Муниципальное автономное общеобразовательное учреждение
«Лицей № 9» г. Перми
Смирнова Ольга Анваровна
«Робототехника. Начальный уровень»
Учебно-методический комплекс к учебному курсу
Пермь 2013
Учебно-методический комплекс представляет собой учебно-методическое обеспечение курса «Робототехника». Предметная область «Информатика». Предназначен для организации занятий по конструированию и программированию лего-роботов во время внеурочной деятельности. Задачник к курсу содержит задачи, для решения которых используются различные алгоритмические конструкции и возможности лего-роботов.
СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОРЕ
Смирнова Ольга Анваровна, учитель информатики высшей категории МАОУ «Лицей № 9».
В 1989 году окончила механико-математический факультет Пермского государственного университета по специальности «Прикладная математика». С 1998 по 2013 год работает в МАОУ «Лицей № 9» учителем информатики.
Область педагогических интересов – алгоритмика и программирование.
Пояснительная записка
Программа курса разработана в соответствии с требованиями ФГОС и с учетом углубления темы «Алгоритмика» в курсе информатики для учащихся 5-8 классов. Отличительной особенностью стандарта второго поколения (ФГОС) от стандарта первого поколения является его деятельностный характер, ставящий главной целью развитие личности учащегося. Поэтому курс «Роботототехника» направлен на формирование творческой личности, живущей в современном мире компьютерных технологий. На планете уже существует огромное количество роботов – от пылесосов до космических аппаратов. А какие возможности открываются в этой области для творческих исследований, новых изобретений! В рамках курса учащиеся узнают о достижениях и направлениях развития мировой робототехники, будут вовлечены в увлекательную, творческую среду самостоятельной работы с Лего-роботами. Итогом курса станут творческие разработки учащихся, представление и защита созданных моделей. Авторы лучших работ смогут принять участие в городских и краевых соревнованиях по роботехнике. Программа курса апробируется в МАОУ «Лицей № 9» г. Перми в 2013 году. В процессе апробации в программу будут вноситься необходимые изменения.
Цель учебного курса:
Формирование у учащихся 5-8 классов информационной культуры через моделирование, конструирование и компьютерное управление Лего-роботами в соответствии с основными физическими принципами и базовыми техническими решениями, лежащими в основе всех современных конструкций и устройств.
Задачи:
Образовательные
Организовать активную внеурочную деятельность учащихся на основе знакомства с современными направлениями развития робототехники.
Познакомить учащихся с профессией инженера, с мировыми трендами в робототехнике;
Реализовать на занятиях межпредметные связи с физикой, информатикой и математикой.
Научиться решать задачи, результатом которых будут программно-управляемые роботы.
Развивающие
Развивать у школьников алгоритмическое мышление, навыки конструирования и программирования. Развивать мелкую моторику, внимательность, аккуратность.
Развивать умение наблюдать окружающий мир как сложную систему взаимосвязанных объектов;
Развивать творческое мышление и пространственное воображение учащихся.
Участвовать в конкурсах и состязаниях роботов городского, краевого и российского уровня в целях мотивации обучения.
Воспитательные
Повышать мотивацию учащихся к изобретательству и созданию собственных проектов.
Формировать у учащихся стремления к получению качественного результата.
Формировать навыки работы в команде: распределение между собой обязанностей, освоение культуры и этики общения.
Сформулированные цели и задачи способствуют достижению следующих результатов:
Личностные образовательные результаты:
- формирование коммуникативной компетентности в общении и сотрудничестве со сверстниками в процессе творческой деятельности,
- формирование способности учащихся к саморазвитию и самообучению,
- формирование осознанного выбора и построения дальнейшей образовательной траектории на основе професиональных предпочтений,
- развитие эстетического сознания через изучение правил и приемов дизайна моделей.
Метапредметные результаты
- развитие ИКТ-компетентности, т.е. приобретение опыта использования средств и методов информатики: моделирование, формализация и структурирование информации, компьютерный эксперимент
- планирование деятельности, составление плана и анализ промежуточных результатов,
- умение соотносить свои действия с планируемыми результатами, осуществлять контроль своей деятельности, корректировать свои действия в соответствии с изменяющейся ситуацией,
- владение основами самоконтроля, самооценки, принятия решений при работе в команде и индивидуально,
- умение находить необходимые для работы информационные ресурсы, оценивать полезность, достоверность, объективность найденной информации,
- приобретение опыта выполнения индивидуальных и коллективных проектов, таких как моделирование с помощью Лего-робота объекта реального мира, его программирование и исследование,
- формирование представления о развитии робототехники, основных видах профессиональной деятельности в этой сфере,
Предметные результаты
- освоение основных понятий информатики: информационный процесс, информационная модель, информационная технология, кибернетика, робот, алгоритм, информационная цивилизация и др.
- получение представления о таких методах современного научного познания как системный анализ, информационное моделирование, компьютерный эксперимент,
- повышение своего образовательного уровня и уровня готовности к продолжению обучения по выбранной образовательной траектории.
УЧЕБНО-ТЕМАТИЧЕСКИЙ ПЛАН
программы
«Робототехника. Начальный уровень»
№ п/п
|
Наименование модулей (тем)
|
Всего часов
|
В том числе:
|
аудиторных часов
|
|
всего
|
лекции
|
практические занятия
|
|
1.
|
Введение в робототехнику
|
3
|
3
|
2
|
1
|
1.1.
|
Что такое роботы
|
|
1
|
1
|
|
1.2.
|
Конструкторы Lego Mindstorms NXT. Конструирование и программирование
|
|
2
|
1
|
1
|
2.
|
Линейные алгоритмы. Решение задач на движение
|
10
|
10
|
3
|
7
|
1.1.
|
Сборка робота-«пятиминутки»
|
|
1
|
|
1
|
1.2.
|
Прямолинейное движение вперед и назад. Расчет количества оборотов колеса для преодоления определенного расстояния.
|
|
4
|
2
|
2
|
1.3
|
Поворот на 90 градусов
|
|
4
|
1
|
3
|
2.1
|
Движение по кругу
|
|
1
|
|
1
|
|
|
|
|
|
|
3
|
Циклические алгоритмы
|
4
|
4
|
0
|
4
|
3.1.
|
Сборка трехколесного робота
|
|
1
|
|
1
|
3.2.
|
Решение задач на движение с использованием циклов
|
|
3
|
|
3
|
4
|
Ветвление
|
10
|
10
|
1
|
7
|
4.1.
|
Сборка более сложных моделей. Датчики
|
|
2
|
1
|
1
|
4.2.
|
Датчик касания
|
|
2
|
|
2
|
4.3.
|
Датчик расстояния
|
|
2
|
|
2
|
4.4.
|
Датчик звука
|
|
2
|
|
2
|
4.6
|
Датчик цвета
|
|
2
|
|
2
|
5
|
Подготовка к соревнованиям
|
7
|
7
|
1
|
6
|
5.1.
|
Траектории
|
|
2
|
1
|
1
|
5.2.
|
Разбор заданий предыдущих соревнований
|
|
2
|
|
2
|
5.3
|
Создание собственного робота, защита проекта
|
|
3
|
|
3
|
|
Итого:
|
34
|
34
|
7
|
27
|
Основное содержание курса
«Робототехника. Начальный уровень»
Модуль «Введение в робототехнику»
Понятие «робот»
Виды роботов
Из чего состоят Лего-роботы: микропроцессор, сервомоторы, датчики
Понятие модели и моделирования
Понятия «Алгоритм», «Исполнитель алгоритма», «Система команд исполнителя»
Среда программирования NXT, основные блоки
Запись программы и запуск на выполнение
Модуль «Линейные алгоритмы»
Понятие линейного алгоритма
Сборка моделей Лего-роботов по инструкции
Программирование движения вперед
Расчет количества оборотов колеса в зависимости от расстояния. Число Пи, расчет длины окружности
Программирование движения по кругу через задание мощности сервомоторов.
Поворот на 90 и 180 градусов. Расчет угла поворота. Программирование поворота.
Модуль «Циклы»
Понятие циклического алгоритма, алгоритмическая конструкция «Цикл»
Применение циклов при решении задач на движение
Сборка более сложных роботов по инструкции
Программирование движения робота по замкнутой траектории
Модуль «Ветвление»
Понятие ветвления. Алгоритмическая конструкция «Ветвление»
Датчик касания. Решение задач на движение с использованием датчика касания
Датчик расстояния. Решение задач на движение с использованием датчика расстояния
Датчик звука. Решение задач на движение с использованием датчика звука
Датчик цвета. Решение задач с использованием датчика цвета
Конструирование моделей роботов для решения задач с использованием разных видов датчиков.
Модуль «Подготовка к соревнованиям»
Правила проведения соревнований
Движение робота по заданной траектории. Правила соревнований.
Кегельринг – правила.
Робот-сортировщик. Создание лего-робота, сортирующего шары синего и красного цвета по корзинам.
Производственный участок. Создание лего-робота, моделирующего работу станка
Создание виртуального лего-робота, соответствующего поставленной задаче
Фристайл. Работа над собственной моделью. Конструирование, программирование
Защита собственной модели
Сборник задач для курса
«Робототехника. Начальный уровень»
Модуль «Линейные алгоритмы»
Инструкции по сборке
Сборка робота-«пятиминутки»
Сборка трехколесного бота
Задача 1.
Написать программу движения робота вперед в течение 2 секунд. Затем назад в течение 1 секунды. Изменяя параметры моторов, проследить, как робот реагирует на изменение мощности моторов, повороты, остановки.
Задача 2.
Написать программу движения робота вперед на 6 оборотов, затем назад на 10 оборотов.
Задача 3.
Написать программу движения робота вперед на 30 (50, 100 ) см. Рассчитать количество оборотов, необходимого для решения поставленной задачи.
Задача 4.
Рассчитать количество оборотов колеса для поворота робота на 90 градусов. Написать программу движения вперед на 30 см, поворот на 90 градусов направо и движение вперед в течение 2 секунд
Задача 5.
Написать программу для робота, который движется прямолинейно 2 секунды, затем разворачивается на 180 градусов и движется в обратном направлении 2 секунды.
Задача 6.
Написать программу движения робота по траектории: 
Задача 7.
Написать программу движения робота по прямоугольной траектории с известными длинами сторон.
Задача 8.
Написать программу движения робота по восьмерке с прямоугольными углами.
Задача 9.
Написать программу движения робота по кругу.
Задача 10.
Написать программу движения робота по круглой восьмерке.
Модуль «Циклы»
Инструкции по сборке
Шарикопульт
Задача 11
Написать программу для движения робота по прямоугольной траектории без остановки.
Задача 12.
Написать программу для движения робота по восьмерке без остановки.
Модуль «Ветвление»
Инструкции по сборке:
Линейный ползун (датчик цвета)
Бот-внедорожник (датчик расстояния)
Двухкнопочный пульт ДУ (датчик касания)
Мини-авто с трехкнопочным пультом ДУ
Задача 13.
Написать программу движения робота, использующего датчик касания. Робот движется до препятствия и останавливается.
Задача 14.
Написать программу движения робота, реагирующего на препятствие. Обнаружив препятствие, робот отъезжает на 1 сек назад, поворачивается на 45 градусов и едет вперед до нового препятствия. Использовать цикл.
Задача 15.
Написать программу для робота, использующего датчик расстояния. Робот движется вдоль стены с определенной скоростью. Когда стена заканчивается, на открытом пространстве он движется со скоростью в два раза большей до следующей стены. У стены снова снижает скорость и движется до окончания второй стены. Затем останавливается.
Задача 16.
Написать программу для робота. Робот движется по периметру коробки. Дойдя до угла, он разворачивается на 90 градусов и продолжает движение вдоль следующей стены. Использовать цикл.
Задача 17.
Написать программу для робота, который начинает и заканчивает движение по хлопку в ладоши.
Задача 18.
Написать программу для робота, который движется прямо и по хлопку в ладоши поворачивает на 90 (180) градусов.
Задача 19.
Написать программу для робота, который перед поворотом дает звуковой сигнал.
Задача 20.
Написать программу для робота, который движется по прямоугольной траектории, обозначенной черной линией.
Задача 21.
Написать программу для робота, который движется по криволинейной траектории, обозначенной черной линией.
Задача 22.
Написать программу для робота, который «видит» препятствие, подает звуковой сигнал, отъезжает назад, разворачивается на 30 градусов и снова едет вперед до препятствия.
Задача 23.
Написать программу для робота, находящегося в прямоугольной комнате, который должен найти выход из этой комнаты и подать звуковой сигнал.
Модуль «Подготовка к соревнованиям»
Инструкции по сборке
Робот-сумоист
Задача 24*.
Кегельринг. Задача: вытолкнуть кегли за пределы круга.
Задача 25*.
Моделирование работы сверлильного станка
Задача 26*.
Моделирование работы фрезерного станка
Задача 27*.
Моделирование работы робота-художника
Задача 28*.
Моделирование работы робота-музыканта (ксилофон)
Задача 29*.
Моделирование игры в баскетбол
Задача 30**
Бои роботов «сумо». Робот должен вытолкнуть противника за пределы черной линии, сам остаться внутри поля.
Задача 31**
Робот сортирует разноцветные шарики по корзинам.
Задача 32*
Робот должен добраться из точки Старт в точку Финиш по кривой черной линии за наиболее короткое время.
Материально-техническое обеспечение учебного процесса
Технологические наборы LEGO MINDSTORMS NXT 2.0.
Компьютеры с установленным программным обеспечением LEGO MINDSTORMS NXT.
Программа Lego Digital Designer для сборки виртуальных лего-роботов.
Поля (пластик или фанера) для соревнований роботов.
Для подготовке к российским и международным соревнованиям в будущем понадобятся стандартные поля, изготовленные в типографии по стандартным макетам.
Учебно-методическое обеспечение учебного процесса
Справочная информация и техническая поддержка по курсу от компании MindStorm http://mindstorms.lego.com
Интерактивный учебник MS NXT, выпущенный компанией MindStorm.
Сайт http://www.prorobot.ru, посвященный лего-роботам (новости, инструкции по сборке, справочная информация)
Сайт http://robofest2013.ru – правила международных соревнований роботов.
Страница из
|
