Методическая разработка учебного занятия по теме "Датчик касания"

18

Методическая разработка учебного занятия

Ф.И.О. учителя: Подлесных Елена Викторовна

Класс: 5-7 класс

Предмет: Робототехника

Тема занятия: «Датчик касания»

Место и роль урока в изучаемой теме: Занятие №20 . Глава “Датчики”

Цели занятия:

Предметные: Развивать представления обучающихся об алгоритмах; познакомить обучающихся с датчиком касания EV3; сформировать представление о принципе работы датчика касания; рассказать о возможности реализации алгоритмов с применением датчика касания в базовой модели робота EV3; научить использовать полученные знания в практической работе.

Метапредметные: Развивать навыки учебно–познавательной деятельности; формировать элементы критического и творческого мышления; оценивать правильность выполнения учебных и иных задач; классифицировать и обобщать, выявлять аналогичные процессы и явления; делать выводы и умозаключения; работать в группе по решению общих учебных задач; использовать устную речь для аргументированного отстаивания своей точки зрения, своих выводов и умозаключений; применять ИКТ- компетенции для решения учебных задач и задач прикладного характера.

Личностные: мотивация на обучение и способность к выстраиванию индивидуальной образовательной территории, формирование уважения к личности и её достоинствам, доброжелательное отношение к окружающим, нетерпимость к любым видам насилия и готовность противостоять им.

Ожидаемые предметные результаты:

Обучающиеся научатся

• составлять алгоритмы для робота EV3 с использованием датчика касания;

• применять полученные знания при программировании базовой модели робота;

• выбирать соответствующее действие для достижения цели исполнителя алгоритма;

• решать задачи на движение с использованием датчика касания.

Формы организации работы детей: работа в паре, индивидуальная, фронтальная.

Средства обучения: действующие модели из конструкторов Lego Mindstorms EV3, презентация для учащихся, АРМ учителя, проектор, интерактивная доска, среда программирования EV3-G, Интернет, браузер Google

Ключевые понятия: датчик, алгоритм, исполнитель.

Межпредметные связи: математика, физика, технология

План занятия:

1. Организационный момент

2. Актуализация знаний

3. Изучение нового материала

4. Практическая работа №1 «Составление программ по образцу»

5. Практическая работа №2 «Разработка собственных программ»

6. Рефлексия

7. Итоги занятия

Ход занятия

1. Организационный момент

Рассадка, подготовка конструктора и организация рабочего места. Напоминание правил техники безопасности. Приветствие обучающихся.

2. Актуализация знаний. Контроль знаний по предыдущей теме.

1. Что такое механическая передача? Ответы обучающихся: Механической передачей называют устройство для передачи механического движения от двигателя к исполнительным органам машины.

2. Какие виды механических передач вы знаете? Ответы обучающихся:

3. А сейчас проверим, умеете ли вы различать виды механических передач. Для этого перейдем по ссылке и выполним Задание №1 http://LearningApps.org/watch?v=pvvb248ck16

4. А что такое передаточное число и как его посчитать? Ответы обучающихся: где i - передаточное отношение, Z2 - количество зубцов на ведомой шестерне (в числителе) и Z1 ведущей шестерне (в знаменателе).

5. А теперь посмотрим, как вы умеете находить передаточное отношение? Для этого вам необходимо разбиться на пары и выполнить задание.

Самостоятельная работа в парах

Задание №1: Перед вами изображения зубчатых и ременных передач.

Посчитайте передаточные числа механизмов, подробно описав процесс решения.

Ответ:

Ответ:

Ответ:

Ответ:

Задание №2: Перед вами три зубчатых колеса, расположите их номера так, чтобы получилась повышающая передача (используя все зубчатые колёса).

Задание №3: Кривошипно-шатунный механизм (КШМ) предназначен для преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное, и наоборот. (См. рисунок). Приведите 5 примеров использования кривошипно-шатунного механизма в технике.

Ответ:

Ответ:

3. Изучение нового материала

Демонстрация модели робота и знакомство с архитектурой:

Учитель: У робота имеется «мозг», устройство которое обрабатывает информацию и посылает команды – это сам компьютер EV3 (или микрокомпьютер). Далее дети получают готовые модели роботов, оснащенных датчиком касания.

Учитель: А теперь я предлагаю ответить на вопросы (мотивация к обучению).

1. Как Вы думаете, с помощью чего робот получает информацию? (с помощью датчиков)

2. Какие части робота приводят его в движение, выполняют различные действия? (моторы)

3. Что используется для передачи информации, полученной датчиками к микрокомпьютеру («мозгу») и от микрокомпьютера к моторам? (провода)

Ответы обучающихся

Верно, молодцы!

Учитель: Робот получает информацию с помощью различных датчиков, которые фиксируют изменение разных воздействий на робота. Датчик расстояния (ультразвуковой) – изменение расстояния, звуковой датчик (микрофон) – изменение громкости звука, датчик освещенности (цвета) – изменение освещенности (цвета), датчик касания – реагирует на прикосновение.

А сейчас я предлагаю вам подумать и назвать тему нашего занятия.

Ответы обучающихся:

Учитель: Чем же мы с вами сегодня займемся и что нового узнаем? Ответы обучающихся:

Сегодня мы начинаем знакомство с понятием датчик, видами датчиков и узнаем о принципе работы датчика касания и научимся его использовать.

Датчик или сенсор (анг. sensor) – это первичный преобразователь, элемент измерительного, сигнального, регулирующего или управляющего устройства системы, который преобразует контролируемую величину в удобный для использования сигнал. Удобный для измерения. Передачи, преобразования, хранения и регистрации информации о состоянии объекта измерений. Датчики широко используются для систем автоматизированного управления.

Датчики или сенсоры – это то, что отличает робота или другое интеллектуальное устройство от обычной электрической или механической конструкции. Они служат для создания обратной связи и позволяют осуществлять автономное управление роботом.

Я предлагаю всем вместе (на интерактивной доске и за компьютерами) выполнить задание, в процессе его выполнения мы познакомимся с различными видами датчиков EV3.

Задание №2 Установите соответствие между названиями элементов робота EV3 и местом их расположения на картинке http://LearningApps.org/watch?v=p5boqtntj16 (Обучающиеся выполняют задание, педагог направляет, подсказывает.)

Все прекрасно справились с заданием, а сейчас мы приступим к изучению датчика касания и способов его применения.

Датчик касания  — это аналоговый датчик, который может определять, когда красная кнопка датчика нажата, а когда отпущена. Это означает, что датчик касания можно запрограммировать для действия в зависимости от трех условий: нажатие, отпускание и щелчок (нажатие и отпускание).

Используя вводы датчика касания, робота можно запрограммировать таким образом, чтобы он воспринимал мир, как его может воспринимать слепой человек, когда он протягивает руку и реагирует при соприкосновении с чем-либо (нажатие).

Вы можете построить робота с датчиком касания, который прижат к поверхности под ним. Вы можете запрограммировать робота так, чтобы он реагировал (Стоп!), когда он вот-вот скатится с края стола (когда датчик отпущен).

Боевой робот может быть запрограммирован так, чтобы он продолжал двигаться вперед на своего соперника до тех пор, пока соперник не отступит. Эта пара действий — нажатие и затем отпускание — образуют щелчок.

Для работы нам понадобится желтая палитра программирования Датчик

Рассмотрим как с помощью среды программирования EV3-G можно запрограммировать робота с датчиком касания. Для этого выберем блок датчика касания и вынесем его в рабочую область

В правом верхнем углу блока датчика касания вводим порт, к которому подключен датчик. Датчик работает в трех режимах: измерение, сравнение, ожидание.

Задание №3 Выберите порт датчика и режим

Режимы

1.Измерение – Состояние

В режиме Измерения выход блока принимает значение Истина (если датчик нажат) и Ложь (если датчик не нажат)

Задание № 4 Необходимо разработать алгоритм, при помощи которого можно включить мигание красной подсветки EV3-блока, если датчик нажат, и непрерывную красную подсветку, если датчик не нажат.

Для выполнения задания нам необходимо перенести в рабочее окно требуемые блоки и связать выход блока датчика касания со входом в блок индикатора состояния модуля.

2.Сравнение – Состояние

Режим сравнение позволяет отследить три состояния датчика: кнопка нажата, не нажата или произошло нажатие-отпускание кнопки.

Информация о состоянии кнопок представлена данными типа (0,1 или 2):

Задание №5. Установим состояние 1-кнопка нажата

В приведенном примере происходит передача данных числового типа о состоянии нажатия кнопки и логических данных сравнения с заданным значением.

Что будет происходить:

-не нажата

на блок подсветки приходит по зеленому проводнику значение Ложь-подсветка мигать не будет; по желтому проводнику передается значение 0 (кнопка не нажата). Значение 0 в блоке индикации состояния модуля соответствует зеленой подсветке;

-нажата

на блок индикации приходит по зеленому проводнику значение Истина- подсветка мигать будет; по желтому проводнику передается значение 1, которое соответствует желтой подсветке;

-нажата и отпущена

На блок индикации приходит по зеленому проводнику значение Ложь – подсветка мигать не будет; по желтому проводнику передается значение 2, которое соответствует красной подсветке.

3. Ожидание

Задание №6 Моторы В и С крутятся с мощностью 50 единиц до тех пор, пока кнопка датчика не будет нажата и отпущена (щелчок). Далее моторы остановятся.

4. Изменение в блоке ожидание

Режим Изменение в блоке ожидания предназначен для отслеживания изменения состояния датчика.

Задание №7: движение начинается только после изменения положения датчика касания (если до этого был нажат – то при отпускании, если не был нажат – при нажатии):

4. Практическая работа №1 «Использование датчика касания»

(Составление программ по образцу)

Учитель: Датчик касания определяет, нажата ли кнопка на передней поверхности датчика. Датчик касания можно использовать, например, для того, чтобы определить, когда робот наезжает на что-либо. Также на датчик касания можно надавить пальцем, чтобы он сработал. Датчик касания может показывать, что он либо нажат, либо нет. Он не может измерить, как далеко или насколько сильно вдавлена кнопка. Датчик касания дает логические данные (истина или ложь). Положение кнопки датчика касания называется ее состоянием, при этом истина соответствует нажатию, а ложь соответствует отсутствию нажатия (освобождению).

Датчик касания также может отслеживать, была ли раньше нажата кнопка и затем отпущена. Это называется «Щелчок» и применяется, например, для обнаружения нажатия пальцем.

А сейчас мы рассмотрим несколько примеров использования датчика касания и приступим выполнению упражнений. (упражнения выполняют индивидуально)

Задание №8: Мотор начинает работать каждый раз, когда удерживается датчик касания

(способ 1)

Составим данную программу, загрузим в робота и проверим ее работоспособность.

Эта программа заставляет мотор начинать работу каждый раз, когда датчик касания нажат и удерживается. Мотор останавливается каждый раз, когда датчик касания освобождается. Программа использует блок «Если ... то» с режимом «Датчик касания – Сравнение – Касание» для проверки нажатия. Результат проверки используется для выбора между включением и выключением мотора. Проверка повторяется непрерывно в цикле.

Задание №9: Мотор начинает работать каждый раз, когда удерживается датчик касания (способ 2)

Составим данную программу, загрузим в робота и проверим ее работоспособность.

Эта программа заставляет мотор начинать работу каждый раз, когда датчик касания нажат и удерживается. Мотор останавливается каждый раз, когда датчик касания освобождается. Программа использует блок ожидания сигнала датчика в режиме «Датчик касания – Сравнение – Касание» для ожидания состояния «Нажатие», чтобы запустить мотор, а затем другой блок ожидания сигнала датчика для ожидания состояния «Освобождение», прежде чем остановить мотор. Процесс повторяется циклически.

Задание №10: Подавать звуковой сигнал при каждом нажатии датчика касания

Составим данную программу, загрузим в робота и проверим ее работоспособность.

Эта программа производит короткий звуковой сигнал при каждом нажатии датчика касания. При каждом нажатии звучит только один сигнал. Программа использует блок ожидания сигнала датчика в режиме «Датчик касания – Сравнение – Касание» для проверки состояния «Нажатие», а затем другой блок ожидания сигнала датчика для ожидания состояния «Освобождение», прежде чем продолжится цикл.

Советы и подсказки

Если вы удалите «Ожидание состояния «Освобождение»» из этой программы, то обнаружите, что сигнал будет звучать столько, сколько удерживается датчик касания. Это происходит потому, что «Ожидание состояния «Нажатие»» сразу же переходит к следующему блоку, если датчик касания уже нажат. Проверьте!

Использование состояния «Щелчок»

Задание №11: Двигаться по схеме до нажатия датчика касания

Составим данную программу, загрузим в робота и проверим ее работоспособность.

Эта программа заставляет робота повторять схему движения прямо, затем повернуть до тех пор, пока не будет нажат датчик касания, действующий как кнопка «Стоп» на роботе. После нажатия датчика касания робот остановится после следующего поворота. Эта программа использует блок «Цикл» в режиме датчика касания для повторения движения до тех пор, пока датчик касания не придет в состояние «Щелчок» (нажат и освобожден).

5. Практическая работа №2 «Разработка собственных программ, демонстрирующих работу датчика касания» (Работа в группах по 3 человека)

Необходимо составить 3 алгоритма, демонстрирующих работу датчика касания для режимов: измерение, сравнение, ожидание.

Далее сделать скриншот каждой программы и разместить ее на интерактивном стенде в нужной категории (необходимо указать № группы, выполнившей задание).

Задание №12:

http://linoit.com/users/PodlesnykhEV/canvases/%D0%A3%D1%80%D0%BE%D0%BA%20%22%D0%94%D0%B0%D1%82%D1%87%D0%B8%D0%BA%20%D0%BA%D0%B0%D1%81%D0%B0%D0%BD%D0%B8%D1%8F%22

Выполнить (у доски) демонстрацию 3-х алгоритмов в действии, объяснить, где можно применить такой алгоритм.

6. Рефлексия

Ребята, вот и подошло к концу наше занятие, надеюсь, вам все понравилось и вы сможете применять полученные знания на практике. А сейчас я предлагаю ответить на вопросы, находящиеся на слайдах. Если же вы затрудняетесь в ответе, то вопрос можно пропустить. Для этого скопируйте данную ссылку в браузер и заполните слайды.

https://docs.google.com/presentation/d/1ZqCkkVxhukJrbNO3YSUuJSaRYN6KERiWJMYfgqlvguk/edit?usp=sharing

Вопросы:

Среди этапов занятия мне особенно понравился…;

- Во время занятия я приобрел…;

- Изучаемая тема побудила меня задуматься о …;

- Мне хотелось бы еще спросить…;

- Я испытывал(а) трудности…;

- Меня удивило…;

- Я приобрел/ я научился…;

- Я почувствовал(а), что…

- У меня получилось…;

- Мне захотелось…

После того как вы ответите на вопросы я прошу оценить свою работу во время занятия. Для этого перейдите по ссылке.

https://docs.google.com/forms/d/1vvpvHokKbebo7qDU7eF3OCYOVQLRMmi5_rWUdSGoB9g/viewform

Оцени работу твоих товарищей по группе выдай им от 1-го до пяти цветных стикеров.

Далее ведется подсчет стикеров, на доску выводится презентация с ответами на вопросы и диаграмма самооценки.

7. Итоги занятия

Дорогие ребята, сегодня мы познакомились с понятием датчика, научились применять датчик касания EV3. Составлять алгоритмы для робота EV3, оснащенного данным датчиком.

Благодарю всех, вы были очень активными и внимательными.

Источники:

1. Овсяницкая, Л.Ю. Курс программирования робота Lego Mindstorms EV3 в среде EV3: основные подходы, практические примеры, секреты мастерства / Л.Ю. Овсяницкая, Д.Н. Овсяницкий, А.Д. Овсяницкий. – Челябинск: ИП Мякотин И.В., 2014. – 204 с.

2. http://xn----itbbmalqd7b5a5d8a.xn--p1ai/wp-content/uploads/2015/11/Petrushenko-O.V.-Akademiya-Lego.pdf

3. http://ped-kopilka.ru/blogs/irina-aleksandrovna-podolskaja/refleksija-kak-odin-iz-priemov-osoznanogo-usvoenija-znanii.html

• 1 слайд

  Актуализация знаний. Контроль знаний по предыдущей теме Что такое механическая передача? Какие виды механических передач вы знаете?

• 2 слайд

  Актуализация знаний. Контроль знаний по предыдущей теме 3. А сейчас проверим, умеете ли вы различать виды механических передач. Для этого перейдем по ссылке и выполним Задание №1 http://LearningApps.org/watch?v=pvvb248ck16

• 3 слайд

  Актуализация знаний. Контроль знаний по предыдущей теме

• 4 слайд

  Актуализация знаний. Контроль знаний по предыдущей теме 4.А что такое передаточное число и как его посчитать?

• 5 слайд

  Актуализация знаний. Контроль знаний по предыдущей теме где i - передаточное отношение, Z2 - количество зубцов на ведомой шестерне (в числителе) и Z1 ведущей шестерне (в знаменателе).

• 6 слайд

  Актуализация знаний. Контроль знаний по предыдущей теме Самостоятельная работа в парах «Передаточное отношение»

• 7 слайд

  Актуализация знаний. Контроль знаний по предыдущей теме Самостоятельная работа в парах «Передаточное отношение»

• 8 слайд

  Актуализация знаний. Контроль знаний по предыдущей теме Самостоятельная работа в парах «Передаточное отношение»

• 9 слайд

  Изучение нового материала Демонстрация модели робота и знакомство с архитектурой

• 10 слайд

  Изучение нового материала

• 11 слайд

  Изучение нового материала Как Вы думаете, с помощью чего робот получает информацию? Какие части робота приводят его в движение, выполняют различные действия? Что используется для передачи информации, полученной датчиками к микрокомпьютеру («мозгу») и от микрокомпьютера к моторам?

• 12 слайд

  Тема занятия: «Датчики. Датчик касания»

• 13 слайд

  Изучение нового материала Датчик или сенсор (анг. sensor) – это первичный преобразователь, элемент измерительного, сигнального, регулирующего или управляющего устройства системы, который преобразует контролируемую величину в удобный для использования сигнал. Удобный для измерения. Передачи, преобразования. Хранения и регистрации информации о состоянии объекта измерений. Датчики широко используются для систем автоматизированного управления.

• 14 слайд

  Задание № 2 Установите соответствие между названиями элементов робота EV3 и местом их расположения на картинке http://LearningApps.org/watch?v=p5boqtntj16 Изучение нового материала

• 15 слайд

  Датчик касания — это аналоговый датчик, который может определять, когда красная кнопка датчика нажата, а когда отпущена. Изучение нового материала

• 16 слайд

  Изучение нового материала Это означает, что датчик касания можно запрограммировать для действия в зависимости от трех условий: нажатие, отпускание и щелчок (нажатие и отпускание).

• 17 слайд

  Изучение нового материала Блок датчика касания

• 18 слайд

  Изучение нового материала Блок датчика касания Режимы Измерение Сравнение Ожидание Задание №3 Выберите порт датчика и режим

• 19 слайд

  Изучение нового материала Режимы 1. Измерение – Состояние

• 20 слайд

  Изучение нового материала Задание № 4 Необходимо разработать алгоритм, при помощи которого можно включить мигание красной подсветки EV3-блока, если датчик нажат, и непрерывную красную подсветку, если датчик не нажат.

• 21 слайд

  Изучение нового материала Режимы 2.Сравнение – Состояние

• 22 слайд

  Изучение нового материала Режимы 2.Сравнение – Состояние Режим сравнение позволяет отследить три состояния датчика: кнопка нажата, не нажата или произошло нажатие-отпускание кнопки. Информация о состоянии кнопок представлена данными типа (0,1 или 2) Кнопка на датчике: не нажата нажата нажата-отпущена

• 23 слайд

  Изучение нового материала Режимы 2.Сравнение – Состояние Задание №5 Установим состояние 1- кнопка нажата Что будет происходить в различных режимах?

• 24 слайд

  Изучение нового материала Режимы 3. Ожидание Задание №6: Моторы В и С крутятся с мощностью 50 единиц до тех пор, пока кнопка датчика не будет нажата и отпущена (щелчок).Далее моторы остановятся.

• 25 слайд

  Изучение нового материала Режимы 4. Изменение в блоке ожидание Задание №7: движение начинается только после изменения положения датчика касания (если до этого был нажат – то при отпускании, если не был нажат – при нажатии)

• 26 слайд

  Практическая работа №1 «Использование датчика касания» Задание №8: Мотор начинает работать каждый раз, когда удерживается датчик касания (способ 1) Составим данную программу, загрузим в робота и проверим ее работоспособность.

• 27 слайд

  Практическая работа №1 «Использование датчика касания» Задание №9: Мотор начинает работать каждый раз, когда удерживается датчик касания (способ 2) Составим данную программу, загрузим в робота и проверим ее работоспособность.

• 28 слайд

  Практическая работа №1 «Использование датчика касания» Составим данную программу, загрузим в робота и проверим ее работоспособность. Задание №10: Подавать звуковой сигнал при каждом нажатии датчика касания

• 29 слайд

  Практическая работа №1 «Использование датчика касания» Составим данную программу, загрузим в робота и проверим ее работоспособность. Использование состояния «Щелчок» Задание №11: Двигаться по схеме до нажатия датчика касания

• 30 слайд

  Практическая работа №2 «Разработка собственных программ, демонстрирующих работу датчика касания» Необходимо составить 3 алгоритма, демонстрирующих работу датчика касания для режимов: измерение, сравнение, ожидание. Далее сделать скриншот каждой программы и разместить ее на интерактивном стенде в нужной категории (необходимо указать № группы, выполнившей задание). Задание №12: http://linoit.com/users/PodlesnykhEV/canvases/%D0%A3%D1%80%D0%BE%D0%BA%20%22%D0%94%D0%B0%D1%82%D1%87%D0%B8%D0%BA%20%D0%BA%D0%B0%D1%81%D0%B0%D0%BD%D0%B8%D1%8F%22 Выполнить (у доски) демонстрацию 3-х алгоритмов в действии и объяснить, где можно применить такой алгоритм.

• 31 слайд

  VI.Рефлексия https://docs.google.com/presentation/d/1ZqCkkVxhukJrbNO3YSUuJSaRYN6KERiWJMYfgqlvguk/edit?usp=sharing

• 32 слайд

  VI.Рефлексия https://docs.google.com/forms/d/1vvpvHokKbebo7qDU7eF3OCYOVQLRMmi5_rWUdSGoB9g/viewform

• 33 слайд

Ссылки

1. Задание №1 Соотнеси картинку с названием механической передачи http://LearningApps.org/watch?v=pvvb248ck16

2. Установите соответствие между названиями элементов робота EV3 и местом их расположения на картинке http://LearningApps.org/watch?v=p5boqtntj16

3. Задание №12: Сделать скриншот каждой программы и разместить ее на интерактивном стенде в нужной категории (необходимо указать № группы, выполнившей задание). http://linoit.com/users/PodlesnykhEV/canvases/%D0%A3%D1%80%D0%BE%D0%BA%20%22%D0%94%D0%B0%D1%82%D1%87%D0%B8%D0%BA%20%D0%BA%D0%B0%D1%81%D0%B0%D0%BD%D0%B8%D1%8F%22

4. Ответьте на вопросы https://docs.google.com/presentation/d/1ZqCkkVxhukJrbNO3YSUuJSaRYN6KERiWJMYfgqlvguk/edit?usp=sharing

5. Оцените свою работу во время занятия. https://docs.google.com/forms/d/1vvpvHokKbebo7qDU7eF3OCYOVQLRMmi5_rWUdSGoB9g/viewform

Задание №1: Перед вами изображения зубчатых и ременных передач.

Посчитайте передаточные числа механизмов, подробно описав процесс решения.

Ответ:

Ответ:

Ответ:

Ответ:

Задание №2: Перед вами три зубчатых колеса, расположите их номера так, чтобы получилась повышающая передача (используя все зубчатые колёса).

Задание №3: Кривошипно-шатунный механизм (КШМ) предназначен для преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное, и наоборот. (См. рисунок). Приведите 5 примеров использования кривошипно-шатунного механизма в технике.

Ответ:

Ответ: