Рабочая программа курса внеурочной деятельности технической направленности "Первые шаги в мир Ардуино" (7-11 классы)

Рабочая программа «Первые шаги в мир Ардуино» для 7-11 классов Срок реализации: 2 года

Содержание программы

Первый год обучения

Раздел 1. Введение. Знакомство с Arduino (10 часов).

Теория. Правила поведения обучающихся в школе. Вводный инструктаж. Инструкция  по ТБ, ПБ. Что такое электричество? Принципиальные схемы. Основные законы электри- чества. Принцип работы и условные обозначения радиоэлементов (резистор, конденсатор,  светодиод, транзистор, пьезодинамик). Первое подключение платы Arduino к компьютеру.  Плата Arduino, как пользоваться платформой: устройство и программирование микропро- цессора на языке C++. Макетная плата. Назначение процедуры void setup и void loop на языке С++. Тип данных int. Функция digitalWrite. Функция таймера delay.

Практика. Первая установка драйверов для платы Arduino. Первый шаги по использованию программного обеспечения Arduino IDE. Чтение и сборка электрической схемы:

Проекта «Маячок».

Раздел 2. Мини-проекты с Arduino (20 часов).

Теория. Что такое алгоритм в робототехнике. Виды алгоритмов: линейные, разветвляющиеся и циклические. Принцип работы потенциометра. Назначение функций tone(), map( ) на языке C++. Цифровые и аналоговые выходы Arduino, чем отличается цифровой сигнал от аналогового сигнала. Операторы int и if в языке C++. Аналоговые выходы с «широтно импульсной модуляцией» на плате Arduino. Функция analogWrite и analogRead. Функция digitalRead. Принцип работы аналоговых портов. Как подключить датчик к аналоговому порту на Arduino. Принцип работы полупроводниковых приборов и фоторезисторной автоматики. Функция for, while, int в языке программирования C++. Тип данных boolean в языке C++.

Устройство и назначение транзисторов. Применение транзисторов в робототехнике.

Практика. Написание линейных, разветвляющихся и циклических алгоритмов. Сборка схемы с мигающим светодиодом на Arduino, пьезоизлучателем. Сборка электрической схемы из двух светодиодов, плавное регулирование яркости свечения светодиодов, и использование директивы #define в языке программирования C++. Сборка электрической схемы светильника с управляемой яркостью от потенциометра на макетной плате. Сборка электрической схемы светильника с автоматическим включением, а также с автоматическим изменением яркости светодиода. Сборка электрической схемы с использованием транзисторов, тактовой кнопки. Чтение и сборка различных электрических схем на Ардуино с последующим программированием микропроцессора.

Раздел 3. Проектная деятельность. (4 часов)

Проекты. «RGB светодиода. Светофор», «Ночной светильник», «Бегущий огонек»,

«Счетчик нажатий», «Терменвокс».

Второй год обучения Раздел 1. Мини-проекты с Arduino (24 часов).

Теория. Виды алгоритмов: линейные, разветвляющиеся и циклические. Понятие массивы. Повторение   процедур void setup и void loop, функции tone (), операторы int и if, While. Тип данных byte, float, char, string. Функция bitRead. Принцип работы термистора, сервопривода. Знакомство с работой шагового двигателя, видами двигателей. Знакомство с ИКдатчиком, УЗ-датчиком. Использование библиотеки math.h, LiquidCrystal_12C.h (Wire), Servo. Команды Serial.begin и Serial.print в языке программирования C++. Знакомство с работой LCD дисплеем. Сетевой потенциал котроллера КПМИС (конструктор программируемых моделей инженерных систем).  

Практика. Чтение и сборка различных электрических схем на Ардуино с последующим программированием микропроцессора. Мини-проекты: Семигментный индикатор, Термистор, Передача данных на ПК, LCD дисплей, Сервопривод, Шаговый двигатель, Двигатели постоянного тока, Датчик линии, Управление по ИК каналу, Управление по Bluetooth, Мобильная платформа, Сетевой функционал контроллера КПМИС.

Раздел 2. Проектная деятельность (10 часов).

Проекты. «Комнатный термометр», «Метеостанция», «Секундомер», «Светильник управляемый по USB», «Кнопочный переключатель».

Предполагаемые результаты реализации программы

Личностные, метапредметные и предметные результаты освоения курса:

Личностными результатами изучения является формирование следующих умений:

•       самостоятельно и творчески реализовывать собственные замыслы.

•       повышение своего образовательного уровня и уровня готовности к продолжению обучения с использованием ИКТ.

•       навыки взаимо - и самооценки, навыки рефлексии;

•       сформированность представлений о мире профессий, связанных с робототехникой, и требованиях, предъявляемых различными востребованными профессиями, такими как инженер-механик, конструктор, архитектор, программист, инженер-конструктор по робототехнике;

Предметные образовательные результаты:

•       определять, различать и называть детали конструктора,

•       способность реализовывать модели средствами вычислительной техники;

•       конструировать по условиям, заданным взрослым, по образцу, по чертежу, по заданной схеме и самостоятельно строить схему.

•       владение основами разработки алгоритмов и составления программ управления;

•       умение проводить настройку и отладку конструкций.

Метапредметными результатами изучения является формирование следующих универсальных учебных действий (УУД):

Познавательные УУД:

•       ориентироваться в своей системе знаний: отличать новое от уже известного.

•       перерабатывать полученную информацию: делать выводы в результате совместной работы всего класса, сравнивать и группировать предметы и их образы;

•       умение устанавливать взаимосвязь знаний по разным учебным предметам (математике, физике, биологии, информатике, технологии и др.) для решения прикладных учебных задач.

Регулятивные УУД:

•       уметь работать по предложенным инструкциям.

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

•       определять и формулировать цель деятельности на занятии с помощью учителя; Коммуникативные УУД:

•       уметь работать в паре и в коллективе;  

•       уметь рассказывать о постройке. • уметь работать над проектом в команде, эффективно распределять обязанности.

Формы подведения итогов  

Диагностика уровня усвоения материала осуществляется: 

•       по результатам выполнения учащимися практических заданий. 

•       защита проекта.  

Формы организации учебного процесса   практическая направленность занятий, выполнение законченного практического проекта.   аудиторные занятия в малых группах, индивидуализированные образовательные траектории. 

Курс рассматривает три уровня:   

Первый уровень – репродуктивный (ученик понимает, может воспроизвести без ошибок)  Второй уровень – «интерпретация» (ученик понимает, может применить с изменениями в похожей ситуации) 

Третий            уровень           –          «изобретение»           (ученик           может самостоятельно спроектировать, сконструировать и запрограммировать устройство, решающее поставленную перед ним практическую задачу) 

Первый уровень: научить учащихся:   понимать заданные схемы («схема на макетке») электронных устройств и воспроизводить их на макетной плате.  

 понимать назначение элементов, их функцию. 

 понимать правила соединения деталей в единую электрическую цепь.   понимать ограничения и правила техники безопасности функционирования цепи. 

 понимать написанный программный код управления устройством, вносить незначительные изменения, не затрагивающие структуру программы (например, значения констант). 

 записывать отлаженный программный код на плату Arduino, наблюдать и анализировать результат работы. 

 использовать монитор последовательного порта для отладки программы, наблюдения за показателями датчиков и изменением значений переменных.  

Второй уровень: научить учащихся: 

•      понимать заданные схемы («принципиальная схема» и «схема на макетке») электронных устройств и воспроизводить их на макетной плате.  

•      понимать назначение элементов, их функцию o понимать правила соединения деталей в единую электрическую цепь. 

•      понимать ограничения и правила техники безопасности функционирования цепи. 

•      модифицировать заданные схемы для измененных условий задачи. 

•      понимать написанный программный код управления устройством и модифицировать его для измененных условий задачи

•      самостоятельно отлаживать программный код, используя, в частности, такие средства как мониторинг показаний датчиков, значений переменных и т. п.  

•      записывать отлаженный программный код на плату Arduino, наблюдать и анализировать результат работы, самостоятельно находить ошибки и исправлять их.  

Третий уровень предполагает достижение результатов второго уровня и, кроме того, умение учащихся самостоятельно проектировать, конструировать и программировать устройство, которое решает практическую задачу, сформулированную учителем или самостоятельно. 

Использованные материалы  

1.      Учебное пособие «Прикладная робототехника. Программирование моделей инженерных систем», 2020

2.      Дистанционный курс на сайте amperka.ru http://wiki.amperka.ru/конспект-arduino  

3.      «Основы программирования микроконтроллеров» Учебник для образовательного набора «Амперка», Москва 2013 

4.      Список ссылок на сайте Arduino, do it! https://sites.google.com/site/arduinodoit/ 

5.      http://arduinokit.blogspot.ru/ Arduino  Уроки и проекты.

6.      Онлайн программа на сайте роботехника18.рф

7.      Справочник по C++ на сайте http://wiki.amperka.ru

8.      Справочник по Arduino на сайте http://wiki.amperka.ru

9.      Канал об Ардуионо на youtube.com «Заметки Ардуинщика»

10.  Канал об Ардуионо на youtube.com «Учимся программировать Arduino на визуальном языке Scratch с командой робототехников Карандаш и Самоделкин».

Материально-техническое обеспечение

1.      Ноутбук

2.      Комплектующие конструктора Arduino Mega 2560

Учебно - тематический план

№п\п	Название раздела	Количество часов
		Всего	Теория	Практика
	Первый год обучения	34	13	21
1	Введение. Знакомство с Arduino.	10	4	6
2	Мини-проекты с Arduino.	20	8	12
3	Проектная деятельность	4	1	3
	Второй год обучения	34	11	23
1	Мини-проекты с Arduino.	24	9	15
2	Проектная деятельность	10	2	8