РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ВНЕУРОЧНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ "Образовательная робототехника"

Муниципальное образование Тимашевский район

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение

средняя общеобразовательная школа № 3

муниципального образования Тимашевский район

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ВНЕУРОЧНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ

Тип программы: тематическая

Наименование: Образовательная робототехника

Срок реализации программы: 1 год

Возраст обучающихся: 10-12 лет

Составитель: Литвиненко Сергей Александрович

1. Пояснительная записка

Рабочая программа, составлена в соответствии с требованиями Федерального государственного образовательного стандарта основного общего образования (ФГОС ООО), утвержденного приказом Министерства  образования  и  науки  Российской  Федерации  от 17.12.2010 № 1897; на основании учебного плана МБОУ СОШ №3 Тимашевского района на 2015- 2016 учебный год; учебно-методического пособия: Образовательная робототехника во внеурочной деятельности. В.Н. Халамов, на основе авторского курса «Робототехника», Каширина Дмитрия Алексеевича, г. Курган, 2012, (Электронный ресурс).

Данная программа и составленное тематическое планирование рассчитано на 1 год обучения, 34 часа из расчёта 1 час в неделю.

Настоящая программа предлагает использование образовательных конструкторов Lego Mindstorms EV3 как инструмента для обучения детей конструированию и моделированию, а также управлению роботом на занятиях по робототехнике.

Цель: обучение основам конструирования и программирования.

Задачи:

1. Стимулировать мотивацию учащихся к получению знаний, помогать формировать творческую  личность ребенка.

2. Способствовать развитию интереса к технике, конструированию, программированию, высоким технологиям.

3. Способствовать развитию конструкторских, инженерных и вычислительных навыков.

4. Развивать мелкую моторику, логическое, абстрактное и образное мышление.

5. Способствовать формированию умения достаточно самостоятельно решать технические задачи в процессе конструирования моделей.

6. Формировать творческий подход к решению  поставленной задачи, а также представление о том, что большинство задач имеют несколько решений;

7. Развивать регулятивную структуру деятельности, включающую: целеполагание, планирование (умение составлять план действий и применять его для решения практических задач), прогнозирование (предвосхищение будущего результата при различных условиях выполнения действия), контроль, коррекцию и оценку;

8. Развивать научно-технический и творческий потенциал личности ребенка путем организации его деятельности в процессе интеграции начального инженерно-технического конструирования и основ робототехники.

Робототехника - область науки и техники, ориентированная на создание роботов и робототехнических систем, построенных на базе мехатронных модулей (информационно-сенсорных, исполнительных и управляющих).

Актуальность и практическая значимость данной программы обусловлена тем, что полученные на занятиях знания становятся для ребят необходимой теоретической и практической основой их дальнейшего участия в техническом творчестве, выборе будущей профессии, в определении жизненного пути.  Овладев же навыками творчества сегодня, они, в дальнейшем, сумеют применить их с нужным эффектом в своих трудовых делах. Данная программа помогает раскрыть творческий потенциал обучающегося, определить его резервные возможности, осознать свою личность в окружающем мире, способствует формированию стремления стать мастером, исследователем, новатором.

Содержание  данной  программы  построено  таким  образом,  что  обучающиеся под руководством педагога смогут не только создавать роботов посредством конструктора Lego Mindstorms EV3, следуя предлагаемым пошаговым инструкциям, но и, проводя эксперименты, узнавать новое об окружающем их мире. Полученное знание служит при этом и доказательством истинности (или ложности) выдвинутых юными экспериментаторами тех или иных теоретических предположений, поскольку именно в ходе творчества они подтверждаются или опровергаются практикой.

Программа «Образовательная робототехника» рассчитана для обучающихся 5 классов и имеет инженерно-техническое направление, при котором происходит создание роботов, робототехнических систем для развития изобретательских и рационализаторских способностей через проектную и учебно-исследовательскую деятельность.

Программа содержит 4 модуля: «Общие представления о робототехнике», «Основы конструирования. Система передвижения роботов», «Сенсорные системы», «Подготовка к соревнованиям».

Модуль программы «Подготовка к соревнованиям» предусмотрен для индивидуальных и подгрупповых занятий в качестве подготовки обучающихся к ежегодным соревнованиям, конкурсам различных уровней: школьных, городских, окружных, всероссийской.

Отличительной особенностью данной программы является то, что она построена на обучении в процессе практики.

Простота в построении модели в сочетании с большими конструктивными возможностями конструктора позволяют детям в конце занятия увидеть сделанную своими руками модель, которая выполняет поставленную ими же задачу.

Уже на начальной стадии приобщения к процессу творчества, при репродуктивном конструировании (по готовым инструкциям и схемам) и сборке робота по образу и подобию существующих, обучающиеся приобретают для себя немало новых научных и технических знаний.

В поиске решения технических задач претворяются в жизнь основные ступени творческого мышления. Это прежде всего концентрация имеющихся знаний и опыта, отбор и анализ фактов, их сопоставление и обобщение, мысленное построение новых образов, установление их сходства и различия с существующими реальными объектами.

Эффективность обучения основам робототехники  зависит от организации занятий проводимых с применением следующих методов по способу получения знаний предложенных В.А. Оганесяном.(1980г.), В.П. Беспалько(1995 г.):

·                    Объяснительно - иллюстративный - предъявление информации различными способами (объяснение, рассказ, беседа, инструктаж, демонстрация, работа с технологическими картами и др.);

·                    Эвристический - метод творческой деятельности (создание творческих моделей и т.д.)

·                    Проблемный – постановка проблемы и самостоятельный поиск её решения обучающимися;

·                    Программированный - набор операций, которые необходимо выполнить в ходе выполнения практических работ (форма: компьютерный практикум, проектная деятельность);

·                    Репродуктивный - воспроизводство знаний и способов деятельности (форма:  собирание моделей и конструкций по образцу, беседа, упражнения по аналогу),

·                    Частично - поисковый - решение проблемных задач с помощью педагога;

·                    Поисковый – самостоятельное решение проблем;

·                    Метод  проблемного изложения  - постановка проблемы  педагогам,  решение ее самим педагогом, соучастие обучающихся при решении.

·                    Метод проектов.

Проектно-ориентированное обучение – это систематический учебный метод, вовлекающий учащихся в процесс приобретения знаний и умений с помощью широкой исследовательской деятельности, базирующейся на комплексных, реальных вопросах и тщательно проработанных заданиях.

2. Тематический план программы

№	Наименование разделов/модулей, тем	Всего часов	Количество часов		Характеристика деятельности обучающихся
			ауди-торные	вне-аудиторные
	Общее представление о робототехнике	3	2	1	Уметь довести решение задачи до работающей модели; уметь  ориентироваться в информационном пространстве; уметь самостоятельно конструировать свои знания; уметь  критически мыслить.
1	Информация, информатика, робототехника, автоматы.	1	1
2-3	Понятие «Робот». Знакомство с набором Lego Minstorms и его комплектующими. Сборка простейшей конструкции робота.	2	1	1
	Основы конструирования. Системы передвижения роботов.	15	4	11	получать необходимую информацию об объекте деятельности, используя рисунки, схемы, эскизы, чертежи (на бумажных и электронных носителях); осуществлять простейшие операции с файлами; самостоятельно решать технические задачи в процессе конструирования роботов (планирование предстоящих действий, самоконтроль, применять полученные знания, приемы и опыт конструирования и т.д.);
4	Знакомство со средой программирования EV 3. Знакомство с понятием линейной программы.	1	1
5-8	Движение робота по заданной траектории. Использование линейных программ.	4	1	3
9	Условие. Реализация условия в среде программирования EV 3.	1	1
10-13	Движение робота по заданной траектории с применением условия.	4		4
14	Цикл. Реализация цикла в среде программирования EV 3.	1	1
15-18	Движение робота по заданной траектории с применением циклов.	4		4
	Сенсорные системы	11	2	9	создавать  модели  при  помощи специальных элементов по разработанной схеме, инструкции, по собственному замыслу; демонстрировать технические возможности роботов; представлять одну и ту же информацию различными способами; осуществлять поиск, преобразование, хранение и передачу информации, используя указатели, каталоги, справочники, Интернет.
19	Цветовой сенсор. Установка сенсора на робота и знакомство с принципом работы сенсора цвета.	1	1
20-23	Решение задач с применением цветового сенсора (линейные задачи и задачи на ветвление).	4	1	3
24-29	Цветовой сенсор. Решение задач с применением цветового сенсора (циклические задачи).	6		6
	Подготовка к соревнованиям	5		5
30-34	Решение и разбор олимпиадных задач.	5		5
	ИТОГО	34	8	26

3. Содержание программы

1.                  Общие представления о робототехнике

Введение в лего-конструирование

Общие представления об образовательных конструкторах LEGO. Краткое резюме того, что будут изучать учащиеся на протяжении всего курса обучения лего-конструированию. Основные способы и принципы лего-конструирования. Демонстрация видеороликов лего-проектов «Робототехника»

Практическая работа: Сборка деталей образовательного конструктора LEGO Mindstorms.

Основные понятия робототехники. История робототехники. Общие представления об образовательном конструкторе LEGO Mindstorms EV 3. Общие представления о программном обеспечении.

2.                  Основы конструирования. Системы передвижения роботов.

Этапы конструирования. Требования, предъявляемые к конструкциям:  прочность, жесткость, устойчивость.  Анализ существующих конструкций программно управляемых машин и принципов их работы. Алгоритм конструирования по инструкциям. Потребности мобильных роботов. Типы мобильности. Колесные системы передвижения роботов: автомобильная группа, группа с произвольным независимым поворотом каждого колеса влево и вправо. Шагающие системы передвижения роботов: робот с 2-я конечностями, робот с 4-я конечностями, робот с 6-ю конечностями. Знакомство со средой программирования EV 3. Знакомство с понятием линейной программы. Движение робота по заданной траектории. Использование линейных программ. Условие. Реализация условия в среде программирования EV 3. Движение робота по заданной траектории с применением условия. Цикл. Реализация цикла в среде программирования EV 3. Движение робота по заданной траектории с применением циклов.

Практические работы:

Способы соединения деталей конструктора LEGO Mindstorms EV 3. Создание моделей, использующих зубчатые (цилиндрические, конические, червячная), цепные, ременные, фрикционные передачи. Создание моделей, использующих двигатели постоянного тока, шаговые электродвигатели и сервоприводы. Конструирование и программирование робота автомобильной группы. Роботы передвигающиеся на гусеничном ходу.Конструирование и программирование шагающего робота с 4-я конечностями. Конструирование и программирование шагающего робота с 6-ю конечностями.

3.                  Сенсорные системы

Тактильный датчик. Ультразвуковой датчик. Световой датчик. Система с использованием нескольких датчиков.

Практические работы:

Воспроизведение звукового файла или какого-либо одиночного звука контроллером EV 3. Управление роботом через Bluetooth. Использование датчика касания для преодоления препятствий робота. Огибание препятствий роботом при использовании ультразвукового датчика. Движение робота по черной линии (используется один, два световых датчика). Конструирование и программирования робота, использующего систему из нескольких датчиков.

4.                  Подготовка к соревнованиям

Подготовка обучающихся к ежегодным соревнованиям, конкурсам различных уровней: школьных, городских, окружных, всероссийской.

4. Предполагаемые результаты реализации программы.

Личностные результаты обучения:

·                    формирование познавательных интересов, интеллектуальных и творческих способностей обучающихся;

·                    формирование целостного мировоззрения, соответствующего современному уровню развития науки и технологий;

·                    самостоятельность в приобретении новых знаний и практических умений;

·                    готовность к выбору жизненного пути в соответствии с собственными интересами и возможностями;

·                    проявление технико-технологического мышления при организации своей деятельности;

·                    мотивация образовательной деятельности школьников на основе личностно ориентированного подхода;

·                    формирование ценностных отношений друг к другу, учителю, авторам открытий и изобретений, результатам обучения;

·                    формирование коммуникативной компетентности в процессе проектной, учебно-исследовательской, игровой деятельности.

Метапредметные результаты:

·                    овладение составляющими исследовательской и проектной деятельности: умения видеть проблему, ставить вопросы, выдвигать гипотезы, давать определения понятиям, классифицировать, наблюдать, проводить эксперименты, делать выводы и заключения, структурировать материал, объяснять, доказывать, защищать свои идеи;

·                    умение самостоятельно определять цели своего обучения, ставить и формулировать для себя новые задачи в учёбе и познавательной деятельности, развивать мотивы и интересы своей познавательной деятельности;

·                    овладение основами самоконтроля, самооценки, принятия решений и осуществления осознанного выбора в учебной и познавательной деятельности;

·                    умение создавать, применять и преобразовывать знаки и символы, модели, схемы для решения учебных и познавательных задач;

·                    развитие монологической и диалогической речи, умения выражать свои мысли, способности выслушивать собеседника, понимать его точку зрения, признавать право другого человека на иное мнение;

·                    формирование умений работать в группе с выполнением различных социальных ролей, представлять и отстаивать свои взгляды и убеждения, вести дискуссию;

·                    комбинирование известных алгоритмов технического и технологического творчества в ситуациях, не предполагающих стандартного применения одного из них;

·                    поиск новых решений возникшей технической или организационной проблемы;

·                    самостоятельная организация и выполнение различных творческих работ по созданию технических изделий;

·                    виртуальное и натурное моделирование технических объектов и технологических процессов;

·                    проявление инновационного подхода к решению учебных и практических задач в процессе моделирования изделия или технологического процесса;

·                    выявление потребностей, проектирование и создание объектов, имеющих потребительную стоимость;

·                    формирование и развитие компетентности в области использования информационно-коммуникационных технологий.

Предметные результаты обучения:

·                    умение использовать термины области «Робототехника»;

·                    умение конструировать механизмы для преобразования движения;

·                    умение конструировать модели, использующие механические передачи, редукторы;

·                    умение конструировать мобильных роботов, используя различные системы передвижения;

·                    умение программировать контролер EV 3 и сенсорные системы;

·                    умение конструировать модели промышленных роботов с различными геометрическими конфигурациями; умение составлять линейные алгоритмы управления исполнителями и записывать их на выбранном языке программирования;

·                    умение использовать логические значения, операции и выражения с ними; умение формально выполнять алгоритмы, описанные с использованием конструкций ветвления (условные операторы) и повторения (циклы), вспомогательных алгоритмов, простых и табличных величин; умение создавать и выполнять программы для решения несложных алгоритмических задач в выбранной среде программирования;

·                    умение использовать готовые прикладные компьютерные программы и сервисы в выбранной специализации, умение работать с описаниями программ и сервисами;

·                    навыки выбора способа представления данных в зависимости от постановленной задачи;

·                    рациональное использование учебной и дополнительной технической и технологической информации для проектирования и создания роботов и робототехнических систем;

·                    владение алгоритмами и методами решения организационных и технических задач;

·                    владение методами чтения и способами графического представления технической, технологической и инструктивной информации;

·                    применение общенаучных знаний по предметам естественнонаучного и математического цикла в процессе подготовки и осуществления технологических процессов;

·                    владение формами учебно-исследовательской, проектной, игровой деятельности;

·                    планирование технологического процесса в процессе создания роботов и робототехнических систем.

5. Формы контроля

·                    наблюдение

·                    проведение промежуточных мини-соревнований по темам и направлениям конструирования

·                    выполнение исследовательских практических работ

·                    проведение контрольных срезов, тестов

·                    промежуточный и итоговый мониторинг сформированности информационной компетентности учащихся.

·                    участие в городских и внутришкольных товарищеских встречах по лего-конструированию.

·                    участие в городских лего-соревнованиях

·                    участие в городских и внутришкольных лего-выставках творческих достижений

6. Методические рекомендации

Курс позволяет легко понять основы робототехники и научиться конструировать умные управляемые машины. Это захватывающие занятия, на которых разрабатываются технические модели из LEGO-конструкторов и программируются микрокомпьютеры. Собранные модели живут по заданной программе и соревнуются между собой.

Занятия начинаются с обсуждения принципов построения интересной модели из LEGO конструктора, далее идет непосредственная сборка и установка моторов и датчиков обратной связи. Собранная конструкция присоединяется к микро компьютеру EV 3, который представляет из себя программируемый блок LEGO, функционирующий как автономный компьютер. В ходе практических занятий учащиеся 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, приобретают навыки работы в творческом коллективе. Работая парами, или в командах, учащиеся в рамках данного курса  создают и программируют модели, проводят исследования, составляют отчёты и обсуждают идеи, возникающие во время работы с этими моделями.

Учащимся данного курса предоставляется возможность принять участие в муниципальных и  региональных соревнованиях по робототехнике.

Курс предполагает практическое знакомство с определённым аспектом базовой науки (физики) и направлением исследований, которые позволяют подготовить учащихся к осознанному восприятию таких тем курса физики 7 класса, как «Простые механизмы», «Механическая энергия» и «Закон сохранения энергии». Интеграция учебной и вне учебной деятельности учащихся, решение личностно значимых для ученика прикладных задач способствуют расширению его кругозора, усилению интереса к науке физике. Включение в программу кружка вопросов, связанных с изучением множества примеров технологий преобразования энергии, используемых в прошлом и настоящем, позволит учащимся продвинуться по пути познания в области техники и ее возможностей.

7. Описание материально-технического обеспечения

Конструкторы:

1.                  «Робототехника» набор WeDo №9580. 9585

2.                  LEGO MINDSTORMS EV 3

Учебно-методическое обеспечение программы

Энциклопедический словарь юного техника. – М., «Педагогика», 1988.

Александр Барсуков. Кто есть кто в робототехники. – М., 2005г. – 125с.

А.Ф.Крайнев. Первое путешествие в царство машин. – М., 2007г. – 173с.

ПервоРобот LEGO WeDo. Программное обеспечение. Комплект заданий. Книга для учителя. Мультимедийный СD-ROM

Программное обеспечение EV3 EDU

CD ПервоРобот/RoboLab 2.5.4. Руководство пользователя. Int

Индустрия развлечений: ПервоРобот. Книга для учителя и сборник проектов. int.

Автоматизированные устройства: ПервоРобот. Книга для учителя. int.

MindStorms  for schools. Educational division.

Кружок робототехники, [электронный ресурс]//http://lego.rkc-74.ru/index.php/-lego-

 В.А. Козлова, Робототехника в образовании [электронный ресурс]//http://lego.rkc-74.ru/index.php/2009-04-03-08-35-17, Пермь, 2011 г.

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

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

 http://www.lego.com/education/

http://www.wroboto.org/

http://www.roboclub.ru/

http://lego.rkc-74.ru/

http://legoclab.pbwiki.com/

http://www.int-edu.ru/

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

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

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

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

http://legomet.blogspot.com

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

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

 http://www.school.edu.ru/int

http://robosport.ru

http://myrobot.ru/stepbystep/

http://www.robotis.com/xe/bioloid_en

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

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

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

https://docs.google.com/viewer?pid=explorer&srcid=0B3B5L5I--aLMZW1hV19BTkdmY2s&docid=570a54dbaca3ebcd056a793084914d55%7C9355bc55d8b460489891048e984d9175&chan=EwAAAMxpHEeDGQibzmmu0Rv1ksvzBghb3CQHRcVA0s9AA%2BtE&a=v&rel=zip;z3;NXTapod.pdf

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

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

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

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

http://pacpac.ru/auxpage_activity_booklets/