Рабочая программа элективного курса "Робототехника"
рабочая программа по информатике и икт (7 класс) на тему

Рабочая программа элективного курса по информатике для учащихся 7 класса «Робототехника»

Пояснительная записка

       Первый человекоподобный рыцарь был предложен Леонардо да Винчи в 1495 г., в 1738 г. французский механик Жак де Вакансон создал первого андроида, а в 1921 году чешский писатель Карел Чапек придумал слово «робот».  

     Бурными темпами робототехника вошла в мир в середине XX века. Это было одно из самых передовых, престижных, дорогостоящих направлений машиностроения. Основой робототехники были техническая физика, электроника, измерительная техника и многие другие технические и научные дисциплины. В начале XXI века робототехника является одним из приоритетных направлений в сфере экономики, машиностроения, здравоохранения, военного дела и других направлений деятельности человека. Специалисты, обладающие знаниями в этой области, востребованы. В России существует такая проблема: недостаточная обеспеченность инженерными кадрами и низкий статус инженерного образования. Поэтому необходимо вести популяризацию профессии инженера, ведь использование роботов в быту, на производстве и поле боя требует, чтобы пользователи обладали современными знаниями в области управления роботами. Как этого достичь? С чего начинать? Школа – это первая ступень, где можно закладывать начальные знания и навыки в области робототехники, прививать интерес учащихся к робототехнике и автоматизированным системам.

        LEGO® MINDSTORMS® Education – новое поколение образовательной робототехники, позволяющей изучать естественные науки (информатику, физику, химию, математику и др.) а также технологии (научно – технические достижения) в процессе увлекательных практических занятий.

       Используя образовательную технологию LEGO MINDSTORMS в сочетании с конструкторами LEGO,  учащиеся разрабатывают, конструируют, программируют и испытывают роботов. В совместной работе дети развивают свои индивидуальные творческие  способности, коллективно преодолевают творческие проблемы, получают важные фундаментальные и технические знания. Они становятся более коммуникабельными, развивают навыки организации и проведения исследований, что безусловно способствует их успехам в дальнейшем школьном образовании,

в будущей работе.

        Основным содержанием данного курса являются занятия по техническому моделированию, сборке и программирования роботов с использованием следующих материалов и источников:

1.  Книга  «Первый шаг в робототехнику», Д.Г. Копосов.
2.  Рабочая тетрадь по робототехнике, Д.Г. Копосов
3.  Руководство «ПервоРобот NXT. Введение в робототехнику»
4.  Интернет – ресурс http://wikirobokomp.ru.

Сообщество увлеченных робототехникой.

5.  Интернет – ресурс http://www.mindstorms.su. Техническая

 поддержка для роботов NXT.

6.  Интернет – ресурс http://www.nxtprograms.com. Современные

 модели роботов NXT.

7.  Интернет – ресурс http://www.prorobot.ru. Курсы робототехники и LEGO-конструирования в школе.
8. LEGO MINDSTORMS NXT Software. Программное обеспечение для mindstorms NXT 2.0.
9. Среда программирования роботов NXT-G на языке NXC .

        Актуальность курса заключается в том, что он направлен на формирование творческой личности, живущей в современном мире. Технологические наборы LEGO MINDSTORMS NXT 2.0 ориентированы на изучение основных физических принципов и базовых технических решений, лежащих в основе всех современных конструкций и устройств.

        На занятиях используются конструкторы наборов 8547, 9797, ресурсного набора серии LEGO MINDSTORMS NXT 2.0 с программным обеспечением ПервоРобот (CD-R диск с визуальной средой программирования NXT-G).

        Используя персональный компьютер или ноутбук с программным обеспечением, элементы из конструктора, ученики могут конструировать управляемые модели роботов.  Загружая управляющую программу в специальный микрокомпьютер NXT,  и присоединяя его к модели робота, учащиеся изучают и наблюдают функциональные возможности различных моделей роботов. Робот NXT работает независимо от настольного компьютера, на котором была написана управляющая программа. Получая информацию от различных датчиков и обрабатывая ее, NXT управляет работой моторов.

         Итоги изученных тем подводятся созданием учениками собственных автоматизированных моделей, с написанием программ, используемых в своих проектах, и защитой этих проектов.

        Курс «Образовательная робототехника» ориентирован на учащихся 7 классов.  Рабочая программа рассчитана на 35 часов. Занятия проводятся 1 раз в неделю, согласно учебному расписанию.

Цели и задачи курса

Цели курса:

• заложить основы алгоритмизации и программирования с использованием  робота LEGO Mindstorms NXT;
• научить использовать средства информационных технологий, чтобы проводить исследования и решать задачи в межпредметной деятельности.

Задачи курса:

• научить  конструировать роботов на базе микропроцессора NXT;
• научить работать в среде программирования Mindstorms NXT;
• научить составлять программы управления Лего - роботами;
• 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;
• развивать умения работать по предложенным инструкциям по сборке моделей;
• развивать умения творчески подходить к решению задачи;
• развивать применение знаний из различных областей знаний;
• развивать умения излагать мысли в четкой логической последовательности, отстаивать свою точку зрения, анализировать ситуацию и самостоятельно находить ответы на вопросы путем логических рассуждений;
• получать навыки проведения физического эксперимента.
• получить опыт работы в творческих группах.

Концепция курса

     Концепция курса основана на необходимости разработки учебно-методического комплекса для изучения робототехники, максимально совместимого  с базовым курсом ИКТ в  средней школе.
     Изучения робототехники  имеет политехническую направленность – дети конструируют механизмы, решающие  конкретные задачи.  Лего – технология на основе конструктора Mindstorms NXT  позволяет развивать навыки конструирования у детей всех возрастов, поэтому средние школы,  не имеющие политехнического профиля,  остро испытывают  потребность  в курсе робототехники и любых других курсах, развивающих научно-техническое творчество детей.

     Процесс освоения, конструирования и программирования роботов  выходит  за рамки целей и задач, которые стоят перед средней школой, поэтому курс «Образовательная робототехника» является инновационным направлением в дополнительном образовании детей.
      В таком виде робототехника может стать частью курса информатики в средних классах, что уже стало реальностью в некоторых школах Алтайского края.    

     Учащиеся 7 классов обычно изучают на уроках информатики программирование, опираясь на концепцию исполнителя – Черепаху, Робота, Чертежика и т.д. Эти исполнители позволяют ребенку освоить достаточно сложные понятия – алгоритм, цикл, ветвление, переменная. Робот, собранный из конструктора Лего, может стать одним из таких исполнителей. Программирование робота некой стандартной и универсальной конструкции, отвечающей всем поставленным перед учащимися задачам, снижает порог вхождения в робототехнику, позволяя учителю достигать в рамках курса тех же целей, что и на традиционных уроках информатики.
      По сравнению с программированием виртуального исполнителя, Лего - робот вносит в решение задач элементы исследования и эксперимента, повышает мотивацию учащихся, что будет положительно оценено учителем.

Методы обучения

• Познавательный  (восприятие, осмысление и запоминание учащимися нового материала с привлечением наблюдения готовых примеров, моделирования, изучения иллюстраций, восприятия, 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)

Формы организации учебных занятий

• Урок – лекция;
• Урок – презентация;
• Практическое занятие;
• Урок - соревнование;
• Выставка;

Тематическое планирование

Программа курса

Введение  (1 ч.)

   Поколения роботов. История развития робототехники.

Применение роботов.  Развитие образовательной робототехники в Алтайском крае. Цели и задачи курса.

Конструктор LEGO Mindstorms NXT (5 ч.)

   Конструкторы LEGO Mindstorms NXT 2.0. 8547, 9797, ресурсный набор.

Основные детали конструктора. Микропроцессор NXT. Сервомоторы.  Датчики. Подключение сервомоторов и датчиков. Меню NXT. Программирование на NXT. Выгрузка и загрузка.

Программирование NXT (5 ч.)

  Установка программного обеспечения. Системные требования.

Интерфейс ПО LEGO Mindstorms NXT. Самоучитель.  Мой портал. Панель инструментов.  Палитра команд. Рабочее поле. Окно подсказок. Окно NXT. Панель конфигурации. Пульт управления роботом. Первые простые программы. Передача и запуск программ. Тестирование робота.

Испытание роботов (6 ч.)

   Движение, повороты и развороты.  Воспроизведение звуков и управление звуком. Движение робота с ультразвуковым датчиком и датчиком касания.

 Обнаружение роботом черной линии и движение вдоль черной линии.

Проектная деятельность (12 ч.)

  Конструирование моделей роботов.  Программирование.  Испытание роботов. Презентация проектов роботов.  Выставка роботов.

Соревнование роботов  (6 ч.)

  Решение олимпиадных задач. Подготовка, программирование и испытание роботов в соревнованиях. Участие в краевых мероприятиях, олимпиадах по робототехнике.

Требования к знаниям и умениям учащихся

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;
• 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;
• передавать (загружать) программы;
• корректировать программы при необходимости;
• демонстрировать технические возможности роботов.

Межпредметные связи

Планируемые результаты

       Концепция курса «Образовательная робототехника» предполагает внедрение инноваций в дополнительное техническое образование учащихся. Поэтому основными  планируемыми  результатами  курса являются:

1. Развитие интереса учащихся к роботехнике и информатике;
2. Развитие навыков  конструирования роботов и автоматизированных систем;
3. Получение опыта коллективного общения при конструировании и соревнованиях роботов.

Способы оценивания достижений учащихся

      Данный элективный курс не предполагает промежуточной или итоговой аттестации учащихся. В процессе обучения учащиеся получают знания и опыт в области дополнительной дисциплины «Робототехника».

    Оценивание уровня обученности  школьников происходит по окончании курса, после выполнения и защиты индивидуальных  проектов.  Учащиеся получают сертификат по итогам курса в объеме 35 часов и похвальные листы за разработку индивидуальных моделей роботов. Тем самым они формируют свое портфолио, готовятся к выбору своей последующей траектории развития, формируют свою политехническую базу.

Рекомендуемые учебные материалы

1. «Первый шаг в робототехнику: практикум для 5-6 классов», Д.Г. Копосов. 2012 г., БИНОМ.
2.   «Первый шаг в робототехнику: рабочая тетрадь для 5-6 классов», Д.Г. Копосов. 2012 г., БИНОМ.
3.  Руководство «ПервоРобот NXT. Введение в робототехнику». 2006 г. The Lego Group.
4. «Уроки Лего – конструирования в школе», Злаказов А.С., Горшков Г.А., 2011 г., БИНОМ.
5. «Робототехника для детей и родителей», Филиппов С.А., 2010 г.