Рабочая программа Основы Робототехники
рабочая программа по информатике и икт (7 класс) на тему

Муниципальное автономное образовательное учреждение

дополнительного образования детей

«Центр дополнительного образования  детей»

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА

к дополнительной общеразвивающей образовательной программе

«ОСНОВЫ РОБОТОТЕХНИКИ»

Возраст обучающихся: 10-16 лет

Срок реализации программы 1год

(96 часов)

                                                                                                Педагог дополнительного образования

Старовойтов В.И.

Курагино

2015г.

I. ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

Рабочая программа разработана к дополнительной  общеразвивающей образовательной программе дополнительного образования «Основы робототехники» автора - составителя А.Е. Власова.

 Рабочая программа «Основы робототехники» разработана на один год обучения, общий объем 96 часов. Расписание строится из расчета два занятия в неделю по 1,5 часа. Программа  предназначена для  школьников 10-16 лет.

Цель программы:  изучение основ алгоритмизации и программирования с использованием робота Lego Mindstorms NXT для обеспечения развития научно-технического и творческого потенциала личности ребёнка путём организации его деятельности в процессе интеграции начального инженерно-технического конструирования и основ робототехники.

Задачи:

- развитие у обучающихся интереса к изучению точных и инженерных наук;

- ознакомление с основами программирования в компьютерной среде Mindstorms NXT на языке NXT-G;

- формирование у обучающихся необходимых компетенций работы с инженерными и информационными моделями и технологиями, позволяющими использовать их при изучении других предметов;

- развитие у обучающихся умения излагать мысли в чёткой логической последовательности, передавать свои знания другим, отстаивать свою точку зрения, анализировать ситуацию и самостоятельно находить ответы на вопросы путём логических рассуждений.

- содействие в профессиональном самоопределении, социальной адаптации учащихся.

Ожидаемые результаты:

Личностные:

- осмысление мотивов своих действий при выполнении заданий;

- развитие любознательности, сообразительности при выполнении разнообразных заданий проблемного и эвристического характера;

- развитие внимательности, настойчивости, целеустремленности, умения преодолевать трудности – качеств весьма важных в практической деятельности любого человека;

- развитие самостоятельности суждений, независимости и нестандартности мышления;

- начало профессионального самоопределения, ознакомление с миром профессий, связанных с робототехникой.

Метапредметные:

Регулятивные универсальные учебные действия:

- планировать последовательность шагов алгоритма для достижения цели;

- формировать умения ставить цель – создание творческой работы, планировать достижение этой цели;

- осуществлять итоговый и пошаговый контроль по результату;

- адекватно воспринимать оценку педагога;

- различать способ и результат действия;

- вносить коррективы в действия в случае расхождения результата решения  поставленной задачи на основе ее оценки и учета характера сделанных ошибок;

- проявлять познавательную инициативу в учебном сотрудничестве;

- осваивать способы решения проблем творческого характера в жизненных ситуациях;

- оценивать получающийся творческий продукт и соотносить его с изначальным замыслом, выполнять по необходимости коррекции либо продукта, либо замысла.

Познавательные универсальные учебные действия:

- осуществлять поиск информации в индивидуальных информационных архивах обучающегося, информационной среде образовательного учреждения, в федеральных хранилищах информационных образовательных ресурсов;

- использовать средства информационных и коммуникационных технологий для решения коммуникативных, познавательных и творческих задач;

- осуществлять анализ объектов с выделением существенных и несущественных признаков;

- проводить сравнение, классификацию по заданным критериям;

- строить логические рассуждения в форме связи простых суждений об объекте;

- устанавливать аналогии, причинно-следственные связи;

- моделировать, преобразовывать объект из чувственной формы в модель, где выделены существенные характеристики объекта (пространственно-графическая или знаково-символическая);

- синтезировать,  составлять целое из частей, в том числе самостоятельное достраивание с восполнением недостающих компонентов;

- выбирать основания и критерии для сравнения, классификации объектов.

Коммуникативные универсальные учебные действия:

- аргументировать свою точку зрения на выбор оснований и критериев при выделении признаков, сравнении и классификации объектов;

- выслушивать собеседника и вести диалог;

- признавать возможность существования различных точек зрения и права каждого иметь свою;

- планировать учебное сотрудничество с педагогом и сверстниками - определять цели, функций участников, способов взаимодействия;

- осуществлять постановку вопросов - инициативное сотрудничество в поиске и сборе информации;

- управлять поведением партнера — контроль, коррекция, оценка его действий;

- уметь с достаточной полнотой и точностью выражать свои мысли в соответствии с задачами и условиями коммуникации;

- владеть монологической и диалогической формами речи.

Предметные:

-  знать основные компоненты конструкторов ЛЕГО, конструктивные особенности различных моделей, сооружений и механизмов, виды подвижных и неподвижных соединений в конструкторе, конструктивные особенности различных роботов;

-  знать компьютерную среду, включающую в себя графический язык программирования, уметь передавать программы NXT и использовать созданные программы;

-  владеть приемами и опытом конструирования с использованием специальных элементов, и других объектов;

 -  знать основные алгоритмические конструкции, этапы решения задач с использованием компьютера.

-  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 ПервоРобот NXT.

Предполагаемые результаты освоения программы направлены на формирование следующих компетенций:

общекультурные компетенции (ОК):

- владеет культурой мышления, способен к обобщению, анализу, восприятию информации, постановке  цели и выбору путей её достижения;

- умеет логически верно, аргументировано, и ясно выстраивать устную и письменную речь;

-готов к взаимодействию с коллегами, к работе в коллективе;

- владеет основными методами, способами и средствами получения, хранения, переработки информации, имеет навыки работы с компьютером как средством управления информацией;

- способен понимать сущность и значение информации в развитии современного информационного общества;

- способен использовать навыки публичной речи, ведения дискуссии и полемики;

- общепрофессиональные компетенции (ОПК):

- осознает социальную значимость своей будущей профессии, обладает мотивацией к осуществлению профессиональной деятельности;

- способен использовать систематизированные теоретические и практические знания гуманитарных, социальных и экономических наук при решении социальных и профессиональных задач;

- специальные компетенции (СК):

- готов применять знания теоретической информатики, фундаментальной и прикладной математики для анализа и синтеза информационных систем и процессов;

- способен использовать математический аппарат, методологию программирования и современные компьютерные технологии для решения практических задач получения, хранения, обработки и передачи информации;

- владеет современными формализованными математическими, информационно-логическими и логико-семантическими моделями и методами представления, сбора и обработки информации;

- способен реализовывать аналитические и технологические решении в области программного обеспечения и компьютерной обработки информации.

 II. Учебно-тематический план

(Т-тест; З-задание, С-соревнование)

III. Содержание учебной программы

Модуль I. Знакомство с конструктором (15 часов)

Конструктор Перворобот NXT 9797. Что необходимо знать перед началом работы с NXT.

Знакомство с набором Перворобот NXT  9797. Изучаем детали. Микропроцессорный блок NXT конструктора LEGO Mindstorms. Правила работы с конструктором.

Конструкция, органы управления и дисплей NXT. Первое включение.

Конструкция блока NXT. Органы управления и индикации. Подключение к блоку различных устройств. Подключение к компьютеру. Программное обеспечение LEGO Mindstorms NXT. Установка программы NXT 2.0 Programming.

Управление NXT. Создаем и программируем первую модель.

Работа с NXT. Меню и основные команды. Программирование простейшей модели, используя встроенный в NXT редактор. Проблемы при работе с NXT и способы их устранения.

Датчики NXT (Занятие 1).

Датчики NXT: датчик касания, датчик звука - микрофон. Параметры датчиков касания и звука. Применение датчиков.

Датчики NXT (Занятие 2).

Датчики NXT: датчик освещенности и ультразвуковой датчик. Их конструкция, характеристики и особенности применения.

Сервомотор NXT. Датчики от RCX.

Исполнительные устройства роботов. Их характеристики и способы применения. Датчики от RCX.

Интерфейс программы Lego Mindstorms Education NXT.

Программа Lego Mindstorms Education NXT: ее интерфейс, основные инструменты и команды.

Модуль II. Программирование в NXT-G (48 часа)

Основы программирования. Программные блоки.

Принципы программирования роботов на языке NXT-G. Программные блоки графической среды Mindstorms Edu NXT.

Воспроизведение звуков.

Блок звук. Проигрывание звуковых файлов или мелодии. Написание, загрузка и выполнение программ. Диагностика и управление NXT. Программирование и исполнение мелодии на NXT.

Использование дисплея NXT.

Графический дисплей NXT. Вывод текстовой или графической информации. Блок дисплей. Создание простейшей анимации.  

Движение вперед.

Блок движение. Параметры и свойства Блока движения. Сборка конструкции шасси. Создание, загрузка и запуск программы  движения вперед. Калибровка колеса.

Движение назад.

Создание, загрузка и запуск программы  движения назад. Создание и испытание программы робота-волчка. Создание программы для робота, который движется вперед, вращая попеременно то правым, то левым колесом.

Движение с ускорением.

Создание, загрузка и запуск программы управления скоростью движения робота. Изучение режимов торможения.

Плавный поворот, движение по кривой.

Управление роботом с помощью блока движение. Программирование робота на движение змейкой или по спирали.  

Поворот на месте.

Создание, загрузка и запуск программы поворота робота на месте. Блок  случайных чисел. Создание, загрузка и запуск программы для создания робота-танцора.

Движение вдоль сторон квадрата.

Создание, загрузка и запуск программы с циклом. Создание робота, который будет способен двигаться вдоль сторон квадрата. Программирование робота на движение вдоль сторон  правильных многоугольников.

Конструируем собственные блоки – первая подпрограмма.

Использование часто повторяющихся последовательностей команд, оформленных в виде подпрограмм. Программный блок - Мой блок. Создание, редактирование и обмен подпрограммами.

Парковка в гараж (соревнование).

Программа будет использовать возможность NXT-G выполнять несколько процессов одновременно. Работа с блоком  «Жди время».

Повторение действий.

Блок записи/воспроизведения. Создание, загрузка и запуск программы для выполнения сложных действий. Использование в программах блок записи/воспроизведения и обмен записанной информацией. Выход робота из лабиринта по памяти.  

Активация робота звуком.

Блок «жди звук». Управление роботом с помощью микрофона.  Создание, загрузка и запуск программы управления роботом хлопком.

Управление роботом с помощью микрофона.

«Блок-переключатель». Создание, загрузка и запуск программы управления роботом, позволяющим изменять ход выполнения программы в зависимости от громкости звука. Создание, загрузка и запуск программы, чтобы робот ехал тем быстрее, чем ТИШЕ звук.

Определение роботом расстояния до препятствия.

Блок «жди расстояния». На этом занятии мы познакомимся с роботом, снабженным ультразвуковым локатором - датчиком, с помощью которого можно определять расстояния до предметов. В программе за это будет отвечать блок «жди расстояния». Одна из собранных вами моделей будет способна выполнять функции охранной сигнализации.

Ультразвуковой датчик управляет роботом.

Этот робот способен ориентироваться в пространстве, определяя расстояния до препятствий. Для создания робота вам понадобится ультразвуковой датчик. Вы также познакомитесь с новым программным блоком - блоком-переключателем. В качестве дополнительного задания вам необходимо будет написать программу для так называемого робота-прилипалы.

Обнаружение черной линии.

Снабдить робота зрением с помощью датчика освещенности NXT и «блока жди» языка NXT-G. Обнаружение роботом черной линии на белом фоне. Нахождение определенной по счету черной или белой линии.

Движение вдоль линии.

Траектория движения робота - черная линия, нарисованная на белом листе бумаге. Создание, загрузка и запуск программы управляющей роботом для движения вдоль траектории с помощью датчик освещенности, направленного вниз. Блок-переключатель.

Обнаружение препятствия с помощью датчика касания.

Обнаружение  препятствия по ходу движения с помощью датчика, вмонтированного в передний бампер. Использовать датчик касания в блоке жди языка NXT-G.  

Бампер с датчиком касания.

Здесь мы научим робот определять препятствия спереди и сзади с помощью двух датчиков - датчика касания и ультразвукового датчика.  

Воспроизведение звуков - 2.

Знакомство с воспроизведением звуков NXT. Создание своих собственных звуков и обмена ими. Создание, загрузка и запуск программы-генератора случайной мелодии.  

Дополнительные сведения по программированию.

Знакомство с программными блоками, не входящими в основную палитру.

Модуль III. Создание моделей. Соревнования (33 ч)

Гоночная машина – автобот. Соревнование «Гонки».

Назначение модели автобот. Технология сборки модели. Загрузка программы модели. Тестирование модели, устранение дефектов и неисправностей. Правила соревнования «Гонки». Соревнования «Гонки».

Робот-футболист.

Назначение модели робот-футболист. Блок переменная. Обнаружение и идентификация мяча. Удар по мячу. Модификация робота для движения к мячу вдоль черной линии.

Робот-сумо. Соревнование.

Назначение модели робот-сумо. Технология сборки модели. Загрузка программы модели. Тестирование модели, устранение дефектов и неисправностей. Правила соревнования «Сумо». Соревнования «Сумо».

Робот-богомол МАНТИ.

Назначение модели робот-богомол. Технология сборки модели. Загрузка программы модели. Тестирование модели, устранение дефектов и неисправностей.

Бот внедорожник. Соревнование перетягивание.

Назначение модели бот-внедорожник. Технология сборки модели. Загрузка программы модели. Тестирование модели, устранение дефектов и неисправностей. Правила соревнования «Перетягивание». Соревнования «Перетягивание».

Робот «Alpha Rex».

Назначение модели робота - длинномера. Технология сборки модели. Загрузка программы модели. Тестирование модели, устранение дефектов и неисправностей.

Робот-длинномер.

Назначение модели робота «Alpha Rex». Технология сборки модели. Загрузка программы модели. Тестирование модели, устранение дефектов и неисправностей.

Творческий проект

Выбор темы проекта. Формулировка цели и задачи проекта. Разработка механизма. Составление программы для работы механизма. Тестирование модели, устранение дефектов и неисправностей. Презентация проекта.

IV. Календарно-тематический план

Группа №1:

Группа №2:

Группа №3:

V. Методическое обеспечение программы

Для обучения по данной программе используется компьютерный класс, оснащённый 10 ученическими и 1 преподавательским компьютером класса, проектором, экраном, принтером, сканером. На компьютерах установлено соответствующее программное обеспечение Lego Mindstorms Education NXT 2.0, позволяющее решать образовательные задачи.

 С каждого компьютера есть доступ в сеть Интернет со скоростью до 2 Мb/сек, что позволяет применять дистанционные образовательные технологии. Имеются: Конструктор ПервоРобот NXT на группу  обучающихся (10-12).

Структура данной образовательной программы предполагает изучение 3 модулей: знакомство с конструктором; программирование в NXT-G; создание моделей и соревнования.

Программа  предусматривает проведение традиционных, практических занятий и чтение установочных лекций. В ходе прохождения программы проводятся взаимосвязанные теоретические, практические,  самостоятельные и индивидуальные занятия. Знание теории, практические умения и навыки достигаются посредством регулярного и систематического контроля. Изучение теоретического материала каждой темы завершается тестированием, а практическая часть занятий завершается демонстрацией, в ходе которой обучающиеся должны показать свои умения и навыки. Мониторинг результатов деятельности обучающихся осуществляется на основе критериев, разработанных применительно к каждой теме программы.

Методика работы по программе характеризуется общим поиском эффективных технологий, позволяющих конструктивно воздействовать как на развитие индивидуальных качеств обучающихся, так и на совершенствование их возможностей работы в группе, общения со сверстниками.

Важнейшие требования к занятиям:

- дифференцированный подход к учащимся с учетом их возраста, уровня развития их способностей;

- формирование у обучающихся исследовательских навыков для более глубокого самостоятельного изучения предмета («учить учиться»)

В целях успешного усвоения программы высокой результативности деятельности обучающихся используются различные формы и методы обучения. В зависимости от темы  модуля занятия проводятся как с использованием одного метода обучения, так и с помощью комбинирования нескольких методов и приемов.

Методы, используемые в процессе обучения:

- Метод убеждения – разъяснение, эмоционально-словесное воздействие, внушение, просьба.

- Словесные методы – рассказ, лекции, беседа, опрос, инструкция, объяснение.

- Метод показа – демонстрация изучаемых действий.

- Метод упражнения – закрепление полученных знаний, умений и навыков на основе выполнения практических задач.

- Метод состязательности – поддержание у обучающихся интереса к изучаемому материалу, проверка на практике действенности полученных знаний и умений, демонстрация достижений подростков, определение ошибок и путей их исправления.

Выбор методов обучения определяется с учетом реальных учебных возможностей обучающихся, возрастных и психофизиологических особенностей. С учетом специфики изучения данной программы и возможностей материально технической базы обучения, направления образовательной деятельности.

Подведение итогов по каждой теме проходят в различных формах [6]: тест, практические задания, соревнования.

Для наиболее успешного усвоения  материала применяются групповые и индивидуальные формы обучения. Часть занятий представляют собой самостоятельное выполнение практических заданий. Это помогает заложить фундамент для дальнейшей работы с новыми моделями по их описанию, помогает закрепить основную терминологию и понятия. Скорость выполнения зависит от индивидуальных качеств обучающегося и уровня его подготовленности.

В качестве итоговой аттестации по освоению программы предусмотрено выполнение  обучающимися творческого проекта. При использовании робототехнических комплексов в исследовательской деятельности рекомендуются следующие этапы работы над проектом:

- Обозначение темы проекта.

- Цель и задачи представляемого проекта.

- Разработка механизма.

- Составление программы для работы механизма.

- Тестирование модели, устранение дефектов и неисправностей [7].

Можно предложить следующие темы проектов:

- мобильные роботы (перемещаются в пространстве);

- буксировщики и конвейеры (перемещают в пространстве предметы);

- измерительные роботы (снимают показания при помощи датчиков);

- роботы действия (приспособления для выполнения работы с повторяющимися действиями);

- логические роботы (на основе показаний датчиков принимают решение и совершают различные операции);

- модели реальных систем (конструкции, показывающие в упрощенном виде реальные процессы) [8].

На последнем занятии проводится итоговая демонстрация моделей, где учащиеся делают сообщения с демонстрацией своих работ (презентация проекта). По результатам изучения курса организуется выставка лучших работ.

VI.Список литературы и перечень электронных ресурсов:

1. Юревич, Е. И. Основы робототехники — 2-е изд., перераб. и доп. — СПб.: БХВ-Петербург, 2005. — 416 с.
2. Образовательная программа внеурочной деятельности «Основы робототехники» [Электронный ресурс] / Дьякова Н.А. Режим доступа: http://robot.uni-altai.ru/metodichka/publikacii/ (дата обращения: 08.01.2014).
3. Lego Mindstorms education. Перворобот. NXT 2.0. Серия 9797. Руководство пользователя. 2006. – 66с.
4. Филиппов С.А. Робототехника для детей и родителей. – СПб.: Наука, 2013. -319с.
5. Возможности применения исследовательских проектов в обучении основам робототехники [Электронный ресурс] / Соломатова Е.И, Тевс Д.П. Режим доступа: http://robot.uni-altai.ru/metodichka/publikacii/ (дата обращения: 08.01.2014).
6. Первый шаг робототехнику: Рабочая тетрадь для 5-6 классов / Д. Г. Копосов. - Москва: Бином. Лаборатория знаний, 2012. - 87 с.
7. Образовательная робототехника [Электронный ресурс] / Кочетов В.А. – URL: http://www.openclass.ru/node/170617 (дата обращения: 08.01.2014).
8. Идеи робототехники и программы. [Электронный ресурс] / – URL: http://www.robotclub.ru/robot186.php (дата обращения: 08.01.2014).