Программа внеурочной деятельности по техническому направлению в 5-ом классе "Роботландия"

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение

«Баппагайинская средняя общеобразовательная школа имени М.А. Алексеева»

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА

внеурочной деятельности

по техническому направлению в 5-ом классе

«РОБОТЛАНДИЯ»

2014 -2015 учебный год

Раздел I. Пояснительная записка

Статус документа

Программа курса составлена в соответствии с требованиями Федерального государственного образовательного стандарта основного общего образования. На изучение программы элективного курса отведено1 учебный час в неделю, в год – 34 часа, 3 часа резервных.

Робототехника - это проектирование, конструирование и программирование всевозможных интеллектуальных механизмов - роботов, имеющих модульную структуру и обладающих мощными микропроцессорами.

Сегодня человечество практически вплотную подошло к тому моменту, когда роботы будут использоваться во всех сферах жизнедеятельности. Поэтому курсы робототехники и компьютерного программирования необходимо вводить в образовательные учреждения.

Изучение робототехники позволяет решить следующие задачи, которые стоят перед информатикой как учебным предметом. А именно, рассмотрение линии алгоритмизация и программирование, исполнитель, основы логики и логические основы компьютера.

Также изучение робототехники возможно в курсе математики (реализация основных математических операций, конструирование роботов), технологии (конструирование роботов, как по стандартным сборкам, так и произвольно), физики (сборка деталей конструктора, необходимых для движения робота-шасси).

Общая характеристика учебного предмета

Цель: создание условий для изучения основ алгоритмизации и программирования с использованием робота Lego Mindstorms NXT, развития научно-технического и творческого потенциала личности ребёнка путём организации его деятельности в процессе интеграции начального инженерно-технического конструирования и основ робототехники.

Задачи:
• оказать содействие в конструировании роботов на базе микропроцессора NXT;
• освоить среду программирования ПервоРобот NXT;
• оказать содействие в составлении программы управления Лего-роботами;
• развивать творческие способности и логическое мышление обучающихся;
• развивать умение выстраивать гипотезу и сопоставлять с полученным результатом;
• развивать образное, техническое мышление и умение выразить свой замысел;
• развивать умения работать по предложенным инструкциям по сборке моделей;
• развивать умения творчески подходить к решению задачи;
• развивать применение знаний из различных областей знаний;
• развивать умения излагать мысли в четкой логической последовательности, отстаивать свою точку зрения, анализировать ситуацию и самостоятельно находить ответы на вопросы путем логических рассуждений;
• получать навыки проведения физического эксперимента.

Основными педагогическими принципами, обеспечивающими реализацию программы элективного курса «Роботландия», являются:
- Принцип максимального разнообразия предоставленных возможностей для развития личности;
- Принцип возрастания роли внеурочной работы;
- Принцип индивидуализации и дифференциации обучения;
- Принцип свободы выбора учащимися образовательных услуг, помощи и наставничества.

В качестве платформы для создания роботов используется конструктор Lego Mindstorms NXT. На занятиях по робототехнике осуществляется работа с конструкторами серии LEGO Mindstorms. Для создания программы, по которой будет действовать модель, используется специальный язык программирования ПервоРобот NXT.

Конструктор LEGO Mindstorms позволяет школьникам в форме познавательной игры узнать многие важные идеи и развить необходимые в дальнейшей жизни навыки. Lego-робот поможет в рамках изучения данной темы понять основы робототехники, наглядно реализовать сложные алгоритмы, рассмотреть вопросы, связанные с автоматизацией производственных процессов и процессов управления. Робот рассматривается в рамках концепции исполнителя, которая используется в курсе информатики при изучении программирования. Однако в отличие от множества традиционных учебных исполнителей, которые помогают обучающимся разобраться в довольно сложной теме, Lego-роботы действуют в реальном мире, что не только увеличивает мотивационную составляющую изучаемого материала, но вносит в него исследовательский компонент.

Занятия по программе формируют специальные технические умения, развивают аккуратность, усидчивость, организованность, нацеленность на результат. Работает Lego Mindstorms на базе компьютерного контроллера NXT, который представляет собой двойной микропроцессор, Flash-памяти в каждом из которых более 256 кбайт, Bluetooth-модуль, USB-интерфейс, а также экран из жидких кристаллов, блок батареек, громкоговоритель, порты датчиков и сервоприводов. Именно в NXT заложен огромный потенциал возможностей конструктора lego Mindstorms. Память контроллера содержит программы, которые можно самостоятельно загружать с компьютера. Информацию с компьютера можно передавать как при помощи кабеля USB, так и используя Bluetooth. Кроме того, используя Bluetooth можно осуществлять управление роботом при помощи мобильного телефона. Для этого потребуется всего лишь установить специальное java-приложение.

Отличительные особенности программы

Реализация программы осуществляется с использованием методических пособий, специально разработанных фирмой "LEGO" для преподавания технического конструирования на основе своих конструкторов. Настоящий курс предлагает использование образовательных конструкторов Lego Mindstorms NXT как инструмента для обучения школьников конструированию, моделированию и компьютерному управлению на уроках робототехники. Простота в построении модели в сочетании с большими конструктивными возможностями конструктора позволяют детям в конце занятия увидеть сделанную своими руками модель, которая выполняет поставленную ими же самими задачу. При построении модели затрагивается множество проблем из разных областей знания – от теории механики до психологии.

Курс предполагает использование компьютеров совместно с конструкторами. Важно отметить, что компьютер используется как средство управления моделью; его использование направлено на составление управляющих алгоритмов для собранных моделей. Учащиеся получают представление об особенностях составления программ управления, автоматизации механизмов, моделировании работы систем. Методические особенности реализации программы предполагают сочетание возможности развития индивидуальных творческих способностей и формирование умений взаимодействовать в коллективе, работать в группе.

Технология обучения

Используются такие педагогические технологии как обучение в сотрудничестве, индивидуализация и дифференциация обучения, проектные методы обучения, технологии использования в обучении игровых методов, информационно-коммуникационные технологии.

Формы контроля и оценки образовательных результатов. Текущий контроль уровня усвоения материала осуществляется по результатам выполнения обучающихся практических заданий.
Итоговый контроль реализуется в форме соревнований (олимпиады) по робототехнике.

Организация учебного процесса

Изучение темы предусматривает организацию учебного процесса в двух взаимосвязанных и взаимодополняющих формах:

• урочная форма, в которой преподаватель объясняет новый материал и консультирует обучающихся в процессе выполнения ими практических заданий на компьютере;
• внеурочная форма, в которой обучающиеся после занятий (дома или в компьютерной аудитории) самостоятельно выполняют на компьютере практические задания.
Изучение темы обучающимися может проходить самостоятельно. Для этого рекомендуем использовать ЦОР «Основы робототехники».

Основные виды деятельности
- Знакомство с интернет-ресурсами, связанными с робототехникой;
- Проектная деятельность;
- Работа в парах, в группах;
- Соревнования.

Формы работы, используемые на занятиях
- лекция;
- беседа;
- демонстрация;
- практика;
- творческая работа;
- проектная деятельность.

Оборудование
• мультимедийный проектор;
• робот Lego Mindstorms;
• доска;
• карточки;
• презентация (ЦОР «Основы робототехники»)

Раздел II. Учебно-тематический план

Раздел III. Краткое содержание разделов программы

Введение в робототехнику (9 часов)

История создания роботов. Три закона робототехники. Знакомство с LEGO Mindstorms NXT 2.0. Состав LEGO Mindstorms NXT 2.0: программируемый блок, сервомоторы, датчики, механические детали, кабели, программное обеспечение (LabVIEW). Порты программируемого блока: USB; А, В, С – для сервомоторов; 1, 2, 3, 4 – для датчиков (датчики касания, ультразвуковой датчик, датчик цвета). Знакомство с интерфейсом программируемого блока (USB-соединение, имя NXT, индикатор работы NXT, Bluetooth, индикатор уровня заряда аккумулятора). Кнопки блока (подтверждение выбора, возвращение на один шаг назад, налево на один пункт меню, направо на один пункт меню). Главное меню NXT. Сборка базовой конструкции (робот за 10 минут). Механические балки, оси, колеса, шестеренки, штифты, прочие. Способы оптимального соединения датчиков к базовой конструкции. Знакомство с основами программирования в среде LabVIEW. Что такое алгоритм? (формы записи алгоритма: линейный алгоритм, ветвление в алгоритмах, циклические алгоритмы). Полная палитра (палитра готовых блоков). Передача и сохранение информации. Для чего используется датчик касания? (для определения, имеется ли перед роботом объект; для управления поведением робота; для выяснения, взял ли робот предмет). Создание примитивной программы для датчика касания. Тестирование программы. Коррекция программы. Для чего используется датчик цвета? (для определения цвета объекта; для создания цветовых эффектов; использование как датчик освещенности). Создание примитивной программы для датчика цвета. Тестирование программы. Коррекция программы. Для чего используется ультразвуковой датчик? (измерение расстояния от 0 до 255 см: по принципу «локатора» летучей мыши). Создание примитивной программы для ультразвукового датчика. Тестирование программы. Коррекция программы. Как устроен сервомотор. Датчик вращения (тахометр) (определение положения вала мотора, направление и скорость вращения). Знакомство с панелью регулировки движения сервомотора. Создание примитивных программ: прямое движение, движение по заданной дуге, движение назад. Тестирование программ. Коррекция программ.

Кегельринг (7 часов)

Ознакомление с регламентом соревнований КЕГЕЛЬРИНГ. Размеры поля «Кегельринг». Материалы, необходимые для изготовления поля, кеглей. Изготовление поля «Кегельринг». Сборка робота с датчиком цвета и ультразвуковым датчиком. Конструирование бампера. Алгоритмы выполнения задач по регламенту. Составление программ в среде LabVIEW по задуманному алгоритму для соревнования «Кегельринг». Тестирование созданных программ на выполнение. Корректировка.

Биатлон (10 часов)

Ознакомление с регламентом соревнований БИАТЛОН. Размеры поля «Биатлон». Материалы, необходимые для изготовления поля, кеглей. Изготовление поля «Биатлон». Работа с датчиком цвета. Настройка датчика цвета на освещенность. Калибровка датчика. Сборка робота с датчиком цвета. Тестирование. Корректировка. Использование третьего сервомотора для захвата. Конструирование захватов. Испытание захватов. Алгоритмы выполнения задач по регламенту. Составление программ в среде LabVIEW по задуманному алгоритму для соревнования «Биатлон». Тестирование созданных программ на выполнение. Корректировка. Итоговые соревнования «Биатлон». Отбор победителей. Анализ ошибок, допущенных при составлении программ.

Мини-сумо (8 часов)

Ознакомление с регламентом соревнований МИНИ-СУМО. Размеры поля «Мини-сумо». Материалы, необходимые для изготовления поля. Изготовление поля «Мини-сумо». Работа с датчиком цвета. Настройка датчика цвета. Калибровка датчика. Сборка робота с датчиками касания и ультразвуковым. Тестирование. Корректировка. Алгоритмы выполнения задач по регламенту. Составление программ в среде LabVIEW по задуманному алгоритму для соревнования «Мини-сумо». Тестирование созданных программ на выполнение. Корректировка. Итоговые соревнования «Мини-сумо». Отбор победителей. Анализ ошибок, допущенных при составлении программ. Создание видеоролика «Как все начиналось».

Раздел IV. Предполагаемые результаты освоения темы

Процесс изучения темы направлен на формирование следующих компетенций:

общекультурные компетенции:

• владеет культурой мышления, способен к обобщению, анализу, восприятию информации, постановке цели и выбору путей её достижения;
• готов к взаимодействию с коллегами, к работе в коллективе;
• владеет основными методами, способами и средствами получения, хранения, переработки информации, имеет навыки работы с компьютером как средством управления информацией;
• • способен использовать навыки публичной речи, ведения дискуссии и полемики;

общепрофессиональные компетенции:

• осознает социальную значимость своей будущей профессии, обладает мотивацией к осуществлению профессиональной деятельности;
• способен использовать систематизированные теоретические и практические знания гуманитарных, социальных и экономических наук при решении социальных и профессиональных задач;

специальные компетенции:

• способен использовать математический аппарат, методологию программирования и современные компьютерные технологии для решения практических задач получения, хранения, обработки и передачи информации;
• владеет современными формализованными математическими, информационно-логическими и методами представления, сбора и обработки информации;
• способен реализовывать аналитические и технологические решения в области программного обеспечения и компьютерной обработки информации.

Раздел V. Перечень учебно-методического обеспечения

1. Образовательная робототехника во внеурочной деятельности: учебно-методическое пособие/ В. Н. Халамов и др. – Челябинск: Взгляд, 2011. – 96 с. ил.

2. Образовательная робототехника на уроках информатики и физики в средней школе: учебно-методическое пособие/ В. Н. Халамов и др. – Челябинск: Взгляд, 2011. – 160 с. ил.

3. Материалы курсов МКА (малая компьютерная академия) ИМИ СВФУ.

4. Интернет-ресурсы.

Раздел VI.

Календарно-тематический план

занятий элективного курса в 8 классе