Образовательная программа технической направленности студии начальной робототехники "Новатор"
рабочая программа

Муниципальное автономное учреждение

дополнительного образования «Центр дополнительного образования»

Муниципального образования «Мирнинский Район»

Республики Саха (Якутия) г. Мирный

Рассмотрено                                                                              Утверждаю:

на педагогическом  совете                                                       директор ЦДО г.Мирный

МАУ ДО ЦДО г. Мирный                                                        Федоров И. Ю.

протокол №« _ » от _______2019года                 « _ » ________   2019года

Образовательная программа

технической направленности

студии начальной робототехники

«Новатор»

Составил: Мухин Николай Андреевич

руководитель студии

Мирный

2019

Пояснительная записка

Современный этап развития общества характеризуется социально-экономическими преобразованиями, ставящими достаточно сложные, трудноразрешимые задачи. Обществу требуются личности интеллектуально развитые, умеющие ориентироваться в информационном пространстве, а также способные творчески подходить к решению какой-либо проблемы.

Сегодня человечество практически вплотную подошло к тому моменту, когда роботы будут использоваться во всех сферах жизнедеятельности. Поэтому курсы робототехники и компьютерного программирования необходимо вводить в образовательные учреждения

Изучение робототехники возможно в курсе математики (реализация основных математических операций, конструирование роботов), технологии (конструирование роботов, как по стандартным сборкам, так и произвольно), физики (сборка деталей конструктора, необходимых для движения робота-шасси).

Место курса в образовательном процессе

 Данная программа модифицирована на основе пособия Борисова В.Г. "Кружок радиотехнического конструирования", а также учебного издания Копосова Д. Г. «Первый шаг в робототехнику».

Курс образовательной программы «Новатор» является предметом по выбору для обучающихся дошкольного и младшего школьного возраста. Курс рассчитан на 288 часа, которые проводятся в течении учебного года по 2 часа 2 раза неделю. Срок реализации программы- 2 учебных года (144 часа в учебный год).

Возраст детей, участвующих в реализации данной дополнительной образовательной программы от 6 до 10 лет. В коллектив могут  быть приняты все желающие, не имеющие противопоказаний по здоровью.

Курс предполагает использование компьютеров/планшетов совместно с конструкторами. Важно отметить, что компьютер используется как средство достижения поставленной цели. Учащиеся получают представление об особенностях составления программ управления, автоматизации механизмов, моделировании работы систем. Методические особенности реализации программы предполагают сочетание возможности развития индивидуальных творческих способностей и формирование умений взаимодействовать в коллективе, работать в группе.

Цель: создание условий для проектной деятельности ребенка с использованием ресурсов робототехники. Развитие научно-технического и творческого потенциала личности ребёнка путём организации его деятельности в процессе интеграции начального инженерно-технического конструирования с применением основ робототехники.

Задачи:

• научить учащихся методам решения изобретательских задач;

• познакомить со способами научно-технического мышления и деятельности, направленными на самостоятельное творческое познание;

•  развивать творческие способности и логическое мышление обучающихся;

• развивать умение выстраивать гипотезу и сопоставлять с полученным результатом;

• развивать образное, техническое мышление и умение выразить свой замысел;

• освоить среду программирования Lego WeDo 2.0 для дальнейшей интеграции в проектной деятельности;

• научить выполнять обмен данными между различными программами

• развивать умения творчески подходить к решению задачи;

• развивать применение знаний из различных областей знаний;

• получать навыки проведения физического эксперимента.

Форма подведения итогов:

- Теоретическая часть- тест, вопросы;

- Практическая часть- итоговые проекты воспитанников выносятся на соревнования, конкурсы, выставки различного уровня.

      Формы отслеживания результатов:

• соревнования;
• учебно-исследовательские конференции.
• проекты.

Предполагаемые результаты

По окончании обучения учащиеся должны

знать:

- правила безопасной работы;

- основные компоненты конструкторов ЛЕГО;

- конструктивные особенности различных моделей, сооружений и механизмов;

- компьютерную среду, включающую в себя графический язык программирования;

- виды подвижных и неподвижных соединений в конструкторе;

- конструктивные особенности различных роботов;

- как передавать программы Lego WeDo, Lego WeDo 2.0;

- как использовать созданные программы;

- приемы и опыт конструирования с использованием специальных элементов, и других объектов и т.д.;

- основные алгоритмические конструкции, этапы решения задач с использованием ЭВМ.

уметь:

- использовать основные алгоритмические конструкции для решения задач;

- конструировать различные модели; использовать созданные программы;

- применять полученные знания в практической деятельности;

владеть:

- навыками работы с роботами;

- навыками работы в среде Lego WeDo, Lego WeDo 2.0.

Конструкторы LEGO WeDo и LEGO Mindstorms позволяют детям в форме познавательной игры узнать многие важные идеи и развить необходимые в дальнейшей жизни навыки. Lego-робот поможет в рамках изучения данной темы понять основы робототехники, наглядно реализовать сложные алгоритмы, рассмотреть вопросы, связанные с автоматизацией производственных процессов и процессов управления. Робот рассматривается в рамках концепции исполнителя, которая используется в курсе информатики при изучении программирования. Однако в отличие от множества традиционных учебных исполнителей, которые помогают обучающимся разобраться в довольно сложной теме, Lego-роботы действуют в реальном мире, что не только увеличивает мотивационную составляющую изучаемого материала, но вносит в него исследовательский компонент.

Занятия по программе формируют специальные технические умения, развивают аккуратность, усидчивость, организованность, нацеленность на результат. В комплект набора LEGO WeDo входят: СмартХаб WeDo 2.0, электромотор, датчики движения и наклона, детали LEGO, лотки и наклейки для сортировки деталей. Lego Mindstorms работает на базе компьютерного контроллера NXT, который представляет собой двойной микропроцессор, Flash-памяти в каждом из которых более 256 кбайт, Bluetooth-модуль, USB-интерфейс, а также экран из жидких кристаллов, блок батареек, громкоговоритель, порты датчиков и сервоприводов. Именно в NXT заложен огромный потенциал возможностей конструктора lego Mindstorms. Память контроллера содержит программы, которые можно самостоятельно загружать с компьютера. Информацию с компьютера можно передавать как при помощи кабеля USB, так и используя Bluetooth. Кроме того, используя Bluetooth можно осуществлять управление роботом при помощи мобильного телефона. Для этого потребуется всего лишь установить специальное java-приложение.

Курс предполагает использование компьютеров 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. Методические особенности реализации программы предполагают сочетание возможности развития индивидуальных творческих способностей и формирование умений взаимодействовать в коллективе, работать в группе.

Используются такие педагогические технологии как обучение в сотрудничестве, индивидуализация и дифференциация обучения, проектные методы обучения, технологии использования в обучении игровых методов, информационно-коммуникационные технологии.

Учебный план

1 год обучения

Содержание учебного плана

1 год обучения

Раздел 1 Введение в робототехнику 6 часов

Что такое робот и что делают роботы?

Введение. Конструирование базовой модели

Раздел 2 Исследование простых механизмов и конструкций 12 часов

Первые механизмы. Рычаг, колёса и ось

Система блоков. Наклонная плоскость

Клин. Винт

Механизмы и конструкции

Раздел 3 Силы и движение 12 часов

Уборочная машина

Игра «Большая рыбка»

Свободное качение

Механический молоток

Раздел 4 Измерение 18 часов

        Измерительная тележка

Почтовые весы

Таймер

Раздел 5 Энергия 10 часов

Ветряная мельница

Буер

Инерционная машина

Раздел 6 Машины с электродвигателем 20 часов

Тягач

Гоночный автомобиль

Скороход. Собака робот

Творческий проект

Раздел 7 Lego Wedo «Зоопарк» 14 часов

Шкивы. Ременная передача. «Певчие птички»

Зубчатая предача. «Волчёк»

Датчик расстояния. «Голодный аллигатор»

Рычаги, кулачёк. «Обезьянка-барабанщица»

Программирование звука. «Рычащий лев»

Датчик наклона. «Пархающая птица»

Раздел 8 Lego Wedo «Футбольный матч» 18 часов

Свойства мотора. «Футбольный нападающий»

Датчик расстояния. «Вратарь»

Кулачёк, вертушка, шкивы. «Болельщики»

Раздел 9 Lego Wedo «Путешествие» 16 часов

Датчик наклона. «Крушение самолёта»

«Непотопляемый парусник»

Нестандартные соединения. «Великан»

Раздел 10 Творческие проекты Lego 18 часов

Итоговая проектная работа на свободную тему по выбору учащегося.

Учебный план

2 год обучения

Содержание учебного плана

2 год обучения

Раздел 1 Повторение Lego WeDo 10 часов

Ознакомление с комплектом деталей для изучения робототехники: контроллер, сервоприводы, соединительные кабели, датчики-касания, ультразвуковой, освещения. Порты подключения. Создание колесной базы на гусеницах

Раздел 2 Устройство робота 6 часов

Электронные компоненты

Микропроцессорный модуль NXT с батарейным блоком.

Три мотора со встроенными датчиками.

Ультразвуковой датчик (датчик расстояния).

Датчик касания.

Датчик звука – микрофон.

Датчик освещенности.

Раздел 3 Конструирование и программирование 12 часов

Написание программы для движения по кругу через меню контроллера. Запуск и отладка программы. Написание других простых программ на выбор учащихся и их самостоятельная отладка.

Раздел 4 Исследование механизмов 8 часов

Интерфейс программы LEGO MINDSTORMS Education NXT и работа с ним. Написание программы для воспроизведения звуков и изображения  по образцу

Раздел 5 Программы для исследований 10 часов

Создание и отладка программы для движения с ускорением, вперед-назад.  «Робот-волчок». Плавный поворот, движение по кривой.

Раздел 6 Устройство компьютера 14 часов

Создание и отладка программы для движения робота по «восьмерке»

Создание программы для движения робота по случайной траектории

Раздел 7 Введение в робототехнику 8 часов

Написание программы для движения по контуру треугольника, квадрата

Робот, записывающий траекторию движения и потом точно её воспроизводящий

Раздел 8 Робототехника. Основы конструирования 8 часов

Робот, останавливающийся на определенном расстоянии до препятствия. Робот-охранник

Создание и отладка программы для движения робота внутри помещения и самостоятельно огибающего препятствия.

Робот, следящий за протянутой рукой и выдерживающий требуемое расстояние. Настройка иных действий в зависимости от показаний ультразвукового датчика

Раздел 9 Программирование в системе NXT 10 часов

Робот, останавливающийся на черной линии. Робот, начинающий двигаться по комнате, когда включается свет.

Робот, движущийся вдоль черной линии.

Раздел 10 Простые модели роботов 12 часов

Мотор и ось. Зубчатые колеса. Промежуточное зубчатое колесо. Понижающая и повышающая зубчатые  передачи. Датчики наклона, касания, расстояния. Увеличение и снижение скорости

Раздел 11 Роботы с использованием сенсоров 10 часов

Создание робота и его программы  с задним датчиком касания и передним ультразвуковым. Командные игры с использованием инфракрасного мяча и других вспомогательных устройств.  

Раздел 12 Роботы для участия в соревнованиях 12 часов

Командные игры с использованием инфракрасного мяча и других вспомогательных устройств.  

Раздел 13 Подготовка и проведение соревнований 24 часа

Соревнования роботов. Зачет времени и количества ошибок. Создание собственных роботов учащимися и их презентация.

Методические рекомендации

Работа с детьми младшего школьного возраста направлена на освоение новых понятий в современном информационном обществе с выходом на практическое использование в среде WeDo и WeDo 2.0.

Образовательные конструкторы позволяют учащимся:

- проявлять творческих подход к решению поставленных задач;

- распределять обязанности в группе;

- создавать программируемые модели реальных и фантастических объектов.

Особенностью реализации программы является использование образовательных конструкторов, так как образовательный конструктор и программное обеспечение к нему представляют детям прекрасную возможность учиться на собственном опыте. Учение происходит успешно, когда ребенок вовлечен в процесс создания значимого и осмысленного продукта. Важно, что в конструировании и программировании ребенок строит свои знания, а учитель лишь консультирует работу. Программное обеспечение отличается понятным интерфейсом, позволяющим ребенку постепенно превращаться из новичка в опытного пользователя.

Рекомендуемый тип занятия – комбинированный.

Рекомендуемая форма – эвристическая беседа с опорой на эвристические знания и опыт конструирования учащихся, фронтальная работа по решению информационных, конструкторских задач и программирования моделей.

Формы контроля и оценки образовательных результатов. Текущий контроль уровня усвоения материала осуществляется по результатам выполнения обучающихся практических  заданий.

Итоговый контроль реализуется в форме соревнований (олимпиады) по робототехнике.

Основные виды деятельности

- Знакомство с интернет-ресурсами, связанными с робототехникой;

- Проектная деятельность;

- Работа в парах, в группах;

- Соревнования.

Формы работы, используемые на занятиях:

- лекция;

- беседа;

- демонстрация;

- практика;

- творческая работа;

- проектная деятельность.

Методическое обеспечение

Программа требует обеспечения оборудований:

• Наборы конструктора LEGO WeDo;
• Наборы конструктора WeDo 2.0;
• Планшетный ПК/Планшет (на базе android).
• мультимедийный проектор;
• доска;
• карточки;

Рекомендуемая форма диагностики уровня знаний и умений

 по методике Т.В. Фёдоровой

Литература

Литература для учителя:

• Lego Mindstorms: Создавайте и программируйте роботов по вашему желанию. Руководство пользователя

• Методические аспекты изучения темы «Основы робототехники» с использованием Lego Mindstorms, Выпускная квалификационная работа Пророковой А.А.

• Альтшуллер Г.С. Найти идею (Введение в ТРИЗ).- Наука, Новосибирск, 1986.- 211с.

• Червова Л.В. Теоретические основы экспертизы изобретений: конспект лекций.-М. ВИНИТИ, 1988.- 55с.

Интернет- ресурсы:

• http://www.gruppa-prolif.ru/content/view/23/44/

• http://robotics.ru/

• http://moodle.uni-altai.ru/mod/forum/discuss.php?d=17

• http://ar.rise-tech.com/Home/Introduction

• http://www.prorobot.ru/lego/robototehnika_v_shkole_6-8_klass.php

• http://www.prorobot.ru/lego.php

• http://robotor.ru

Литература для учащегося:

• Lego Mindstorms: Создавайте и программируйте роботов по вашему желанию. Руководство пользователя.

Интернет- ресурсы:

• http://robotor.ru

• http://www.prorobot.ru/lego.php

• http://robotics.ru/

• http://www.prorobot.ru