСЯ ДОЛЖНЫ УМЕТЬ:

- работать с литературой, с журналами, с каталогами, в интернете (изучать и обрабатывать информацию);

- самостоятельно решать технические задачи в процессе конструирования роботов (планирование предстоящих действий, самоконтроль, применять полученные знания);

-уметь критически мыслить.

Кроме того, одним из ожидаемых результатов занятий по данному курсу является участие школьников в различных в лего-конкурсах и олимпиадах по робототехнике.

Техническое оснащение кабинета

         Компьютерный класс, удовлетворяющий санитарно-техническим нормам, оснащенный немеловой доской, индивидуальных рабочих мест, отвечающих требованиям для данного возраста обучающихся, компьютерами, подходящими под минимальную конфигурацию (Pentium 4 2 ГГц, 256MB SVGA, манипулятор типа «Мышь», Windows XP или выше, монитор, поддерживающий разрешение экрана 1024х768 85 Гц, звуковая карта, CD-ROM), проектор, экран, интернет.

Наборы конструкторов:

 конструктор Базовый набор ПервоРобот EVO3

 ресурсный набор для конструктора LEGO

 поля для проведения соревнования роботов.

 зарядное устройство для конструктор

 ящик для хранения конструктора  

№	Тема	Содержание	Часы
1	Введение в робототехнику	Лекция. Цели и задачи курса. Что такое роботы. Ролики, фотографии и мультимедиа. Рассказ о соревнованиях роботов: Евробот, фестиваль мобильных роботов, олимпиады роботов. Спортивная робототехника. В т.ч. - бои роботов (неразрушающие). Конструкторы и «самодельные» роботы.	1
2	Конструкторы компании ЛЕГО	Лекция. Информация о имеющихся конструкторах компании ЛЕГО, их функциональном назначении и отличии, демонстрация имеющихся у нас наборов	2
3	Знакомимся с набором LegoMindstormsNXT 2.0 сборки 8547	Лекция. Знакомимся с набором LegoMindstormsNXT 2.0 сборки 9797. Что необходимо знать перед началом работы с NXT. Датчики конструкторов LEGO на базе компьютера NXT (Презентация), аппаратный и программный состав конструкторов LEGO на базе компьютера NXT (Презентация), сервомотор NXT.	1
4	Конструирование первого робота	Практика. Собираем первую модель робота «Пятиминитука» по инструкции.	8
5	Изучение среды управления и программирования	Лекция. Изучение программного обеспечения, изучение среды программирования, управления. Краткое изучение программного обеспечения, изучение среды программирования и управления.  Собираем робота "Линейный ползун": модернизируем собранного на предыдущем уроке робота "Пятиминутку" и получаем "Линейного ползуна". Загружаем готовые программы управления роботом, тестируем их, выявляем сильные и слабые стороны программ, а также регулируем параметры, при которых программы работают без ошибок.	8
6	Программирование робота	Практика. Разработка программ для выполнения поставленных задачи: несколько коротких заданий из 4-5 блоков	6
7	Конструируем более сложного робота	Создаём и тестируем "Трёхколёсного робота". У этого робота ещё нет датчиков, но уже можно писать средние по сложности программы для управления двумя серводвигателями.	10
8	Программирование более сложного робота	Практика. Разработка программ для выполнения поставленных задачи: несколько коротких заданий. Количество блоков в программах более 5 штук. (более сложная программа). Собираем и программируем "Бот-внедорожник" На предыдущем уроке мы собрали "Трёхколёсного" робота. Мы его оставили в ящике, на этом уроке достаём и вносим небольшие изменения в конструкцию. Получаем уже более серьёзная модель, использующую датчик касания. Соответственно, мы продолжаем эксперименты по программированию робота. Пишем программу средней сложности, которая должна позволить роботу реагировать на событие нажатия датчика. Задача примерно такая: допустим, робот ехал и упёрся в стену. Ему необходимо отъехать немножко назад, повернуть налево и затем продолжить движение прямо. Необходимо зациклить эту программу. Провести испытание поведения робота, подумать в каких случаях может пригодиться полученный результат.	10
9	Собираем гусеничного робота по инструкции	Создаём и тестируем "Гусеничного робота". Задача: необходимо научиться собирать робота на гусеницах. Поэтому тренируемся, пробуем собрать по инструкции. Если всё получилось, то управляем роботом с сотового телефона или с компьютера. Запоминаем конструкцию. Анализируем плюсы и минусы конструкции. На следующем уроке попробуем разобрать и заново собрать робота.	8
10	Конструируем гусеничного бота	На предыдущем уроке мы собирали гусеничного бота. Нужно ещё раз посмотреть на свои модели, запомнить конструкцию. Далее разобрать и попытаться собрать свою собственную модель. Она должна быть устойчива, не должно быть выступающих частей. Гусеницы должны быть оптимально натянуты. Далее тестируем своё гусеничное транспортное средство на поле, управляем им с мобильного телефона или с ноутбука.	10
11	Тестирование	Тест должен содержать простые и чётко сформулированные вопросы о конструкторе, о лего, о законах физики, математики и т.д. Рекомендуемое количество вопросов от 10 до 20. Ученики отвечают на простые вопросы, проверяют свой уровень знаний. В тест рекомендуется включить несколько вопросов на смекалку из цикла: "А что если...". В результате тестирования мы должны понять научился ли чему-нибудь ученик.	2
12	Собираем по инструкции робота-сумоиста	Нам необходимо ознакомиться с конструкцией самого простого робота сумоиста. Для этого читаем и собираем робота по инструкции: бот - сумоист. Собираем, запоминаем конструкцию. Тестируем собранного робота. Управляем им с ноутбука/нетбука.	10
13	Соревнование "роботов сумоистов"	Собираем по памяти на время робота-сумоиста. Продолжительность сборки: 30-60 минут. Устраиваем соревнования. Не разбираем конструкцию робота победителя. Необходимо изучить конструкции, выявить плюсы и минусы бота.	8
14	Анализ конструкции победителей	Необходимо изучить конструкции, выявить плюсы и минусы бота. Проговариваем вслух все плюсы и минусы. Свободное время. Собираем любую со сложностью не выше 3 единиц из имеющихся инструкций роботов.	2
15	Конструируем робота к международным соревнованиям WRO (1)	Задача учеников самостоятельно найти и смастерить конструкцию робота, которая сможет выполнять задания олимпиады. Все задания расклываем по частям, например, нужно передвигаться из точки А в точку Б - это будет первая задача, нужно определять цвет каждой ячейки - это вторая задача, в зависимости от цвета ячейки нужно выкладвать определённое количество шариков в ячейку - это третья задача.	8
16	Разработка проектов по группам.	Цель: Сформировать задачу на разработку проекта группе учеников. На уроке мы делим всех учеников на группы по 2-3 человека. Шаг 1. Каждая группа сама придумывает себе проект автоматизированного устройства/установки или робота. Задача учителя направить учеников на максимально подробное описание будущих моделей, распределить обязанности по сборке, отладке, программированию будущей модели. Ученики обязаны описать данные решения в виде блок-схем, либо текстом в тетрадях. Шаг 2. При готовности описательной части проекта приступить к созданию действующей модели. Шаг 2. При готовности описательной части проекта создам действующую модели. Если есть вопросы и проблемы - направляем учеников на поиск самостоятельного решения проблем, выработку коллективных и индивидуальных решений. Шаг 3. Уточняем параметры проекта. Дополняем его схемами, условными чертежами, добавляем описательную часть. Обновляем параметры объектов. Шаг 4. При готовности модели начинаем программирование запланированных ранее функций. Цель: Научиться презентавать (представлять) свою деятельность. Продолжаем сборку и программиирование моделей. Шаг 5. Оформляем проект: Окончательно определяемся с названием проекта, разрабатываем презентацию для защиты проекта. Печатаем необходимое название, ФИО авторов, дополнительный материал. Шаг 6. Определяемся с речью для защиты проекта. Записываем, сохраняем, репитируем. Цель: Научиться публично представлять свои изобретения. Место: Актовый зал Лицея, либо лаборатория робототехники. Публичная ЗАЩИТА проектов с приглашением представителей администрации Лицея, представителей градообразующего предприятия, педагогов дополнительного образования технической направленности организаций дополнительного оборазования города, учеников Лицея и других школ города.	16
17	Свободный урок. Сбор готовой модели на выбор.	Сбор и исследование одной из моделей роботов на выбор: ·Гоночная машина - автобот - автомобиль с возможностью удалённого управления и запрограммирования его для движения по цветным линиям на полу! ·Бот с ультразвуковым датчиком - 4-х колёсный робот с интеллектуальной программой, принимающей решение куда ехать при наличии препятствия. ·Бот с датчиком касания - 4-х колёсный робот с программой, использующей датчик касания в качестве инструмента для определения препятствий. ·Бот с датчиком для следования по линии - робот, программа которого настроена на его движение по чёрной линии. ·Бот стрелок - простейший робот, стреляющий в разные стороны шариками. Цель: Закрепить навыки конструирования по готовым инструкциям. Изучить программы. Ученикам необходимо собрать модели по инструкции. Загрузить имеющуюся программу. Изучить работу программы, особенности движения, работы с датчиком и т.д. модели робота. Сделать соответствующие выводы.	10
18	Конструируем 4-х колёсного или гусеничного робота	Цель: собрать по инструкции робота, изучить его возможности и программу. Необходимо выбрать одного из 9 имеющиеся конструкции МУЛЬТИБОТА по этой ссылке. Собираем робота по инструкции, загружаем программу, изучаем его поведение: запкскаем, наблюдаем, тестируем. Меняем программу, добиваемся изменения принципа работы робота. Меняем его конструкцию.	10
19	Конструируем колёсного или гусеничного робота.	Цель: придумать и собрать робота. Самостоятельно запрограмиировать робота. Придумываем конструкцию, которую мы бы хотели собрать. Назовём конструкци роботом. Пусть робот перемещается на 4-х колёсах или гусеницах. Пусть он может короткое время (минимум 1 минуту) передвигаться самостоятельно. Начинаем сборку модели. Обсуждаем подробности конструкции и параметры программы.	16
20	Контрольное тестирование	Тест должен содержать простые и чётко сформулированные вопросы о конструкторе, о лего, о законах физики, математики и т.д. Рекомендуемое количество вопросов 20 штук. Ученики отвечают на простые вопросы, проверяют свой уровень знаний. В тест рекомендуется включить несколько вопросов на смекалку из цикла: "А что если...". В результате тестирования мы должны понять научился ли чему-нибудь ученик. Проводим анализ полученных результатов. Сравниваем их с теми, что были получены в начале обучения по предмету "робототехника". Проводим "отсев" двоечников, выбираем учеников, способных изучать робототехнику на повышенном уровне. Формируем из них группу для обучения на второй год.	2
21	Собираем робота-богомола	Собираем и программируем робота-богомола МАНТИ. Урок 1. Инструкция Инструкция по сборке робота 'МАНТИ: безобидный богомол'	10
22	Собираем робота высокой сложности	Собираем робота АЛЬФАРЕКСА (ALFAREX) урок 1. Инструкция Инструкция по сборке робота 'АЛЬФАРЕКС' для конструктора 8547.	14
23	Программирование робота высоко сложности	Программируем робота АЛЬФАРЕКСА, готовимся к показательным выступлениям.	8
24	Показательное выступление	Показательный урок: демонстрируем робота, запускаем программу, показываем возможности движения, соревнуемся на скорость перемещения. Команда-победитель получает призы.	8
25	Свободное моделирование.	Собираем любую по желанию модель.	10
26	Свободное моделирование. Резервный урок.	Собираем любую по желанию модель. Резервный урок.	6
ИТОГО:			204

2 год обучения

№	Тема	Содержание	Часы
1	Характеристика робота. Создание первого проекта.	Просмотр видеороликов о применении  роботизированных систем, в т.ч. LEGO Mindstorm. Ознакомление с комплектом деталей.	2
2	Моторы. Программирование движений различным траекториям.	Соединение мотора с модулем. Программирование различных способов управления моторами. Проект "Секундомер".	4
3	Программные структуры.	Распределение наборов по группам. Сортировка и раскладывание деталей. Ознакомление с рабочим местом (ноутбук + конструктор + руководство)	6
4	Цикл с постусловием.	Создание и отладка программы с использованием блока цикла для повторения серии действий. Проекты "Зацикливание», "Движение по контуру"	6
5	Структура «Переключатель».	Использование блока переключения для принятия решений в динамическом процессе на основании информации датчика	6
6	Работа с датчиками.	Знакомство с датчиками Лего	2
7	Датчик касания.	Соединение датчика касания с  модулем. Программирование управления модуля с помощью датчика. Проекты "Количество нажатий на дисплей", "Число нажатий за 5 секунд".	4
8	Датчик цвета.	Соединение датчика света с модулем. Программирование управления модуля с помощью датчика. Проекты "Цветовой код", "Ночная дискотека"	4
9	Датчик гироскоп.	Соединение гироскопического датчика с модулем. Программирование управления модуля с помощью датчика. Проекты "Равномерное кручение"	4
10	Датчик ультразвука.	Соединение ультразвукового датчика с модулем. Программирование управления модуля с помощью датчика. Проект "Дальнометр"	4
11	Инфракрасный датчик.	Соединение инфрокрасного датчика с модулем. Программирование управления модуля с помощью датчика.	4
12	Датчик определения угла\количества оборотов и мощности мотора.	Соединение мотора как  датчика с модулем. Программирование управления модуля с помощью датчика.	4
13	Основные виды соревнований и элементы заданий.	Знакомство с соревнованиями по Робототехнике	2
14	Подготовка к соревнованиям « Сумо» .	Подготовка роботов к соревнованиям	2
15	Школьный этап соревнований  «Сумо»	Проведение соревнований в школе	4
16	Работа с подсветкой, экраном и звуком.	Работа с микропроцессором EVO 3	4
17	Работа с экраном.	Работа с микропроцессором EVO 3	4
18	Работа с подсветкой кнопок на блоке EV3.	Работа с микропроцессором EVO 3	4
19	Работа со звуком.	Работа с микропроцессором EVO 3	4
20	Основные виды соревнований и элементы заданий.	Знакомства с видами соревнований	4
21	Подготовка к соревнованиям «Кегельринг» .	Подготовка роботов к соревнованиям	4
22	Школьный этап соревнований  «Кегельринг»	Проведение соревнований в школе	4
23	Работа с данными.	Работа  с  типами шин данных	4
24	Типы данных. Проводники.	Самостоятельный эксперимент с тремя типами шин данных	4
25	Переменные и константы.	Работа с переменными и константами	4
26	Математические операции с данными.	Использование ультразвукового датчика для перемещения робота вперед при нахождении кубоида в указанном диапазоне. Проект "Робот- преследователь"	4
27	Другие работы с данными.		4
28	Логические  операции с данными.	Эксперимент с логическими И/ИЛИ в условии.	6
29	Создание подпрограмм.	Знакомство с структурой программы	6
30	Программирование движения по линии.	Создание программы движение по линии	6
31	Калибровка датчиков.	Калибровка датчиков	6
32	Алгоритм движения по линии «Зигзаг» ( дискретная система управления).	Запрограммировать робота выполнять повороты на требуемый угол	6
33	Алгоритм « Волна».	Запрограммировать робота выполнять повороты на требуемый угол	6
34	Поиск и подсчет перекрестков.	Присоединения датчика света к модели. Программирование различных сценариев движения. Проект "Плавная остановка"	6
35	Проезд инверсии.	Движение вперед и назад	6
36	Основные виды соревнований и элементы заданий.	Знакомство с соревнованиями по Робототехнике	2
37	Подготовка к соревнованиям «Траектория-пазл» .	Подготовка роботов к соревнованиям	4
38	Школьный этап соревнований  «Траектория-пазл»	Проведение соревнований в школе	4
39	Проектная деятельность в группах	Изучение основ проектирования. Знакомство с понятием проект, целями, задачами, актуальностью проекта, основными этапами его создания. Научить учащихся оформлять проектную папку	10
40	Выработка и утверждение тем проектов	Обсуждение идей учащихся.	10
41	Конструирование модели, ее программирование группой разработчиков	Создание роботов	10
42	Презентация  моделей	Презентация собственных проектов учащимися.	4
43	Выставка	Презентация собственных проектов учащимися.	4
44	Заключительный урок	Подведение итогов	2
	Итого		204

 Список литературы

1. Для педагога

1.     Робототехника для детей и родителей. С.А.Филиппов. СПб: Наука, 2010.

2.     Санкт-Петербургские олимпиады по кибернетике М.С.Ананьевский, Г.И.Болтунов, Ю.Е.Зайцев, А.С.Матвеев, А.Л.Фрадков, В.В.Шиегин. Под ред. А.Л.Фрадкова, М.С.Ананьевского. СПб.: Наука, 2006.

3.     Журнал «Компьютерные инструменты в школе», подборка статей за 2010 г. «Основы робототехники на базе конструктора Lego Mindstorms NXT».

4.     The LEGO MINDSTORMS NXT Idea Book. Design, Invent, and Build by Martijn Boogaarts, Rob Torok, Jonathan Daudelin, et al. San Francisco: No Starch Press, 2007.

5.     LEGO Technic Tora no Maki, ISOGAWA Yoshihito, Version 1.00 Isogawa Studio, Inc., 2007, http://www.isogawastudio.co.jp/legostudio/toranomaki/en/.

6.     CONSTRUCTOPEDIA NXT Kit 9797, Beta Version 2.1, 2008, Center for Engineering Educational Outreach, Tufts University, http://www.legoengineering.com/library/doc_download/150-nxt-constructopedia-beta-21.html.

7.     Lego Mindstorms NXT. The Mayan adventure. James Floyd Kelly. Apress, 2006.

8.     Engineering with LEGO Bricks and ROBOLAB. Third edition. Eric Wang. College House Enterprises, LLC, 2007.

9.     The Unofficial LEGO MINDSTORMS NXT Inventor's Guide. David J. Perdue. San Francisco: No Starch Press, 2007.

10. http://www.legoeducation.info/nxt/resources/building-guides/

11. http://www.legoengineering.com/

2. Для детей и родителей

12. Робототехника для детей и родителей. С.А.Филиппов. СПб: Наука, 2010.

13. Санкт-Петербургские олимпиады по кибернетике М.С.Ананьевский, Г.И.Болтунов, Ю.Е.Зайцев, А.С.Матвеев, А.Л.Фрадков, В.В.Шиегин. Под ред. А.Л.Фрадкова, М.С.Ананьевского. СПб.: Наука, 2006.

14. Журнал «Компьютерные инструменты в школе», подборка статей за 2010 г. «Основы робототехники на базе конструктора Lego Mindstorms NXT».

15. Я, робот. Айзек Азимов. Серия: Библиотека приключений. М: Эксмо, 2002.