Просмотр содержимого документа
«Робототехника. Квадрокоптеры.»
Отдел образования Белинского района Пензенской области
Муниципальное образовательное учреждение
средняя общеобразовательная школа
с. Поима Белинского района Пензенской области
имени П. П. Липачёва
Рассмотрено
на заседании МО
Протокол № 1
От 29.08.2022 г.
Одобрено
на заседании
педагогического совета
Протокол №1
от 29.08.2022 г.
Утверждено
директор ОУ
__________О. И. Родионова
Приказ № 71
от 31.08.2022 г.
Дополнительная общеобразовательная
общеразвивающая программа
технической направленности
«Робототехника»
Форма организации: кружок
Возраст обучающихся: 10-15 лет
Срок реализации 1 год
Автор - составитель:
преподаватель-организатор ОБЖ
Иванчин Владимир Анатольевич
с.Поим, 2022
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
Основное назначение курса "Робототехники" состоит в выполнении социального заказа современного общества, направленного на подготовку подрастающего поколения к полноценной работе в условиях глобальной информатизации всех сторон общественной жизни.
Робототехника является одним из важнейших направлений научно - технического прогресса, в котором проблемы механики и новых технологий соприкасаются с проблемами искусственного интеллекта. Содержание и структура курса «Робототехника» направлены на формирование устойчивых представлений о робототехнических устройствах как едином изделии определенного функционального назначения и с определенными техническими характеристиками.
Направленность программы. Настоящая общеобразовательная общеразвивающая программа дополнительного образования детей имеет научно-техническую направленность. Предполагает дополнительное образование детей в области конструирования, моделирования и беспилотной авиации, программа также направлена на формирование у детей знаний и навыков, необходимых для работы с беспилотными авиационными системами (БАС).
Программа позволяет создавать благоприятные условия для развития технических способностей школьников.
Актуальность программы
В настоящее время наблюдается лавинообразный рост интереса к беспилотной авиации и робототехнике как инновационному направлению развития современной техники.
Благодаря росту возможностей и повышению доступности роботов, потенциал использования их в разных сферах экономики стремительно растёт. Это создало необходимость в новых профессиях: оператор БАС. Стратегическая задача курса состоит в подготовке специалистов по конструированию, программированию и эксплуатации БАС.
Настоящая образовательная программа позволяет не только обучить ребенка моделировать и конструировать БПЛА, но и подготовить обучающихся к планированию и организации работы над разноуровневыми техническими проектами и в дальнейшем осуществить осознанный выбор вида деятельности в техническом творчестве.
Педагогическая целесообразность настоящей программы заключается в том, что после ее освоения обучающиеся получат знания и умения, которые позволят им понять основы устройства различных роботов и беспилотных летательных аппаратов, принципы работы и взаимодействия всех их систем, а также управление роботами.
Новизна настоящей образовательной программы заключается в том, что она интегрирует в себе достижения современных и инновационных направлений в робототехнике и малой беспилотной авиации.
Цель программы
Главной целью курса является развитие информационной культуры обучающихся через учебно-познавательные и поисково-исследовательские навыки.
Задачи программы:
Предметные задачи
сформировать у обучающихся устойчивые знания в области моделирования и конструирования роботов, БАС;
развить у обучающихся технологические навыки конструирования;
сформировать у обучающихся навыки современного организационно-экономического мышления, обеспечивающих социальную адаптацию в условиях рыночных отношений.
Метапредметные задачи
поддержать самостоятельность в учебно-познавательной деятельности;
развить способность к самореализации и целеустремлённости;
сформировать техническое мышление и творческий подход к работе;
развить навыки научно-исследовательской, инженерно-конструкторской и проектной деятельности;
расширить ассоциативные возможности мышления.
Личностные задачи
сформировать коммуникативную культуру, внимание, уважение к людям;
воспитать трудолюбие, развить трудовые умения и навыки, расширить политехнический кругозор и умение планировать работу по реализации замысла, предвидение результата и его достижение;
сформировать способности к продуктивному общению и сотрудничеству со сверстниками и взрослыми в процессе творческой деятельности.
Адресат программы
Программа ориентирована на дополнительное образование учащихся среднего школьного возраста (10 – 15 лет). Особенностью детей этого возраста является то, что в этот период происходит главное в развитии мышления – овладение подростком процессом образования понятий, который ведет к высшей форме интеллектуальной деятельности, новым способам поведения.
Форма обучения: Очная
Объем, срок и режим реализации программы: 136 академических часов
Режим занятий: 2 раза в неделю по 2 часа.
Особенности организации образовательного процесса:
Набор учащихся - свободный, состав группы- постоянный.
Форма организации занятий: групповая, индивидуальная, индивидуально-групповая и фронтальная. Программой предусмотрено проведение комбинированных занятий: занятия состоят из теоретической и практической частей, причём большее количество времени занимает именно практическая часть.
Уровень реализации программы: стартовый.
Учебный план
№п/п
Наименование модуля
Уровень освоения программы/стартовый/1год
Итого 1 год
1
Робототехника
68
68
2
Квадрокоптеры
68
68
Всего:
136
136
Учебно-тематический план
Раздел
Количество часов по программе
Из них
Форма
аттестации/
контроля
теория
Практика
Введение
2
2
0
Тестирование
Конструирование
20
10
10
Практическая работа
Управление
14
6
8
Тест. Практическая работа
Проектно-конструкторская деятельность
28
14
14
Защита проекта
Свободное моделирование
4
0
4
Конкурс проектов
Итого
68
32
36
Учебно-тематический план модуля «Квадрокоптеры»
Разделы
Наименование темы
Объем часов
Форма контроля
Всего часов
В том числе
Теория
Практика
1
2
3
4
5
6
Блок 1.
Теория мультироторных систем. Основы управления. Полёты на симуляторе.
16
10
6
Практическая работа с зарядными устройствами.
Полёты на симуляторе.
Блок 2.
Сборка и настройка квадрокоптера. Учебные полёты.
25
7
18
Практическая работа
Учебные полёты
Сборка и настройка квадрокоптера
Блок 3.
Настройка, установка FPV – оборудования.
9
1
8
Практическая работа
Установка видеооборудования.
Полёты «от первого лица».
Блок 4.
Работа в группах над инженерным проектом.
19
5
14
Практическая работа
Самостоятельная
подготовка групповых инженерных проектов
Итоговый контроль
1
0
1
Защита проекта
Итого:
68
23
45
68
Содержание тем модуля: « Робототехника»
Тема 1. Введение, 2 часа
Теория: Конструктор Mindstorms NXT. Знакомство с набором 9797, изучение его деталей. Получение представлений о микропроцессорном блоке NXT, являющимся мозгом конструктора LEGO Mindstorms 9797. Подготовка конструктора и NXT к дальнейшей работе. Особенности платформы Arduino. Контроль: тестирование.
Тема 2. Конструирование, 20 часов
Теория: Знакомство с электронными компонентами и их использование:
Модуль NXT с батарейным блоком; датчики: ультразвуковой (датчик расстояния), касания, звука - микрофон, освещенности; соединительные кабели разной длины для подключения датчиков и сервоприводов к NXT и USB - кабели для подключения NXT к компьютеру.
Практика: Микроконтроллер Arduino UNO, различные датчики и блоки. Контроль: педагогическое наблюдение.
Тема 3. Управление, 14 часов
Практика: Составление программ передвижения робота вперед и назад, который имеет мотор, способный изменять вращение оси машины. Робот имеет правый и левый моторы, подключенные к портам B и C. Сборка и программирование робота Mindstorms NXT, который должен двигаться вперед и поворачивать под прямым углом направо. Определение общих для всех датчиков параметров, которые надо проверить перед работой и настроить по заданным параметрам.
Подготовка программ Arduino. Контроль: Тестирование узлов и блоков.
Тема 4. Проектно-конструкторская деятельность, 28 часов
Теория: Работа в Интернете(обзор требуемых программных продуктов). Поиск информации о соревнованиях, описаниях моделей, технологии сборки и программирования роботов. Сборка своих моделей.
Практика: Анализ умений программирования робота.
Контроль: Подведение итогов курса – проведение соревнований (турниров), учебных исследовательских конференций.
Тема 5 Свободное моделирование, 4 часа
Содержание тем модуля: «Квадрокоптеры»
№ п/п
Наименование темы
Содержание темы
1
2
3
Блок 1.
Теория мультироторных систем.
Основы управления. Полёты на симуляторе.
Вводная лекция о содержании курса.
Принципы управления и строение мультикоптеров.
Техника безопасности полётов
Основы электричества. Литий- полимерные аккумуляторы.
Практическое занятия с литий- полимерными аккумуляторами (зарядка/разрядка/балансировка
/хранение)
Технология пайки. Техника безопасности.
Обучение пайке.
Полёты на симуляторе.
Теория:Устройство мультироторных систем. Основы конструкции мультироторных систем. Принципы управления мультироторными системами.
Аппаратура радиоуправления: принцип действия, общее устройство.
Техника безопасности при работе с мультироторными системами.
Электронные компоненты мультироторных систем: принципы работы, общее устройство.
Практика: Литий-полимерные аккумуляторы и их зарядные устройства: устройство, принцип действия, методы зарядки/разрядки/хранения/ балансировки аккумуляторов, безопасная работа с оборудованием.
Пайка электронных компонентов: принципы пайки, обучение пайке, пайка электронных компонентов мультироторных систем.
Полёты на симуляторе: обучение полётам на компьютере.
Тест: проведение учебных полётов на симуляторе.
Блок 2.
Сборка и настройка квадрокоптера.
Учебные полёты.
Управление полётом мультикоптера. Принцип функционирования полётного контроллера и аппаратуры управления.
Бесколлекторные двигатели и регуляторы их хода. Платы разводки питания.
Сборка рамы квадрокоптера.
Пайка ESC, BEC и силовой части.
Основы настройки полётного контроллера с помощью компьютера. Настройка Аппаратуры управления.
Настройки полётного контроллера.
Инструктаж по технике безопасности полетов.
Первые учебные полёты:
«взлёт/посадка», «удержание на заданной высоте», перемещения «вперед-назад»,
«влево-вправо». Разбор аварийных ситуаций.
9. Выполнение полётов: «точная посадка на удаленную точку», «коробочка», «челнок», «восьмерка», «змейка»,
Теория:Полётный контроллер: устройство полётного контроллера, принципы его функционирования, настройка контроллера с помощью компьютера, знакомство с программным обеспечением для настройки контроллера.
Бесколлекторные двигатели и их регуляторы хода: устройство, принципы их функционирования, пайка двигателей и регуляторов.
Платы разводки питания: общее устройство, характеристики, пайка регуляторов и силовых проводов к платам разводки питания.
Инструктаж перед первыми учебными полётами.
Практика: Проведение учебных полётов в зале, выполнение заданий: «взлёт/посадка», «удержание на заданной высоте», «вперед-назад», «влево-вправо», «точная посадка на удаленную точку»,
«коробочка», «челнок», «восьмерка», «змейка», «облет по кругу».
Диагностика:Разбор аварийных ситуаций.
Блок 3.
Настройка, установка FPV – оборудования.
Основы видеотрансляции. Применяемое оборудование, его настройка.
Установка и подключение радиоприёмника и видеооборудования.
Пилотирование с использованием FPV- оборудования.
Теория:Основы видеотрансляции: принципы передачи видеосигнала, устройство и характеристики применяемого оборудования.
Установка, подключение и настройка видеооборудования на мультироторные системы. Практика:Пилотирование с использованием FPV- оборудования.
Промежуточный контроль
Блок 4.
Работа в группах над инженерным проектом.
Принципы создания инженерной проектной работы.
Основы 3D-печати и 3D-моделирования.
Работа в группах над инженерным проектом
«Беспилотная авиационная система».
Подготовка презентации собственной проектной работы.
Работа над инженерным проектом: основы планирования проектной работы, работа над проектом в составе команды.
Теория: Основы 3D-печати и 3D-моделирования: применяемое оборудование и программное обеспечение.
Практика: Практическая работа в группах над инженерным проектом по теме «Беспилотная авиационная система».
Контроль: Подготовка и проведение презентации по проекту.
Предполагаемые результаты освоения программы модуля «Робототехника».
Личностные:
- совместно обучаться в рамках одной бригады;
- проявлять повышенное внимание культуре и этике общения;
- проявлять творческий подход к решению поставленной задачи;
-развитые ассоциативные возможности мышления у обучающихся.
Метапредметные:
- распределять обязанности в своей бригаде;
- создавать модели реальных объектов и процессов;
- видеть реальный результат своей работы.
Предметные:
Обучающийся будет знать:
конструкцию, органы управления и дисплей NXT;
датчики NXT;
сервомотор NXT;
интерфейс программы Lego Mindstorms Education NXT;
платформу Arduino;
основы программирования, программные блоки.
Обучающийся будет уметь:
структурировать поставленную задачу и составлять план ее решения;
использовать приёмы оптимальной работы на компьютере
извлекать информацию из различных источников
Составлять алгоритмы обработки информации
ставить задачу и видеть пути её решения;
разрабатывать и реализовывать проект;
проводить монтажные работы, наладку узлов и механизмов;
собирать робота, используя различные датчики
программировать робота.
Предполагаемые результаты освоения программы модуля «Квадрокоптеры».
Личностные:
сформированность коммуникативной культуры обучающихся, внимание, уважение к людям;
развитие трудолюбия, трудовых умений и навыков, широкий политехнический кругозор;
сформированность умения планировать работу по реализации замысла, способность предвидеть результат и достигать его, при необходимости вносить коррективы в первоначальный замысел;
сформированность способности к продуктивному общению и сотрудничеству со сверстниками и взрослыми в процессе творческой деятельности.
Метапредметные:
сформированность у обучающихся самостоятельности в учебно-познавательной деятельности;
развитие способности к самореализации и целеустремлённости;
сформированность у обучающихся технического мышления и творческого подхода к работе;
развитость навыков научно-исследовательской, инженерно-конструкторской и проектной деятельности у обучающихся.
Предметные:
приобретение обучающимися знаний в области моделирования и конструирования БАС;
занятия по настоящей программе помогут обучающимся сформировать технологические навыки;
сформированность навыков современного организационно-экономического мышления, обеспечивающая социальную адаптацию в условиях рыночных отношений.
Календарный учебный график
Год обучения
Дата начала обучения
Дата окончания обучения
Всего учебных недель
Всего учебных дней
Количество учебных часов
Режим занятий
2021-2022
01.09.2021
31.05.2022
34
68
136
2 раза в неделю по 2 часа
Формы, методы контроля и аттестации учащихся
Виды контроля:
вводный, который проводится перед началом работы и предназначен для закрепления знаний, умений и навыков по пройденным темам;
текущий, проводимый в ходе учебного занятия и закрепляющий знания по данной теме;
итоговый, проводимый после завершения всей учебной программы.
Формы проверки результатов:
наблюдение за детьми в процессе работы;
соревнования;
индивидуальные и коллективные технические проекты.
Формы подведения итогов реализации программы
выполнение практических полётов (визуальных и с FPV);
практические работы по сборке, программированию и ремонту квадрокоптеров;
творческие задания (подготовка проектов и их презентация).
Условия реализации программы
Использование информационной, методической и специальной литературы, интернет ресурсов, справочного материала на различных носителях; Оборудование: Блоки питания, зарядные устройства, аккумуляторы, паяльное оборудование, измерительные приборы, монтажные инструменты, ноутбук, комплектующие для сборки, настройки и программирования: 1. Роботов, 2.Квадрокоптеров.
Форма одежды для занятий: повседневная + защитные очки.
Кадровое обеспечение: курс ведет педагог дополнительного образования с высшим техническим образованием(инженер-системотехник).
Форма организации учебного занятия: проектная деятельность, теория решения изобретательских задач, работа в команде, аэродинамика и конструирование беспилотных летательных аппаратов, основы радиоэлектроники и схемотехники, программирование микроконтроллеров, работа с роботами, лётная эксплуатация БАС (беспилотных авиационных систем). Программа направлена на развитие у учащегося к проектной, конструкторской и предпринимательской деятельности, значительно расширяющей кругозор и образованность обучающегося.
Форма проведения занятий «лекции» подразумевает такую форму занятий, в процессе которых происходит развитие т.наз. soft-skills (теоретических знаний и когнитивных приемов) обучающихся, а именно:
технология изобретательской разминки и логика ТРИЗ;
противоречие как основа изобретения;
идеальный конечный результат;
алгоритм проектирования технической системы;
командообразование;
работа в команде;
личная ответственность и тайм-менеджмент;
проектная деятельность;
продуктовое мышление;
универсальная пирамида прогресса;
планирование и постановка собственного эксперимента;
Форма проведения занятий «практические занятия» подразумевает такую форму занятий, в процессе которых происходит развитие т.наз. hard-skills (навыков и умений) обучающихся, а именно:
работа с простым инструментом (отвертка, пассатижи);
работа с оборудованием hi-tech-цеха (пайка, лазерная резка);
работа с программным обеспечением (настройка летного контроллера квадрокоптера, проектирование рамы квадрокоптера);
управление квадрокоптером.
Помимо лекций и практических занятий программа предусматривает выставки, конкурсы профессионального мастерства, тестирование.
Педагогические технологии, используемые в программе
- разноуровневый подход;
-дифференцированный подход;
- индивидуальный подход;
- субъектно-личностный подход;
-здоровьесберегающие технологии- создание комплексной стратегии улучшения здоровья учащихся, разработка системы мер по сохранению здоровья детей во время обучения и выработка знаний и навыков, которыми должен овладеть учащийся;
- принцип гармонии простоты и красоты лежит в основе любого вида деятельности, одновременно является критерием творческой деятельности и результатом в процессе саморазвития творческих способностей.
