Тестер батареек, методическая разработка занятия кружковой деятельности

МАОУ «СОШ № 40 с углубленным изучением отдельных предметов»

Методическая разработка занятия кружка по «Робототехнике»

«Тестер батареек»

Автор: Закиева Ирина Григорьевна, учитель информатики и ИКТ

Набережные Челны

2018  год

Пояснительная записка

Разработанное  занятие «Тестер батареек» - это одно из занятий кружка по робототехнике.

В настоящее время различные виды роботов находят всё большее применение в машиностроении, медицине, космической промышленности и т.д. Наибольшее распространение получили промышленные роботы. Образовательная робототехника в образовательном учреждении приобретает все большую значимость и актуальность в настоящее время. Обучающиеся вовлечены в образовательный процесс создания моделей - роботов, проектирования и программирования робототехнических устройств и ежегодно участвуют в робототехнических соревнованиях, конкурсах, олимпиадах, конференциях.

Данное занятие рассчитано на учащихся 8-11 классов. Занятие рассчитано на 2 академических часа.

Цель занятия: Создать устройство, которое будет выводить на ЖК дисплей данные о напряжении, измеренном на батарейке.

Задачи:

ü    формирование и развитие потребностей технического творчества у обучающихся;

ü    создание творческого сообщества, увлеченных робототехникой обучающихся;

ü    выявление одаренных детей, обеспечение соответствующих условий для их образования и творческого развития.

ü    развитие навыков мыслительного анализа последовательности изготовления изделия и практического выполнения задания, способности действий пооперационного контроля;

ü    воспитание аккуратности, дисциплинированности, внимательности, усидчивости;

ü    развитие коммуникативной компетентности при работе в группах.

Ожидаемые результаты:

Личностные УУД: готовность и способность обучающихся к саморазвитию;  навыки сотрудничества в разных ситуациях, умение не создавать конфликты и находить выходы из спорных ситуаций.

Познавательные УУД: приобретение школьниками знаний об окружающем мире;  умение работать с различными источниками информации, включая цифровые; устойчивый познавательный интерес.

Регулятивные УУД: понимание смысла поставленной задачи;  умение выполнять учебное действие в соответствии с целью.

Коммуникативные УУД: сформированность умений ясно, точно, грамотно излагать свои мысли в устной речи;  умение адекватно использовать речевые средства для аргументации своей позиции;  умение работать совместно в атмосфере сотрудничества.

В ходе занятия учащиеся научатся выводить без компьютера и проводов любые данные, с которыми они работали, и использовать это как в режиме эксплуатации устройства, так и во время отладки.

Занятие основано на построении готового проекта с дальнейшим усложнением, и проявлением творческих способностей учащихся.

Методические советы:

Данное занятие разработано в рамках личностно-ориентированного обучения. На занятии применяется индивидуальная, групповая работа, фронтальный опрос детей. Используется наглядный материал.

На этапе сообщения нового материала целесообразно устное объяснение, показ готового образца по теме, наглядная демонстрация схемы устройства. При выполнении работы необходимо научить детей понимать программный код, работать творчески: изменять характеристики устройства.

Оборудование:

1.                  Набор Матрёшка – Hi-Tech конструктор на основе платформы Arduino – 2 штуки;

2.                  Программное обеспечение Arduino IDE.

3.                  Карты со схемами

4.                  Компьютер, проектор.

Ход занятия

Этапы занятия	Деятельность учителя	Деятельность учеников	УУД
Мотивация	Сегодня мы будем собирать новое полезное устройство. Цель занятия умение добывать необходимую информацию, самостоятельно анализировать её и представлять в виде единого целого продукта; развитие интереса к окружающему миру и расширение кругозора.		Познаватель-ные УУД 1.      Развиваем  умения извлекать информацию из схем, иллюстраций, текстов. 2. Представлять информацию в виде схемы. 3. Выявлять сущность, особенности объектов. 4. На основе анализа объектов делать выводы. 5. Обобщать и классифицировать по признакам. Регулятивные УУД 1. Развиваем умение высказывать своё предположение на основе работы с дополнительными источниками информации. 2. Оценивать учебные действия в соответствии с поставленной задачей. 3. Осуществлять познавательную и личностную рефлексию. Коммуникативные УУД: 1) развиваем умение слушать и понимать других; 2) строить речевое высказывание в соответствии с поставленными задачами; 3) оформлять свои мысли в устной форме; 4) умение работать в группах. Личностные результаты: 1) Представление о себе и о своих возможностях; 2) развиваем умения выражать свои эмоции; 3) формируем мотивацию к обучению и целенаправленной познавательной деятельности. 4) ориентация на понимание причин успеха в учебной деятельности.
Актуализация знаний	Мы с вами уже выполнили много проектов. Но есть одна деталь конструктора, которая еще не использовалась ранее. Да, верно. Сегодня мы будем собирать устройство «Тестер батареек» Как вы думаете, для чего оно нужно? Верно, мы создадим устройство, которое будет измерять напряжение в элементе питания, и выводить его на экран.	Текстовый экран. Тестер батареек показывает, имеется ли напряжение в элементе питания.
Изучение списка деталей необходимых для устройства	Фронтальная работа. Итак, давайте подумаем какие детали нам понадобятся? Обязательные элементы, которые мы используем в каждом проекте Хорошо, нам понадобятся два резистора с сопротивлением  10 кОМ. Здесь мы будем преобразовывать постоянный ток в переменный, это значит нам понадобится… Ну и наконец, что нам понадобится для фиксации проводов?	Экран; §  Плата Arduino Uno §  1 беспаечная макетная плата §  Соединительные провода §  Резистор Выпрямительный диод Клеммник
Сборка устройства, разработка программного кода	Работа в группах. Раздаточный материал, с принципиальной схемой устройства (Приложение 1) §  Мы подключаем «плюс» батарейки через делитель напряжения с равными плечами (R1 = R2 = 10 кОм), таким образом, деля подаваемое напряжение пополам. §  Поскольку в аналоговый вход Arduino мы можем подавать до 5В, мы можем измерять напряжение до 10В. §  Не пробуйте измерять большее напряжение, вы можете повредить плату! §  На принципиальной схеме внутри изображения дисплея подписаны названия его выводов согласно datasheet, а снаружи — номера его ножек. §  Ножки нашего ЖК-дисплея нумеруются не подряд: 15 и 16 ножки находятся перед 1. §  Диод пригодится, если вы перепутаете «+» и «-» батарейки, главное нам самим не забыть про направление, в котором через диод может течь ток, и установить его верно! Давайте проверим, правильно ли мы собрали устройство. На экран выводится макетная схема устройства. Индивидуальная работа с программным кодом На экране приводится скетч проека Приложение 2 Поэтапно разбирается каждое действие. Затем запускается проверка.	Пытаются собрать устройства с пояснениями по принципиальной схеме. Проходит корректировка ошибок, сделанных при сборке устройства. Осуществляется набор скетча в программе Arduino IDE
Тестирование проекта	Итак, мы собрали устройство, набрали скетч, проверили его. Что необходимо сделать теперь? Верно, а как это сделать? Происходит загрузка программного кода в плату. Демонстрируется работа устройства.	Загрузить в плату Arduino Uno Необходимо выбрать команду  Скетч – загрузка или использовать комбинацию клавиш Ctrl+U
Задания для самостоятельного решения	Групповая работа Возможно, вы захотите воспользоваться еще одним методом вашего объекта lcd — clear(): он очищает экран и устанавливает курсор в левую колонку верхней строчки. Создайте секундомер, который будет отсчитывать время, прошедшее с начала работы Arduino и выводить секунды и сотые секунд на экран.	Вводится в скетч массив каждая секунда вычисляется t number = (millis() / 1000) % 10; В переменную mask мы помещаем тот элемент массива number, который соответствует текущей секунде, вычисленной в предыдущей инструкции. Осуществляется вывод на экран.
Итог занятия, рефлексия	Вопросы для проверки себя 1.      Из-за чего измерения напряжения в этом эксперименте могут быть неточными (на что мы можем повлиять)? 2.      Какая библиотека облегчает работу с нашим текстовым экраном? Какие шаги нужно предпринять до начала вывода текста на него? 3.      Каким образом мы задаем позицию, с которой на экран выводится текст? 4.      Можем ли мы писать на экране кириллицей? Как? Теперь вы можете выводить без компьютера и проводов любые данные, с которыми работаете, и использовать это как в режиме эксплуатации вашего устройства, так и во время отладки!	Ответы на вопросы с опорой на скетч

Список использованных источников

1.      http://wiki.amperka.ru/

2.      Конспект хакера. Краткое пособие по быстрому старту с Arduino.

3.      Программирование. Принципы и практика с использованием C++, Бьерн Страуструп; (эл. версия)

4.      https://www.learncpp.com/

5.      Элементарный учебник физики. Под. редакцией Г.С. Ландсберга (эл. версия)

6.       

Приложение 1

Принципиальная схема устройства «Тестер батареек»

Макетная схема устройства

Приложение 2

// Подключаем библиотеку для работы с жидкокристаллическим

// экраном (англ. Liquid Crystal Display или просто LCD)

#include <LiquidCrystal.h>

// на диоде, защищающем от неверной полярности, падает доля

// напряжения (англ. voltage drop). Необходимо это учитывать

#define DIODE_DROP  0.7

// Объявляем объект, для управления дисплеем. Для его создания

// необходимо указать номера пинов, к которым он подключен в

// порядке:       RS   E DB4 DB5 DB6 DB7

LiquidCrystal lcd(13, 12, 11, 10,  9,  8);

void setup()

{

  // начинаем работу с экраном. Сообщаем объекту количество

  // строк и столбцов. Опять же, вызывать pinMode не требуется:

  // функция begin сделает всё за нас

  lcd.begin(16, 2);

  // печатаем сообщение на первой строке

  lcd.print("Battery voltage:");

}

void loop()

{

  // высчитываем напряжение подключенной батарейки

  float voltage = analogRead(A0) / 1024.0 * 10.0;

  // если напряжение на делителе напряжения было зафиксировано,

  // нужно прибавить напряжение на диоде, т.к. оно было съедено

  if (voltage > 0.1)

    voltage += DIODE_DROP;

  // устанавливаем курсор, колонку 0, строку 1. На деле — это

  // левый квадрат 2-й строки, т.к. нумерация начинается с нуля

  lcd.setCursor(0, 1);

  // печатаем напряжение в батарейке с точностью до сотых долей

  lcd.print(voltage, 2);

  // следом печатаем единицы измерения

  lcd.print(" Volts");

}