Робототехника: конструирование и программирование Lego
Робототехника: конструирование и программирование Lego
Пояснительная записка
Робототехника – увлекательное занятие в любом возрасте. Конструирование самодельного робота не только увлекательное занятие, но и процесс познания во многих областях, таких как: электроника, механика, программирование. И совсем не обязательно быть инженером, чтобы создать робота. Собрать робота из конструктора Lego Mindstorms NXT самостоятельно может даже и ученик школы.
Образовательная робототехника в школе приобретает все большую значимость и актуальность в настоящее время. Занятия по робототехнике знакомят ребёнка с законами реального мира, учат применять теоретические знания на практике, развивают наблюдательность, мышление, сообразительность, креативность.
Современные технологии настолько стремительно входят в нашу повседневную жизнь, что справиться с компьютером или любой электронной игрушкой для ребенка не проблема. Смышленый школьник, используя современный конструктор от компании ЛЕГО, может собрать настоящего интеллектуального робота. Конструктор Lego Mindstorms NXT позволяет учащимся работать в качестве юных исследователей, инженеров, предоставляя им инструкции, инструментарий и задания для межпредметных проектов. Учащиеся собирают и программируют действующие модели, а затем используют их для выполнения задач, по сути являющихся упражнениями из курсов естественных наук, технологии, математики, развития речи.
Чтобы достичь высокого уровня творческого и технического мышления, дети должны пройти все этапы конструирования. Необходимо помнить, что такие задачи ставятся, когда учащиеся имеют определённый уровень знаний, опыт работы, умения и навыки. Юные исследователи, войдя в занимательный мир роботов, погружаются в сложную среду информационных технологий, позволяющих роботам выполнять широчайший круг функций.
Рабочая программа, составлена на основании Учебного плана МБОУ «Чурапчинская гимназия имени С.К. Макарова» на 2012- 2013 учебный год;
Данная программа и составленное тематическое планирование рассчитано на 2 час в неделю. Для реализации программы в кабинете имеются наборы конструктора Lego Mindstorms, базовые детали, компьютеры, принтер, проектор, экран, видео оборудование. Название курса – «Робототехника». Класс – 5- 9
Цели и задачи курса
Цель: обучение основам конструирования и программирования
Задачи:
1. Развивать мелкую моторику
2. Развивать творческие способности и логическое мышление детей
5. Способствовать развитию интереса к технике, конструированию, программированию, высоким технологиям.
6. Способствовать развитию конструкторских, инженерных и вычислительных навыков.
7. Развивать мелкую моторику.
8. Стимулировать интерес к поисковой творческой деятельности
Форма контроля
1 Лекции
2 Практические занятия
3 Творческие проекты
При организации практических занятий и творческих проектов формируются команды из 2-4 человек. Для каждой команды желательно иметь отдельное рабочее место, состоящее из компьютера и конструктора (элементами для конструирования учащиеся обеспечивают себя самостоятельно).
Преобладающей формой текущего контроля выступает проверка работоспособности робота:
выяснение технической задачи,
определение путей решения технической задачи
Контроль осуществляется в форме творческих проектов, самостоятельной
разработки работ.
Срок обучения
Всего часов на изучение программы 70 часов
Количество часов в неделю 2 часа
Методы обучения
1. Познавательный (восприятие, осмысление и запоминание учащимися нового материала с привлечением наблюдения готовых примеров, моделирования, изучения иллюстраций, воспрпиятия, анализа и обобщения материалов);
2. Метод проектов (при усвоении и творческом применении навыков и умений в процессе разработки собственных моделей)
3. Систематизирующий (беседа по теме, составление систематизирующих таблиц, графиков, схем и т.д.)
4. Контрольный метод (при выявлении качества усвоения знаний, навыков и умений и их коррекция в процессе выполнения практических заданий)
5. Групповая работа (используется при совместной сборке моделей, а также при разработке проектов)
Формы организации учебных занятий
Среди форм организации учебных занятий в данном курсе выделяются:
практикум;
урок-консультация;
урок-ролевая игра;
урок-соревнование;
выставка;
урок проверки и коррекции знаний и умений.
Содержание курса
Введение (5 ч.)
Правила поведения и ТБ в кабинете информатики и при работе с
конструкторами.
Тема 2. Первые шаги в робототехнику (21 ч.)
Правила работы с конструктором Lego.
Основные детали конструктора Lego. Спецификация конструктора.
Сбор непрограммируемых моделей. Знакомство с NXT. Кнопки управления. Передача программы. Запуск программы. Отработка составления простейшей программы по шаблону, передачи и запуска программы. Параметры мотора. Изучение влияния параметров на работу модели. Знакомство с датчиками.
Датчики и их параметры:
Датчик касания;
Датчик освещенности,
Ультразвуковой датчик.
Сборка модели. Повторение изученных команд. Разработка и сбор собственных моделей.
Тема 3. Программирование (41 ч.)
Язык NXT Mindstorms. Визуальные языки программирования.
Разделы программы, уровни сложности. Знакомство с NXT. Инфракрасный передатчик. Передача программы. Запуск программы. Команды визуального языка программирования NXT Mindstorms. Изучение программы. Изображение команд в программе и на схеме.
Отработка составления простейшей программы по шаблону, передачи и запуска программы. Составление программы.
Сборка модели с использованием мотора. Составление программы, передача, демонстрация. Сборка модели с использование лампочки. Составление программы, передача, демонстрация.
Линейная и циклическая программа. Составление программы с использованием параметров, зацикливание программы. Знакомство с датчиками. Условие, условный переход. Датчик касания (Знакомство с командами: жди нажато, жди отжато, количество нажатий).
Датчик освещенности (Датчик освещенности. Влияние предметов разного цвета на показания датчика освещенности. Знакомство с командами: жди темнее, жди светлее).
Проектная деятельность в группах (3 ч.)
Разработка собственных моделей в группах, подготовка к мероприятиям, связанным с ЛЕГО. Выработка и утверждение темы, в рамках которой будет реализовываться проект. Конструирование модели, ее программирование группой разработчиков. Презентация моделей. Выставки. Соревнования.
Учащиеся должны уметь:
- работать с литературой, с журналами, с каталогами, в интернете (изучать и обрабатывать информацию);
- самостоятельно решать технические задачи в процессе конструирования роботов (планирование предстоящих действий, самоконтроль, применять полученные знания);
-уметь критически мыслить.
Кроме того, одним из ожидаемых результатов занятий по данному курсу является участие школьников в различных в лего-конкурсах и олимпиадах по робототехнике.
Вы уже знаете о суперспособностях современного учителя?
Тратить минимум сил на подготовку и проведение уроков.
Быстро и объективно проверять знания учащихся.
Сделать изучение нового материала максимально понятным.
Избавить себя от подбора заданий и их проверки после уроков.
Просмотр содержимого документа
«Робототехника: конструирование и программирование Lego »
Пояснительная записка
Робототехника – увлекательное занятие в любом возрасте. Конструирование самодельного робота не только увлекательное занятие, но и процесс познания во многих областях, таких как: электроника, механика, программирование. И совсем не обязательно быть инженером, чтобы создать робота. Собрать робота из конструктора Lego Mindstorms NXT самостоятельно может даже и ученик школы.
Образовательная робототехника в школе приобретает все большую значимость и актуальность в настоящее время. Занятия по робототехнике знакомят ребёнка с законами реального мира, учат применять теоретические знания на практике, развивают наблюдательность, мышление, сообразительность, креативность.
Современные технологии настолько стремительно входят в нашу повседневную жизнь, что справиться с компьютером или любой электронной игрушкой для ребенка не проблема. Смышленый школьник, используя современный конструктор от компании ЛЕГО, может собрать настоящего интеллектуального робота. Конструктор Lego Mindstorms NXT позволяет учащимся работать в качестве юных исследователей, инженеров, предоставляя им инструкции, инструментарий и задания для межпредметных проектов. Учащиеся собирают и программируют действующие модели, а затем используют их для выполнения задач, по сути являющихся упражнениями из курсов естественных наук, технологии, математики, развития речи.
Чтобы достичь высокого уровня творческого и технического мышления, дети должны пройти все этапы конструирования. Необходимо помнить, что такие задачи ставятся, когда учащиеся имеют определённый уровень знаний, опыт работы, умения и навыки. Юные исследователи, войдя в занимательный мир роботов, погружаются в сложную среду информационных технологий, позволяющих роботам выполнять широчайший круг функций.
Рабочая программа, составлена на основании Учебного плана МБОУ «Чурапчинская гимназия имени С.К. Макарова» на 2012- 2013 учебный год;
Данная программа и составленное тематическое планирование рассчитано на 2 час в неделю. Для реализации программы в кабинете имеются наборы конструктора Lego Mindstorms, базовые детали, компьютеры, принтер, проектор, экран, видео оборудование. Название курса – «Робототехника». Класс – 5- 9
Цели и задачи курса
Цель: обучение основам конструирования и программирования
Задачи:
1. Развивать мелкую моторику
2. Развивать творческие способности и логическое мышление детей
5. Способствовать развитию интереса к технике, конструированию, программированию, высоким технологиям.
6. Способствовать развитию конструкторских, инженерных и вычислительных навыков.
7. Развивать мелкую моторику.
8. Стимулировать интерес к поисковой творческой деятельности
Форма контроля
1 Лекции
2 Практические занятия
3 Творческие проекты
При организации практических занятий и творческих проектов формируются команды из 2-4 человек. Для каждой команды желательно иметь отдельное рабочее место, состоящее из компьютера и конструктора (элементами для конструирования учащиеся обеспечивают себя самостоятельно).
Преобладающей формой текущего контроля выступает проверка работоспособности робота:
выяснение технической задачи,
определение путей решения технической задачи
Контроль осуществляется в форме творческих проектов, самостоятельной
разработки работ.
Срок обучения
Всего часов на изучение программы 70 часов
Количество часов в неделю 2 часа
Методы обучения
1. Познавательный (восприятие, осмысление и запоминание учащимися нового материала с привлечением наблюдения готовых примеров, моделирования, изучения иллюстраций, воспрпиятия, анализа и обобщения материалов);
2. Метод проектов (при усвоении и творческом применении навыков и умений в процессе разработки собственных моделей)
3. Систематизирующий (беседа по теме, составление систематизирующих таблиц, графиков, схем и т.д.)
4. Контрольный метод (при выявлении качества усвоения знаний, навыков и умений и их коррекция в процессе выполнения практических заданий)
5. Групповая работа (используется при совместной сборке моделей, а также при разработке проектов)
Формы организации учебных занятий
Среди форм организации учебных занятий в данном курсе выделяются:
практикум;
урок-консультация;
урок-ролевая игра;
урок-соревнование;
выставка;
урок проверки и коррекции знаний и умений.
Содержание курса
Введение (5 ч.)
Правила поведения и ТБ в кабинете информатики и при работе с
конструкторами.
Тема 2. Первые шаги в робототехнику (21 ч.)
Правила работы с конструктором Lego.
Основные детали конструктора Lego. Спецификация конструктора.
Сбор непрограммируемых моделей. Знакомство с NXT. Кнопки управления. Передача программы. Запуск программы. Отработка составления простейшей программы по шаблону, передачи и запуска программы. Параметры мотора. Изучение влияния параметров на работу модели. Знакомство с датчиками.
Датчики и их параметры:
Датчик касания;
Датчик освещенности,
Ультразвуковой датчик.
Сборка модели. Повторение изученных команд. Разработка и сбор собственных моделей.
Тема 3. Программирование (41 ч.)
Язык NXT Mindstorms. Визуальные языки программирования.
Разделы программы, уровни сложности. Знакомство с NXT. Инфракрасный передатчик. Передача программы. Запуск программы. Команды визуального языка программирования NXT Mindstorms. Изучение программы. Изображение команд в программе и на схеме.
Отработка составления простейшей программы по шаблону, передачи и запуска программы. Составление программы.
Сборка модели с использованием мотора. Составление программы, передача, демонстрация. Сборка модели с использование лампочки. Составление программы, передача, демонстрация.
Линейная и циклическая программа. Составление программы с использованием параметров, зацикливание программы. Знакомство с датчиками. Условие, условный переход. Датчик касания (Знакомство с командами: жди нажато, жди отжато, количество нажатий).
Датчик освещенности (Датчик освещенности. Влияние предметов разного цвета на показания датчика освещенности. Знакомство с командами: жди темнее, жди светлее).
Проектная деятельность в группах (3 ч.)
Разработка собственных моделей в группах, подготовка к мероприятиям, связанным с ЛЕГО. Выработка и утверждение темы, в рамках которой будет реализовываться проект. Конструирование модели, ее программирование группой разработчиков. Презентация моделей. Выставки. Соревнования.
Учащиеся должны уметь:
- работать с литературой, с журналами, с каталогами, в интернете (изучать и обрабатывать информацию);
- самостоятельно решать технические задачи в процессе конструирования роботов (планирование предстоящих действий, самоконтроль, применять полученные знания);
-уметь критически мыслить.
Кроме того, одним из ожидаемых результатов занятий по данному курсу является участие школьников в различных в лего-конкурсах и олимпиадах по робототехнике.
Календарно-тематическое планирование (70 часов)
Сроки проведения занятий
№ занятия
Тема занятия
Краткое описание содержания занятия
Кол – во
часов
Тема 1. Введение в робототехнику (5 ч.)
1
Инструктаж по технике безопасности.
Применение роботов в современном мире
Инструктаж по технике безопасности.
Применение роботов в современном мире: от детских игрушек, до серьезных научных исследовательских разработок.
Демонстрация передовых технологических разработок, представляемых в Токио на Международной выставке роботов.
История робототехники, от глубокой древности до наших дней
1
2,3
Идея создания роботов. История робототехники.
2
4
Что такое робот.
Виды современных роботов. Соревнования роботов
Определение понятия «робота».
Классификация роботов по назначению. Соревнования роботов.
1
5
Виды современных роботов. Соревнования роботов
1
Тема 2. Первые шаги в робототехнику (21 ч.)
6
Знакомство с конструктором ЛЕГО NXT
Знакомство с основными составляющими частями среды конструктора
1
7
Путешествие по ЛЕГО-стране. Исследователи цвета
Знакомство детей с конструктором с ЛЕГО-деталями, с цветом ЛЕГО-элементов
1
8
Исследование конструктора и видов их соединения
Продолжить знакомство детей с конструктором ЛЕГО, с формой ЛЕГО-деталей, которые похожи на формочки, и вариантами их скреплений. Продолжить составление ЛЕГО-словаря. Вырабатывать навык ориентации в деталях, их классификации, умение слушать инструкцию педагога
1
9
Кнопки управления.
1
10
Сбор непрограммируемых моделей.
1
11,12
Сбор непрограммируемых моделей.
2
13,14
Составление простейшей программы по шаблону, передача и запуск программы.
2
15,16
Параметры мотора и лампочки.
2
17
Изучение влияния параметров на работу модели.
1
18
Знакомство датчикам касание
1
19
Знакомство датчикам освещённости
1
20
Знакомство с ультразвуковой датчик
1
21
Знакомство световым датчиком
1
22
Знакомство датчиком звука
1
23
Знакомство датчиком компас
1
24,25
Разработка и сбор собственных моделей.
2
26
Демонстрация моделей
1
Тема 3. Программирование (41 ч.)
27,28
Визуальные языки программирования
2
29
NXT Mindstorms. Разделы программы/
1
30
NXT. Передача и запуск программы.
1
31
Команды Окно инструментов.
1
32
Работа с пиктограммами, соединение команд
1
33
Знакомство с командами: запусти мотор
вперед; жди; запусти мотор назад; стоп. Практ. работа 1. Использование на практике
1
34
Составления программы по шаблону
1
35
Передача и запуск программы
1
36
Составление программы
1
37
Сборка модели с использованием мотора
1
38
Составление программы, передача,
демонстрация
1
39
Линейная и циклическая программа.
1
40
Использование датчика света на приктике
1
41
Конструирование первого робота
Практика. Собираем первую модель робота «Пятиминитука» по инструкции.
1
42,43
Изучение среды управления и программирования
Лекция. Изучение программного обеспечения, изучение среды программирования, управления. Краткое изучение программного обеспечения, изучение среды программирования и управления.
Собираем робота "Линейный ползун": модернизируем собранного на предыдущем уроке робота "Пятиминутку" и получаем "Линейного ползуна". Загружаем готовые программы управления роботом, тестируем их, выявляем сильные и слабые стороны программ, а также регулируем параметры, при которых программы работают без ошибок.
2
44
Программирование робота
Практика. Разработка программ для выполнения поставленных задачи: несколько коротких заданий из 4-5 блоков
1
45,46
Конструирование трехколесного робота
Создаём и тестируем "Трёхколёсного робота". У этого робота ещё нет датчиков, но уже можно писать средние по сложности программы для управления двумя серводвигателями.
2
47,48
Программирование трехколесного робота
Практика. Разработка программ для выполнения поставленных задачи: несколько коротких заданий. Количество блоков в программах более 5 штук. (более сложная программа).
Собираем и программируем "Бот-внедорожник" На предыдущем уроке мы собрали "Трёхколёсного" робота. Мы его оставили в ящике, на этом уроке достаём и вносим небольшие изменения в конструкцию. Получаем уже более серьёзная модель, использующую датчик касания. Соответственно, мы продолжаем эксперименты по программированию робота. Пишем программу средней сложности, которая должна позволить роботу реагировать на событие нажатия датчика.
Задача примерно такая: допустим, робот ехал и упёрся в стену. Ему необходимо отъехать немножко назад, повернуть налево и затем продолжить движение прямо. Необходимо зациклить эту программу. Провести испытание поведения робота, подумать в каких случаях может пригодиться полученный результат.
2
49,50
Сборка гусеничного робота по инструкции
Создаём и тестируем "Гусеничного робота". Задача: необходимо научиться собирать робота на гусеницах. Поэтому тренируемся, пробуем собрать по инструкции. Если всё получилось, то управляем роботом с сотового телефона или с компьютера. Запоминаем конструкцию. Анализируем плюсы и минусы конструкции. На следующем уроке попробуем разобрать и заново собрать робота.
2
51
Конструирование гусеничного бота
На предыдущем уроке мы собирали гусеничного бота. Нужно ещё раз посмотреть на свои модели, запомнить конструкцию. Далее разобрать и попытаться собрать свою собственную модель. Она должна быть устойчива, не должно быть выступающих частей. Гусеницы должны быть оптимально натянуты. Далее тестируем своё гусеничное транспортное средство на поле, управляем им с мобильного телефона или с ноутбука.
1
52
Тестирование
Тест должен содержать простые и чётко сформулированные вопросы о конструкторе, о лего, о законах физики, математики и т.д. Рекомендуемое количество вопросов от 10 до 20. Ученики отвечают на простые вопросы, проверяют свой уровень знаний. В тест рекомендуется включить несколько вопросов на смекалку из цикла: "А что если...". В результате тестирования мы должны понять научился ли чему-нибудь ученик.
1
53,54
Сборка робота-сумоиста
Нам необходимо ознакомиться с конструкцией самого простого робота сумоиста. Для этого читаем и собираем робота по инструкции: бот - сумоист. Собираем, запоминаем конструкцию. Тестируем собранного робота. Управляем им с ноутбука/нетбука.
2
55
Соревнование "роботов сумоистов"
Собираем по памяти на время робота-сумоиста. Продолжительность сборки: 30-60 минут. Устраиваем соревнования. Не разбираем конструкцию робота победителя. Необходимо изучить конструкции, выявить плюсы и минусы бота.
1
56
Анализ конструкции победителей
Необходимо изучить конструкции, выявить плюсы и минусы бота. Проговариваем вслух все плюсы и минусы. Свободное время. Собираем любую со сложностью не выше 3 единиц из имеющихся инструкций роботов.
1
57
Самостоятельное Конструирование робота к соревнованиям
Задача учеников самостоятельно найти и смастерить конструкцию робота, которая сможет выполнять задания олимпиады. Все задания расклываем по частям, например, нужно передвигаться из точки А в точку Б - это будет первая задача, нужно определять цвет каждой ячейки - это вторая задача, в зависимости от цвета ячейки нужно выкладвать определённое количество шариков в ячейку - это третья задача.
1
58,59
Свободный урок. Сбор готовой модели на выбор.
Сбор и исследование одной из моделей роботов на выбор:
Гоночная машина - автобот - автомобиль с возможностью удалённого управления и запрограммирования его для движения по цветным линиям на полу!
Бот с ультразвуковым датчиком - 4-х колёсный робот с интеллектуальной программой, принимающей решение куда ехать при наличии препятствия.
Бот с датчиком касания - 4-х колёсный робот с программой, использующей датчик касания в качестве инструмента для определения препятствий.
Бот с датчиком для следования по линии - робот, программа которого настроена на его движение по чёрной линии.
Бот стрелок - простейший робот, стреляющий в разные стороны шариками.
Цель: Закрепить навыки конструирования по готовым инструкциям. Изучить программы.
Ученикам необходимо собрать модели по инструкции. Загрузить имеющуюся программу. Изучить работу программы, особенности движения, работы с датчиком и т.д. модели робота. Сделать соответствующие выводы.
2
60,61
Конструирование 4-х колёсного или гусеничного робота
Цель: собрать по инструкции робота, изучить его возможности и программу.
Необходимо выбрать одного из 9 имеющиеся конструкции МУЛЬТИБОТА. Собираем робота по инструкции, загружаем программу, изучаем его поведение: запкскаем, наблюдаем, тестируем. Меняем программу, добиваемся изменения принципа работы робота. Меняем его конструкцию.
2
62,63
Конструирование колёсного или гусеничного робота.
Цель: придумать и собрать робота. Самостоятельно запрограмиировать робота.
Придумываем конструкцию, которую мы бы хотели собрать. Назовём конструкци роботом. Пусть робот перемещается на 4-х колёсах или гусеницах. Пусть он может короткое время (минимум 1 минуту) передвигаться самостоятельно.
Начинаем сборку модели. Обсуждаем подробности конструкции и параметры программы.
2
64
Контрольное тестирование
Тест должен содержать простые и чётко сформулированные вопросы о конструкторе, о лего, о законах физики, математики и т.д. Рекомендуемое количество вопросов 20 штук. Ученики отвечают на простые вопросы, проверяют свой уровень знаний. В тест рекомендуется включить несколько вопросов на смекалку из цикла: "А что если...". В результате тестирования мы должны понять научился ли чему-нибудь ученик. Проводим анализ полученных результатов. Сравниваем их с теми, что были получены в начале обучения по предмету "робототехника". Проводим "отсев" двоечников, выбираем учеников, способных изучать робототехнику на повышенном уровне. Формируем из них группу для обучения на второй год.
1
65
Сборка робота-богомола
Собираем и программируем робота-богомола МАНТИ. Урок 1. Инструкция Инструкция по сборке робота 'МАНТИ: безобидный богомол'
1
66
Сборка робота высокой сложности
Собираем робота АЛЬФАРЕКСА (ALFAREX) урок 1. Инструкция Инструкция по сборке робота 'АЛЬФАРЕКС' для конструктора 8547..
1
67
Программирование робота высоко сложности
Программируем робота АЛЬФАРЕКСА, готовимся к показательным выступлениям.
1
Тема 4. Проектная деятельность в группах (3 ч.)
68,69
Выработка и утверждение тем проектов
Конструирование модели, ее
программирование группой разработчиков
2
70
Презентация моделей
Защита проектов
1
Итого
70
Список использованной литературы:
Чехлова А. В., Якушкин П. А.«Конструкторы LEGO DAKTA в курсе информационных технологий. Введение в робототехнику». - М.: ИНТ, 2001 г.
Филиппов С.А. «Робототехника для детей и родителей» - «Наука» 2010г.
Образовательная робототехника на уроках информатики и физики в средней школе:. учебно-методическое пособие /[Владислав Николаевич Халамов (рук.) и др]. - Челябинск : Взгляд, 2011. -160с.:ил
Тришина С. В. Информационная компетентность как педагогическая категория [Электронный ресурс]. ИНТЕРНЕТ-ЖУРНАЛ «ЭЙДОС» –www.eidos.ru .
Поташник М.М. Управление профессиональным ростом учителя в современной школе.– М., 2009
Концепция модернизации российского образования http://www.ug.ru/02.31/t45.htm
«Новые информационные технологии для образования». Институт ЮНЕСКО по информационным технологиям в образовании. Издательство « Москва». 2000 г
