Учебный план

Пояснительная записка

В современном мире используется все больше механизмов и роботов: в производстве, в медицине, в быту и других областях. Незаметно роботы вторглись и во всю нашу повседневную жизнь. Сегодняшние школьники всё чаще используют роботов и различные механизмы в разных сферах деятельности, а изучение принципов их работы даёт чёткое понимание важности каждой детали и позволяет создавать новые модели.

       Важным компонентом программы является изучение физики. Точнее нескольких её разделов, играющего особую роль в робототехнике: механики и электричества. Также важным разделом является изучение курса информатики, а именно построение алгоритмов для создания программируемых роботов.

Известно, что школьникам сложно даётся физика, что связано с рядом причин: сложность предмета, ограничение по времени, отсутствие мотивации у обучающихся, ограниченное количество практических занятий.

Данный курс поможет зародить интерес у учащихся к физике за счет деятельностного подхода и игровых методик, используемых на занятиях. Большой интерес у учащихся вызывает использование на занятиях наборов ЛЕГО. Учащимся предлагается самим искать закономерности и затем использовать их на практике. Это позволит формировать исследовательские навыки у учащихся.

Дополнительная общеобразовательная общеразвивающая программа «Физика роботов» предлагает использование робототехнических образовательных конструкторов, как инструмента для обучения школьников основам механики и электричества, конструированию и моделированию.

Направленность программы техническая.

Актуальность программы состоит в том, что в процессе работы по программе учащиеся получают дополнительные сведения по математике, физике и информатике, знакомятся с основами технологии конструирования, получают основы знаний в области робототехники.

Цель программы: удовлетворение индивидуальных потребностей учащихся в интеллектуальном совершенствовании через занятия конструированием механизмов и роботов с последующими экспериментами и исследованиями.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

Образовательные

- знакомство с комплексом базовых технологий, применяемых при создании роботов;

- формирование умений и навыков конструирования;

- приобретение опыта решения конструкторских задач по механике,

- понимание принципов работы некоторых электрических деталей;

- формирование навыков построения алгоритмов для программирования роботов.

Развивающие

- развитие инженерного мышления и изобретательности,

- развитие навыков формулирования проблем и принятия обоснованных решений этих проблем;

- развитие мелкой моторики, внимательности, аккуратности;

- развитие коммуникативных навыков при участии в играх, конкурсах и состязаниях роботов.

Воспитательные

- повышение мотивации к изобретательству и созданию собственных моделей роботов и механизмов

- воспитание дисциплинированности, организованности, ответственности, самостоятельности;

- воспитание чувства коллективизма, умения работать в команде.

Адресат программы. Программа рассчитана на учащихся школ 10-12 лет. Для обучения принимаются учащиеся, имеющие начальные навыки работы на компьютере и опыт работы с конструктором Lego.

Особенностью данной программы является то, что она нацелена на конечный результат, т.е. ребенок создает действующее устройство, которое решает поставленную задачу. На занятиях применяются преимущественно методы активного обучения. Учащиеся, занимающиеся по данной программе, могут иметь разный уровень развития, личной культуры, разное здоровье, сочетание личных качеств и черт характера, а также разный уровень подготовленности к обучению работе на компьютере. Учащиеся принимают активное участие в конкурсах различного уровня.

Условия реализации. Продолжительность обучения по программе 1 год. Занятия проводятся в компьютерном кабинете с выделенной зоной для теоретических и практических занятий. Занимаются 1 раз в неделю по 2 часа с чередованием теоретических и практических занятий. В процессе занятий учащиеся собирают механизмы по инструкциям и самостоятельно, осваивают правила составления алгоритмов, решают инженерные задачи движения механизмов по заданному заданию. При формировании учебной группы учитывается количество наборов конструкторов, а также количества компьютеров в учебном кабинете.

Материально-техническое обеспечение программы. Для успешного выполнения образовательной программы в кабинете необходимо наличие робототехнических образовательных конструкторов LEGO. На каждый компьютер должно быть установлено программное обеспечение, включающее в себя среду программирования для двумерного моделирования поведения робота. Также необходимо предусмотреть место для расположения контейнера с деталями и «сборочной площадки». По окончании занятий конструкторы помещаются в отдельный шкаф или отдельное помещение для хранения наборов. Каждому обучающемуся необходимо иметь с собой на каждое занятие комплект измерительных инструментов: линейку или рулетку, секундомер, бумагу для таблицы данных, разноцветную бумагу, картон, фольгу, ленточки, ножницы, цветные карандаши и другие канцелярские принадлежности для развития идей выполненных проектов.

Формы контроля. В процессе изучения каждой темы проводится самостоятельная работа по созданию и реализации детьми задуманных проектов. Работы учащихся демонстрируются и обсуждаются в группе. В конце года проводится самостоятельная работа по созданию собственных механизмов-роботов.

Ожидаемые результаты обучения по программе.

Предметные. В результате освоения программы первого года обучения обучающиеся будут знать основы конструирования и принципов работы различных механизмов. Они будут уметь самостоятельно решать технические задачи, возникающие в процессе конструирования моделей; приобретут опыт решения конструкторских задач по механике. Дети научатся формулировать проблему и выбирать оптимальный вариант решения этой проблемы, проводить анализ, синтез и обобщение при решении поставленных задач, у них будут формироваться навыки алгоритмического мышления, умение излагать мысли в четкой логической последовательности.  

Личностные. Занятия с конструктором Lego способствуют развитию творческой и познавательной активности, мелкой моторики, самостоятельности в принятии решений в различных ситуациях, интереса к технике, конструированию, программированию, высоким технологиям и формированию умения и навыков конструирования. Занятия lego-конструированием и программированием воспитывает стремление к изобретательству, дисциплинированность, чувство коллективизма, терпение, стремление к правильной организации своего рабочего времени через планирование своей работы.

Метапредметные. В результате занятий по программе развивается самостоятельность в принятии решений в различных ситуациях, интерес к технике, конструированию, моделированию, высоким технологиям. Дети научатся формулировать проблему и выбирать оптимальный вариант решения этой проблемы, проводить анализ, синтез и обобщение при решении поставленных задач.

Календарно-тематическое планирование

дополнительной общеобразовательной общеразвивающей программы

«Физика роботов»

ПДО Кузина Ю.В. (группа 101)

Содержание обучения

1. Введение.

1.1        Введение. Техника безопасности по охране труда. Что изучает физика.

Теория: Инструктаж по охране труда (правила поведения учащихся в компьютерном кабинете, соблюдении мер безопасности, правила работы с наборами Lego и его комплектующими)

Практика: Заполнение рабочих карт, решение физического кроссворда. Викторина по технике безопасности.

1.2        Измерение физических величин. (Шкала измерения, цена деления)

Теория: Знакомство с понятиями: шкала измерения, цена деления, погрешность измерений приборов.

Практика: Заполнение рабочей карты, определение цены деления и погрешности измерений некоторых приборов. Конструирование измерительной тележки.

1.3        Знакомство с конструктором.

Теория: Повторение основных понятий. Обзор программы курса.

Практика: опрос «Названия деталей конструктора Lego и его комплектующих».

2. Механика

2.1        Наблюдение над устойчивостью конструкций. Опыты.

Теория: Знакомство с понятием центр тяжести тел, устойчивость конструкций. Изучение крепления деталей.

Практика: Наблюдение над устойчивостью конструкций. Опыты.

2.2        Баланс конструкций.

Теория: Знакомство с понятием баланс конструкции.

Практика: Мини-соревнование на построение самой высокой башни с помощью конструктора.

2.3        Баланс конструкций. Подвешивание предметов.

Теория: Моделирование моделей конструкций с подвешиванием предметов.

Практика: Конструирование модели подвеса. Испытание моделей.

2.4        Рычаги

Теория: Знакомство с простыми механизмами и рычагами. Использование рычагов в повседневной жизни.

Практика: конструирование рычагов с помощью конструктора. Решение инженерных задач.

2.5        Блоки

Теория: Применение блоков для конструирования роботов-помощников.

Практика: Использование шестерен. Применение ременных передач и блоков.

2.6        Маятники

Теория: Знакомство с различными видами маятников и таймеров.

Практика: Исследование зависимости периода колебаний от длины и массы маятника.

2.7        Знакомство с видами передач. Зубчатая передача.

Теория: Знакомство с видами передач. Зубчатая передача.

Практика: Решение инженерных задач. Конструирование моделей механизмов с использованием зубчатой передачи.

2.8        Знакомство с видами передач. Ременная передача.

Теория: Знакомство с видами передач. Ременная передача.

Практика: Решение инженерных задач. Конструирование моделей механизмов с использованием ременной передачи.

2.9         Мотор и ось.

Теория: Понятие «Мотор». Функции мотора. Направление вращения мотора (по или против часовой стрелки) и его мощность.

Практика: выполнение практического задания по теме. Конструирование моделей по теме «Мотор и ось».

2.10        Измерение скорости.

Теория: Знакомство с понятием скорость, решение задач на нахождение средней скорости движения.

Практика: Конструирование модели машинки. Измерение скорости сконструированных машинок.

2.11        Энергия. Изучение превращения энергии.

Теория: Знакомство с понятием энергии. Закон превращения энергии.

Практика: Выполнение практического задания. Конструирование мельницы.

3. Электроника

3.1        Что такое электричество

Теория: Знакомство с электричеством и различными видами применения электрической энергии.

Практика: Выполнение презентации на тему "источники электрической энергии"

3.2        Ток и напряжение

Теория: Знакомство с понятиями: электрический ток и напряжение.

Практика: Сборка простой электрической схемы, измерение тока и напряжения в цепи.

3.3        Электрические схемы.

Теория: Изучение электрических схем.

Практика: Моделирование и сборка собственной простой электрической схемы.

3.4        Последовательное и параллельное соединение проводников.

Теория: Знакомство с последовательным и параллельным соединением проводников.

Практика: Исследование условий при последовательном и параллельном соединении проводников. Сборка электрических цепей.

3.5        Электромоторы.

Теория: Разбор принципа работы электромотора.

Практика: Конструирование моделей с использованием электромотора.

3.6        Датчики.

Теория: Изучение различных видов датчиков и их использования.

Практика: Выполнение практического задания. Викторина по теме: "датчики".

4. Программирование механизмов робота

4.1        Движение робота по заданным траекториям.

Теория: Изучения алгоритмов для передвижения роботов. Двумерное моделирование.

Практика: Решение задач создания различных траекторий движения роботов на компьютере.

4.2        Обратная связь робота.

Теория: Изучения алгоритмов для получения обратной связи от робота.

Практика: Решение задач получения обратной связи робота на компьютере.

4.3        Использование датчиков.

Теория: Изучения датчиков используемых в программе "TRIKStudio"

Практика: моделирование различных решений задач с использованием датчиков робота в программе "TRIKStudio"

4.4        Решение задач.

Теория: Индивидуальное задание.

Практика: Решение индивидуальной задачи с использованием компьютера.

5. Творческий проект

5.1        Конструирование собственной модели робота.

Теория: моделирование собственной модели робота с использованием простых механизмов.

Практика: Конструирование собственной модели робота.

Практика: Испытание моделей роботов, сделанных обучающимися самостоятельно.

Практика: Взаимооценивание творческих работ обучающихся. Викторина по курсу.         

Оценка результативности освоения образовательной программы 

Педагог _____________________________________________________________________                              группа ____10____

Образовательная программа _______________________Время роботов_____________ дата __сентябрь (декабрь и май) 202_

Критерии оценки результативности освоения образовательной программы

Дневник педагогических наблюдений

Обучающийся     ___________________________________________

Программа ______________________________________________________________________

Группа    ____________   Год обучения   ________

Саморазвитие

Опыт творческой деятельности

Варианты оценок:

неудовлетворительно 1

удовлетворительно 2

качественно 3

завершенность результата 4

безупречно 5

Опыт эмоционально-ценностных отношений

Варианты оценок:

негативные формы общения 0

отсутствие 1

низкий уровень 2

средний уровень 3

высокий уровень 4

позитивное лидерство 5

Приложения

Пример выполнения практических работ.

Задание. Постройте конструкцию с использованием различныхвидов передач и блоков.

Рис.1. Различные виды зубчатой передачи

Рис.2. Ременная передача

Рис.3. Использование подвижных и неподвижных блоков для поднятия грузов

Рис.4 Пример выполнения работы

Задание. Исследуйте зависимость силы тока в цепи от напряжения.

Обучающиеся собирают электрическую схему (пример смотрите на рисунке 5),и перебирая источники тока с разным напряжением оценивают показания амперметра и яркость горения лампочки или светодиода. Анализируют полученные результаты, размышляют о применении полученных знаний в робототехнике.

Рис.5. Простая схема

Рис.6 Пример применения знаний

Задание. Постройте алгоритм движения робота по восьмёрке.

На рисунке 8 показан пример выполнения алгоритма в программе TRIKStudio.

Рис.7 Пример построения алгоритма

Для того чтобы обучающиеся смогли посмотреть как работает их алгоритм в программе имеется функция двумерного моделирования задачи, которую мы решаем.

Рис.8 Двумерная модель выполнения программы