Приложение №3
к Программе дополнительного образования,
утвержденной приказом директора
МАОУ СОШ №72 от 28.08.2023 №138
Программа дополнительного образования
«Робототехника»
Возраст обучающихся: 11-14 лет
Срок реализации: 1 год
Автор-составитель:
Солодухин Роман Анатольевич,
педагог дополнительного образования
г. Лесной 2023
Пояснительная записка
Данная программа по робототехнике научно-технической направленности, так как 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.
Техническое творчество — мощный инструмент синтеза знаний,закладывающий прочные
основы системного мышления. Таким образом, инженерное творчество и лабораторные
исследования — многогранная деятельность, которая должна стать составной частью
повседневной жизни каждого обучающегося.
Педагогическая целесообразность этой программы заключается в том, что она является
целостной и непрерывной в течение всего процесса обучения, и позволяет школьнику шаг
за шагом раскрывать в себе творческие возможности и само реализоваться в с
современном мире . В процессе конструирования и программирования дети получат
дополнительное образование в области физики, механики, электроники и информатики.
Использование Лего-конструкторов во внеурочной деятельности повышает мотивацию
учащихся к обучению, при этом требуются знания практически из всех учебных
дисциплин от искусств и истории до математики и естественных наук. Межпредметные
занятия опираются на естественный интерес к разработке и постройке различных
механизмов. Одновременно занятия ЛЕГО как нельзя лучше подходят для изучения основ
алгоритмизации и программирования
Работа с образовательными конструкторами LEGO позволяет школьникам в форме
познавательной игры узнать многие важные идеи и развить необходимые в дальнейшей
жизни навыки. При построении модели затрагивается множество
проблем из разных областей знания – от теории механики до психологии, – что является
вполне естественным.
Очень важным представляется тренировка работы в коллективе и развитие
самостоятельного технического творчества.
Изучая простые механизмы, ребята учатся работать руками (развитие мелких иточных
движений), развивают элементарное конструкторское мышление, фантазию,изучают
принципы работы многих механизмов.
Актуальность данной программы:
- необходимость вести работу в естественнонаучном направлении для создания базы,
позволяющей повысить интерес к дисциплинам среднего звена (физике, биологии,
технологии, информатике, геометрии);
- востребованность развития широкого кругозора школьника и формирования основ
инженерного мышления;
-отсутствие предмета в школьных программах начального образования, обеспечивающего
формирование у обучающихся конструкторских навыков и опыта программирования.
Преподавание курса предполагает использование компьютеров и специальных
интерфейсных блоков совместно с конструкторами. Важно отметить, что компьютер
используется как средство управления моделью; его использование направлено
насоставление управляющих алгоритмов для собранных моделей. Учащиеся получают
представление об особенностях составления программ управления,
автоматизациимеханизмов, моделировании работы систем.
1.
2.
3.
4.
5.
Lego позволяет учащимся:
- совместно обучаться в рамках одной группы;
- распределять обязанности в своей группе;
- 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.
Возраст детей, участвующих в реализации данной дополнительной образовательной
программы колеблется от 11 до 14 лет. В коллектив могут быть приняты все желающие,
не имеющие противопоказаний по здоровью.
Сроки реализации программы: 1 год.
Цель программы: формирование интереса к техническим видам творчества, развитие
конструктивного мышления средствами робототехники.
Задачи программы:
Обучающие:
- ознакомление с комплектом LEGO Mindstorms NXT 2.0;
- ознакомление с основами автономного программирования;
- ознакомление со средой программирования LEGO Mindstorms NXT-G;
- получение навыков работы с датчиками и двигателями комплекта;
- получение навыков программирования;
- развитие навыков решения базовых задач робототехники.
Развивающие:
- развитие конструкторских навыков;
- развитие логического мышления;
- развитие пространственного воображения.
Воспитательные:
- воспитание у детей интереса к техническим видам творчества;
- развитие коммуникативной компетенции: навыков сотрудничества в коллективе, малой
группе (в паре), участия в беседе, обсуждении;
-развитие социально-трудовой компетенции: воспитание трудолюбия, самостоятельности,
умения доводить начатое дело до конца;
- формирование и развитие информационной компетенции: навыков работы с различными
источниками информации, умения самостоятельно искать, извлекать и отбирать
необходимую для решения учебных задач информацию.
Методы обучения.
Познавательный (восприятие, осмысление и запоминание учащимися нового материала
с привлечением наблюдения готовых примеров, моделирования, изучения иллюстраций,
воспрпиятия, анализа и обобщения демонстрируемых материалов);
Метод проектов (при усвоении и творческом применении навыков и умений в процессе
разработки собственных моделей)
Систематизирующий (беседа по теме, составление систематизирующих таблиц,
графиков, схем и т.д.)
Контрольный метод (при выявлении качества усвоения знаний, навыков и умений и их
коррекция в процессе выполнения практических заданий)
Групповая работа (используется при совместной сборке моделей, а также при разработке
проектов)
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
Формы организации учебных занятий.
Среди форм организации учебных занятий в данном курсе выделяются:
практикум;
урок-консультация;
урок-ролевая игра;
урок-соревнование;
выставка;
урок проверки и коррекции знаний и умений.
Структура проведения занятий
Общая организационная часть.
Проверка домашнего задания.
Знакомство с новыми материалами (просмотр изделий).
Практическое выполнение.
Уборка рабочих мест.
Цели и задачи программы
Цель: овладение навыками начального технического конструирования, развитие мелкой
моторики, координации «глаз-рука», изучение понятий конструкций и ее основных
свойствах (жесткости, прочности и устойчивости), развитие навыков взаимодействия в
группе.
Задачи:
Развитие словарного запаса и навыков общения при объяснении работы модели.
Установление причинно-следственных связей.
Анализ результатов и поиск новых решений.
Коллективная выработка идей, упорство при реализации некоторых из них.
Экспериментальное исследование, оценка (измерение) влияния отдельных факторов.
Проведение систематических наблюдений и измерений.
Использование таблиц для отображения и анализа данных.
Построение трехмерных моделей по двухмерным чертежам.
Логическое мышление и программирование заданного поведения модели.
Написание и воспроизведение сценария с использованием модели для наглядности и
драматургического эффекта.
Содержание учебного курса.
Вводное занятие. Мир робототехники.
Основы построения конструкций, устройства, приводы.
Математическое описание роботов.
Констукции и силы.
Рычаги.
Колеса и оси. Зубчатые передачи.
Первые шаги в робототехнику.
Программно-управляемые модели.
Обобщающее занятие.
Ожидаемые результаты и способы их проверки:
после освоения данной программы воспитанник получит знания о
науке и технике как способе рационально-практического освоения окружающего
мира;
роботах, как об автономных модулях, предназначенных для решения сложных
практических задач;
истории и перспективах развития робототехники ;
робоспорте, как одном из направлений технических видов спорта;
физических, математических и логических теориях, положенных в основу
проектирования и управления роботами;
философских и культурных особенностях робототехники, как части
общечеловеческой культуры;
овладеет –
критическим, конструктивистским и алгоритмическим стилями мышления;
техническими компетенциями в сфере робототехники, достаточными для
получения высшего образования по данному направлению;
набором коммуникативных компетенций, позволяющих безболезненно войти и
функционировать без напряжения в команде, собранной для решения некоторой
технической проблемы;
разовьет фантазию, зрительно-образную память, рациональное восприятие
действительности;
научится решать практические задачи, используя набор технических и
интеллектуальных умений на уровне их свободного использования;
приобретет уважительное отношение к труду как к обязательному этапу
реализации любой интеллектуальной идеи.
уровень освоенности программы контролируется в соревновательных
формах: микросоревнование, соревнование, участие в конференции НОУ «Эврика»,
участие в выставке технического творчества, участие в тематических конкурсах.
Учебно-тематический план
Курс
основан
на
использовании
простых
комплектов,
идентичных Lego Mindstorms NXT 2.0 и визуальной среды программирования для
обучения робототехнике LEGO MINDSTORMS Education NXT. Если используется
комплект
другого
производителя,
Lego-компоненты
программно-аппаратного
конструктора заменяются в соответствии с их функциональной идентичностью, но общая
структура плана не изменяется. Таким образом допускается использование программы
на любой доступной функционально-полной платформе. Это особенно важно для
планирования, поскольку даже среди Lego-комплектов наблюдается значительная разница
как в исполнении, так и в комплектации.
Основная ориентация программы 1 года обучения на усвоение центральных
понятий робототехники с их непосредственной реализацией и проверкой. Акцент на
робототехнические соревнования самых разных уровней, анализ моделей-лидеров,
спецификации соревновательных полей и преамбул. Наряду с этим самостоятельную роль
играет профориентационное собеседование в группах и персонально.
Изменение регламента и спецификаций робототехнических соревнований
городского (и выше) уровня может привести к изменению порядка следования тем в целях
обеспечения адекватной подготовки учащихся к заданным срокам.
№п/п
Наименование темы
Количество
часов
Всего
Теория
Практика
1
Вводное занятие
2
2
2
Первичные знания о роботах из
14
4
10
конструктора
3
Использование датчиков при
14
6
8
управлении роботом
4
Автономные роботы, выполняющие
10
5
5
определенную функцию
5
Часы, выделенные на самостоятельную
30
1
29
и соревновательную деятельность
воспитанников
ИТОГО
70
18
52
Содержание программы
Тема занятия
Теоретическая часть
Практическая часть
Введение в специальность. Понятие «робот», «робототехника»,
Ознакомление с
Робоспорт. Техника
«робоспорт». Применение роботов в
комплектом деталей
безопасности
различных сферах жизни человека,
для изучения
значение робототехники. Просмотр
робототехники:
видеофильма о роботизированных
контроллер,
системах.
сервоприводы,
Показ действующей модели робота и
соединительные
его программ: на основе датчика
кабели, датчикиосвещения, ультразвукового датчика,
касания,
датчика касания
ультразвуковой,
освещения. Порты
подключения.
Создание колесной
базы на
гусеницах
Первая программа
Понятие «программа», «алгоритм».
Написание
Алгоритм движения робота по кругу,
программы для
вперед-назад, «восьмеркой» и пр.
движения по кругу
через меню
контроллера. Запуск и
отладка программы.
Написание других
простых программ на
выбор учащихся и их
самостоятельная
отладка
Ознакомление с
визуальной средой
программирования
Понятие «среда программирования»,
«логические блоки». Показ написания
простейшей программы для робота
Робот в движении
Написание линейной программы.
Понятие «мощность мотора»,
«калибровка». Зубчатая передача.
Применение блока «движение» в
программе.
Понятие «цикл»
Первая программа с циклом
Написание программ с циклом
Робот-танцор
Понятие «генератор случайных чисел».
Использование блока «случайное число»
для управления движением робота
Робот рисует
Теория движения робота по сложной
траектории
Робот, повторяющий
воспроизведенные
действия
Промышленные манипуляторы и их
отладка. Блок «записи/воспроизведения»
Робот, определяющий
расстояние до
препятствия
Ультразвуковой датчик
Ультразвуковой датчик
управляет роботом
Робот, останавливающийся на
определенном расстоянии до
препятствия. Робот-охранник
Роботы – пылесосы, роботы-уборщики.
Цикл и прерывания
Интерфейс
программы LEGO
MINDSTORMS
Education NXT и
работа с ним.
Написание
программы для
воспроизведения
звуков и
изображения по
образцу
Создание и отладка
программы для
движения с
ускорением, впередназад. «Роботволчок». Плавный
поворот, движение по
кривой
Использование блока
«цикл» в программе.
Создание и отладка
программы для
движения робота по
«восьмерке»
Создание программы
для движения робота
по случайной
траектории. Робот без
NXT-блока
управления
Написание
программы для
движения по контуру
Робот,
записывающий
траекторию движения
и потом точно её
воспроизводящий
Робот,
выдерживающий
расстояние
отпрепятствия
Создание и отладка
программы для
Робот-прилипала
Программа с вложенным циклом.
Подпрограмма
Использование нижнего
датчика освещенности
Яркость объекта, отраженный свет,
освещенность, распознавание цветов
роботом
Движение вдоль
линии
Калибровка датчика освещенности
Робот с несколькими
датчиками
Датчик касания, типы касания
Ускоренное движение по
криволинейной траектории
Принципы дифференциального
управления
Движение по прерывистой
линии
Принципы интегрального управления
Манипулятор робота
Определение касания – рычаг,
определение цвета предмета
Датчик наклона на сонаре, на датчике
освещенности, на контактных датчиках
Циркуляция гусеничной и колесной
платформ. Платформа на шаре
Определение наклонной
поверхности
Конструкции роботов для
поворота в ограниченном
пространстве
движения робота
внутри помещения и
самостоятельно
огибающего
препятствия.
Робот, следящий за
протянутой рукой и
выдерживающий
требуемое расстояние
в динамике.
Настройка иных
действий в
зависимости от
показаний
ультразвукового
датчика
Робот,
останавливающийся
на черной линии.
Робот, начинающий
двигаться по комнате,
когда включается
свет.
Робот, движущийся
вдоль черной
линии
Создание робота и его
программы с задним
датчиком касания и
передним
ультразвуковым
Робот, движущийся
вдоль черной
линии
Робот, движущийся
вдоль черной
линии
Робот для квадрокегельринга
Робот, выбирающий
дорогу по пандусам
Эксперименты с
платформами
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
Календарно-тематический план.
Темы программ
Введение в мир робототехники.
Достижения и перспективы.
Обзор конструкторов.
Робототехника использует знания из математики, физики и
информатики.
Обзор конструктора LEGO MINDSTORMS EV3.
Двигатели, датчики, элементы конструктора.
Механическая составляющая робототехники.
Виды механических передач. Немного теории.
Обзор Lego Digital Designer(LDD).
Сборка конструктора LEGO с использованием модели из LDD.
Управляющие элементы роботов.
Обзор – EV3, NXT, TRIK, Arduino, Rospberry PI ….
Включение и управление контроллером EV3.
Операционные системы и программное обеспечение для
программирования роботов.
Обзор - LEGO MINDSTORMS Education EV3, TRIK Studio, Micro
Python. Free Pascal.
Примеры использования программной библиотеки RubiRobot для
управления роботами LEGO MINDSTORMS EV3.
Обзор и использование программ и дополнительных устройств для
подключения к контроллеру робота через Wi-Fi.
Знакомство с языком программирования Free Pascal. Редакторы для
написания и редактирования программ (Geany, Notepad++).
Среда Lazarus.
Начало программирования роботов
Сборка простой двухмоторной тележки.
Программирование движения: вперед, по кругу, с ускорением …
Вспоминаем (изучаем) алгоритмы. Следование, ветвление, цикл…
Применение алгоритмов в программах на Free Pascal c
использованием управления роботизированной тележкой.
Начинаем изучать работу с датчиками роботами LEGO
MINDSTORMS EV3.
Датчик касания. Принцип действия. Примеры использования в
программах.
Движение до столкновения. Действия по нажатию.
Датчик цвета. Режимы использования.
Движение по линии. Самые простые алгоритмы.
Изучаем ультразвуковой датчик. Находим объект.
Объезд вокруг коробки.
Изучаем гироскопический датчик. Движение тележки по сложной
траектории.
Разбираем робототехнические задачи.
теория практика
1
1
1
2
1
1
1
2
1
1
1
1
1
2
4
1
2
3
4
1
3
1
3
1
2
3
4
2
4
2
4
2
3
19 Роботы манипуляторы.
Проект
20 Движение по заданной траектории
Проект
Всероссийская робототехническая олимпиада.
Просмотр прошедших соревнований.
Возможность выполнения.
ИТОГО:
К концу 1 года учащиеся научатся:
2
25
43
- правила безопасной работы;
- основные компоненты конструкторов ЛЕГО;
- конструктивные особенности различных моделей, сооружений и механизмов;
- виды подвижных и неподвижных соединений в конструкторе;
- самостоятельно решать технические задачи в процессе конструирования роботов
(планирование предстоящих действий, самоконтроль, применять полученные знания;
-создавать модели при помощи специальных элементов по разработанной схеме, по
собственному замыслу.
Учащиеся получат возможность научиться:
- работать с литературой, с журналами, с каталогами, в интернете (изучать и обрабатывать
информацию);
- самостоятельно решать технические задачи в процессе конструирования роботов
(планирование предстоящих действий, самоконтроль, применять полученные знания);
-уметь логически мыслить.
Кроме того, одним из ожидаемых результатов занятий по данному курсу является участие
школьников в различных в лего-конкурсах и олимпиадах по робототехнике.
Учебно-материальная база.
Помещение.
Помещение для проведения кружка должен быть достаточно просторным, хорошо
проветриваемым, с хорошим естественным и искусственным освещением. Свет должен
падать на руки детей с левой стороны. Столы могут быть рассчитаны на два человека, но
должны быть расставлены так, чтобы дети могли работать, не стесняя друг друга, а
руководитель кружка мог подойти к каждому ученику, при этом, не мешая работать
другому учащемуся.
Методический фонд.
Для успешного проведения занятий необходимо иметь выставку изделий, таблицы с
образцами, журналы и книги, инструкционные карты, шаблоны и т. д.
Материалы и инструменты.
Конструкторы ЛЕГО, ЛЕГО ВЕДО, компьютер, проектор, экран.
Использованная литература::
1. Копосов Д.Г. Первый шаг в робототехнику: практикум для 5-6 классов. – М.:БИНОМ.
Лаборатория знаний, 2012. – 286с.: ил. ISBN 978-5-9963-2544-5
2. Копосов Д.Г. Первый шаг в робототехнику: рабочая тетрадь для 5-6 классов. –
М.:БИНОМ. Лаборатория знаний, 2012. – 87с. ISBN 978-5-9963-0545-2
3. Злаказов А.С. Уроки Лего-конструирования в школе: методическое пособие. – М.:
БИНОМ. Лаборатория знаний, 2011. – 120с.: ил. ISBN 978-5-9963-0272-7
4. CD. ПервоРобот Lego WeDo. Книга для учителя.
5. Автоматизированные устройства. ПервоРобот. Книга для учителя. LEGO Group,
перевод ИНТ, - 134 с., ил.
Интернет – ресурсы:
1. www.int-edu.ru
2. http://strf.ru/material.aspx?d_no=40548&CatalogId=221&print=1
3. http://masters.donntu.edu.ua/2010/iem/bulavka/library/translate.htm
4. http://www.nauka.vsei.ru/index.php?pag=04201008
5. http://edugalaxy.intel.ru/index.php?automodule=blog&blogid=7&showentry=1948
6. http://legomet.blogspot.com
7. http://www.memoid.ru/node/Istoriya_detskogo_konstruktora_Lego
8. http://legomindstorms.ru/2011/01/09/creation-history/#more-5
9. http://www.school.edu.ru/int
10. http://robosport.ru
11. http://myrobot.ru/stepbystep/
12. http://www.robotis.com/xe/bioloid_en
13. http://www.prorobot.ru/lego/dvijenie_po_spiraly.php
14. http://technic.lego.com/en-us/BuildingInstructions/9398%20Group.aspx
15. http://www.nxtprograms.com/robot_arm/steps.html
16. http://www.mos-cons.ru/mod/forum/discuss.php?d=472
17. http://www.isogawastudio.co.jp/legostudio/modelgallery_a.html
18. http://sd2cx1.webring.org/l/rd?ring=robotics;id=2;url=http%3A%2F%2Fwww%2Eandyworld%
2Einfo%2Flegolab%2F
19. http://www.int-edu.ru/object.php?m1=3&m2=284&id=1080
20. http://pacpac.ru/auxpage_activity_booklets/
