Программа кружка :Робототехника: конструирование и программирование" (5 класс)

Муниципальноу бюджетное образовательное учреждение

«Подюжская средняя  школа имени В.А. Абрамова»

Рекомендована                                                                                                  Утверждена

методическим объединением                                                            приказом директора

учителей___________________                                             МБОУ «Подюжская СШ имени

                                                       В.А. Абрамова» 

от «___»_______2016 г., протокол №____                             от «___»_______2016 г. №_____                   

Рабочая программа кружка

 «Робототехника: конструирование и программирование»

                     Класс:  5

                    Срок реализации программы:  1 год

                    Составитель программы: Тухватчина Наталья Михайловна

                                                                                                                (Ф.И.О. учителя)

п.Подюга

2016 г

Пояснительная записка

              Данная программа по робототехнике   научно-технической направленности, т.к. так как в наше время робототехники и компьютеризации, ребенка необходимо учить решать задачи с помощью автоматов, которые он сам может спроектировать, защищать свое решение и воплотить его в реальной модели, т.е. непосредственно сконструировать и запрограммировать.

             Актуальность кружковой работы заключается в том, что она направлена на формирование творческой личности, умеющей креативно, нестандартно мыслить. Технологические наборы LEGO MINDSTORMS EV3 ориентированы на изучение основных физических принципов и базовых технических решений, лежащих в основе всех современных конструкций и устройств. Данная программа предполагает решение инженерных и конструкторских задач, а также обучение объектно-ориентированному программированию и моделированию с использование конструкторов LEGO MINDSTORMS EV3 и программного обеспечения LEGO MINDSTORMS EV3 EDU. Использование конструкторов LEGO MINDSTORMS EV3 позволяют решать не только типовые задачи, но и нестандартные ситуации, исследовать датчики и поведение роботов, вести собственные наблюдения. Кроме того, работа в команде способствует формированию умения взаимодействовать с товарищами, формулировать, анализировать, критически оценивать, отстаивать свои идеи. При дальнейшем освоении LEGO EV3 становится возможным выполнение серьезных проектов, развитие самостоятельного технического творчества, участие в соревнованиях по робототехнике. Новые ФГОС требуют освоения основ конструкторской и проектно-исследовательской деятельности, и программы по робототехнике полностью удовлетворяют эти требования.

Цели и задачи кружка:

Цель: обучение воспитанников основам робототехники, программирования. Развитие творческих способностей в процессе конструирования и проектирования.

Задачи:

Обучающие:

- дать первоначальные знания о конструкции робототехнических устройств;

- научить приемам сборки и программирования робототехнических устройств;

- сформировать общенаучные и технологические навыки конструирования и проектирования;

- ознакомить с правилами безопасной работы с инструментами

Воспитывающие:

- формировать творческий подход к решению поставленной задачи, а также представление о том, что большинство задач имеют несколько решений;

- воспитывать умение работать в коллективе, эффективно распределять обязанности.

Развивающие:

- развивать творческую инициативу и самостоятельность;

- способствовать развитию интереса к технике, конструированию, программированию, высоким технологиям

- развивать психофизиологические качества учеников: память, внимание, способность логически мыслить, анализировать, концентрировать внимание на главном.

- развивать умения излагать мысли в четкой логической последовательности, отстаивать свою точку зрения, анализировать ситуацию и самостоятельно находить ответы на вопросы путем логических рассуждений.

Материально-техническое обеспечение:

 Наборы Лего-конструкторов:

                Базовый  Lego Mindstorms EV3– 8 шт.

                Набор ресурсный средний – 1 шт.

 Программное обеспечение Lego Mindstorms EV3 EDU

 Руководство пользователя Lego Mindstorms EV3

 Зарядные устройства – 2 шт.

 Набор полей для соревнований – 1 шт.

 Средства реализации ИКТ материалов на уроке (компьютер, интерактивная доска,

  проектор или телевизор)

  Программа рассчитана для учащихся 5 классов МБОУ «Подюжская СШ им. В.А.  

  Абрамова». Занятия проводятся 1 час в неделю, итого в год 34 часа.

Прогнозируемый результат

В результате изучения курса учащиеся должны

Знать/понимать:

-        роль и место робототехники в жизни современного общества;

-        основные сведение из истории развития робототехники в России и мире;

-        основных понятия робототехники, основные технические термины, связанные с процессами конструирования и программирования роботов;

-        правила безопасной работы;

-        основные компоненты конструкторов ЛЕГО;  

-        общее устройство и принципы действия роботов;

-        основные характеристики основных классов роботов;

-        виды подвижных и неподвижных соединений в конструкторе;
основные приемы конструирования роботов;  

-        общую методику расчета основных кинематических схем;

-        порядок отыскания неисправностей в различных роботизированных системах;

-        основные принципы компьютерного управления, назначение и принципы работы цветового, ультразвукового датчика, датчика касания, различных исполнительных устройств;

Уметь:

-        собирать простейшие модели с использованием EV3;

-        самостоятельно проектировать и собирать из готовых деталей манипуляторы и роботов различного назначения;

-        использовать для программирования микрокомпьютер EV3 (программировать на дисплее EV3)

-        пользоваться компьютером, программными продуктами, необходимыми для обучения программе;

-        подбирать необходимые датчики и исполнительные устройства, собирать простейшие устройства с одним или несколькими датчиками, собирать и отлаживать конструкции базовых роботов;

-        правильно выбирать вид передачи механического воздействия для различных технических ситуаций, собирать действующие модели роботов, а также их основные узлы и системы;

-        создавать программы на компьютере для различных роботов;

-        корректировать программы при необходимости;

-        прогнозировать результаты работы;

-        планировать ход выполнения задания;

-        рационально выполнять задание;

-        руководить работой группы или коллектива;

                                                      Основное содержание

1.      Введение в робототехнику (3 ч).

Цели и задачи курса. Что такое роботы. Ролики, фотографии и мультимедиа. Рассказ о соревнованиях роботов: Евробот, фестиваль мобильных роботов, олимпиады роботов. Спортивная робототехника. Конструкторы и «самодельные» роботы. Виды роботов. Значение роботов в жизни человека. Основные направления применения роботов. Искусственный интеллект. Описание курса, предстоящей работы. Понятие проектной деятельности.

Знакомство с конструктором, основными деталями и принципами крепления, рабочим местом и средой разработки программ, правила работы. Подготовка конструкторов к работе.

2.      Конструирование. Знакомство с роботами LEGO Mindstorm EV3 (16ч.)

Основные управляющие детали конструктора. Их название и назначение.

Модуль EV3. Обзор, экран, кнопки управления модулем, индикатор состояния, порты. Установка батарей, способы экономии энергии. Включение модуля EV3. Запись программы и запуск ее на выполнение. Сервомоторы и различные датчики EV3, их устройство и характеристики, освоение методов работы с ними. Сбор обучающего робота. Изучение способов движения (по прямой и кривой траектории) с использованием различных датчиков. Захват и перемещение объектов. Первые соревнования роботов «Весёлые старты», «Кегельринг», «Змейка».

3.      Программирование (6ч.)

На основе программы LEGO Mindstorms Eduсation EV3 школьники знакомятся с блоками компьютерной программы: дисплей, движение, цикл, блок датчиков, блок переключателей. Под руководством педагога, а затем и самостоятельно пишут программы: «движение «вперёд-назад», «движение с ускорением», «робот-волчок», «восьмёрка», «змейка», «поворот на месте», «спираль», «парковка», «выход из лабиринта», «движение по линии». Рассматривается группа управляющих операторов и варианты их применения.

4.      Проектная деятельность (9 ч.)

Учащиеся проектируют своих роботов и программируют их. Готовят роботов к соревнованиям: «Кегельринг», «Движение по линии», «Сумо». Учащиеся реализуют собственный проект. В ходе их работы с одной стороны осуществляется коллективное обсуждение и критика их идей, а с другой напротив защита собственного мнения и принятых решений учениками. Для вдохновения на собственные идеи проходит анализ готовых проектов, их конструкций и программ. В конце темы каждый учащийся (либо группа учеников) выступает с защитой своего проекта, используя демонстрацию работы робота и средства компьютерных презентаций.

Учебно-тематический план кружка

Тема	Общее количество часов	Теория	Практика
1. Введение в робототехнику	3	2	1
2. Конструирование. Знакомство со стартовым набором LEGO MINDSTORMS EV3 и программным обеспечением. Сборка первого робота, исследование работы датчиков и возможностей главного модуля	16	2	14
3. Программирование роботов с использованием Базового набора 45544 и программного обеспечения LEGO MINDSTORMS EV3 EDU	6	1	5
4.Проектная деятельность. Решение нестандартных задач, творческие проекты. Проектирование и программирование собственного робота.	9	1	8
	34	6	28
Итого:	34 часа

Календарно-тематическое планирование

№	Тема занятия	Планируемые результаты обучения	Кол-во часов	Дата проведения
Введение в робототехнику (3 часа)
1.	Роботы. Виды роботов. Значение роботов в жизни человека. Основные направления применения роботов. Правила работы с конструктором LEGO.	Иметь общие представления о значении роботов в жизни человека. Знать правила работы с конструктором.	1
2.	Управление роботами. Методы общения с роботом. Состав конструктора LEGO MINDSTORMS EV3. Языки программирования. Среда программирования модуля, основные блоки.	Знать понятия алгоритма, исполнителя алгоритма, системы команд исполнителя. Иметь общие представления о среде программирования модуля, основных блоках.	1
3.	Правила техники безопасности при работе с роботами-конструкторами. Правила обращения с роботами. Основные механические детали конструктора и их назначение. Подготовка конструктора к работе.	Знание составных частей универсального комплекта LEGO MINDSTORMS EV3 и их функций. Способность учащихся воспроизвести этапы сборки и ответить на вопросы.	1
1.      Конструирование. Знакомство с роботами LEGO Mindstorm EV3 (16 ч.)
4. 5.	Модуль EV3. Обзор, экран, кнопки управления модулем, индикатор состояния, порты. Установка батарей, способы экономии энергии. Включение модуля EV3. Запись программы и запуск ее на выполнение.	Знание назначения кнопок модуля EV3. Умение составить простейшую программу по шаблону, сохранять и запускать программу на выполнение.	2
6.	Сервомоторы EV3, сравнение моторов. Мощность и точность мотора. Механика механизмов и машин. Виды соединений и передач и их свойства.	Знание параметров мотора и их влияние на работу модели. Иметь представление о видах соединений и передач.	1
7. 8. 9. 10. 11.	Сборка модели первого робота по инструкции. Программирование движения вперед по прямой траектории. Расчет числа оборотов колеса для прохождения заданного расстояния.	Способность учащихся воспроизвести этапы сборки ответить на вопросы.	5
12.	Точные повороты	Уметь запрограммировать робота выполнять повороты на требуемый угол.	1
13.	Датчик касания. Устройство датчика. Практикум. Решение задач на движение с использованием датчика касания.	Уметь решать задачи на движение с использованием датчика касания.	1
14.	Датчик цвета, режимы работы датчика. Решение задач на движение с использованием датчика цвета.	Знание влияния предметов разного цвета на показания датчика освещенности	1
15.	Ультразвуковой датчик. Решение задач на движение с использованием датчика расстояния.	Знание особенностей работы датчика. Решение задач на движение с использованием датчика расстояния.	1
16.	Гироскопический датчик. Инфракрасный датчик, режим приближения, режим маяка.	Решение задач на движение с использованием гироскопического датчика	1
17. 18.	Подключение датчиков и моторов. Интерфейс модуля EV3. Приложения модуля. Представление порта. Управление мотором.	Умение называть датчики, их функции и способы подключения к модулю; правильно работать с конструктором	2
19.	Игра «Веселые старты»	Соревнование на скорость. Передвижение роботов до заданной точки и возвращение обратно.	1
2.      Программирование (6 часов)
20. 21. 22. 23.	Среда программирования модуля. Создание программы. Удаление блоков. Выполнение программы. Сохранение и открытие программы.	Способность учащихся воспроизвести этапы программирования и ответить на вопросы.	4
24.	Решение задач на движение по кривой. Независимое управление моторами. Поворот на заданное число градусов. Расчет угла поворота.	Способность учащихся воспроизвести этапы программирования и выполнять расчет угла поворота.	1
25.	Использование нижнего датчика освещенности. Решение задач на движение с остановкой на черной линии.	Умение решать задачи на движение с остановкой на черной линии.	1
3.      Проектная деятельность (9 часов)
26.	Проект. Этапы создания проекта. Оформление проекта. Работа над проектами. Правила соревнований. Подготовка конструктора к созданию собственной модели.	Изучение основ проектирования. Знакомство с понятием проект, целями, задачами, актуальностью проекта, основными этапами его создания. Научить учащихся оформлять проектную папку.	1
27. 28. 29.	Конструирование собственной модели робота	Разработка собственных моделей в группах	3
30. 31.	Программирование и испытание собственной модели робота.	Программирование модели в группах.	2
32.	Соревнование роботов на тестовом поле. Зачет времени и количества ошибок.	Умение составлять план действий для решения сложной задачи конструирования робота.	1
33.	Презентации и защита проектов «Мой уникальный робот»	Презентация моделей для учащихся школы и учителей.	1
34.	Заключительное занятие. Разборка роботов. Приведение конструкторов в порядок.		1

Литература и интернет-ресурсы.

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

2.      http://www.legoengineering.com/

3.      http://www.prorobot.ru/lego/dvijenie_po_spiraly.php

4.      http://technic.lego.com/en-us/BuildingInstructions/9398%20Group.aspx

5.      http://www.nxtprograms.com/robot_arm/steps.html

6.      http://www.mos-cons.ru/mod/forum/discuss.php?d=472

7.      http://www.isogawastudio.co.jp/legostudio/modelgallery_a.html

8.      http://sd2cx1.webring.org/l/rd?ring=robotics;id=2;url=http%3A%2F%2Fwww%2Eandyworld%2Einfo%2Flegolab%2F

9.      http://www.int-edu.ru/object.php?m1=3&m2=284&id=1080

10.  http://pacpac.ru/auxpage_activity_booklets/

11.  http://9151394.ru/?fuseaction=proj.lego

12.  http://9151394.ru/index.php?fuseaction=konkurs.konkurs

13.   http://www.lego.com/education/

14.  http://www.wroboto.org/

15.  http://www.roboclub.ru/

16.  http://lego.rkc-74.ru/

17.  http://legoclab.pbwiki.com/

18.  http://www.int-edu.ru/

19.  http://strf.ru/material.aspx?d_no=40548&CatalogId=221&print=1

20.  http://masters.donntu.edu.ua/2010/iem/bulavka/library/translate.htm

21.  http://www.nauka.vsei.ru/index.php?pag=04201008

22.  http://edugalaxy.intel.ru/index.php?automodule=blog&blogid=7&showentry=1948

23.  http://legomet.blogspot.com

24.  http://www.memoid.ru/node/Istoriya_detskogo_konstruktora_Lego

25.  http://legomindstorms.ru/2011/01/09/creation-history/#more-5

26.   http://www.school.edu.ru/int

27.  http://robosport.ru

28.  http://myrobot.ru/stepbystep/

29. ЛЕГО-лаборатория (Control Lab):Справочное пособие, - М.: ИНТ, 1998, 150 стр.

30.Ньютон С. Брага. Создание роботов в домашних условиях. – М.: NT Press, 2007, 345 стр.;

31. Филиппов С.А. Робототехника для детей и родителей. С-Пб, «Наука», 2011г.