Рабочая программа курса "Робототехника"
рабочая программа

Пояснительная записка

Направленность программы: техническая

Уровень программы: базовый

Актуальность

Концепция модернизации российского образования определяет цели общего образования как ориентацию образования не только на усвоение обучающимися определенной суммы знаний, но и на развитие его личности, его познавательных и созидательных способностей. Необходимость полного цикла образования в школьном возрасте обусловлена новыми требованиями к образованности человека, в полной мере заявившими о себе на рубеже веков. Современный образовательный процесс должен быть направлен не только на передачу определенных знаний, умений и навыков, но и на разноплановое развитие ребенка, раскрытие его творческих возможностей, способностей, таких качеств личности как инициативность, самодеятельность, фантазия, самобытность, то есть всего того, что относится к индивидуальности человека. Практика показывает, что указанные  требования к образованности человека не могут быть удовлетворены только школьным образованием: формализованное базовое образование все больше нуждается в дополнительном неформальном, которое было и остается одним из определяющих факторов развития склонностей, способностей и интересов человека, его социального и профессионального самоопределения.

Интенсивное проникновение робототехнических   устройств практически во все сферы деятельности человека – новый этап в развитии общества. Очевидно, что он требует своевременного образования, обеспечивающего   базу для естественного и осмысленного использования соответствующих устройств и технологий, профессиональной ориентации и обеспечения непрерывного образовательного процесса. Фактически программа призвана решить две взаимосвязанные задачи: профессиональная ориентация ребят в технически сложной сфере робототехники и формирование адекватного способа мышления.

Педагогическая целесообразность заключается не только в развитии технических способностей и возможностей средствами конструктивно-технологического подхода, гармонизации отношений ребенка и окружающего мира, но и в развитии созидательных способностей, устойчивого противостояния любым негативным социальным и социотехническим проявлениям.

Отличительные особенности программы / новизна 

Новизна данной программы   определяется гибкостью по отношению к платформам реализуемых робототехнических устройств. Практически все программы дополнительного   и профессионального образования ориентированы на одну платформу. Это обусловлено в равной степени финансовыми, временными, кадровыми и программными ограничениями (в каждом случае в своем соотношении). Например, широко рекламируемые в последнее время программы, построенные на базе Lego-роботов, обеспечивают базовое образование начинающих заниматься робототехникой, но предельно ограничены по широте реализации возможностями конструктора, предназначенного для детей дошкольного и младшего школьного возраста. Программы профессионального образования – очень широки в обзорной части, но в практической части подобны игольному ушку и крайне далеки от свободы творчества.

Данная программа позволяет построить интегрированный курс, сопряженный со смежными направлениями, напрямую выводящий на свободное манипулирование конструкционными и электронными компонентами. Встраиваясь в единую линию, заданную целью проектирования, компоненты приобретают технологический характер, фактически становятся конструктором, позволяющим иметь больше степеней свободы творчества

Категория учащихся

Программа актуальна для обучающихся 11-13 лет. В группу принимаются

школьники, у которых нет первоначальных знаний в области робототехники, но имеется определенный уровень знаний, умений и навыков в области информационных технологий.

Объем программы – количество часов: в часах - 68 часов.

Срок реализации программы – 2 года.

Режим занятий: 

1 раз в неделю, продолжительность занятия – 2 часа. В середине занятия предусмотрен пятнадцатиминутный перерыв (отдых, проветривание помещений).

Цель программы: 

Обучение основам знаний и формирование умений в области робототехники и 3D моделирования.

Задачи:

Для достижения поставленной цели решаются следующие задачи:

• Развивать научно-технические способности (критический, конструктивистский и алгоритмический стили мышления, фантазию, зрительно-образную память, рациональное восприятие действительности);
• расширять знания о науке и технике как способе рационально-практического освоения окружающего мира;
• обучить решению практических задач, используя набор технических и интеллектуальных умений на уровне свободного использования;
• формировать устойчивый интерес  робототехнике, способность  воспринимать их исторические и общекультурные особенности;
• воспитывать уважительное отношение к труду.

Планируемые результаты

После освоения данной программы обучающийся

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.

В результате 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;
  основные приемы конструирования роботов;
• конструктивные особенности различных роботов;
• как передавать программы в RCX;
• как использовать созданные программы;
• самостоятельно решать технические задачи в процессе конструирования роботов (планирование предстоящих действий, самоконтроль, применять полученные знания, приемы и опыт конструирования с использованием специальных элементов, и других объектов и т.д.);
• создавать реально действующие модели роботов при помощи специальных элементов по разработанной схеме, по собственному замыслу;
• создавать программы на компьютере для различных роботов;
• корректировать программы при необходимости;
• демонстрировать технические возможности роботов;

уметь:

• 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, приемы и опыт конструирования с использованием специальных элементов и т.д.);
• создавать действующие модели роботов на основе конструктора ЛЕГО;
• создавать программы на компьютере на основе компьютерной программы Robolab;
• передавать (загружать) программы в RСX;
• корректировать программы при необходимости;
• демонстрировать технические возможности роботов.

СОДЕРЖАНИЕ ПРОГРАММЫ

Учебно-тематический план  1-й год обучения

Содержание программы 1 года обучения

Введение 2 час

Рассказ о развитии робототехники в мировом сообществе и в частности в России. Показ видео роликов о роботах и роботостроении. Правила техники безопасности.

История создания первых роботов. История робототехники 2 час

Робототехника для начинающих, базовый уровень. Основы робототехники.  Понятия: датчик, интерфейс, алгоритм и т.п.

Алгоритм программы представляется по принципу LEGO. Из визуальных блоков составляется программа. Каждый блок включает конкретное задание и его выполнение. По такому же принципу собирается сам робот из различных комплектующих узлов (датчик, двигатель, зубчатая передача и т.д.) узлы связываются при помощи интерфейса (провода, разъемы, системы связи, оптику и т.д.

Основы механики. Знакомство с конструкторами и деталями 2 часа

  Технология NXT. О технологии EV3. Установка батарей.  Главное меню.

 Сенсор цвета и цветная подсветка.  Сенсор нажатия.  Ультразвуковой сенсор.  Интерактивные сервомоторы. ИспользованиеBluetooth.

EV3 является «мозгом» робота MINDSTORMS. Это интеллектуальный, управляемый компьютером элемент конструктора LEGO, позволяющий роботу ожить и осуществлять различные действия.

Различные сенсоры необходимы для выполнения определенных действий. Определение цвета и света. Обход препятствия. Движение по траектории и т.д.

Основы кинематики. Сборка первых роботов с использованием основных законов кинематики 4 часа

   Знакомство с конструктором.  Твой конструктор (состав, возможности) .

Основные детали (название и назначение). Датчики (назначение, единицы измерения). Двигатели. Микрокомпьютер EV3.Аккумулятор (зарядка, использование). Как правильно разложить детали в наборе.

В конструкторе MINDSTORMSEV3 применены новейшие технологии робототехники: современный 32 – битный программируемый микроконтроллер; программное обеспечение, с удобным интерфейсом на базе образов и с возможностью перетаскивания объектов, а так же с поддержкой интерактивности; чувствительные сенсоры и интерактивные сервомоторы; разъемы для беспроводного Bluetooth,WI-FIи USB подключений. Различные сенсоры необходимы для выполнения определенных действий. Определение цвета и света. Обход препятствия. Движение по траектории и т.д.

Основы динамики. Сборка первых роботов с использованием основных законов динамики 4 часа

   Начало работы.  Включение и выключение микрокомпьютера (аккумулятор, батареи, включение, выключение). Подключение двигателей и датчиков (комплектные элементы, двигатели и датчики EV3). Тестирование (Tryme). Мотор. Датчик освещенности. Датчик звука. Датчик касания. Ультразвуковой датчик . Структура меню EV3. Снятие показаний с датчиков (view).

Изучение среды программирования. Знакомство с

интерфейсом программы. Программирование первого робота 16 часов

   Программное обеспечение EVА.Требования к системе. Установка программного обеспечения.Интерфейс программного обеспечения. Палитра программирования. Панель настроек.Контроллер.Редактор звука. Редактор изображения.Дистанционное управление. Структура языка программирования EV3. Установка связи с EV3.Usb. BT .WI-FI. Загрузка программы .Запуск программы на EV3. Память EV3: просмотр и очистка.

Основы механики. Сборка и программирование роботов с

использованием основных законов механики 12 часов

   Первая модель.  Сборка модели по технологическим картам. Составление простой программы для модели, используя встроенные возможности EV3 (программа из ТК + задания на понимание принципов создания программ).

Датчики 4 часа

  Модели с датчиками. Сборка моделей и составление программ из ТК. Датчик звука.  Датчик касания.  Датчик света.  Подключение лампочки.

Выполнение дополнительных заданий и составление собственных программ.  Соревнования.

Проводится сборка моделей роботов и составление программ по технологическим картам, которые находятся в комплекте с комплектующими для сборки робота. Далее составляются собственные программы.

Сборка и программирование спортивных роботов с использованием

 датчиков 4 часа

   Программы. Составление простых программ по линейным и псевдолинейным алгоритмам.  Соревнования.

Учитывая, что при конструировании робота из данного набора существует множество вариантов его изготовления и программирования, начинаем с программ предложенных в инструкции и описании конструктора.

Сборка и программирование выставочных роботов 4 часа

  Модели с датчиками.  Составление простых программ по алгоритмам, с использованием ветвлений и циклов»

Сборка и программирование авторских роботов творческой категории 6 часа

Программы. Составление авторских  программ по линейным и псевдолинейным алгоритмам. Соревнования.

Выставка. Демонстрация возможностей роботов 6 часа

   Программы. День показательных соревнований по категориям:

Категории могут быть различными.

Категории соревнований заранее рассматриваем различные. Используем видео материалы соревнований по конструированию роботов и повторяем их на практике. Затем применяем все это на соревнованиях.

Заключительное занятие 2 часа

Заключительное занятие.

Учебно-тематический план на 2-й  год обучения.

Содержание  программы 2 года обучения

Техника безопасности. Повторение основных видов соединений 2 часа.

Рассказ о развитии робототехники в мировом сообществе и в частности в России. Показ видео роликов о роботах и роботостроении. Правила техники безопасности.

Изучение программы, позволяющей создавать объёмные модели. Создание проекта робота 6 часов

 Основы робототехники. Понятия: датчик, интерфейс, алгоритм и т.п.

Алгоритм программы представляется по принципу LEGO. Из визуальных блоков составляется программа. Каждый блок включает конкретное задание и его выполнение. По такому же принципу собирается сам робот из различных комплектующих узлов (датчик, двигатель, зубчатая передача и т.д.) узлы связываются при помощи интерфейса (провода, разъемы, системы связи, оптику и т.д.)

Создание проекта робота 8 часов

  Технология NXT. О технологии EV3. Установка батарей.  Главное меню. Сенсор цвета и цветная подсветка.  Сенсор нажатия.  Ультразвуковой сенсор.  Интерактивные сервомоторы.  ИспользованиеBluetooth.

EV3 является «мозгом» робота MINDSTORMS. Это интеллектуальный, управляемый компьютером элемент конструктора LEGO.

Основы электроники. Микроконтроллер 12 часов

   Начало работы. Включение, выключение микрокомпьютера (аккумулятор, батареи, включение, выключение).  Подключение двигателей и датчиков (комплектные элементы, двигатели и датчики EV3). Тестирование (Tryme). Мотор. Датчик освещенности. Датчик звука Датчик касания. Ультразвуковой датчик. Структура меню EV3.  Снятие показаний с датчиков (view).

Электронные компоненты. Пьезоэлементы. Сенсоры. Резисторы 8 часов

   Программное обеспечение EV3. Требования к системе. Установка программного обеспечения. Интерфейс программного обеспечения. Палитра программирования. Панель настроек. Контроллер. Редактор звука. Редактор изображения. Дистанционное управление. Структура языка программирования EV3. Установка связи с EV3.Usb.BT. WI-FI.

     Загрузка программы. Запуск программы на EV3. Память EV3: просмотр и

     очистка.

     Соединение микроконтроллера с компьютером.

     Жидкокристаллические экраны. Двигатели. Транзисторы 8 часов

   Первая модель. Сборка модели по технологическим картам. Составление простой программы для модели, используя встроенные возможности EV3 (программа из ТК + задания на понимание принципов создания программ)

Сборка мобильного робота по ранее разработанному проекту 8 часов

  Модели с датчиками.  Сборка моделей и составление программ из ТК.  Датчик звука. Датчик касания.  Датчик света. Подключение лампочки. Выполнение дополнительных заданий и составление собственных программ.

Создание проекта более сложного робота. Сборка и программирование робота 2 часа

   Программы. Составление простых программ по линейным и псевдолинейным алгоритмам.

Создание проекта роботизированных схем, реализация проекта 2 часа

  Модели с датчиками.  Составление простых программ по алгоритмам, с использованием ветвлений и циклов». Соревнования.

Демонстрация возможностей созданных систем 2 часа

   Программы.  День показательных соревнований по категориям:

Категории могут быть различными.

Категории соревнований заранее рассматриваем различные. Используем видео материалы соревнований по конструированию роботов и повторяем их на практике. За тем применяем все это на соревнованиях. Заключительное занятие 2 часа

     Заключительное занятие.

ОРГАНИЗАЦИОННО-ПЕДАГОГИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ РЕАЛИЗАЦИИ ПРОГРАММЫ

Учебно-методическое обеспечение программы

1.         Индустрия развлечений. ПервоРобот. Книга для учителя и сборник проектов. LEGO Group, перевод ИНТ, - 87 с., илл.
2. Наборы образовательных Лего-конструкторов:
3. Индустрия развлечений. ПервоРобот. В наборе: 216 ЛЕГО-элементов, включая RCX-блок и ИК передатчик, датчик освещенности, 2 датчика касания, 2 мотора 9 В.
4. Автоматизированные устройства. ПервоРобот. В наборе: 828 ЛЕГО-элементов, включая Лего-компьютер RCX, инфракрасный передатчик, 2 датчика освещенности, 2 датчика касания, 2 мотора 9 В.

Материально-технические условия реализации программы

Поскольку программа выстроена на принципах полиплатформенности, важна не конкретная платформа, а наличие необходимого оборудования у каждой команды.

• 1 робототехническая платформа на 4-5 воспитанников;
• 1 комплект инструментов на 4-5 воспитанников;
• 1 ресурсный комплект на 8-10 воспитанников;
• 1 компьютер с установленным программным обеспечением на 4-5 воспитанников;
• набор полей для соревнований;
• материал для изготовления полей;
• мастерская, оборудованная в соответствии с требованиями СанПиН и техники безопасности;
• учебный кабинет для проведения занятий и внутренних соревнований, оборудованный мультимедийным оборудованием, проекционной техникой;
• мониторинг и журнал педагогических наблюдений реализуются в цифровом формате.
• Наборы мнемонических карт по темам программы.
• Наборы технологических карт и инструкций для лабораторных работ.
• Сборник правил соревнований.
• Иллюстративный и информационный видеоматериал для лекционной формы занятий.
• Слайд-фильмы для семинарской формы занятий.
• Плакаты и иллюстрации технических конструкций и решений.
• Литература по теме курса (желательно с возможностью функционирования в режиме библиотеки).

Кадровое обеспечение программы

Реализация дополнительной общеобразовательной общеразвивающей программы Робототехника обеспечивается педагогом дополнительного образования, имеющим высшее образование, соответствующее технической направленности, и отвечающим квалификационным требованиям, указанным в квалификационных справочниках и профессиональным стандартам.

Перечень рекомендуемых учебных изданий, интернет-ресурсов

Список литературы для педагогов и обучающихся

1. Кронистер, Дж.  Blender Basics  для Blender версии 2.6.: Учебное пособие.– 4-е издание. – Режим доступа: http://b3d.mezon.ru/index.php/Blender Basics 4-rd edition

2. Blender : официальный сайт. – Режим доступа: https://www.blender.org/

3. Лаборатория юного линуксоида : [Образовательный сайт]. – Режим доступа: http://younglinux.info/blender.php

4. Blender Украина : [Русскоязычный сайт о Blender]. – Режим доступа: http://blender3d.org.ua/book/Blender 242/72.html

Оценка качества освоения программы

• Микросоревнование – разновидность контрольных мероприятий в игровой форме методики развивающего обучения. Соревнование, имеющее целью уяснение воспитанниками отдельных тем (в некотором роде – аналог школьной контрольной работы с обязательным разбором полученных результатов). Подготовка начинается с разработки сценария. В его содержание входят:

• цель соревнования;
• описание изучаемой проблемы;
• обоснование поставленной задачи;
• план и форма соревнования;
• общее описание процедуры соревнования;
• содержание ситуации и характеристик действующих лиц, назначенных в судейскую коллегию.

Целью подготовительного этапа является подготовка обучаемых к участию в соревновании. Реализуется в форме консультаций.

На основном этапе осуществляется коллективная выработка технических решений в определенной последовательности:

• анализ объекта моделирования (исходные данные и дополнительная информация);
• выработка частных (промежуточных) решений;
• анализ (обсуждение) выработанных решений;
• выработка согласованного решения;
• анализ (обсуждение) согласованного решения;
• анализ (обсуждение) достижения поставленных целей;
• оценка работы участников игры в данной последовательной работе.

Заключительный этап проводится в форме круглого стола и состоит в анализе деятельности участников, выведении суммарных поощрительных и штрафных баллов, а также в объявлении лучших игровых групп по оценке всех участников игры и особому мнению группы обеспечения.

• Соревнование – основная форма подведения итогов и получения объективной оценки достижения программных целей. В данном случае – очень гибкая как по времени, так и по тематике форма, поскольку выстраивается на основе планов внешних организаций (в том числе федерального и международного уровней).
• Участие в конференции НОУ «Эврика» – форма оценивания успешности освоения программы для воспитанников, проявляющих склонность к научной деятельности.
• Участие в выставке технического творчества – форма оценивания успешности освоения программы для воспитанников, проявляющих склонность к конструкторской деятельности.
• Участие в тематических конкурсах – разновидность соревнования, проводимого в свободной категории. Используется эпизодически в соревнованиях всех уровней.

Контроль динамики усвоения программы осуществляется на основе непрерывного мониторирования результативности деятельности каждого воспитанника. Поскольку соревнования организуются в групповой форме, для получения объективной информации педагог ненавязчиво обеспечивает ротацию состава команд и отражает его в журнале мониторинга. Дополнительной оценкой являются педагогические наблюдения, цель которых в выявлении профессиональных предпочтений и способностей. Результаты педагогических наблюдений выносятся на обсуждение при собеседовании с воспитанником. Мониторинг результативности, построенный на основе данных группового скрининга, достаточно нетривиален по структуре. Включаясь в работу новой группы ребенок занимает новую нишу, устанавливает новые отношения, принимает на себя новую роль. Очевидно, что оценка деятельности команды не тождественна деятельности каждого ее члена, следовательно несет косвенный характер. Простейшим решением вопроса может быть использование методики текущих самооценок воспитанников, хорошо зарекомендовавшей себя в педагогической практике.

Приложение 1

Календарный учебный график

Приложение 2

Критерии оценивания теоретических знаний, практических умений и

навыков обучающихся