Рабочая программа кружка Роботехника

Муниципальное бюджетное образовательное учреждение дополнительного
образования детей – Центр детского творчества с. Чекмагуш
муниципального района Чекмагушевский район Республики Башкортостан

Утверждаю
Директор МБО УДОД – ЦДТ с.Чекмагуш ___________________ Агадуллин У.Ф. Приказ от _____________2016 г. № _____

Дополнительная общеобразовательная
программа кружка «Робототехника»
(на 1 год обучения для детей 10-16 лет)

Руководитель кружка Сафаров Марат Наилевич

Рассмотрена на методическом совете МБО УДОД – ЦДТ с. Чекмагуш (Протокол № ____ от ______________)

с. Чекмагуш - 2016

Пояснительная записка.

Робототехника является одним из важнейших направлений научно-технического прогресса, в котором проблемы механики и новых технологий соприкасаются с проблемами искусственного интеллекта. На современном этапе экономического и социального развития общества содержание образования должно быть ориентировано на:

·         формирование у подрастающего поколения адекватной современному уровню знаний картины мира;

·         обеспечение самоопределения личности;

·         создание условий для самореализации личности;

·         формирование человека, интегрированного в современное общество и нацеленного на совершенствование этого общества;

·         воспроизводство и развитие кадрового потенциала общества.

Современный человек должен быть мобильным, готовым к разработке и внедрению инноваций в жизнь. Поэтому в настоящее время образовательная робототехника приобретает все большую значимость и актуальность. В качестве прикладной науки робототехника может быть интегрирована как в учебный процесс образовательного учреждения, так и в полной мере использована в дополнительном образовании. Опираясь на такие научные дисциплины, как информатика, математика, физика, биология, робототехника активизирует развитие учебно-познавательной компетентности учащихся, помогает развивать техническое творчество детей. Метод обучения школьников через научные исследования и творческие проекты позволяет выявить и отобрать из большого числа учащихся самых увлеченных и работоспособных, создание же необходимых условий и мотивации для владения ими методологией творческой деятельности позволяет осуществить  школьникам научно- технические замыслы.

Курс робототехники является одним из интереснейших способов изучения компьютерных технологий и программирования. Во время занятий ученики собирают и программируют роботов, проектируют и реализуют миссии, осуществляемые роботами – умными машинками. Командная  работа при выполнении практических миссий способствует развитию коммуникационных компетенций, а программная среда позволяет легко и эффективно изучать алгоритмизацию и программирование, успешно знакомиться с основами робототехники.

Программа рассчитана на группу учащихся (10 - 15человек), в которой каждый участник активно задействован в процессе изучения теоретического и освоения практического материала.

Программа объединения « Робототехника» предназначена для воспитанников  10-16 лет.

Занятия проводятся  2 раза в неделю (1 час + 2 часа), всего за год — 84 часа обучения. Конструктор Lego Mindstorms EV3 предоставляет ученикам возможность приобретать важные знания, умения и навыки в процессе создания, программирования и тестирования роботов. Сердцем системы является автономный микрокомпьютер EV3, который можно программировать с помощью компьютера под управлением операционной системы Windows. EV3 получает информацию внешнем мире от датчиков, обрабатывает ее, управляет моторами, лампочками и звуком.

Конструктор Lego 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 учитель лишь консультирует его.

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.

Цель программы

Организация внеурочной деятельности детей, раскрытие их творческого потенциала с использованием возможностей робототехники и практическое применение учениками знаний, полученных в ходе работы по курсу, для разработки и внедрения инноваций в дальнейшей жизни, воспитание информационной, технической и исследовательской культуры.

Задачи программы

1.      Развитие интереса к научно-техническому творчеству, технике, высоким технологиям;

2.      развитие алгоритмического и логического мышления;

3.      развитие способности учащихся творчески подходить к проблемным ситуациям и самостоятельно находить решения;

4.      умение выстраивать гипотезу и сопоставлять ее с полученным результатом;

5.      воспитание интереса к конструированию и программированию;

6.      овладение навыками научно-технического конструирования и моделирования;

7.      развитие обще учебных навыков, связанных с поиском, обработкой информации и представлением результатов своей деятельности;

8.      формирование навыков коллективного труда;

9.      развитие коммуникативных навыков

На занятиях с образовательными конструкторами  LEGO MINDSTORMS Education EV3  дети строят действующие модели реальных механизмов, живых организмов и машин, проводят естественнонаучные эксперименты, осваивают основы информатики, алгоритмики и робототехники, попутно укрепляя свои знания по математике и физике и приобретая навыки работы в творческом коллективе.

LEGO MINDSTORMS Education EV3 - робототехнический конструктор нового поколения. По сравнению с предыдущими версиями, конструктор обладает более широкими возможностями и проще в использовании - благодаря интеллектуальному блоку управления EV3, разнообразным датчикам, интерактивным сервомоторам, беспроводной технологии Bluetooth® и мощному графическому программному обеспечению.

«LEGO MINDSTORMS Education EV3 поможет в курсе технологии средней школы освоить основы робототехники, в курсе физики - провести автоматизированный эксперимент, в курсе информатики - наглядно реализовать сложные алгоритмы, а в начальном профессиональном образовании - рассмотреть вопросы, связанные с автоматизацией производственных процессов и процессов управления, систем безопасности» Микрокомпьютер EV3 «Мозг»  робота - это микрокомпьютер LEGO EV3, снабженный входными портами для датчиков и выходными портами для исполнительных устройств, делающий робота программируемым, интеллектуальным, способным принимать решения.

В микрокомпьютер EV3 можно загружать программу, созданную с помощью программного обеспечения для настольного компьютера  LEGO MINDSTORMS Education EV3, а можно обойтись и без помощи компьютера - используя меню EV3 Program  (Программы EV3), например, запрограммировать робота таким образом,  чтобы он двигался вперёд и назад при нажатии кнопки датчика касания.

Для обмена данными между персональным компьютером и микрокомпьютером EV3 можно воспользоваться USB портом. А можно установить беспроводное соединение между EV3 и другими устройствами поддерживающими Bluetooth-связь, например, с другими EV3, с мобильными телефонами или с компьютерами. EV3 снабжен четырьмя разъёмами для подключения электромоторов и лампочек, четырьмя разъёмами для датчиков, встроенным динамиком для воспроизведения звука. 3 интерактивных сервомотора. Три интерактивных сервомотора оснащены встроенными датчиками оборотов,  которые управляют мощностью моторов, измеряют и задают различную скорость вращения, обеспечивая высокую точность движений робота.  Набор датчиков:

1.    Ультразвуковой датчик расстояния. Помогает роботу измерять расстояние до окружающих предметов, избегать препятствий и реагировать на движение других объектов.

2.       Датчик света. Позволяет роботу реагировать на изменение освещённости и цвета поверхности.

3.      Датчик звука. Позволяет роботу реагировать на звуки различной громкости – можно запрограммировать робота так, чтобы его действия зависели от показаний датчика звука.

4.      Два датчика касания. Дают роботу возможность «ощущать» окружающие его препятствия. Можно запрограммировать датчик касания так, чтобы действия робота зависели от того, нажата кнопка датчика или отпущена.

Ожидаемый результат программы

Работа с предлагаемыми конструкторами способствует развитию воображения, пространственной ориентации, формированию абстрактного и логического мышления, накоплению полезных знаний, дает возможность по  максимуму реализовать творческие способности. Каждый  ученик  может  работать в собственном темпе, переходя от простых задач к более сложным.

Опираясь  на  такие научные  дисциплины, как  информатика, математика,  физика, биология, робототехника активизирует  развитие учебно-познавательных компетенций учащихся, способствует развитию технического творчества детей.

Несложный учебный робот для детей становится вполне конкретной осязаемой вещью. Реальный исполнитель со своей системой команд для учащихся понятнее и интереснее при знакомстве с алгоритмизацией и изучении программирования. При освоении управления таким роботом у ребенка складываются четкие представления о том, что робот является формальным исполнителем, на практике происходит знакомство с системой команд исполнителя алгоритмов; буквально «потрогав руками», ребенок понимает, что такое алгоритм, и сам определяет его свойства:

·         система команд робота строго определена;

·         программа для робота составляется из отдельных команд;

·         робот исполняет предложенную ему программу;

·         поведение робота зависит от качества программы, а значит и от опыта самого программиста; если робот делает что-то не так, как задумывалось, необходима коррекция программы;

·         информация вводится с помощью датчиков, выводится через линии связи с другими устройствами.

Таким образом, абстрактные понятия информатики наглядно воплощаются в поведении материального объекта. Дети программируют различное поведение подготовленных собственноручно роботов, оснащенных необходимыми датчиками и объединенных в сенсорную сеть, что позволяет концентрировать внимание учащихся на проблемах обработки информации программируемыми исполнителями. Удачный интерфейс программы позволяет уделять большое внимание различным алгоритмам управления.

Следовательно, составляемая ребенком программа сразу записывается в классическом алгоритмическом виде, что, несомненно, способствует развитию алгоритмического мышления, воспитывает культуру программирования. Программа курса позволяет организовать внеучебную деятельность, проводя интегрированные занятия по различным предметам. С помощью конструкторов-роботов можно организовать весьма мотивированную,  познавательную деятельность по пространственному конструированию, моделированию  и  автоматическому  управлению.  К  наборам  конструкторов прилагаются подробные конспекты занятий, рекомендации для учителя, рабочие материалы для учеников. Задания, предлагаемые ученику, выстроены от простого к сложному, особое внимание уделено наглядности.

Просветительно- досуговая работа.

Основной задачей просветительной и досуговой работы является: знакомство детей с творчеством ведущих конструкторов, с историей развития роботов,  развитие электронного творчества, формирование нравственных и эстетических взглядов, мировоззрения, расширение общего кругозора, развитие культуры общения.

Программой предусмотрены следующие формы проведения просветительного досугового занятия: беседы, лекции, проведение соревнований между детьми, участие в соревнованиях Республиканских, обсуждение конструкций роботов, обмен мнениями и многое другое.

В результате работы по программе курса дети получат:

1.    умения осуществлять компьютерное моделирование с помощью современных программных средств;

2.      навыки коллективного творческого труда, умение работать в команде над решением поставленной задачи;

3.      развитие способностей творчески подходить к проблемным ситуациям;

4.      расширят знания об основных особенностях конструкций, механизмов и машин;

5.      участие в выставках, фестивалях, соревнованиях, учебно - исследовательских конференциях и т.д.

6.      умение работать по предложенным инструкциям.

7.      умения творчески подходить к решению задачи.

8.      умения довести решение задачи до работающей модели.

9.       умение излагать   мысли в четкой логической последовательности,

10.  отстаивать свою точку зрения, анализировать ситуацию и самостоятельно находить ответы на вопросы путем логических рассуждений.

Учебно-тематический план.

№	Название темы	Количество часов
		Теория	Практика	Всего
1	Вводное занятие: введение в робототехнику, техника безопасности, правила поведения в лаборатории	1	-	1
2	Конструирование	1	5	6
3	Первые модели	1	5	6
4	Программирование в среде LegoMindstorms	6	12	18
5	Алгоритмы управления	2	10	12
6	Задачи для робота	2	13	15
7	Самостоятельная проектная деятельность в группах на свободную тему	2	18	20
8	Подготовка к состязаниям роботов	-	2	2
9	Технические расчеты	-	2	2
10	Подведение итогов	2	-	2
	ИТОГО:			84 ч

Содержание программы.

№	Изучаемый раздел. Тема	Дата		Примечание
		план	факт
1. Вводное занятие 1ч
1	Что такое робототехника. Цели и задачи работы кружка. Знакомство с деталями конструктора. Демонстрация готовых проектов роботов.
2. Конструирование 6ч
2	Способы крепления деталей.
3	Механическая передача
4	Передаточное отношение.
5	Редуктор.
6	Большой мотор.
7	Средний мотор.
3. Первые модели 6ч
8-9	Инструкции  по  сборке  моделей  из  Базового  набора  LEGO MINDSTORMS Education EV3.
10-11	Сборка первого учебного робота .(Educator).
12-13	Сборка робота «Щенок».(Puppy).
4. Программирование в среде Lego Mindstorms 18ч
14	Знакомство со средой программирования Lego Mindstorms.
15-16	Управление моторами.
17-18	Ожидание интервала времени.
19-20	Ожидание показаний датчика.
21-22	Постоянные и переменные величины.
23	Арифметические и логические операции.
24-25	Ветвления.
26-27	Циклы. Цикл без явных условий.
28-29	Циклы с предусловием. Циклы с предусловием по значению датчика.
30-31	Циклы с предусловием по различным значениям
5. Алгоритмы управления 12ч
32	Релейный регулятор
33	Пропорциональный регулятор.
34-35	Движение по линии с одним датчиком освещенности.
36-37	Движение по линии с двумя датчиками освещенности.
38	Движение вдоль стенки.
39	Пропорционально-дифференциальный (ПД) регулятор.
40-41	Движение вдоль стенки на ПД- регуляторе.
42	Кубические составляющие. Плавающий коэффициент.
43	Пропорционально- интегрально-дифференциальный (ПИД)регулятор.
6. Задачи для робота 15ч
44-45	Управление без обратной связи. Движение в течение заданного времени вперед и назад. Повороты. Движение по квадрату.
46-47	Управление с обратной связью. Точные перемещения.
48-49	Кегельринг. Танец в круге. Задача «Не упасть со стола».
50-51	Задача «Вытолкнуть все банки».Задача «Не делать лишних движений»
52-53	Игра «Сумо роботов».
54-55	Путешествие по комнате. Объезд предметов.
56	Роботы-барабанщики. Калибровка и удар.
57	Управление с помощью датчика
58	Удаленное управление. Передача данных. Кодирование при  передаче.
7. Самостоятельная проектная деятельность в группах на свободную тему 20ч
59-78	Самостоятельная проектная деятельность в группах на свободную тему
8. Подготовка к состязаниям роботов 2ч
79-80	Подготовка к состязаниям роботов
9. Технические расчеты 2ч
81-82	Технические расчеты
Подведение итогов 2ч
83-84	Подведение итогов

Список литературы:

1.      Бабич А.В., Баранов А.Г., Калабин И В. и др. Промышленная робототехника: Под редакцией Шифрина Я.А. - М.: Машиностроение, 2002.

2.      Вильяме Д. Программируемый робот, управляемый с КПК /Д. Вильяме; пер. с англ. А. Ю. Карцева. — М.: НТ Пресс, 2006. — 224 с; ил. (Робот — своими руками).

3.      Скотт Питер. Промышленные роботы - переворот в производстве. - М.: Экономика, 2007.

4.      Фу К., Гансалес Ф., Лик К. Робототехника: Перевод с англ. - М. Мир, 2010.

5.      Шахинпур М. Курс робототехники: Пер. с англ. — М.; Мир, 2002.

6.      Юревич Ю.Е. Основы робототехники. Учебное пособие. Санкт-Петербург: БВХ-Петербург, 2005.

7.      http://ru.wikipedia.org/wiki/. Википедия.

8.      http://www.russianrobotics.ru/directions/hellorobot/. РОБОТОТЕХНИКА Инженерно-технические кадры инновационной России.

9.      http://www.int-edu.ru/.HHCTOTVT новых технологий

10.   http://education.lego.com/ni-ru/lego-education-product-database/mindstorms/9797-lego-mindstorms- education-base-set/. LEGO education.

11.   http://www.membrana.ru. Люди. Идеи. Технологии.

12.   http://www.3dnews.ru. Ежедневник цифровых технологий.О роботах на русском языке

13.   http://www.all-robots.ru Роботы и робототехника.

14.   http://www.ironfelix.ru Железный Феликс. Домашнее роботостроение.

15.   http://www.roboclub.ru РобоКлуб. Практическая робототехника.

16.   http://www.robot.ru Портал Robot.Ru Робототехника и Образование.

17.  . http://www.rusandroid.ru. Серийные андроидные роботы в России.

18.  . http://www.intekom.ra/konstn.iktor-pervorobot-NXT.html. Конструктор ПервоРоботМХТ

19.   http://www.voutube.com/ Видео соревнований.