Рабочая образовательная общеразвивающая программа «Легоконструирование и робототехника» (основы механики, конструирование, программирование)
рабочая программа по информатике и икт (8 класс) на тему

Опубликовано 03.02.2017 - 21:50 - Ямалетдинова Лиана Юрьевна

Представленная программа дополнительного образования составлена в соответствии с Законом РФ «Об образовании», а также в соответствии с письмом Министерства образования и науки РФ «О примерных требованиях к программам дополнительного образования детей».

Данная программа является ориентиром для педагога дополнительного образования, руководителя детского объединения данного профиля на базе общеобразовательной школы. Программа в зависимости от содержания образовательного запроса и стартовых возможностей воспитанников, интересов школы, уровня квалификации и подготовленности педагога может быть реализована как в полном объёме (1 год обучения). По уровню освоения программа является общеразвивающей (1 год обучения).

Цель: обучение основам конструирования и программирования.

Задачи:

1. Стимулировать мотивацию учащихся к получению знаний, помогать формировать творческую личность ребенка.

2. Способствовать развитию интереса к технике, конструированию, программированию, высоким технологиям.

3. Способствовать развитию конструкторских, инженерных и вычислительных навыков.

4. Развивать мелкую моторику, логическое, абстрактное и образное мышление.

5. Способствовать формированию умения достаточно самостоятельно решать технические задачи в процессе конструирования моделей.

6. Формировать творческий подход к решению поставленной задачи, а также представление о том, что большинство задач имеют несколько решений;

7. Развивать регулятивную структуру деятельности, включающую: целеполагание, планирование (умение составлять план действий и применять его для решения практических задач), прогнозирование (предвосхищение будущего результата при различных условиях выполнения действия), контроль, коррекцию и оценку;

8. Развивать научно-технический и творческий потенциал личности ребенка путем организации его деятельности в процессе интеграции начального инженерно-технического конструирования и основ робототехники.

Срок реализации программы 2 года. Срок реализации определяется педагогом исходя из особенностей и условий конкретной школы, контингента воспитанников.

Скачать:

Вложение	Размер
op_do_legokonstruirovanie_i_robototehnika_16-17.doc	211 КБ

Предварительный просмотр:

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение

«Основная общеобразовательная школа № 3»

«Рассмотрено на заседании МС»		Утверждена приказом по
Протокол заседания МС		МБОУ «ООШ № 3»
№ 1 от 29.08. 2016 года		№ 194 от 29.08. 2016 года
Руководитель МС________________ Батагова Е.В.

«Согласовано» заместитель
директора по ВР
Лещенко И.Н.________________

Дополнительная образовательная общеразвивающая программа

«Легоконструирование и робототехника»

(основы механики, конструирование, программирование)

на 2016-2017 учебный год

Срок реализации программы - 1 года

Программа рассчитана на детей 11-14 лет (6-8 кл.)

Автор - составитель:

Ямалетдинова Лиана Юрьевна, учитель информатики,

педагог дополнительного образования

г. Губкинский

2016

Пояснительная записка

Направленность дополнительной образовательной программы

Новизна, актуальность, педагогическая целесообразность

Робототехника - область науки и техники, ориентированная на создание роботов и робототехнических систем, построенных на базе мехатронных модулей (информационно-сенсорных, исполнительных и управляющих).

Актуальность и практическая значимость данной программы обусловлена тем, что полученные на занятиях знания становятся для ребят необходимой теоретической и практической основой их дальнейшего участия в техническом творчестве, выборе будущей профессии, в определении жизненного пути. Овладев же навыками творчества сегодня, они, в дальнейшем, сумеют применить их с нужным эффектом в своих трудовых делах. Данная программа помогает раскрыть творческий потенциал обучающегося, определить его резервные возможности, осознать свою личность в окружающем мире, способствует формированию стремления стать мастером, исследователем, новатором.

Содержание данной программы построено таким образом, что обучающиеся под руководством педагога смогут не только создавать роботов посредством конструктора LEGO Mindstorms Education EV3, следуя предлагаемым пошаговым инструкциям, но и, проводя эксперименты, узнавать новое об окружающем их мире. Полученное знание служит при этом и доказательством истинности (или ложности) выдвинутых юными экспериментаторами тех или иных теоретических предположений, поскольку именно в ходе творчества они подтверждаются или опровергаются практикой.

Цель: обучение основам конструирования и программирования.

Задачи:

1. Стимулировать мотивацию учащихся к получению знаний, помогать формировать творческую личность ребенка.

2. Способствовать развитию интереса к технике, конструированию, программированию, высоким технологиям.

3. Способствовать развитию конструкторских, инженерных и вычислительных навыков.

4. Развивать мелкую моторику, логическое, абстрактное и образное мышление.

Отличительные особенности.

Отличительной особенностью данной программы является то, что она построена на обучении в процессе практики.

Простота в построении модели в сочетании с большими конструктивными возможностями конструктора позволяют детям в конце занятия увидеть сделанную своими руками модель, которая выполняет поставленную ими же задачу.

Уже на начальной стадии приобщения к процессу творчества, при репродуктивном конструировании (по готовым инструкциям и схемам) и сборке робота по образу и подобию существующих, обучающиеся приобретают для себя немало новых научных и технических знаний.

В поиске решения технических задач претворяются в жизнь основные ступени творческого мышления. Это прежде всего концентрация имеющихся знаний и опыта, отбор и анализ фактов, их сопоставление и обобщение, мысленное построение новых образов, установление их сходства и различия с существующими реальными объектами.

Срок реализации программы 2 года. Срок реализации определяется педагогом исходя из особенностей и условий конкретной школы, контингента воспитанников.

Режим занятий:

1 год обучения – 3 занятия 157,5 часов в год (35 учебных недель)

Продолжительность занятий 45 мин перерыв 15 минут

Возраст обучающихся и сроки реализации дополнительной образовательной программы

Программа ориентирована на детей и подростков 11 – 14 лет, проявляющих интерес и способности к роботехнике и программированию, творчеству, оформительской и дизайнерской деятельности, социальным коммуникациям.

Формы и режим занятий

Ведущими формами организации образовательного процесса являются: занятия: лекционные занятия, практические занятия, проектная деятельность. Проведение занятий предполагает, как работу учебной группы в полном составе, так и работу в подгруппах, индивидуальное сопровождение и консультирование.

Выбор форм, методов и видов деятельности в учебной группе определяется с учётом возрастных и индивидуальных особенностей воспитанников.

Психологические особенности возрастной группы 11-14 лет:

Ведущая потребность - общение со сверстниками.
Развитие Я – концепции.
Склонность к риску, острым ощущениям.
Быстрая утомляемость и низкая работоспособность, резкие перепады настроения в связи с бурным психофизиологическим развитием.
Появление интереса к противоположному полу.
Замедление реакции. Подросток не сразу отвечает на вопросы, не сразу начинает выполнять задания.
Слабо сформированная эмоционально-волевая сфера.
Ориентация в поведении на поддержание и одобрение со стороны сверстников.
Необходимость ощущения социальной востребованности (формирование чувства взрослости).

Для данной возрастной группы приоритетны игровые, соревновательные формы и методы, коллективная творческая деятельность (КТД), работа в микрогруппах, частая смена состава микрогрупп и позиции участников в совместной деятельности (идеолог, организатор, участник, наблюдатель), задания, предполагающие расширение сферы социальных контактов, экскурсии.

Ожидаемые результаты

Личностные результаты обучения:

формирование познавательных интересов, интеллектуальных и творческих способностей обучающихся;
формирование целостного мировоззрения, соответствующего современному уровню развития науки и технологий;
самостоятельность в приобретении новых знаний и практических умений;
готовность к выбору жизненного пути в соответствии с собственными интересами и возможностями;
проявление технико-технологического мышления при организации своей деятельности;
мотивация образовательной деятельности школьников на основе личностно ориентированного подхода;
формирование ценностных отношений друг к другу, учителю, авторам открытий и изобретений, результатам обучения;
формирование коммуникативной компетентности в процессе проектной, учебно-исследовательской, игровой деятельности.

Метапредметные результаты:

овладение составляющими исследовательской и проектной деятельности: умения видеть проблему, ставить вопросы, выдвигать гипотезы, давать определения понятиям, классифицировать, наблюдать, проводить эксперименты, делать выводы и заключения, структурировать материал, объяснять, доказывать, защищать свои идеи;
умение самостоятельно определять цели своего обучения, ставить и формулировать для себя новые задачи в учёбе и познавательной деятельности, развивать мотивы и интересы своей познавательной деятельности;
овладение основами самоконтроля, самооценки, принятия решений и осуществления осознанного выбора в учебной и познавательной деятельности;

умение создавать, применять и преобразовывать знаки и символы, модели, схемы для решения учебных и познавательных задач;
развитие монологической и диалогической речи, умения выражать свои мысли, способности выслушивать собеседника, понимать его точку зрения, признавать право другого человека на иное мнение;
формирование умений работать в группе с выполнением различных социальных ролей, представлять и отстаивать свои взгляды и убеждения, вести дискуссию;
комбинирование известных алгоритмов технического и технологического творчества в ситуациях, не предполагающих стандартного применения одного из них;
поиск новых решений возникшей технической или организационной проблемы;
самостоятельная организация и выполнение различных творческих работ по созданию технических изделий;
виртуальное и натурное моделирование технических объектов и технологических процессов;
проявление инновационного подхода к решению учебных и практических задач в процессе моделирования изделия или технологического процесса;
выявление потребностей, проектирование и создание объектов, имеющих потребительную стоимость;
формирование и развитие компетентности в области использования информационно-коммуникационных технологий.

Предметные результаты обучения:

умение использовать термины области «Робототехника»;
умение конструировать механизмы для преобразования движения;
умение конструировать модели, использующие механические передачи, редукторы;
умение конструировать мобильных роботов, используя различные системы передвижения;
умение программировать контролер NXT и сенсорные системы;
умение конструировать модели промышленных роботов с различными геометрическими конфигурациями; умение составлять линейные алгоритмы управления исполнителями и записывать их на выбранном языке программирования;

умение использовать логические значения, операции и выражения с ними; умение формально выполнять алгоритмы, описанные с использованием конструкций ветвления (условные операторы) и повторения (циклы), вспомогательных алгоритмов, простых и табличных величин; умение создавать и выполнять программы для решения несложных алгоритмических задач в выбранной среде программирования;
умение использовать готовые прикладные компьютерные программы и сервисы в выбранной специализации, умение работать с описаниями программ и сервисами;
навыки выбора способа представления данных в зависимости от постановленной задачи;
рациональное использование учебной и дополнительной технической и технологической информации для проектирования и создания роботов и робототехнических систем;
владение алгоритмами и методами решения организационных и технических задач;
владение методами чтения и способами графического представления технической, технологической и инструктивной информации;
применение общенаучных знаний по предметам естественнонаучного и математического цикла в процессе подготовки и осуществления технологических процессов;
владение формами учебно-исследовательской, проектной, игровой деятельности;
планирование технологического процесса в процессе создания роботов и робототехнических систем.

Формы подведения итогов реализации дополнительной образовательной программы

защита творческой работы;
участие в конкурсах: городских, региональных всероссийских.

Содержание образовательной деятельности.

Общие представления о робототехнике

Введение в лего-конструирование

Общие представления об образовательных конструкторах LEGO. Краткое резюме того, что будут изучать учащиеся на протяжении всего курса обучения лего-конструированию. Основные способы и принципы лего-конструирования. Демонстрация видеороликов лего-проектов «Робототехника»

Практическая работа: Сборка деталей образовательного конструктора LEGO Mindstorms.

Робототехника

Основные понятия робототехники. История робототехники. Общие представления об образовательном конструкторе LEGO Mindstorms Education EV3

Практические работы:

Конструирование робота по технологической карте LEGO Mindstorms Education EV3
Знакомство с интерфейсом программного обеспечения NXT-G.
Программирование робота с помощью элементарных команд контроллера NXT.

Основы конструирования машин и механизмов

Этапы конструирования. Требования, предъявляемые к конструкциям: прочность, жесткость, устойчивость. Анализ существующих конструкций программно управляемых машин и принципов их работы. Алгоритм конструирования по инструкциям. Значение машин, механизмов в жизни человека. Виды простых механизмов. Характеристика типовых деталей механизмов выполняемых из конструктора Lego. Общие представления о механических передачах. Классификация передаточных механизмов. Кинематические схемы механизмов. Механизмы для преобразования движения (зубчато-реечный, винтовой, кривошипный, кулисный, кулачковый). Зубчатые передачи (цилиндрические, конические, червячная). Редукторы, мультипликаторы: виды, характеристика. Двигатели постоянного тока. Шаговые электродвигатели и сервоприводы. Проектирование электромеханического привода машин с сервоприводом.

Практические работы:

Способы соединения деталей конструктора LEGO Mindstorms Education EV3.
Создание механизмов для преобразования движения: зубчато-реечный, винтовой, кривошипный, кулисный, кулачковый.
Создание моделей, использующих зубчатые (цилиндрические, конические, червячная), цепные, ременные, фрикционные передачи.
Создание моделей, использующих двигатели постоянного тока, шаговые электродвигатели и сервоприводы.
Создание цилиндрических, конических, коническо-цилиндрических, червячных редукторов.

Системы передвижения роботов

Потребности мобильных роботов. Типы мобильности. Колесные системы передвижения роботов: автомобильная группа, группа с произвольным независимым поворотом каждого колеса влево и вправо. Шагающие системы передвижения роботов: робот с 2-я конечностями, робот с 4-я конечностями, робот с 6-ю конечностями.

Практические работы:

Конструирование и программирование робота автомобильной группы.
Конструирование и программирование робота с произвольным независимым поворотом каждого колеса влево и вправо.
Роботы передвигающиеся на гусеничном ходу.
Конструирование и программирование шагающего робота с 2-я конечностями.
Конструирование и программирование шагающего робота с 4-я конечностями.
Конструирование и программирование шагающего робота с 6-ю конечностями.

Контроллер. Сенсорные системы

Общее представление о контроллере Mindstorms Education EV3. Тактильный датчик. Звуковой датчик. Ультразвуковой датчик. Световой датчик. Система с использованием нескольких датчиков.

Практические работы:

Вывод изображений, набора текстового фрагмента или рисования на дисплее NXT.
Воспроизведение звукового файла или какого-либо одиночного звука контроллером NXT.
Управление роботом через Bluetooth.
Использование датчика касания для преодоления препятствий робота.
Действия робота на звуковые сигналы.
Огибание препятствий роботом при использовании ультразвукового датчика.
Движение робота по черной линии (используется один, два световых датчика).
Конструирование и программирования робота, использующего систему из нескольких датчиков.

Манипуляционные системы

Структура и составные элементы промышленного робота. Рабочие органы манипуляторов. Сенсорные устройства, применяемые в различных технологических операциях. Геометрические конфигурации роботов: декартовая система координат, цилиндрическая система координат, сферическая система координат.

Практические работы:

Конструирование и программирование рабочего органа манипулятора с датчиком касания.
Конструирование и программирование рабочего органа манипулятора со световым датчиком.
Конструирование и программирование рабочего органа манипулятора с ультразвуковым датчиком.
Конструирование и программирование промышленного робота с траекторией движения в декартовой системе координат.
Конструирование и программирование промышленного робота с траекторией движения цилиндрической системе координат.
Конструирование и программирование промышленного робота с траекторией движения в сферической системе координат.

Разработка проекта

Требования к проекту. Определение и утверждение тематики проектов. Обсуждение возможных источников информации, вопросов защиты авторских прав. Алгоритм подготовки выступления. Как выбрать содержание и стиль презентации.

Практические работы:

Разработка плана выполнения проектной работы: формулирование цели проекта, составление графика работы над проектом.
Моделирование объекта.
Конструирование модели.
Программирование модели.
Оформление проекта.
Защита проекта.

Контроль качества знаний

Контрольное тестирование.

Анализ собранных моделей.

Содержание курса

№	Наименование модуля, блока и темы	Теория	Практика
п/п		Теория	Практика
1	Общие представления о робототехнике	9
1.1	Введение в лего-конструирование	5
1.1.1	Обзор образовательных конструкторов LEGO	1
1.1.2	Основные свойства конструкции при ее построении		2
1.1.3	Способы, варианты соединения деталей конструктора LEGO		2
1.2	Робототехника	4
1.2.1	Основные понятия робототехники. История робототехники	1
1.2.2	Состав, параметры и квалификация роботов	1
1.2.3	Программное обеспечение NXT-G		2
2	Основы конструирования машин и механизмов	20
2.1	Машины и механизмы	5
2.1.1	Основы конструирования.	1
2.1.2	Машины и механизмы. Кинематические схемы механизмов	1
2.1.3	Простые механизмы для преобразования движения.		2
2.2	Механические передачи	6
2.2.1	Общие сведения	1
2.2.2	Зубчатые передачи (цилиндрические, конические, червячная)	1	2
2.2.3	Реечные, ременные, червячные передачи		2
2.3	Проектирование электромеханического привода машин	9
2.3.1	Двигатели постоянного тока	1
2.3.2	Шаговые электродвигатели и сервоприводы		2
2.3.3	Редукторы (цилиндрические, конические, коническо- цилиндрические, червячные)	1	5
3	Системы передвижения роботов	37
3.1	Мобильные роботы	2
3.1.1	Потребности мобильных роботов.	1
3.1.2	Типы мобильности роботов.	1
3.2	Колесные системы передвижения роботов	12
3.2.1	Автомобильная группа	1	5
3.2.2	Группа с произвольным независимым поворотом каждого колеса влево и вправо	1	5
3.3	Роботы передвигающиеся на гусеничном ходу	11
3.3.1	Цельные гусеничные шасси.	1	4
3.3.2	Траверсные гусеничные шасси		6
3.4	Шагающие системы передвижения роботов	12
3.4.1	Робот с 2-я конечностями		3
3.4.2	Робот с 4-я конечностями		3
3.4.3	Робот с 6-ю конечностями		6
4	Контроллер. Сенсорные системы	39
	Контроллер. Сенсорные системы	18
4.1	Общее представление о контроллере NXT, структура, характеристика интерфейса.	1	8
4.2	Управление интерактивным практикумом. Программирование в NXT-G.	1	8
4.3	Инициализация сбора данных с помощью датчиков NXT.	21
4.3.1	Звуковой датчик		3
4.3.2	Тактильный датчик (датчик касания)		3
4.3.3	Световой датчик		3
4.3.4	Ультразвуковой датчик		3
4.3.5	Система с использованием нескольких датчиков.		6
4.4	Управление роботом через Bluetooth		3
5	Манипуляционные системы	18
5.1	Общее представление о промышленных роботах	9
5.1.1	Структура и составные элементы промышленного робота		3
5.1.2	Рабочие органы манипуляторов		3
5.1.3	Сенсорные устройства, применяемые в различных		3
	технологических операциях
5.2	Геометрические конфигурации роботов	9
5.2.1	Роботы, работающие в декартовой системе координат		3
5.2.2	Роботы, работающие в цилиндрической системе координат		3
5.2.3	Роботы, работающие в сферической системе координат		3
6	Разработка проекта	31
6.1	Введение в проектную деятельность	3
6.1.1	Требования к проекту	1
6.1.2	Определение и утверждение тематики проектов		2
6.2	Работа над проектом	28
6.2.1	Подбор и анализ материалов о модели проекта	1
6.2.2	Моделирование объекта		3
6.2.3	Конструирование модели		9
6.2.4	Программирование модели		9
6.2.5	Оформление проекта		6
6.3	Защита проекта	3
6.3.1	Презентация проекта	2
6.3.2	Обсуждение результатов работы	1
7	Контроль качества знаний	3,5
			3,5
	Всего:	157,5

Дополнительная часть программы

Спортивное направление

Создание роботов для решения алгоритмических задач и технических решений олимпиады по робототехнике (WRO).

Общая информация. Цели и задачи мероприятия. Правила основной категории (общие правила, судейство, требования к команде, требования к роботу, требования к полям).

Практические работы : Правила, особенности игрового поля и конструкций роботов для олимпиадных задач: слалом, гонка по прямой, кегельринг, траектория, шагающие роботы, сумо, биатлон, перетягивание каната, лабиринт. Оптимальные решения задач с использованием программного обеспечения NXT-G (ROBOLAB).

Учебно-тематический план

индивидуальных и подгрупповых занятий кружка в спортивном направлении.

№ п/п	Наименование модуля, блока и темы
№ п/п	Наименование модуля, блока и темы
1	Международная олимпиада роботов (World Robot Olympiad)
2	Основная категория
2.1	Траектория (гонка)
2.2	Перетягивание каната
2.3	Реслинг (сумо)
2.4	Гонка по прямой
2.5	Гонка с препятствиями
2.6	Гонка по Bluetooth
2.7	Кегельринг
2.8	Биатлон
2.9	Лабиринт
2.10	Шагающие роботы

Формы подведения итогов реализации программы:

наблюдение
проведение промежуточных мини-соревнований по темам и направлениям конструирования
выполнение исследовательских практических работ
проведение контрольных срезов, тестов
промежуточный и итоговый мониторинг сформированности информационной компетентности учащихся.
участие в городских и внутришкольных товарищеских встречах по лего-конструированию.
участие в городских лего-соревнованиях
участие в городских и внутришкольных лего-выставках творческих достижений

Учебно-методическое обеспечение программы

Д.Г.Копосов «Первый шаг в робототехнику» Москва. БИНОМ. 2012.

Энциклопедический словарь юного техника. – М., «Педагогика», 1988.

Александр Барсуков. Кто есть кто в робототехники. – М., 2005г. – 125с.

А.Ф.Крайнев. Первое путешествие в царство машин. – М., 2007г. – 173с.

ПервоРобот LEGO WeDo. Программное обеспечение. Комплект заданий. Книга для учителя. Мультимедийный СD-ROM

ПервоРобот NXT 2.0. Программное обеспечение. Мультимедийный СD-ROM

ПервоРобот NХТ 2.0. Введение в робототехнику. Мультимедийный СD-ROM

CD ПервоРобот/RoboLab 2.5.4. Руководство пользователя. Int

Индустрия развлечений: ПервоРобот. Книга для учителя и сборник проектов. int.

Автоматизированные устройства: ПервоРобот. Книга для учителя. int.

MindStorms for schools. Educational division.