Муниципальное автономное общеобразовательное

учреждение «Средняя общеобразовательная школа № 35

с углубленным изучением отдельных предметов»

 (МАОУ «СОШ № 35»)

«Öткымын предмет пыдiсянь велöдан  35 №-a

шöр школа» муниципальнöй асъюралана велöдан  учреждение

(«35 – а ШШ МАВУ»)

Рабочая программа учебного предмета

«Образовательная робототехника»

основное общее образование  (2-4 классы)

(уровень образования)

составитель: Чупров Димитрий Иванович

Сыктывкар

2018 год

 Пояснительная записка

Изучение основ робототехники очень перспективно и важно именно сейчас. Это обусловлено двумя мощными факторами. Во-первых, по данным Международной федерации робототехники, к 2010 году в мире уже функционировало более 10 млн. механизмов на основе искусственного интеллекта, а к 2025 году оборот робототехнической отрасли составит более 66 млрд. долларов. В новостях нас практически ежедневно знакомят с различными роботизированными устройствами в домашнем секторе, в медицине, в общественном секторе и на производстве. Робототехника – это сегодняшние и будущие инвестиции и, как следствие, новые рабочие места.  

Во-вторых, в последнее время руководство страны четко сформулировало первоочередной социальный заказ в сфере образования в целом: стране не хватает инженеров. Необходимо активно начинать популяризацию профессии инженера уже в средней школе. Детям нужны образцы для подражания в области инженерной деятельности, чтобы пробудить в них интерес и позволить ощутить волшебство в работе инженера, а робототехника является популярным и эффективным методом для изучения важных областей науки, технологии, конструирования и математики. Это естественно, молодое поколение упорно тянет к компьютеру, не столько как к средству развлечений, но и уже как средству профессиональной работы. Для решения поставленной социальной задачи в рамках средней школы необходим «комбинированный» вариант обучения, в котором виртуальная реальность и действительность будут тесно переплетены. Создавая и программируя различные управляемые устройства, ученики получают знания о техниках, которые используются в настоящем мире науки, конструирования и дизайна. Они разрабатывают, строят и программируют полностью функциональные модели, учатся вести себя как молодые ученые, проводя простые исследования, просчитывая и изменяя поведение, записывая и представляя свои результаты.

Общепризнанно, что ученик должен быть активным участником учебного процесса. Это становится возможным, если создана учебная среда, побуждающая ученика взаимодействовать и общаться в ходе решения различных задач с учителем, изучаемым материалом и другими учениками. Обучающий комплекс по робототехнике позволяет сделать это.

Безнадежные троечники и двоечники зачастую искусно управляются с любой домашней механикой и электроникой в тех случаях, где интересная для ребенка задача решается путем взаимодействия с вещественными телами или зрительными образами. Причина в том, что такие дети испытывают трудности при необходимости мысленно оперировать с абстрактными понятиями и символами, доминирующими в содержании школьного обучения. Подход, основанный на применении обучающего комплекса по робототехнике, в большой степени снимает подобные противоречия и препятствия, вводя ряд соединительный звеньев и промежуточных стадий между формами символического и образного мышления. Это позволяет всем детям развивать индивидуальные навыки познавательной и творческой продуктивной деятельности.

С простого запоминания фактов и правил, последующего исполнения рутинных инструкций акцент переносится на способность отыскивать факты, предполагать еще не имеющие прецедента возможности, понимать и изобретать правила, ставить перед собой разнообразные задачи, самостоятельно планировать и выстраивать исполнительные действия. На уровне общей идеи – это попытка создать целостную картину рукотворного мира от момента зарождения идеи, потребности человека в каких-то объектах – материальных, энергетических, информационных – до рождения ее на свет, т. е. знакомство с процессом проектирования на практике и в теории.

28 августа 2014 г. в Минобрнауки России прошло второе заседание Оргкомитета по подготовке и проведению Всемирной олимпиады по робототехнике в 2014 году среди детей и молодежи.В своем приветственном слове председатель Оргкомитета Министр образования и науки Российской Федерации Дмитрий Ливанов отметил значимость «Дней робототехники», в рамках которых пройдет и Всемирная олимпиада.«Крайне важно, чтобы в стране была создана система постоянной работы с теми талантливыми школьными, студенческими коллективами, которые заинтересованы в развитии своих способностей и проектов в сфере робототехники», – заявил Дмитрий Ливанов.Идею поддержал и сопредседатель Оргкомитета Николай Никифоров, отметив что «тематика робототехники вызывает неподдельный интерес и является уникальным способом перезагрузки отношения к инженерным профессиям у школьников и студентов России».

Европейский опыт дополнительного образования убедил наших чиновников в том, что сферу Робототехники в России необходимо срочно перестраивать. К работе над данным проектом подключились Министерство культуры и Министерство образования и науки России. По словам руководителя проекта, необходимость в создании новой концепции заключается не столько в удачном западном опыте, сколько диктуется тем количеством информации, которая производится ежегодно.

Технологии развиваются с огромной скоростью, и те профессии, которые являются сейчас самыми востребованными, десять лет назад еще не существовали. При этом технологическая действительность меняется настолько быстро, что знания, которые получают студенты технических вузов на первом курсе, теряют свою актуальность к моменту их выпуска. Новая концепция дополнительного образования в России как раз призвана преодолеть данную проблему.

Одним из самых важных положений новой концепции является тот момент, что все дополнительные занятия для школьников будут проводиться бесплатно. И это действительно хорошая новость, особенно для родителей. Однако вызывает опасение другой вопрос: хватит ли на реализацию данного проекта денежных средств. И это опасение возникло не на пустом месте. К сожалению, российская действительность подразумевает остаточное государственное финансирование на такие сферы жизни, как образование и культура. Поэтому проекту крайне необходим человеческий ресурс: нужны инициативные люди, способные воплотить идею в реальность. Поэтому подобные организации получат льготы на аренду помещений и налоги, также для них будут предоставлены специальные гранты и субсидии. Кроме того, организации, занимающиеся образовательной деятельностью, но не имеющие соответствующей лицензии смогут ее получить по упрощенному процессу. И если задуманное воплотится, то в ближайшие пять лет внеклассными и внешкольными мероприятиями будут заняты 75% школьников.

По окончанию обучения учащиеся должны:

ЗНАТЬ:

• правила безопасной работы;
• основные компоненты конструкторов LEGO;
• 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 блок;
• порядок создания алгоритма программы, действия робототехнических средств;
• 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;

УМЕТЬ:

• принимать или намечать учебную задачу, ее конечную цель.
• проводить сборку робототехнических средств, с применением LEGO конструкторов;
• создавать программы для робототехнических средств.
• прогнозировать результаты работы.
• планировать ход выполнения задания.
• рационально выполнять задание.
• руководить работой группы или коллектива.
• высказываться устно в виде сообщения или доклада.
• высказываться устно в виде рецензии ответа товарища.
• представлять одну и ту же информацию различными способами

МЕХАНИЗМ ОТСЛЕЖИВАНИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ

• олимпиады;
• соревнования;
• учебно-исследовательские конференции.
• проекты.
• подготовка рекламных буклетов о проделанной работе;
• отзывы преподавателя и родителей учеников на сайте школы.

Содержание

Знакомство с конструктором. История развития робототехники. Предыстория робототехники. Возникновение и развитие современной робототехники.

Техника безопасности при работе с робототехникой. Проблемы охраны труда, техники безопасности и надежности роботосистем. Техника безопасности при работе с робототехникой. Выбор и обоснование систем защиты.

Управление движениями человека. Постановка задачи.  Общая схема управления движением человека. Динамические уровни управления движением. Тактический уровень управления движением.  Стратегический уровень управления движением.  Интеллект и творчество.

Устройство роботов. Состав, параметры и классификация роботов по уровню вводимой информации по способу обучения и механическим признакам.   Манипуляционные системы.  Рабочие органы манипуляторов. Системы передвижения мобильных роботов.  Сенсорные системы.  Устройства управления роботов.  Особенности устройства других средств робототехники. Датчики исполнительных механизмов. Датчики исполнительных механизмов и устройства связи с объектами управления. Классификация датчиков: аналоговые (по напряжению, по току), позиционные (релейного типа), срабатывающие при достижении заданной контролируемой величины, цифровые. Выбор датчика (условия эксплуатации, диапазон и требуемая точность измерения физического параметра).

Элементарная механика и конструирование. Основные принципы организации движения роботов. Описание манипуляторов.  Описание механической системы манипуляторов. Конфигурация руки робота и число степеней свободы манипуляторов (механической руки).  Взаимное влияние степеней подвижности манипуляторов.  Классификация способов управления роботами. Основы проектирования средств робототехники. Постановка задачи проектирования средств робототехники. Методы проектирования средств робототехники. Работа с техническим заданием по проектированию и изготовлению робота. Крепеж в электротехнике и роботах. Различные виды крепежа и его сопряжение.

Основы простейшей элементной базы. Приводы роботов. Классификация приводов: пневматические приводы, гидравлические приводы, электрические приводы, комбинированные приводы.  Рекуперации энергии в приводах.  Искусственные мышцы.  Микро приводы. Приводные системы роботов-манипуляторов. Общее понятие об электрическом токе, о силе тока, напряжении и сопротивлении. Виды источников тока и приемников электрической энергии, правила работы с ними. Виды проводников и диэлектриков. Правила их маркировки. Маркировка полярности.Виды источников света, их роль и применение в робототехнике. Светодиод. Преимущества, внутреннее строение, монтаж, принцип работы. Фотодатчики. Основные характеристики, необходимые для работы. Область применения. Использование фотосенсоров для управления роботами.Современные роботы и их органы чувств. Датчик как элемент системы автоматизированного управления робота.

Роботы, следующие по линии, с инфракрасными и видимыми светодиодами. Знакомство с операционной системой конструктора.Различные алгоритмы для роботов, следующих по линии. Двух-, трех-, четырехглазые роботы.Изучение отражения инфракрасного излучения от поверхностей разного цвета. Практика создания корпуса по стелс-технологии.Создание простых алгоритмов для роботов, следующих по линии. Задание движений роботам.

Тематический план

Критерии оценивания результатов по робототехнике

Критерии оценки знаний и умений учащихся при устном ответе.

Оценка «5» ставится, если учащийся:

Излагает полученные знания в системе и в соответствии с требованиями учебной программы. Проявляет познавательный интерес к изучаемой теме, постоянно стремится выполнить более сложное задание. Самостоятельно анализирует и легко пользуется со справочной литературой. Формулирует выводы и обобщения, демонстрируя словарный запас.  Умеет аргументировано отвечать на вопросы. Допускает единичные несущественные ошибки, самостоятельно их исправляет.

Оценка «4» ставится, если учащийся:

Излагает полученные знания и в соответствии с требованиями учебной программы, допускает несущественные ошибки. Пользуется со справочной литературой   без выполнения аналитических выводов. Отвечает на вопросы с незначительными ошибками. Проявляет познавательный интерес к отдельным темам. Недостаточно самостоятельно формулирует выводы и обобщения.

Оценка «3» ставится, если учащийся:

Излагает полученные знания с существенными ошибками. Затрудняется при выделении главного и формулировке выводов. Выполняет задания только воспроизводящего характера без формулировки оценочного суждения. Пассивно созерцает, не проявляет познавательный интерес к темам. Отвечает на вопросы с существенными ошибками.

Оценка «2» ставится, если учащийся:

Не излагает   полученные знания, постоянно допускает ошибки. Не умеет анализировать, не делает выводы, обобщения. Не проявляет познавательный интерес к изучаемому предмету.

Критерии оценки практических (сборочных) работ

Оценка «5» ставится, если учащийся: работа выполнена в соответствии требованиям, полностью решена поставленная задача, сформулированы выводы, имеющие теоретическую и практическую направленность.

Оценка «4» ставится, если учащийся: работа выполнена в соответствии требованиям, полностью решена поставленная задача, однако, выводы сформулированы не четко, не достаточно раскрыто теоретическое и/или практическое значение выполненной работы. Оценка «3» ставится, если учащийся: работа выполнена в соответствии требованиям, в ней не достаточно четко сформулирована проблема, выводы сформулированы не четко, не достаточно раскрыто ее теоретическое и практическое значение.

Оценка «2» ставится, если: работане выполнена

Перечень учебно-методического  и материально- технического

обеспечения образовательного процесса

Основная литература:

1. Первый шаг в робототехнику. 5-6 классы., автор Д. Г. Копосов Год издания:2014 Формат: 70×100/16 (в пер.) Страниц: 286 ISBN: 978-5-9963-0544-5

УДК: 004.9 ББК: 32.97 Издательство: БИНОМ. Лаборатория знаний

2. ФГОС Информатика. Математика. Программы внеурочной деятельности для начальной и основной школы: 3–6 классы. Цветкова М.С. Богомолова О.Б. Страниц: 128 стр.ISBN: 978-5-9963-1650-2 Издательство: Бином. Лаборатория знаний

3. Инструкции по сборке 45544 Базовый набор LEGO MINDSTORMS Education EV3

Дополнительная литература:

4. Филиппов С.А. Робототехника для детей и родителей. С-Пб, «Наука», 2011г.
5. Белиовская Л.Г., Белиовский А.Е. Программируем микрокомпьютер NXT в LabVIEW. – М.: ДМК, 2010, 278 стр.;
6. ЛЕГО-лаборатория (ControlLab):Справочное пособие, - М.: ИНТ, 1998, 150 стр.
7. Ньютон С. Брага. Создание роботов в домашних условиях. – М.: NTPress, 2007, 345 стр.;
8. LegoMindstorms: Создавайте и программируйте роботов по вашему желанию. Руководство пользователя.
9. Санкт-Петербургские олимпиады по кибернетике М.С.Ананьевский, Г.И.Болтунов, Ю.Е.Зайцев, А.С.Матвеев, А.Л.Фрадков, В.В.Шиегин. Под ред. А.Л.Фрадкова, М.С.Ананьевского. СПб.: Наука, 2006.
10. Журнал «Компьютерные инструменты в школе», подборка статей за 2010 г. «Основы робототехники на базе конструктора LegoMindstorms NXT».
11. Я, робот. Айзек Азимов. Серия: Библиотека приключений. М: Эксмо, 2002 г.
12. Программируем микрокомпьютер NXT в LabVIEW Автор: Белиовская Л.Г., Белиовский А.Е. Издательство: ДМК пресс Год: 2010; 279 стр.
13. Уроки Лего-конструирования в школе Автор: Злаказов А.С., Горшков Г.А., Шевалдин С.Г. Издательство: М. : Бином. Год: 2011; 120 стр.

14. Руководство по программированию LEGO MINDSTORMS NXT-G Автор: Джеймс Флойд Келли Издательство: - Год: 2007; 196 Стр.
15. Приказ Минобрнауки РФ от 09.11.2009 N 545 (ред. от 31.05.2011) "Об утверждении и введении в действие федерального государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования по направлению подготовки 221000 Мехатроника и робототехника (квалификация (степень) "бакалавр")" (Зарегистрировано в Минюсте РФ 16.12.2009 N 15631)
16. Промышленные роботы. Кинематика, динамика, контроль и управление Автор: Булгаков А.Г., Воробьев В.А. серия: Библиотека инженера Издательство: Солон-Пресс 2007 год 488 стр.
17. Устройство промышленных роботов Автор: Челпанов И. Б. Издательство: Политехника 2001 год;203 cтр.

Электронные ресурсы:

1. http://www.lego.com/ru-ru/mindstorms/ Информация о LEGO® MINDSTORMS® EducationEV3 официальный сайт с FAQ
2. ПО LEGO® MINDSTORMS® Education EV3 (Robot Educator)
3. ПОLEGO® MINDSTORMS® Education EV3 (LabVIEW)
4. http://nNXT.blogspot.ru Робототехника Нижнего Новгорода
5. http://www.wroboto.org/ Всемирная олимпиада роботов
6. http://www.roboclub.ruРобоКлуб. Практическая робототехника.
7. http://www.robot.ruПортал Robot.Ru Робототехника и Образование.
8. http://mon.gov.ru/pro/fgos/ Сайт Министерства образования и науки Российской Федерации/Федеральные государственные образовательные стандарты:
9. http://www.openclass.ru/wiki-pages/123792 Сообщество учителей технологии Ростовской области
10. http://learning.9151394.ru/course/view.php?id=17 Дистанционное обучение учителей информатики (курс робототехники)
11. http://xn----8sbhby8arey.xn--p1ai/ Конструирование и робототехника по ФГОС
12. http://www.slideshare.net/AlexanderKolotov  Личная страница Александра Колотова с уроками и презентациями
13. http://www.prorobot.ru/lego  Вся информация о курсах робототехники и ЛЕГО
14. www.smartbricks.ru/  Книгипоlego® mindstorms®
15. 2005574 Комплект заданий «Космические проекты»
16. 2000046 Программное обеспечение LEGO MINDSTORMS Education EV3 (групповая лицензия)
17. 2005576 Комплект заданий "Физические эксперименты" EV3
18. 2005544 Комплект заданий "Инженерные проекты" LEGO MINDSTORMS Education EV3

19. https://robofinist.ru/uploads/2014/02/Lego-Mindstorms-NXT_lesson-1.pdf

https://robofinist.ru/uploads/2014/02/Lego-Mindstorms-NXT_lesson-2.pdf

https://robofinist.ru/uploads/2014/02/Lego-Mindstorms-NXT_lesson-3.pdf

https://robofinist.ru/uploads/2014/02/Lego-Mindstorms-NXT_lesson-4.pdf

Уроки для участия в соревнованиях Робофинист

Оборудование:  

1. Ноутбук – 6 штук
2. Компьютер учителя, мультимедийный проектор
3. Набор Lego, датчик освещённости,зарядные устройства   – 6 комплектов
4. Траектории и полигоны
5. Стол лабиринт для роботов

Содержание разделов  учебного предмета «Робототехника»

и требования к уровню подготовки учащихся

7 класс 36 часов (1 ч/н)

Особенности методики обучения

Учебно-воспитательный процесс направлен на развитие природных задатков детей, на реализацию их интересов и способностей. Каждое занятие обеспечивает развитие личности ребенка. При планировании и проведении занятий применяется личностно-ориентированная технология обучения, в центре внимания которой неповторимая личность, стремящаяся к реализации своих возможностей, а также системно-деятельностный метод обучения.

Данная программа допускает творческий, импровизированный подход со стороны детей и учителя того, что касается возможной замены порядка раздела, введения дополнительного материала, методики проведения занятий.  Руководствуясь данной программой, учитель имеет возможность увеличить или уменьшить объем и степень технической сложности материала в зависимости от состава группы и конкретных условий работы.

На занятиях предмета «Робототехника» используются в процессе обучения дидактические игры, отличительной особенностью которых является обучение средствами активной и интересной для детей игровой деятельности. Дидактические игры, используемые на занятиях, способствуют:

- развитию мышления (умение доказывать свою точку зрения, анализировать конструкции, сравнивать, генерировать идеи и на их основе синтезировать свои собственные конструкции), речи (увеличение словарного запаса, выработка научного стиля речи), мелкой моторики;

- воспитанию ответственности, аккуратности, отношения к себе как самореализующейся личности, к другим людям (прежде всего к сверстникам), к труду.

- обучению основам конструирования, моделирования, автоматического управления с помощью компьютера и формированию соответствующих навыков.

В связи с появлением и развитием в лицее нового предмета «Робототехника» - возникла необходимость в новых методах стимулирования и вознаграждения творческой работы учащихся. Для достижения поставленных педагогических целей используются следующие нетрадиционные игровые методы:

• Соревнования
• Олимпиады
• Выставки

Как показала практика, эти игровые методы не только интересны ребятам, но и стимулируют их к дальнейшей работе и саморазвитию, что с помощью традиционной отметки сделать практически невозможно.

Приемы и методы организации занятий.

 I Методы организации и осуществления занятий

 1. Перцептивный акцент:

 а) словесные методы (рассказ, беседа, инструктаж, чтение справочной литературы);

 б) наглядные методы (демонстрации мультимедийных презентаций, фотографии);

 в) практические методы (упражнения, задачи).

 2. Гностический аспект:

 а) иллюстративно- объяснительные методы;

 б) репродуктивные методы;

 в) проблемные методы (методы проблемного изложения) дается часть готового знания;

 г) эвристические (частично-поисковые) большая возможность выбора вариантов;

 д) исследовательские – дети сами открывают и исследуют знания.

 3. Логический аспект:

 а) индуктивные методы, дедуктивные методы;

 б) конкретные и абстрактные методы, синтез и анализ, сравнение, обобщение, абстрагирование, классификация, систематизация, т.е. методы как мыслительные операции..

II Методы стимулирования и мотивации деятельности

 Методы стимулирования мотива интереса к занятиям:

 познавательные задачи, учебные дискуссии, опора на неожиданность, создание ситуации новизны, ситуации гарантированного успеха и т.д.

 Методы стимулирования мотивов долга, сознательности, ответственности, настойчивости: убеждение, требование, приучение, упражнение, поощрение.

Основными принципами обучения являются:

1. Научность. Этот принцип предопределяет сообщение обучаемым только достоверных, проверенных практикой сведений, при отборе которых учитываются новейшие достижения науки и техники.
2. Доступность. Предусматривает соответствие объема и глубины учебного материала уровню общего развития учащихся в данный период, благодаря чему, знания и навыки могут быть сознательно и прочно усвоены.
3. Связь теории с практикой. Обязывает вести обучение так, чтобы обучаемые могли сознательно применять приобретенные ими знания на практике.
4. Воспитательный характер обучения. Процесс обучения является воспитывающим, ученик не только приобретает знания и нарабатывает навыки, но и развивает свои способности, умственные и моральные качества.
5. Сознательность и активность обучения. В процессе обучения все действия, которые отрабатывает ученик, должны быть обоснованы. Нужно учить, обучаемых, критически осмысливать, и оценивать факты, делая выводы, разрешать все сомнения с тем, чтобы процесс усвоения и наработки необходимых навыков происходили сознательно, с полной убежденностью в правильности обучения.  Активность в обучении предполагает самостоятельность, которая достигается хорошей теоретической и практической подготовкой и работой учителя.
6. Наглядность. Объяснение техники сборки робототехнических средств на конкретных изделиях и программных продукта. Для наглядности применяются существующие видео материалы, а так же материалы своего изготовления.
7. Систематичность и последовательность. Учебный материал дается по определенной системе и в логической последовательности с целью лучшего его освоения. Как правило этот принцип предусматривает изучение предмета от простого к сложному, от частного к общему.
8. Прочность закрепления знаний, умений и навыков. Качество обучения зависит от того, насколько прочно закрепляются знания, умения и навыки учащихся. Не прочные знания и навыки обычно являются причинами неуверенности и ошибок. Поэтому закрепление умений и навыков должно достигаться неоднократным целенаправленным повторением и тренировкой.

Индивидуальный подход  в обучении. В процессе обучения учитель исходит из индивидуальных особенностей детей (уравновешенный, неуравновешенный, с хорошей памятью или не очень, с устойчивым вниманием или рассеянный, с хорошей или замедленной реакцией, и т.д.) и опираясь на сильные стороны ребенка, доводит его подготовленность до уровня общих требований.