Календарный учебный график.
Дополнительная общеобразовательная общеразвивающая
Программа по образовательной робототехнике
«Инженерная робототехника на основе лего-конструктора»
Возраст учащихся: 10-14 лет
Срок реализации программы: 1 год
Автор: Каплин Борис Владимирович
ПДО по робототехнике
Улан-Удэ
2017 год
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА.
Данная образовательная программа разработана для учащихся 4-9 классов (10-14 лет) общеобразовательных школ, обучающихся в Центре дополнительного образования детей «Малая академия наук». Программа рассчитана на один год обучения.
Программа рассчитана на 1 год (всего 186 часов, 6 часов в неделю).Численность обучающихся в группе – до 10 человек.
Ни для кого не секрет, что современная техника стремительными темпами идёт вперёд, прогресс не стоит на месте и одно из направлений, которое активно сейчас развивается во всём мире, является робототехника. Роботы активно входят в нашу жизнь, уже сейчас есть роботы-пылесосы, дроны, роботы разведчики, роботы работающие на конвейерном цеху, а также различные роботизированные ЧПУ станки работающие на заводах и всем им нужны операторы, люди которые будут улучшать их работу, управлять ими. Но для того, чтобы управлять ими и создавать на их базе какие-то новые более прогрессивные модели роботов, необходимо изучать эту предметную область, прививать интерес учащихся для того, чтобы они могли в будущем быть конкурентоспособными на рынке труда.
Данный курс позволит учащимся разобраться и понять, что такое вообще роботы, изучить основы проектирования конструктивной и механической части роботов, а также познакомиться с такой важной темой курса, как построение алгоритмов и программирование роботов.
АКТУАЛЬНОСТЬ ПРОГРАММЫ.
Современный этап развития общества характеризуется ускоренными темпами освоения техники и технологий. Непрерывно требуются новые идеи для создания конкурентоспособной продукции, подготовки высококвалифицированных кадров. Становится актуальной задача поиска подходов, методик, технологий для реализации потенциалов, выявления скрытых резервов личности. Механика является древнейшей естественной наукой основополагающей научно-технический прогресс, а современная робототехника — одно из важнейших направлений научно-технического прогресса, в котором проблемы механики и новых технологий соприкасаются с проблемами искусственного интеллекта.
Программа «Инженерная робототехника» способствует формированию устойчивых конструкторско-технологических знаний, умений и навыков учащихся, стимулирует развитие самостоятельности, стремление к поиску оптимальных решений в возникающих проблемах. Ребята смогут войти в занимательный мир роботов, погрузиться в интереснейшую среду информационных технологий, позволяющих роботам выполнять широчайший круг функций.
Конструктор «LEGO MINDSTORMS NXT» предоставляет широкие возможности для знакомства детей с зубчатыми передачами, рычагами, шкивами, маховиками, основными принципами механики, а также для изучения энергии, подъемной силы и равновесия. Графическая среда программирования, в которой вместо имен команд, операторов и процедур используются картинки, доступна практически любому ребенку и в тоже время обладает неограниченными возможностями программирования поведения робота. Есть возможность записи и анализа показаний датчиков.
На занятиях учащиеся не просто знакомятся с современными технологиями, а активно их используют: пишут свою первую компьютерную программу, загружают ее в робота. В результате робот подчиняется только их воле уже независимо от компьютера. В процессе создания каждого нового робота, развивается творческое мышление, концентрация, мышление, воображение. При решении практических задач и поиска оптимальных решений учащиеся осваивают понятия баланса конструкции, ее оптимальной формы, прочности; устойчивости, жесткости и подвижности, а также передачи движения внутри конструкции.
Очень важным представляется тренировка работы в коллективе и развитие самостоятельного технического творчества.
Распределение времени по разделам является примерным, педагогу предоставлено право в пределах одного года обучения варьировать по своему усмотрению, а также обоснованно изменять последовательность изучения вопросов в пределах учебной темы (изменениям может подвергаться перечень моделирования, однако ключевые знания, умения, навыки, приемы сильного мышления и законы относятся к обязательным элементам программы).
Процесс выполнения практических работ создает условия для развития продуктивного мышления, тягу к необычному и творческому. Одновременно дает возможность побуждать, поддерживать и поощрять стремление обучающегося принимать самостоятельные решения по ходу работы, попытки усовершенствовать конструкцию технического объекта, переноса опыта в другую ситуацию или изготовить модель по собственному замыслу.
Программа имеет реальные возможности для ознакомления детей с различными профессиями. Предпрофессиональная подготовка в дальнейшем является базой для более осознанного подхода к выбору профессии.
Название курса: «Инженерная робототехника на основе лего-конструктора»
Класс: 4-9
Цель: обучение основам практического конструирования роботов.
ЗАДАЧИ:
Образовательные:
— ознакомление с элементами механики, электротехники, программирования, физическими законами;
— выявление интересов, увлечений, конструкторских способностей, творческого потенциала;
— формирование первоначальных навыков поисковой творческой деятельности, умения работать осознанно и целеустремленно;
— избавление от стереотипного мышления, психологической инерции.
Развивающие:
— развитие смекалки, устойчивого интереса к поисковой, творческой деятельности;
— развитие интереса к техническому моделированию;
— развитие мыслительного и ассоциативного мышления в технической деятельности;
— развитие продуктивного мышления.
Воспитательные:
— привитие правил культуры труда;
— формирование активной жизненной позиции, творческого отношения к труду, и к жизни;
Основная форма работы: практические занятия.
Режим занятий: занятия проводятся 2 раза в неделю по 3 учебных часа.
Курс основан на использовании комплектов Lego Mindstorms NXT 2.0 и EV3 визуальной средой программирования, объектно-ориентированной средой программированию на Robot C. А также комплектах конструктора «альтернативные источники энергии» Знаток 130 схем.
Средства обучения:Конструктор Lego для уроков робототехники - Lego Mindstorms. Робот NXT содержит микропроцессор с флэш-памятью и портами для подключения датчиков и двигателей. Присутствует Bluetooth поддержка, чтобы робот мог общаться с компьютером через беспроводное соединение или с другими роботами NXT. Конструктор Знаток содержит электронные блоки и соединения, которые прикрепляются друг к другу без спаечного процесса. С его помощью можно собрать разные электрические цепи и в простой игровой форме познакомить ребёнка с основами электротехники.
Учебный план занятий.
| № | Тема | Количество часов | ||
| Теория | Практика | Всего | ||
| Инструктаж по ТБ | ||||
| Изучение состава конструктора «LEGO MINDSTORMS NXT» | ||||
| Основы конструирования | ||||
| Основы механики | ||||
| Сборка действующих устройств | ||||
| Основы программирования | ||||
| Работа с датчиками | ||||
| Трехмерное моделирование в Lego Digital Designer | ||||
| Основы электротехники | ||||
| Творческие проекты | ||||
| Итого: | =70 | =116 | =186 |
Календарный учебный график.
| № п/п | Месяц | Название раздела, темы | Количество часов | Формы аттестации /контроля | ||
| Всего | Теория | Практика | ||||
| Октябрь | Раздел 1. Тема 1. Инструктаж по ТБ. Вводное занятие. | Беседа | ||||
| Раздел 2. Тема 2. Знакомство с набором «LEGO». Балки, оси, зубчатые колёса. | Рассказ, Практическое задание | |||||
| Раздел 2. Тема 3. Контроллер, датчики и электродвигатель, правила работы с ними. | Рассказ, практическое задание | |||||
| Раздел 2. Тема 4. Сборка робота тележки по схеме. | Практическое задание | |||||
| Октябрь | Раздел 2. Тема 5. Тестирование, анализ робота. | Рассказ, Практическое задание | ||||
| Раздел 2. Тема 6. Усовершенствование конструкции, программирование с блока NXT. | Рассказ, Практическое задание | |||||
| Раздел 2. Тема 7. Вводное программирование, простые алгоритмы. | Рассказ, Практическое задание | |||||
| Раздел 2. Тема 8. Проверка знаний, Создание собственной конструкции робота тележки. Индивидуальная работа. | Практическое задание | |||||
| Раздел 2. Тема 9. Продолжение индивидуальной работы, усовершенствование конструкции, и её программирование с блока NXT. | Рассказ, Практическое задание | |||||
| Ноябрь | Раздел 3. Тема 10. Основы конструирования. Принципы крепления деталей, простейшие конструкции. | Рассказ, Практическое задание | ||||
| Раздел 3. Тема 11. Фермы, стойки, стоечно-балочные системы. | Рассказ, Практическое задание | |||||
| Раздел 3. Тема 12. Решение практических задач с помощью конструкций. | Рассказ, Практическое задание | |||||
| Раздел 3. Тема 13. Конструкции машин и механизмов, и их принципы работы. | Рассказ, Практическое задание | |||||
| Раздел 3. Тема 14. Строительные конструкции и их принципы работы. | Рассказ, Практическое задание | |||||
| Раздел 3. Тема 15. Конструкции в повседневной жизни. | Рассказ, Практическое задание | |||||
| Раздел 3. Тема 16. Продолжение изучений конструкции в повседневной жизни. | Рассказ, Практическое задание | |||||
| Раздел 3. Тема 17. Проверка знаний. Интерпретация существующей конструкции любого устройства. | Практическое задание | |||||
| Раздел 3. Тема 18. Продолжение индивидуальной работы, анализ и усовершенствование конструкции. | Рассказ, Практическое задание | |||||
| Декабрь | Раздел 4. Тема 19. Основы механики. Простейшие механизмы. | Рассказ, Практическое задание | ||||
| Раздел 4. Тема 20. Рычаг. Зубчатая передача: прямая, коническая, червячная. | Рассказ, Практическое задание | |||||
| Раздел 4. Тема 21. Передаточное отношение, ременная передача, реечная передача, блочная передача. | Рассказ, Практическое задание | |||||
| Раздел 4. Тема 22 Хватательный механизм, гусеничный ход. | Рассказ, Практическое задание | |||||
| Раздел 4. Тема 23. Храповый механизм, кривошипно-шатунный механизм, кулачковый механизм. | Рассказ, Практическое задание | |||||
| Раздел 4. Тема 24. Механизмы и машины простейших приборов. | Рассказ, Практическое задание | |||||
| Раздел 4. Тема 25. Проверка знаний. Интерпретация существующего механизма любого устройства. | Практическое задание | |||||
| Раздел 4. Тема 26. Продолжение индивидуальной работы, анализ и усовершенствование конструкции механизма. | Рассказ, Практическое задание | |||||
| Январь | Раздел 5. Тема 27. Сборка действующих устройств. Основы механики, механизмы Чебушева. | Рассказ, Практическое задание | ||||
| Раздел 5. Тема 28. Основы конструирования. | Рассказ, Практическое задание | |||||
| Раздел 5. Тема 29. Изучение изобретений Кулибина и их интерпретация. | Рассказ, Практическое задание | |||||
| Раздел 5. Тема 30. Создание Оптического телеграфа Клода Шаппа. | Рассказ, Практическое задание | |||||
| Раздел 5. Тема 31. Создание часов с маятниковым механизмом. | Рассказ, Практическое задание | |||||
| Раздел 5. Тема 32. Создание робота тележки, работа с NXT. | Практическое задание | |||||
| Февраль | Раздел 6. Тема 33. Основы программирования, Программирование с блока NXT. | Рассказ, Практическое задание | ||||
| Раздел 6. Тема 34. Программирование блока через программу MINDSTORMS NXT 2.0. | Рассказ, Практическое задание | |||||
| Раздел 6. Тема 35. Изучение алгоритмов программирования. | Рассказ, Практическое задание | |||||
| Раздел 6. Тема 36. Создания собственных алгоритмов. | Практическое задание | |||||
| Раздел 6. Тема 37. Изучение среды программирования Robot C. | Рассказ, Практическое задание | |||||
| Раздел 6. Тема 38. Программирования блока через программу Robot C. | Рассказ, Практическое задание | |||||
| Раздел 6. Тема 39. Проверка знаний. Создание и программирование собственного робота. | Практическое задание | |||||
| Раздел 6. Тема 40. Продолжение индивидуальной работы, анализ и усовершенствование программы. | Рассказ, Практическое задание | |||||
| Март | Раздел 7. Тема 41. Работа с датчиками. Обзор датчиков. | Рассказ, Практическое задание | ||||
| Раздел 7. Тема 42. Робот катающийся по линии. | Рассказ, Практическое задание | |||||
| Раздел 7. Тема 43. Робот объезжающий препятствия. | Рассказ, Практическое задание | |||||
| Раздел 7. Тема 44. Робот реагирующий на цвет, свет. | Рассказ, Практическое задание | |||||
| Раздел 7. Тема 45. Робот реагирующий на касания. | Рассказ, Практическое задание | |||||
| Раздел 8. Тема 46. Трехмерное моделирование в Lego Digital Designer. | Рассказ, Практическое задание | |||||
| Раздел 8. Тема 47. Создание модели робота вездеход. | Практическое задание | |||||
| Раздел 8. Тема 48. Создание модели робота чертёжника. | Практическое задание | |||||
| Раздел 8. Тема 49. Создание модели робота гимнаста. | Практическое задание | |||||
| Апрель | Раздел 9. Тема 50. Основы электротехники. Изучение конструктора Знаток. | Рассказ, Практическое задание | ||||
| Раздел 9. Тема 51. Собираем простейшие электрические цепи. | Рассказ, Практическое задание | |||||
| Раздел 9. Тема 52. Продолжаем изучение простейших электрические цепи. | Рассказ, Практическое задание | |||||
| Раздел 9. Тема 53. Интерпретируем работу электроприборов. | Рассказ, Практическое задание | |||||
| Раздел 9. Тема 54. Разрабатываем свой электроприбор. | Практическое задание | |||||
| Раздел 9. Тема 55. Экспериментируем с двумя конструкторами. | Практическое задание | |||||
| Раздел 9. Тема 56. Продолжаем эксперименты с двумя конструкторами. | Практическое задание | |||||
| Раздел 10. Тема 57. Выход из лабиринта. | Практическое задание | |||||
| Май | Раздел 10. Тема 58. Творческие проекты. Рука манипулятор. | Практическое задание | ||||
| Раздел 10. Тема 59. Боевые роботы. | Практическое задание | |||||
| Раздел 10. Тема 60. Роботы футболисты. | Практическое задание | |||||
| Раздел 10. Тема 61. Конвейерный цех. | Практическое задание | |||||
| Раздел 10. Тема 62. Передача информации. | Практическое задание |
Ожидаемый результат: Результат занятий можно считать достигнутым, если ребёнок научился: творчески подходить к решению задач (объяснять как всё это работает); разрабатывать и создавать модели отвечающие определённым критериям; проверять собственные идеи на практике; размышлять на практике, как найти ответ на вопрос, придумать новые возможности развития идеи; понимать основные принципы работы простейших механизмов и конструкций, с которыми он сталкивается в повседневной жизни; принципам построения алгоритмов и написания программ для их выполнения.