Программа дополнительного образования "Юный нейромоделист"
рабочая программа по информатике и икт (8 класс)
Образовательная программа, рассчитаннвя на 2 часа в неделю для 7-9 классов
Скачать:
Вложение | Размер |
---|---|
3.rp_do_72_chasa_yunyy_neyromodelist_2023-2024_1.doc | 381 КБ |
Предварительный просмотр:
Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение
г. Красноармейск Городского округа Пушкинский Московской области
«Средняя общеобразовательная школа № 3»
РАССМОТРЕНО: На заседании методического совета Протокол от 23.08.2023 №1 | УТВЕРЖДЕНО: Приказом директора МБОУ г. Красноармейск «СОШ №3» (корпус 2) от 23.08.2023 № 356 ОД ___________________ Е.В. Горькая |
ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ОБЩЕРАЗВИВАЮЩАЯ ПРОГРАММА
«Юный нейромоделист»
Направленность: техническая
Уровень: стартовый уровень
Возраст обучающихся: 13 – 15 лет
Срок реализации: 1 год
Составитель:
Учитель информатики
Коркунова Наталья Ивановна
Красноармейск, 2023
Пояснительная записка
Нормативно-правовая база.
- Приказ Минобрнауки России от 29.08.2013 № 1008 «Об утверждении Порядка организации и осуществления образовательной деятельности по дополнительным общеобразовательным программам».
- Постановление Главного государственного санитарного врача Российской Федерации от 28.09.2020 СП 2.4.3648-20. «Санитарно-эпидемиологические требования к организациям воспитания и обучения, отдыха и оздоровления детей и молодежи».
- Концепция развития дополнительного образования детей (Распоряжение Правительства РФ от 4.09.2014 № 1726-р).
- Письмо Минобрнауки России от 18.11.2015 г. № 09-3242 «Методические рекомендации по проектированию дополнительных общеразвивающих программ».
Актуальность.
В современном обществе идет процесс активного освоения нейротехнологий, которые представляют основу глобального технологического развития. Понимание устройства и принципов работы головного мозга человека – одна из главных проблем мировой науки. Согласно Национальной технологической инициативе – программе мер по формированию новых рынков и созданию условий для глобального технологического лидерства России к 2035 году – развитие нейротехнологий становится на ближайшие 15 лет одним из приоритетов государственной политики РФ. Уже сегодня областями, где нейроразработки находят практическое применение, являются медицина (кохлеарные импланты – электронные устройства, возвращающие слух, протезы); военное дело (управление сложной техникой, включая дистанционное управление боевыми роботами); индустрия развлечений (создание нейроигр).
Новизна.
Программы заключается в знакомстве обучающихся с современными технологиями, приемами и способами работы с современным нейротехнологическим оборудованием, позволяющим исследовать и моделировать различные объекты и системы.
Отличительные особенности.
Отличия дополнительной общеразвивающей программы «Основы программирования» от аналогичных или смежных по профилю деятельности программ:
- Данная общеобразовательная программа представляет собой комплекс занятий, включающих в себя теоретическое изучение алгоритмики и программирования и практическое программирование микроконтроллера Arduino, а также изучение биологических электрических процессов в организме человека.
- Программа предполагает индивидуальный подход к каждому обучающемуся, путем подбора посильного уровня сложности задач и индивидуальных проектов, в том числе в виртуальных средах Tinker Cad и BiTronicsLab.
- Использование большого количества практических задач, с целью мотивации учащихся на качественное освоение программы.
Психофизиологические особенности обучающихся.
- объединение принимаются обучающихся с 7 по 9 классы, проявляющие интерес к математике, биологии и техническому творчеству, продемонстрировавшие свои способности на школьных и муниципальных этапах олимпиад по математике, биологии и информатике.
Наполняемость группы – 15 человек.
Настоящая программа рассчитана на 72 часа и является начальной ступенью к профессии «пнейромоделист». Программа позволяет удовлетворить образовательную потребность школьников в основах программирования микроконтроллеров и создании человеко-машинных интерфейсов, попробовать себя в реализации индивидуальных и общих проектов, мечтающих о профессии «Нейромоделист».
Педагогическая целесообразность программы.
Ориентация обучающихся на техническое творчество, профессиональное самоопределение, дальнейшее применение полученных начальных знаний, умений и навыков во время обучения в учреждениях среднего профессионального и высшего образования.
Цель программы.
Создание условий для развития инженерно-технических способностей, обучающихся через изучение нейротехнологий, программирования, электроники.
Задачи программы:
Образовательные:
- ознакомить с историей развития отечественной и мировой техники, ее создателях, о различных направлениях изучения нейротехнологий, программирования;
- формировать целостную научную картину мира;
- обучать эффективной работе с технической литературой, интернет источниками;
- ознакомить с основными принципами работы нейрокомпьютерных интерфейсов;
- формировать представления об основах электроники; обучать основам программирования.
- подготовка учащихся к олимпиадам и конкурсам по программированию.
Развивающие:
- развивать инженерное мышление, изобретательность, образное и пространственное восприятие;
- развивать мыслительные, творческие, коммуникативные способности обучающихся;
- развивать интерес к техническим знаниям;
- развивать интеллектуальные и практические умения, самостоятельно приобретать и применять на практике полученные знания;
- развивать умение осознанно ставить перед собой конкретную задачу и добиваться её выполнения.
- повышение уровня знаний, обучающихся в области математики, биологии и информатики.
Воспитательные:
- воспитывать устойчивый интерес к нейротехнологиям;
- воспитывать информационную культуру как составляющую общей культуры современного человека;
- формировать потребность в творческой деятельности, стремление к самовыражению через техническое творчество;
- формировать новаторское отношение ко всем сферам жизнедеятельности человека.
- воспитание стремления к саморазвитию;
- воспитание личной и командной ответственности за результаты своей работы.
Планируемые результаты освоения учебного курса
Программа нацелена на формирование умений фиксировать информацию об окружающем мире; искать, анализировать, критически оценивать, отбирать информацию; организовывать информацию; передавать информацию; проектировать объекты и процессы, планировать свои действия; создавать, реализовывать и корректировать планы.
знать/понимать:
- технику безопасности и требования, предъявляемые к организации рабочего места;
- терминологию нейромоделирования;
- оборудование и инструменты, используемые в области нейротехнологий;
- основные сферы применения нейротехнологий;
- основные направления развития нейротехнологий;
- основы нейробиологии и нейрофармтехнологии;
- основные принципы работы нейрокомпьютерных интерфейсов;
- основные принципы работы электронных схем и систем управления объектами;
- основы электроники и программирования микроконтроллеров для решения задач из области нейротехнологий;
- основы прикладной математики и программирования человекомашинных интерфейсов;
- основы робототехники и правления роботами с помощью нейроинтерфейсов и датчиков виосигналов;
уметь:
- пользоваться инструментами и оборудованием, используемыми в области нейромоделирования;
- грамотно использовать технические термины;
- составлять простые программы для решения задач из области нейротехнологий;
- читать технические рисунки, эскизы, чертежи, схемы;
- конструировать простейшие электронные схемы, использующие интерфейс «мозг-компьютер»;
- разрабатывать простейшие системы с использованием электронных компонентов и нейрокомпьютерных интерфейсов;
- программировать человеко-машинные интерфейсы;
- управлять роботами с помощью нейроинтерфейсов и датчиков биосигналов.
использовать программирование микроконтроллеров в практической деятельности и в повседневной жизни:
- при выполнении индивидуальных и коллективных проектов в учебной деятельности;
- в дальнейшем освоении профессий;
- организации индивидуального информационного пространства, создания личных коллекций информационных объектов.
Межпредметные связи
Программа нацелена на формирование умений фиксировать информацию об окружающем мире; искать, анализировать, критически оценивать, отбирать информацию; организовывать информацию; передавать информацию; проектировать объекты и процессы, планировать свои действия; создавать, реализовывать и корректировать планы. Все эти навыки необходимы при изучении любого курса по любому предмету школьной и высшей ступени образования.
Формы работы.
Программа предусматривает самые разнообразные формы работы в зависимости от тематики:
- групповая (лекции и практические занятия)
- индивидуальная (проекты)
- комбинированная (консультации)
- On-line тестирование для оценки уровня освоения программного материала.
Методы работы.
Основными методами работы:
- изучение нового материала (лекция и конспектирование)
- практическое конструирование, моделирование и программирование для закрепления материала.
- Программирование с On-line тестированием программ.
- Подготовка индивидуального проекта
- Участие в олимпиадах и конкурсах.
Дидактические принципы.
Программа реализуется в соответствии с дидактическими принципами обучения:
- сознательности и активности;
- наглядности;
- систематичности и последовательности;
- прочности;
- научности;
- доступности;
- связи теории с практикой.
Учебно-тематическое планирование (2 часа в неделю. Всего 72 часа)
№ | Названия раздела/темы | Количество часов | Формы аттестации и контроля | ||
Всего | Теория | Практика | |||
1. | Основы нейротехнологий | 2 | 1 | 1 |
|
1.1. | Вводное занятие. Инструктаж по технике безопасности и охране труда | 1 | 1 | - |
|
1.2. | Современные нейронауки. Значение нейронаук в медицине и научных исследованиях | 1 | 1 | - | Текущий контроль. Практическое задание |
2. | Платформа Arduino | 4 | 2 | 2 |
|
2.1. | Введение в Arduino | 2 | 1 | 1 | Текущий контроль. Практическое задание |
2.2. | Работа с Arduino IDE | 2 | 1 | 1 | Текущий контроль. Практическое задание |
3. | Программирование в Arduino IDE | 12 | 5 | 7 |
|
3.1. | Синтаксис и программа кода | 2 | 1 | 1 | Текущий контроль. Практическое задание |
3.2. | Типы данных и переменные | 1 | 1 | - | Текущий контроль. Практическое задание |
3.3. | Математические операции. Массивы | 3 | 1 | 2 | Текущий контроль. Практическое задание |
3.4. | Сравнения, условия и выбор. Циклы. Строки и массивы символов | 3 | 1 | 2 | Текущий контроль. Практическое задание |
3.5. | Функции. Объекты и классы | 3 | 1 | 2 | Текущий контроль. Практическое задание |
4. | Программирование в Processing 3.5.4 | 6 | 2 | 4 | |
4.1. | Установка и интерфейс. Синтаксис и программа кода. Типы данных и переменные. Графика | 3 | 1 | 2 | Текущий контроль. Практическое задание |
4.2. | Сравнения, условия и выбор. Циклы. Строки и массивы. Анимация | 3 | 1 | 2 | Текущий контроль. Практическое задание |
5. | Электромиография в современной нейротехнологии | 4 | 2 | 2 |
|
5.1. | Опорно-двигательный аппарат и мышечный каркас человека. Строение и функции мускулатуры | 1 | 1 | - | Текущий контроль. Тест |
5.2. | Метод электромиографии в исследовании опорнодвигательного аппарата и работы мышц. Расшифровка электромиограммы | 3 | 1 | 2 | Текущий контроль. Практическое задание |
6. | Электроэнцефалограф ия в современной нейротехнологии | 4 | 2 | 2 |
|
6.1. | Головной мозг. Отделы мозга человека. Функции коры головного мозга и глубинные мозговые структуры. Зрение | 1 | 1 | - | Текущий контроль. Тест |
6.2. | Метод электроэнцефалографии в исследовании работы головного мозга и центральной нервной системы. Расшифровка электроэнцефалограммы | 3 | 1 | 2 | Текущий контроль. Практическое задание |
7. | Фотоплетизмография в современной нейротехнологии | 4 | 2 | 2 |
|
7.1. | Периферическая гемодинамика (пульс) | 1 | 1 | - | Промежуточная аттестация |
7.2. | Метод фотоплетизмографии в исследовании периферической гемодинамики и работы сердечных циклов. Расшифровка фотоплетизмограммы | 3 | 1 | 2 | Текущий контроль. Практическое задание |
8. | Электрокардиография в современной нейротехнологии | 4 | 2 | 2 |
|
8.1. | Анатомическое строение сердца. Физиология сердечной деятельности | 1 | 1 | - | Промежуточный контроль. Тест |
8.2. | Метод электрокардиографии в исследовании работы сердца и пульсации сердечной мышцы. Расшифровка электрокардиограммы | 3 | 1 | 2 | Текущий контроль. Практическое задание |
9. | Диагностика электрической активности кожи в современной нейротехнологии | 4 | 2 | 2 |
|
9.1. | Активность вегетативной нервной системы, широко применяемая в психофизиологии. Строение и функции кожи | 1 | 1 | - | Текущий контроль. Тест |
9.2. | Метод диагностики кожно-гальванической реакции (КГР) в исследовании активности вегетативной нервной системы. Расшифровка диаграммы кожно-гальванической реакции | 3 | 1 | 2 | Текущий контроль. Практическое задание |
10. | Основы робототехники и управления роботами с помощью нейроинтерфейсов и датчиков биосигналов | 26 | 5 | 20 |
|
10.1. | Сборка робота и основы программирования. Движение робота по контрастной линии | 3 | 1 | 2 | Текущий контроль. Практическое задание |
10.2. | Алгоритмы объезда препятствий роботом на основе датчика расстояния и программного задания траектории | 5 | 1 | 4 | Текущий контроль. Практическое задание |
10.3. | Кодирование команд управления роботом | 4 | - | 4 | Текущий контроль. Практическое задание |
10.4. | Алгоритм движения робота по лабиринту «туда и обратно» | 4 | 1 | 3 | Текущий контроль. Практическое задание |
10.5. | Управление роботом с помощью нейроинтерфейса | 4 | 1 | 3 | Текущий контроль. Практическое задание |
10.6. | Создание конструкции робота. Разработка собственного алгоритма движения робота для решения собственной задачи | 6 | 1 | 5 | Текущий контроль. Самостоятельная работа |
11. | Итоговое занятие. Соревнования | 2 | - | 2 | Итоговая аттестация. Защита проектов |
| ИТОГО | 72 | 23 | 49 |
|
Содержание программы
Содержание учебного (тематического) плана
Раздел 1. Основы нейротехнологий
Тема 1.1. Вводное занятие. Инструктаж по технике безопасности и охране труда
Теория. Значение техники в жизни человека. Техническое моделирование, нейроинтерфейсы, нейроуправление, технологии машинного обучения. Знакомство с планом работы на учебный год, целями и задачами. Правила поведения на занятиях и во время перерыва. Инструктаж по технике безопасности.
Тема 1.2. Современные нейронауки. Значение нейронаук в медицине и научных исследованиях
Теория. Нейронауки, их основные направления и характеристики. Примеры использования нейровизуализации с машинными интерфейсами (мозг-компьютер-интерфейс). Знакомство с основными понятиями и терминами – нейротехнологии, биосигналы, нейросигналы, человеко-машинные интерфейсы.
Практика. Знакомство с набором-конструктором «Юный нейромоделист» компании BiTronicsLab. Модули набора-конструктора.
Раздел 2. Платформа Arduino
Тема 2.1. Введение в Arduino
Теория. О платформе Arduino. Железо. Загрузка прошивки. Софт. Модели Arduino. Программирование. Arduino IDE. Язык программирования С++. Библиотека Arduino.h. Хейтеры платформы. Интерфейсы: UART, I2C, SPI и др. Аналоговый сигнал. Пины GPIO. Интерфейс. ADC (АЦП аналогово-цифровой преобразователь). UART (интерфейс связи). Выводы таймеров (ШИМ пины). SPI (интерфейс связи) – SS, MOSI, MISO, SCK. I2C (интерфейс связи) – SDA, SCL.
INT (аппаратные прерывания). Другие пины. Питание от USB. Питание от Vin.
Питание в 5V. Автоматический выбор источника. Питание «мощных» схем. Автономное питание. Arduino как источник питания. Помехи и защита от них.
Практика. Установка в компьютере пакета JRE (Java) и среды разработки Arduino IDE. Настройка драйверов.
Тема 2.2. Работа с Arduino IDE
Теория. Arduino IDE. Интерфейс. Проверить – компиляция (сборка, проверка на ошибки) кода без его загрузки в плату. Загрузить – компиляция и загрузка прошивки в плату. Создать/открыть/сохранить. Монитор порта – кнопка, открывающая монитор последовательного пора для общения с платой. Меню вкладок – работа с вкладками. Текущее состояние – выводится краткая информация о последнем действии. Лог работы – выводятся все системные сообщения, отчёты об ошибках и размере скомпилированного кода. Конфигурация оборудования – выводится название выбранной платы, версии микроконтроллера и номер выбранного COM порта. Меню. Вкладка «Файл». Окно настроек. Вкладка «Правка». Вкладка «Скетч». Вкладка «Инструменты».
Практика. Загрузка первой прошивки.
Раздел 3. Программирование в Arduino IDE
Тема 8.1. Синтаксис и программа кода
Теория. Синтаксис. Оформление. Форматирование. Имена переменных. Структура кода. Подключение библиотек и файлов. Типы памяти микроконтроллера. Двоичная система. Другие системы исчисления. Переменные. Объявление и инициализация переменных. Преобразование типов. Преобразование_cast. Константы. Область видимости: глобальная, локальная, формальная (параметр).
Практика. Выполнение практических заданий для закрепления, изученной темы.
Тема 3.2. Типы данных и переменные
Теория. Типы памяти микроконтроллера. Двоичная система. Другие системы исчисления. Переменные. Объявление и инициализация переменных. Преобразование типов. Преобразование_cast. Константы. Область видимости: глобальная, локальная, формальная (параметр).
Практика. Выполнение практических заданий для закрепления, изученной темы.
Тема 3.3. Математические операции. Массивы
Теория. Математические действия. Порядок вычислений. Скорость вычислений. Переполнение переменной. Особенность больших вычислений. Особенность работы с float. Список математических функций. Объявление массива. Обращение к элементам. Многомерные массивы.
Практика. Выполнение практических заданий для закрепления, изученной темы.
Тема 3.4. Сравнения, условия и выбор. Циклы. Строки и массивы символов
Теория. Сравнение float. Условный оператор if. Особенность boolean.
Порядок условий. Тернарный оператор. Оператор выбора. Условные директивы #if #else. Цикл for. Оператор break. Оператор continue. Цикл while. Цикл do while. Текстовые данные в Arduino. String-строки. Инструменты для String. Длина строки. Меры предосторожности. Массивы символов. Длина строки char array. Массив строк.
Практика. Выполнение практических заданий для закрепления, изученной темы.
Тема 3.5. Функции. Объекты и классы
Теория. Функция: определение и назначение. Функция, которая ничего не принимает и ничего не возвращает. Функция, которая ничего не принимает и возвращает результат. Функция, которая принимает параметры и возвращает результат. Перегруженные функции. Описание (прототип) функции. Реализация функции. Передача массива в функцию. Другие типы функций. Шаблонные функции. Макрофункции. Встроенные функции. Статические функции.
Практика. Выполнение практических заданий для закрепления, изученной темы.
Раздел 4. Программирование в Processing 3.5.4
Тема 4.1. Синтаксис и программа кода. Переменные и константы
Теория. Синтаксис. Оформление. Имена переменных. Структура кода. Подключение библиотек и файлов. Переменные. Объявление и инициализация переменных. Преобразование типов. Константы. Область видимости переменных: глобальная, локальная. Пространство имен. Условия и циклы. Условный оператор if. Особенность boolean. Порядок условий. Цикл for. Цикл While. Функции.
Практика. Выполнение практических заданий для закрепления, изученной темы.
Тема 4.2. Графические примитивы. Работа с цветом.
Теория. Математические действия. Координатная плоскость. Особенность работы с float координатами. Прямоугольник, эллипс, прямая, дуга, точка. Цвет заливки. Цвет окна. Цвет контура. Анимация. Очистка окна.
Практика. Выполнение практических заданий для закрепления, изученной темы.
Раздел 5. Электромиография в современной нейротехнологии
Тема 5.1. Опорно-двигательный аппарат и мышечный каркас человека. Строение и функции мускулатуры
Теория. Скелет человека. Отделы позвоночника. Функции двигательного аппарата. Виды мышц. Строение мышц человека. Функции мышц человеческого организма. Напряжение мышц. Усталость мышц. Мышцы-антагонисты.
Практика. Выполнение теста, направленного на закрепление темы «Опорно-двигательный аппарат и мышечный каркас человека. Строение и функции мускулатуры».
Тема 5.2. Метод электромиографии в исследовании опорнодвигательного аппарата и работы мышц. Расшифровка электромиограммы
Теория. Электромиография. Электроактивность мышцы при нормальной работе её элементов. Изучение метода исследования биоэлектрических потенциалов, возникающих в скелетных мышцах человека при возбуждении мышечных волокон: природа сигнала, способы считывания электромиографии, варианты применения. Изучение принципов работы датчиков электрической активности мышц. Зависимость амплитуды ЭМГ-сигнала от силы сокращения мышцы.
Практика. Работа с набором «Юный нейромоделист» BiTronicsLab, модулем ЭМГ/ЭКГ. Измерение разности потенциалов, возникающей в мышце при ее сокращении или расслаблении; расшифровка электромиограммы.
Раздел 6. Электроэнцефалография в современной нейротехнологии
Тема 6.1. Головной мозг. Отделы мозга человека. Функции коры головного мозга и глубинные мозговые структуры. Зрение
Теория. Строение головного мозга человека. Основные нервные процессы и взаимодействие отделов нервной системы друг с другом. Представление об основах физиологии нервной ткани и центральной нервной системы человека. Представление о принципах системной организации функций мозга. Общая характеристика нервной системы. Составляющие нервной системы. Основные функции нервной системы. Функциональное деление нервной системы. Центральная и периферическая нервная система (симпатическая, парасимпатическая) – состав. Значение модуля мозговой активности в области нейротехнологий. Мозговые волны. Органы чувств и их значение в жизни человека. Сенсорные системы, их строение и функции. Глаз и зрение.
Практика. Выполнение теста, направленного на закрепление темы «Головной мозг. Отделы мозга человека. Функции коры головного мозга и глубинные мозговые структуры. Зрение».
Тема 6.2. Метод электроэнцефалографии в исследовании работы головного мозга и центральной нервной системы. Расшифровка электроэнцефалограммы
Теория. Техника и методики электроэнцефалографии. Биоэлектрическая активность здорового и больного мозга человека. Электроды, используемые при регистрации ЭЭГ. Синхронизация потенциалов мозга. Изучение электроэнцефалограммы – суммарной электрической активности мозга: природа сигнала, способы считывания, варианты применения. Артефакты ЭЭГ Электроокулография (ЭОГ).
Практика. Работа с набором «Юный нейромоделист» BiTronicsLab, модулем ЭЭГ. Исследование глазных мышц и наружного слоя сетчатки благодаря изменениям биопотенциалов во время движения глаза (открытие/закрытие). Самостоятельное проведение электроэнцефалографии, с помощью сигнальных и опорного электродов. Исследование реакции мозга на действие раздражителей.
Раздел 7. Фотоплетизмография в современной нейротехнологии
Тема 7.1. Периферическая гемодинамика (пульс)
Теория. Понятие пульса человека. Виды пульса. Кровяное давление. Периоды и фазы сердечного цикла. История пульсовой диагностики.
Практика. Выполнение теста, направленного на закрепление темы «Периферическая гемодинамика (пульс)».
Тема 7.2. Метод фотоплетизмографии в исследовании периферической гемодинамики и работы сердечных циклов. Расшифровка фотоплетизмограммы
Теория. Описание методики фотоплетизмографии. Вариабельность сердечного ритма. Изучение принципов работы оптического датчика пульса. Критерии оценки фотоплетизмограмм. Изучение фотоплетизмограммы, методом исследования динамики кровенаполнения сосудов, основанном на измерении оптической плотности.
Практика. Работа с набором «Юный нейромоделист» BiTronicsLab, модулем Пульс – оптический плетизмограф. Исследование сосудистого тонуса и кровотока в сосудах мелкого калибра с помощью графической регистрации пульсовых и более медленных колебаний объема какой-либо части тела, связанных с динамикой кровенаполнения сосудов.
Раздел 8. Электрокардиография в современной нейротехнологии
Тема 8.1. Анатомическое строение сердца. Физиология сердечной деятельности
Теория. Строение сердца человека. Нервная регуляция работы сердца. Организация системы вегетативной регуляции кровообращения. Большой и малый круги кровообращения. Артериальная и венозная кровь.
Практика. Выполнение теста, направленного на закрепление темы «Анатомическое строение сердца. Физиология сердечной деятельности».
Тема 8.2. Метод электрокардиографии в исследовании работы сердца и пульсации сердечной мышцы. Расшифровка электрокардиограммы
Теория. Исследование работы сердца и пульсации сердечной мышцы. Методики регистрации и исследования электрических сигналов, образующихся при работе сердца. Понимание нормы показателей электрокардиограммы и отклонений от нормы. Изучение электрокардиограммы: природа сигнала, способы считывания.
Практика. Работа с набором «Юный нейромоделист» BiTronicsLab, модулем ЭМГ/ЭКГ. Измерение частоты сердечных сокращений (ЧСС). Изменение ЧСС под влиянием физической нагрузки.
Раздел 9. Диагностика электрической активности кожи в современной нейротехнологии Тема 9.1. Активность вегетативной нервной системы, широко применяемая в психофизиологии. Строение и функции кожи
Теория. Строение и функции кожи. Кожа как орган чувств. Рецептивные поля кожи.
Практика. Выполнение теста, направленного на закрепление темы «Активность вегетативной нервной системы, широко применяемая в психофизиологии. Строение и функции кожи».
Тема 9.2. Метод диагностики кожно-гальванической реакции (КГР) в исследовании активности вегетативной нервной системы. Расшифровка диаграммы кожно-гальванической реакции
Теория. Кожно-гальваническая реакция. Величины сопротивления поверхности кожи. Показатели функционального состояния ЦНС.
Психогальванический рефлекс. Потовые железы. Генотип и среда как факторы индивидуальной изменчивости КГР человека. КГР в состоянии покоя. КГР при ориентировочной и оборонительной реакциях. Исследования невропатолога К. Фере. Два главных метода регистрации КГР: экзосоматический и эндосоматический.
Практика. Работа с набором «Юный нейромоделист» BiTronicsLab, модулем КГР. Диагностика изменений КГР в расслабленном и стрессовом состоянии. Выполнение упражнения «Детектор лжи».
Раздел 10. Основы робототехники и управления роботами с помощью нейроинтерфейсов и датчиков биосигналов
Тема 10.1. Сборка робота и основы программирования Makeblock. Движение робота по контрастной линии
Теория. Подходы к разработке эффективной конструкции мобильного робота и использованию среды разработки программы управления им. Основные команды робота. Дистанционный режим управления мобильным роботом. Основы разработки программы движения робота по линии.
Практика. Конструирование, программирование и отладка мобильной платформы на базе образовательного конструктора Makeblock mbot.
Тема 10.2. Алгоритмы объезда препятствий роботом на основе датчика расстояния и программного задания траектории
Теория. Основные подходы к разработке алгоритмов объезда препятствий роботом на основе датчика расстояния и программного задания траектории.
Практика. Программирование движения мобильного робота Makeblock mbot
Тема 10.3. Кодирование команд управления роботом
Теория. Основы кодирования команд, понятие двоичной системы счисления, подходы к анализу информации о мышечной активности.
Практика. Формирование перечня управляющих сигналов и их применение для управления мобильной платформой.
Тема 10.4. Алгоритм движения робота по лабиринту «туда и обратно»
Теория. Понятие переменных и состояния программы. Написание алгоритмов перехода между различными состояниями движения робота. Понятие П-, ПД-, ПИД-регуляторов.
Практика. Программирование движения мобильного робота Makeblock mbot.
Тема 10.5. Управление роботом с помощью нейроинтерфейса Нейробелт
Теория. Основы снятия электроэнцефалограммы и интерпретации сигналов для управления программным обеспечением и техническими объектами. Интерфейс «Мозг-компьютер». Возможности шлема «Нейробелт» – неинвазивного нейроинтерфейса.
Практика. Формирование перечня управляющих сигналов на основе анализа 8-канальной электроэнцефалограммы, полученной с помощью нейроинтерфейса Нейробелт и их применению для управления мобильной платформой.
Тема 10.6. Создание конструкции робота. Разработка собственного алгоритма движения робота для решения собственной задачи
Теория. Основы разработки алгоритмов движения робота в различных практических предметных областях.
Практика. Программирование движения мобильного робота Makeblock mbot.
Раздел 11. Итоговое занятие. Соревнования
Практика. Итоговая аттестация. Проведение «гоночных» соревнований (управление роботом-конструктором по определенным заданным траекториям с помощью сигналов, поступающих в компьютер, сравнение считываемых показателей).
ФОРМЫ КОНТРОЛЯ И ОЦЕНОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Формы контроля и оценочные материалы служат для определения результативности освоения Программы обучающимися. Текущий контроль проводится по окончании изучения каждой темы – выполнение обучающимися практических заданий. Промежуточный контроль проходит в середине учебного года в форме открытого занятия. Итоговый контроль (зачетное занятие) проходит в конце учебного года – в форме соревнования.
Формы проведения аттестации:
- практическое задание;
- самостоятельная работа;
- тест;
- соревнования.
Календарный учебный график кружка «Основы программирования»
1 | Сентябрь | Инструктаж по технике безопасности Современные нейронауки. | Лекция | 2 | Кабинет информатики | Беседа |
2 | Сентябрь | Введение в Arduino Программа Tinker Cad | Комбинированный урок | 2 | Кабинет информатики | Тест |
3 | Сентябрь | Работа с Arduino IDE Интерфейс, основные команды | Комбинированный урок | 2 | Кабинет информатики | Практическое задание |
4 | Сентябрь | Синтаксис и программа кода Структура программы | Комбинированный урок | 2 | Кабинет информатики | Практическое задание |
5 | Октябрь | Типы данных и переменные. Математические операции. | Комбинированный урок | 2 | Кабинет информатики | Практическое задание |
6 | Октябрь | Сравнения, условия и выбор. Циклы. | Комбинированный урок | 2 | Кабинет информатики | Практическое задание |
7 | Октябрь | Массивы Строки и массивы символов | Комбинированный урок | 2 | Кабинет информатики | Практическое задание |
8 | Октябрь | Функции. | Комбинированный урок | 2 | Кабинет информатики | Практическое задание |
9 | Ноябрь | Объекты и классы | Комбинированный урок | 2 | Кабинет информатики | Практическое задание |
10 | Ноябрь | Processing. Установка и интерфейс. Структура программы. Синтаксис и программа кода. Типы данных, переменные. | Комбинированный урок | 2 | Кабинет информатики | Практическое задание |
11 | Ноябрь | Processing. Работа с графикой. Анимация. | Комбинированный урок | 2 | Кабинет информатики | Практическое задание |
12 | Ноябрь | Processing. Сравнения, условия и выбор. Циклы. Функции | Комбинированный урок | 2 | Кабинет информатики | Практическое задание |
13 | Декабрь | Опорно-двигательный аппарат и мышечный каркас человека. Строение и функции мускулатуры. Метод электромиографии | Лекция | 2 | Кабинет информатики | Тест |
14 | Декабрь | Метод электромиографии в исследовании опорнодвигательного аппарата и работы мышц. | Практика | 2 | Кабинет информатики | Практическое задание |
15 | Декабрь | Расшифровка электромиограмм | Комбинированный урок | 2 | Кабинет информатики | Практическое задание |
16 | Декабрь | Электроэнцефалография. Головной мозг. Отделы мозга человека. Функции коры головного мозга и глубинные мозговые структуры. Зрение | Лекция | 2 | Кабинет информатики | Тест |
17 | Январь | Метод электроэнцефалографии в исследовании работы головного мозга и центральной нервной системы. | Практика | 2 | Кабинет информатики | Практическое задание |
18 | Январь | Расшифровка электроэнцефалограммы | Комбинированный урок | 2 | Кабинет информатики | Практическое задание |
19 | Январь | Фотоплетизмография. Периферическая гемодинамика (пульс) | Лекция | 2 | Кабинет информатики | Тест |
20 | Январь | Метод фотоплетизмографии в исследовании периферической гемодинамики и работы сердечных циклов. | Практика | 2 | Кабинет информатики | Практическое задание |
21 | Февраль | Расшифровка фотоплетизмограмм | Комбинированный урок | 2 | Кабинет информатики | Практическое задание |
22 | Февраль | Электрокардиография. Анатомическое строение сердца. Физиология сердечной деятельности | 2 | Кабинет информатики | Тест | |
23 | Февраль | Метод электрокардиографии в исследовании работы сердца и пульсации сердечной мышцы. | 2 | Кабинет информатики | Практическое задание | |
24 | Февраль | Расшифровка электрокардиограмм | 2 | Кабинет информатики | Практическое задание | |
25 | Март | Диагностика электрической активности кожи Активность вегетативной нервной системы, широко применяемая в психофизиологии. Строение и функции кожи | 2 | Кабинет информатики | Тест | |
26 | Март | Метод диагностики кожно-гальванической реакции (КГР) в исследовании активности вегетативной нервной системы. | 2 | Кабинет информатики | Практическое задание | |
27 | Март | Расшифровка диаграммы кожно-гальванической реакции | 2 | Кабинет информатики | Практическое задание | |
28 | Март | Основы робототехники и управления роботами с помощью нейроинтерфейсов и датчиков биосигналов | Лекция | 2 | Кабинет информатики | Беседа |
29 | Апрель | Сборка робота и основы программирования Makeblock. Движение робота по контрастной линии | Практика | 2 | Кабинет информатики | Практическое задание |
30 | Апрель | Алгоритмы объезда препятствий роботом на основе датчика расстояния и программного задания траектории | Практика | 2 | Кабинет информатики | Практическое задание |
31 | Апрель | Кодирование команд управления роботом | Практика | 2 | Кабинет информатики | Практическое задание |
32 | Апрель | Алгоритм движения робота по лабиринту «туда и обратно» | Практика | 2 | Кабинет информатики | Практическое задание |
33 | Май | Управление роботом с помощью нейроинтерфейса Нейробелт | Практика | 2 | Кабинет информатики | Практическое задание |
34 | Май | Создание конструкции робота. Разработка собственного алгоритма движения робота для решения собственной задачи | Практика | 2 | Кабинет информатики | Практическое задание |
35 | Май | Продолжение работы над собственным проектом | 2 | Кабинет информатики | Практическое задание | |
36 | Май | Итоговое занятие или соревнования | 2 | Кабинет информатики | Итоговый контроль |
Занятия проводятся в соответствии с расписанием во внеурочное время во второй половине дня в кабинете информатики. Продолжительность одного занятия - 2 академических часа.
Условия реализации программы:
Занятия проводятся в кабинете информатики.
Материально-техническое обеспечение:
- компьютерный класс (10 ПК)
- проектор
- проекционный экран
- принтер
- Ноутбук – 5 шт;
- ПО – Arduino 1.8.12 (скачивается бесплатно);
- набор-конструктор BiTronics Lab «Юный нейромоделист» – 3 шт.;
- комплект модулей BiTronics NeuroLab – 3 шт.;
- робототехнический набор Makeblock mBot V1.1 (bluetooth-версия) – 1 шт.;
- базовый робототехнический набор Makeblock mBot Ranger Robot Kit (bluetooth-версия) – 1 шт.;
- набор элементов движения Makerspace Kits-advanced Drive Parts –3шт.;
- набор колес и гусениц Makerspace Kits-motion Parts – 3 шт.;
- набор электронных компонентов Makerspace Kits-electronic Modules – 3 шт.;
- набор двигателей Makerspace Kits-motor Modules – 3 шт.;
- амплификатор для EEG NeuroBelt Medical Computer Systems – 1 шт.
Список литературы
- Бейктал Дж. Конструируем роботов на Arduino. Первые шаги. – Москва: Лаборатория знаний, 2016;
- Бейктал Дж. Конструируем роботов от А до Я. Полное руководство для начинающих. – Москва: Лаборатория знаний, 2016;
- Григорьев А., Винницкий Ю. Игровая робототехника для юных программистов и конструкторов: MBOT и MBLOCK. – Санкт-Петербург: БХВ-
- Петербург, 2019;
- Крейг Дж. Введение в робототехнику. Механика и управление. – Москва: ИКИ, 2013;
- Момот М. Мобильные роботы на базе Arduino. – Санкт-Петербург: БХВ-Петербург, 2018;
- Петин В.А., Биняковский А.А. Практическая энциклопедия Arduino. – Санкт-Петербург: ДМК Пресс, 2020;
- Робототехники и мехатроники. Новые механизмы в современной робототехнике. /Под ред. В.А. Глазунова. – Москва: Техносфера, 2018;
- Кейси Риас, Бен Фрай: Знакомство с программированием на языке Processing, ДМКПресс, 2021 г.
- Салахова А. Конструируем роботов на Arduino. Умный свет. – Москва: Лаборатория знаний, 2017;
- Салахова А. Конструируем роботов на Arduino. Да будет свет. – Москва: Лаборатория знаний, 2017;
- Соммер У. Программирование микроконтроллерных плат
- Arduino/Freeduino. Санкт-Петербург: БХВ-Петербург, 2012;
- Флах П. Машинное обучение. Наука и искусство построения алгоритмов, которые извлекают знания из данных. /Пер. с англ. А. А. Слинкина. – Санкт-Петербург: ДМК Пресс, 2015;
- Яшин А.В., Русин Г.С., Дубовик Е.В., Иркова Ю.А. Программируем своего первого робота или Ваш личный робопёс. – Санкт-Петербург: Наука и техника СПб, 2018;
- Кирой В.Н. Интерфейс Мозг-Компьютер (история, современное состояние, перспективы): монография. – Ростов-на-Дону: Издательство ЮФУ,
- 2011: [Электронный ресурс] //сайт Российская государственная библиотека.
URL: https://search.rsl.ru/ru/record/01005434736 (Дата обращения: 09.10.2020);
Интернет-ресурсы
- Видеоуроки к набору-конструктору «Юный нейромоделист» BiTronics
Lab: [Электронный ресурс] //сайт: YouTube.com. URL:
https://www.youtube.com/playlist?list=PLQu4ZlRw9NvtRA3OI9SabAgmoooGle2vL
(Дата обращения: 09.10.2020);
- Видеоуроки Arduino: [Электронный ресурс] //сайт: AlexGyver
Technologies. URL: https://alexgyver.ru/lessons/about-arduino/
- Видеоуроки по конструированию mBot: [Электронный ресурс] //сайт:
Яндекс. Видео. URL:
0%BA%D0%BE%D0%BD%D1%81%D1%82%D1%80%D1%83%D0%B8%D1%8 0%D0%BE%D0%B2%D0%B0%D0%BD%D0%B8%D1%8E%20mBot&path=wizar d&wiz_type=vital&family=yes .
- Processing https://www.youtube.com/watch?v=2fs1tuUUJRM
По теме: методические разработки, презентации и конспекты
ОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ПРОГРАММА ДОПОЛНИТЕЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ ДЕТЕЙ «Юный музеевед» ТУРИСТСКО-КРАЕВЕДЧЕСКАЯ НАПРАВЛЕННОСТЬ ОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ПРОГРАММА ДОПОЛНИТЕЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ ДЕТЕЙ «Юный музеевед» ТУРИСТСКО-КРАЕВЕДЧЕСКАЯ НАПРАВЛЕННОСТЬ
В связи с увеличением роли патриотического воспитания школьников огромное значение приобретает проблема организации и деятельности школьных музеев. Школьный музей обла...
Рабочая программа дополнительного образования кружок «Золушка» Рабочая программа дополнительного образования кружок «Золушка»
Срок реализации программы (октябрь-май) на учебный курс отводится 32 час (из расчета 1 час в неделю)....
ОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ПРОГРАММА ДОПОЛНИТЕЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ ДЕТЕЙ "ПАЛИТРА" (интегрированные уроки ИЗО и ДПИ) Автор – разработчик: Топилина Юлия Геннадьевна, педагог дополнительного образования Возраст обучающихся –7-18 лет Срок реализации программы – 3 года
Данная образовательная программа отличается от аналогичных программ в некоторых важных аспектах. Прежде всего, особенностью программы является то, что ведущей формой её реализации является совместная ...
Дидактический материал по дополнительному образованию "Знакомимся с цифрами" (в рамках дополнительной общеобразовательной программы (дополнительная общеразвивающая программа). "Веселый счет ")
Знакомство детей с цифрами в стихотворной форме....
Дополнительная общеобразовательная программа (дополнительная общеразвивающая программа) «Музыкальная шкатулка»
Дополнительная общеразвивающая программа по музыке для детей с отклонениями в умственном развитии. В ней подробно описаны этапы, разделы программы и ее актуальность для данной категории детей....
Дополнительная общеобразовательная программа (дополнительная общеразвивающая программа) военно-патриотической направленности «Патриоты Отечества»
Возраст детей 12-16 летКак известно, патриотическое воспитание неразрывно связано с другими видами воспитания – нравственным, гражданским, демократическим, правовым, экологическим. Муниципальное ...
«Формирование психологического базиса для полноценного развития детей с ОВЗ, в дальнейшей социальной адаптации в обществе» путем реализации комплексной дополнительной образовательной программы (дополнительной общеразвивающей программы) «Надежда»
Дети с ограниченными возможностями здоровья – сложная категория детей, требующая к себе повышенного внимания, заботы и понимания.Одним из факторов психологического базиса для развития высших психическ...