Рабочая программа внеурочной деятельности Робот в условиях ФГОС

Пояснительная записка

«Уже в школе дети должны получить возможность раскрыть свои способности, подготовиться к жизни в высокотехнологичном конкурентном мире»

Д.А.Медведев

Рабочая программа «Робот» разработана с учетом требований Федерального государственного образовательного стандарта основного общего образования, утвержденного приказом Министерства образования и науки Российской Федерации, на основании учебного плана МБОУ СШ №3, учебно-методического пособия: Образовательная робототехника во внеурочной деятельности. В.Н.Халамов, на основе авторского курса «Робототехника», Каширина Дмитрия Алексеевича, 2012, электронный курс. Данная программа представляет собой вариант программы организации внеурочной деятельности обучающихся средней школы.

Курс рассчитан на 1 год занятий, объем занятий – 35 часов в год. Программа предполагает проведение регулярных еженедельных внеурочных занятий со школьниками 5 класса (в расчете 1 час в неделю).

Данная программа по робототехнике научно-технической направленности, т.к. 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 развития этой темы заключается в том, что в настоящий момент в России развиваются нанотехнологии, электроника, механика и программирование. Т.е. созревает благодатная почва для развития компьютерных технологий и робототехники. Успехи страны в XXI веке будут определять не природные ресурсы, а уровень интеллектуального потенциала, который определяется уровнем самых передовых на сегодняшний день технологий. Уникальность образовательной робототехники заключается в возможности объединить конструирование и программирование в одном курсе, что способствует интегрированию преподавания информатики, математики, физики, черчения, естественных наук с развитием инженерного мышления, через техническое творчество. Техническое творчество – мощный инструмент синтеза знаний, закладывающий прочные основы системного мышления. Т.о., инженерное творчество и лабораторные исследования – многогранная деятельность, которая должна стать составной частью повседневной жизни каждого обучающегося.

В настоящий момент для дальнейшего развития научной и промышленной робототехники необходима высокая обеспеченность инженерными кадрами. Введение кружка робототехники для детей 5 класса позволяет не только занять детей интересной и познавательной деятельностью во внеурочное время, но и способствовать популяризации профессии инженера. Интенсивное использование роботов в быту, на производстве требует, чтобы пользователи обладали современными знаниями в области управления роботами, что позволяет развивать новые, умные, безопасные и более продвинутые автоматизированные системы. Необходимо прививать интерес учащихся к области робототехники и автоматизированных систем.

Педагогическая целесообразность данной программы заключается в том, что она является целостной и непрерывной в течении всего процесса обучения, и позволяет школьнику шаг за шагом раскрывать в себе творческие возможности и само реализоваться в современном мире. В процессе конструирования и программирования дети получат дополнительное образование в области физики, механики, электроники и информатики.

Преподавание курса предполагает использование компьютеров и специальных интерфейсных блоков совместно с конструкторами. Важно отметить, что компьютер используется как средство управления моделью; его использование направлено на составление управляющих алгоритмов для собранных моделей. Учащиеся получают представление об особенностях составления программ управления, автоматизации механизмов, моделировании работы систем.

Конструктор LEGO Mindstorms EV3 и программное обеспечение к нему представляет 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.

Программное обеспечение отличается дружественным интерфейсом, позволяющим ребенку постепенно превращаться из новичка в опытного пользователя. Каждый урок – новая тема или новый проект. Модели собираются либо по технологическим картам, либо в силу фантазии детей. По мере освоения проектов проводятся соревнования роботов, созданных группами.

Использование LEGO-конструкторов во внеурочной деятельности повышает мотивацию учащихся к обучению, т.к. при этом требует знания практически из всех учебных дисциплин от искусства и истории до математики и естественных наук. Межпредметные занятия опираются на естественный к разработке и постройке различных механизмов. Одновременно занятия как нельзя лучше подходят для изучения основ алгоритмизации и программирования, а именно для первоначального знакомства с этим непростым разделом информатики вследствие адаптированности для детей среды программирования.

LEGO позволяет учащимся:

ü совместно обучаться в рамках одной бригады;

ü распределять обязанности в своей бригаде;

ü проявлять повышенное внимание культуре и этике общения;

ü проявлять творческий подход к решению поставленной задачи;

ü создавать модели реальных объектов и процессов;

ü видеть реальные результаты своей работы.

Данный курс разработан для детей, ранее не занимающихся робототехникой. Основная форма работы – практические занятия, сочетающие в себе как освоение сформулированных в электронной среде знаний, так и элементы творческой исследовательской работы, направленной на преодоление возникших в ходе работы проблемных ситуаций.

Цели и задачи курса внеурочной деятельности

Цель:

ü научить использовать средства информационных технологий для решения конструкторских и межпредметных задач, способствовать успешной адаптации при переходе от пропедевтического курса информатики к базовому.

Задачи:

ü формирование мотивации успеха и достижений, творческой самореализации на основе организации предметно-преобразующей деятельности;

ü формирование умения искать и преобразовывать необходимую информацию на основе различных информационных технологий (графических: текст, рисунок, схема; информационно-коммуникативных);

ü проектирование и разработка собственных программ для решения стандартных и нестандартных задач;

ü развитие умения излагать мысли в четкой логической последовательности, отстаивать свою точку зрения, анализировать ситуацию и самостоятельно находить ответы на вопросы путем логических рассуждений;

ü создание собственных проектов, которые могут быть полезными в реальной жизни

ü развитие индивидуальных способностей ребенка;

ü формирование умения работать в группе;

ü повышение интереса к учебным предметам посредством конструирования LEGO;

ü развитие самостоятельности при принятии решения;

ü раскрытие творческого потенциала обучающихся.

Планируемые результаты освоения программы

Личностные результаты обучения:

ü формирование способностей обучающихся к саморазвитию, самообразованию и самоконтролю на основе мотивации к робототехнической и учебной деятельности;

ü формирование современного мировоззрения соответствующего современному развитию общества и науки;

ü формирование коммуникативной и ИКТ-компетентности для успешной социализации и самореализации в обществе;

ü формирование познавательных интересов, интеллектуальных и творческих способностей обучающихся;

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

ü самостоятельность в приобретении новых знаний и практических умений;

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

ü проявление технико-технологического мышления при организации своей деятельности.

Метапредметные результаты обучения:

ü умение ставить и реализовывать поставленные цели;

ü умение самостоятельно планировать свою деятельность;

ü умение выполнять и правильно оценивать результаты собственной деятельности;

ü умение создавать, разрабатывать и реализовывать схемы, планы и модели для решения поставленных задач;

ü умение устанавливать причинно-следственные связи и логически мыслить;

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

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

ü поиск новых решений возникшей технической или организационной проблемы;

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

ü виртуальное и натуральное моделирование технических объектов и технологических процессов;

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

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

Предметные результаты обучения:

ü овладение простыми методами и формами обработки и анализа данных;

ü формирование ИКТ-компетентности и информационной культуры;

ü формирование умения автоматизировать и решать поставленные задачи, используя компьютер и технические устройства как инструмент;

ü формирование умения использовать термины курса «Мой первый робот»;

ü формирование умения конструировать мобильных роботов, используя различные системы передвижения;

ü формирование умения конструировать модели промышленных роботов с различными геометрическими конфигурациями;

ü формирование умения использовать готовые прикладные компьютерные программы и сервисы в выбранной специализации, умение работать с описанием программ и сервисов;

ü навыки выбора способа представления данных в зависимости от поставленной задачи;

ü применение общенаучных знаний по предметам естественно научного  и математического цикла в процессе подготовки и осуществления технологических процессов;

ü планирование технологического процесса в процессе создания роботов и робототехнических систем;

ü владение формами учебно-исследовательской. Проектной, игровой деятельности;

Содержание курса

Содержание учебного курса представлено подборкой проектно-исследовательских задач для учащихся 5 классов. В процессе работы используется УМК, в составе которого: учебник-практикум Копосов Д. Г. Первый шаг в робототехнику. — М.: БИНОМ, Лаборатория знаний, 2014.; самоучитель (систематизированная подборка учебных материалов, представленная в программном обеспечении, где в увлекательной форме идет знакомство с обучающими программами LEGO Mindstorms Education EV3). Оборудование: компьютер с установленным ПО, набор лего-конструктора.

Все задания практикума — это те проблемы и вопросы, с которыми специалисты сталкиваются сегодня. Проводя исследования и выполняя задания, учащиеся шаг за шагом узнают, как создавать программы для управления простыми и сложными роботизированными механизмами, приобретают общее представление об интереснейшей науке — робототехнике.

Во время обучения дается необходимая теоретическая и практическая база, формируются навыки работы с конструктором LEGO Mindstorms EV3, с принципами работы датчиков: касания, освещенности, расстояния. На основе программы LEGO Mindstorms Education EV3 школьники знакомятся с блоками компьютерной программы: дисплей, движение, цикл, блок датчиков, блок переключателей. Под руководством учителя, а затем и самостоятельно пишут программы: «движение «вперед – назад», «движение с ускорением», «восьмерка», «змейка», «поворот на месте», «спираль», «парковка», «выход из лабиринта», «движение по линии». Проектируют роботов и программируют их. Готовят роботов к соревнованиям.

Учебно – тематический план курса

Тема	Общее количество часов	Теория	Практика
Знакомство с полным набором LEGO Mindstorms EV3 и программным обеспечением	2	1	1
Сборка первого робота, исследование работы датчиков и возможностей главного модуля	8	2	6
Сборка и программирование роботов с использованием Базового набора и программного обеспечения LEGO Mindstorms EV3 EDU	15	3	12
Решение нестандартных задач, творческие проекты	10	2	8
Итого:	35 часов

Тематическое планирование

№ п/п	Тема занятия	Теоретическая часть	Практическая часть	Дата	Примечание
1	Вводное занятие. ТБ.	Понятие «робот», «робототехника». Применение роботов в различных сферах жизни человека, значение робототехники. Просмотр видеофильма о роботизированных системах вооружения стран НАТО. Показ действующей модели робота и его программ: на основе датчика освещения, ультразвукового датчика, датчика касания	Ознакомление с комплектом деталей для изучения робототехники: контроллер, сервоприводы, соединительные кабели, датчики-касания, ультразвуковой, освещения и цвета. Порты подключения. Создание приводной платформы.
2	Ознакомление с визуальной средой программирования.	Понятие «среда программирования», «логические блоки». Показ написания простейшей программы для робота Понятие «программа», «алгоритм». Алгоритм движения робота по прямой.	Интерфейс программы LEGO Mindstorms EducationEV3 и работа с ним. Написание программы для перемещения по прямой по образцу, настройка конфигурации режимов программируемых блоков, параметров и значений.
3	Движение по кривой.	Написание линейной программы. Понятия «Рулевое управление», «мощность»	Использование блока «Рулевое управление» для управления приводной платформой. Загрузка программы в модуль EV3 и ее тестирование. Самостоятельное программирование возвращения приводной платформы в начальное положение.
4	Независимое управление моторами.	Понятие «Независимое управление моторами», принципы его использования	Использование блока «Независимое управление моторами» для управления приводной платформой.
5	Освобождение кубоида.	Блоки управления средними моторами.	Внесение изменений в конструкцию приводной платформы. Программирование приводной базы таким образом, чтобы переместить и освободить кубоид
6	Стоп-линия для робота.	Понятие яркости отраженного света. Знакомство с датчиком цвета.	Внесение изменений в конструкцию приводной платформы. Использование датчика цвета для остановки приводной платформы при обнаружении линии.
7	Ориентация в пространстве.	Знакомство с гироскопическим датчиком, правила работы с ним. Принципы его управления.	Использование гироскопического датчика для поворота на 45 градусов. Самостоятельное программирование поворота на заданное количество градусов. Внесение изменений в конструкцию приводной платформы.
8	«Глаз» летучей мыши.	Знакомство с ультразвуковым датчиком и режимом «Ожидание изменения». Принципы его управления. Измерение расстояния до препятствия.	Использование режима ультразвукового датчика «Ожидание изменения» для определения приближения к объекту. Внесение изменений в конструкцию приводной платформы.
9	Программирование на модуле EV3	Интерфейс приложения для программирования на EV3.	Знакомство с приложением для программирования на модуле EV3. Создайте программу для приводной платформы.
10	И танцую и пою.	Понятие параллельного программирования. Выбор и подключение звукового файла для воспроизведения.	Использование многозадачности для перемещения приводной платформы и воспроизведения звука одновременно.
11	Первая программа с циклом	Написание программы с циклом. Понятие «цикл».Использование блока «цикл» в программе. Знакомство с датчиком касания	Создание и отладка программы с использованием блока цикла для повторения серии действий. Эксперимент с циклом в режиме «Цикл неограничен»
12	Движение вдоль линии	Знакомство с ветвящимися алгоритмическими структурами. Настройка датчика цвета.	Использование блока переключения для принятия решений в динамическом процессе на основании информации датчика
13	Соревнования роботов	Робототехнические соревнования	Соревнования роботов на тестовом  поле № 8547. Зачет времени и количества ошибок
14	Управление цветом	Использование датчика цвета в режиме «Определить цвет»	Программирование приводной базы таким образом, чтобы она двигалась и поворачивала при обнаружении различных цветов. Самостоятельное изменение программы, чтобы робот по красному сигналу останавливался.
15	Шины данных	Понятие шины данных, ее назначение.	Самостоятельный эксперимент с тремя типами шин данных
16	Робот-танцор	Понятие «генератор случайных чисел». Использование блока «случайное число» для управления движением робота	Использование блока случайной величины для перемещения приводной платформы со случайно выбранной скоростью и в случайно выбранном направлении
17	Робот «просыпается»	Освещенность, использование числового ввода параметров блока движения, измеренных с помощью датчиков.	Использование блоков датчика для управления мощностью моторов приводной платформы в динамическом режиме.
18	Измерительный прибор.		Отображение показаний ультразвукового датчика в режиме реального времени и их объединение с текстом. Самостоятельный эксперимент с измерением угла наклона гироскопа.
19	Робот-преследователь		Использование ультразвукового датчика для перемещения приводной платформы вперед при нахождении кубоида в указанном диапазоне. Эксперимент с установкой блока диапазона в режим «Вне пределов»
20	Измеряем скорость	Конструирование формулы и расчет по произведенным измерениям.	Использование математического блока для расчета скорости приводной платформы.
21	Эксперимент с вращением		Эксперимент со скоростью поворота, используя гироскопический датчик. Можно ли поворачивать модуль EV3 таким образом, чтобы значение оставалось постоянным и составляло 90 град/с?
22	Сравнение	Отношения «больше», «меньше» и «равно»	Использование датчик цвета для включения моторов приводной платформы при обнаружении определенных цветов. Эксперимент с изменением режима блока «Сравнение» на «Больше чем».
23	Управление касанием.	Понятие переменной. Ввод значения переменной.	Использование переменной для хранения числа оборотов, которое совершат моторы приводной платформы.
24	Калибровка датчика цвета.		Выполнение калибровки датчика цвета в режиме «Освещение», чтобы увеличить чувствительность.
25	«Поговорим?»	Переименование модуля EV3. Блок «Обмен сообщениями».	Установление соединения посредством Bluetooth между двумя модулями. Отправляйте сообщения от одного модуля EV3 другому
26	Основы логики	Логическое И/ИЛИ. Таблицы истинности.	Эксперимент с логическими И/ИЛИ в условии.
27	Математика – дополнительные возможности.	Соотношение углов и сторон прямоугольно треугольника.	Использование принципов тригонометрии для управления движением приводной платформы.
28	Массивы.	Понятие массива. Организация массива в EV3. Считывание массива при помощи сочетания датчиков цвета и касания. (цвет – индекс элемента массива, количество касаний – значение элемента массива).	Использование нескольких значений, сохраненных в памяти модуля EV3, для управления движением приводной платформы.
29	Гиробой - конструируем	Функциональные особенности робота «Гиробой»	Конструирование самобалансирующегося робота с использованием всех моторов и датчиков EV3
30	Гиробой - программируем	Разбор структуры готовой программы для Гиробоя	Программирование  самобалансирующегося робота с использованием всех моторов и датчиков EV3, а также дополнительными средствами программирования для управления его действиями.
31	Сортировщик цветов - конструируем	Функциональные особенности робота «Сортировщик цветов»	Конструирование сортировщика цветных элементов с использованием датчика цвета, датчика касания и моторов для управления
32	Сортировщик цветов - программируем	Разбор структуры готовой программы для «Сортировщика цветов»	Программирование сортировщика цветных элементов с использованием датчика цвета, датчика касания и моторов для управления
33	Щенок - конструируем	Функциональные особенности робота «Щенок»	Конструирование робота «Щенка» с использованием датчика цвета и касания
34	Щенок - программируем	Разбор структуры готовой программы для «Щенка»	Программирование щенка с использованием датчика цвета, датчика касания, а также дополнительными средствами программирования для управления его действиями.
35	Защита проекта «Мой собственный уникальный робот»		Создание собственных роботов учащимися и их презентация

Материально-техническое обеспечение

1.     Компьютер (процессор 2 ГГц или более мощный, оперативная память 1 Гб и более, 2 Гб свободного места на жестком диске, 1 свободный USB порт);

2.     Операционная система (Windows XP или Windows 7)  - с последним пакетом обновлений;

3.     Полный набор LEGO Mindstorms EV3;

4.     Программное обеспечение LEGO Mindstorms EV3EDU;

5.     Проектор;

6.     Шкаф для хранения собранных и разобранных конструкций.

Учебно-методическое обеспечение

1.     Копосов Д.Г. Первый шаг в робототехнику. – БИНОМ. Лаборатория знаний, 2014. 286 с.

2.     Котегова И.В. Рабочая программа «Технология применения программируемых робототехнических решений на примере платформы LEGO Mindstorms Education EV3 (https://edugalaxy.intel.ru/index.php)

3.     Нетесова О.С. Особенности преподавания элективного курса «Конструирование и программирование роботов» в общеобразовательной школе // Вестник Томского государственного педагогического университета. 2013. №9 (137) с. 175 – 180.

4.     Устинова Н.Н., Зырянова Е.С. Урок на тему «Линейные алгоритмы. составление линейных алгоритмов для LEGO – роботов // Информатика в школе. 2014. №2 (95) с. 17 – 22

5.     Нетесова О.С. Методические особенности реализации элективного курса по робототехнике на базе комплекта LEGO Mindstorms EV3 // Информатика и образование, 2013. №7 (246) с. 74 – 76.

6.     «Робототехника для детей и родителей», С.А. Филиппов, Наука, Санкт-Петербург, 2013.

7.     «Курс «Робототехника»: внеурочная деятельность», Д.А. Каширин, Н.Д. едорова, М.В. Ключникова, Курган: ИРОСТ, 2013.

Интернет-ресурсы

1.     www.school.edu.ru/int

2.     http://www.prorobot.ru

3.     http://www.nnxt.blogspot.ru

4.     http://www.ielf.ucoz.ru

5.     http://www.fiolet-korova.ru

6.     http://www.mindstorms.ru

7.     http://www.lego56.ru

8.     http://www.robot-develop.org

9.     http://www.lego.detmir.ru