Рабочая программа дополнительного образования Робототехника LEGO

Департамент образования города МосквыГосударственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение города Москвы «Московский колледж управления, гостиничного бизнеса и информационных технологий «Царицыно»
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА
по дополнительному образованию
«Робототехника».
Москва
2015
ОДОБРЕНА
кафедрой _____________________
___________________________
Протокол № ____
от «__» _________ 20___ г. Заведующий кафедрой
__________ /__________ / Заместитель директора по учебно-методической работе
___________/Фомина О.В./
Составители (авторы): Ермоленко Андрей Владимирович, преподаватель спецдисциплин преподаватель спецдисциплин ГБПОУ Колледж «Царицыно»
СОДЕРЖАНИЕ
стр.
1.ПАСПОРТ ПРОГРАММЫ по дополнительному образованию 5
2. СТРУКТУРА и содержание ПРОГРАММЫ по дополнительному образованию
6
3. условия реализации программы по дополнительному образованию
11
1. паспорт Рабочей ПРОГРАММЫ
«Робототехника».
1.1. Область применения программы
Рабочая программа может быть использована в дополнительном профессиональном образовании.
Организация работы с конструкциями роботов LEGO Mindstorms Education EV3 базируется на принципе практического обучения.
1.2. Место дисциплины в структуре основной профессиональной образовательной программы: учебная дисциплина принадлежит к обучающему циклу.
1.3. Цели и задачи дисциплины – требования к результатам освоения дисциплины:
Робототехника является одним из важнейших направлений научно-технического прогресса, в котором проблемы механики соприкасаются с проблемами управления и искусственного интеллекта. Робототехника опирается на такие дисциплины как электроника, механика, программирование.
Образовательная программа «Робототехника» является актуальной и социально значимой, так как направлена на развитие созидательных способностей учащихся. Практическая работа на занятиях позволяет глубже разобраться в предмете, тем самым эффективно дополняя традиционные теоретические курсы.
Программа может помочь учащимся в выборе будущей специальности, привлечь их к получению образования по инженерным дисциплинам. Современные науки мехатроника и робототехника невозможны без хорошего понимания математики, физики, информатики, черчения. Учащимся предоставляется возможность не только узнать, где и как можно применить знания, полученные ранее, но при содействии руководителя начать самостоятельную работу, попробовать свои силы в проектной работе по конструированию элементов робототехнических и мехатронных систем.
Данная программа может являться одним из элементов подготовки к международным робототехническим соревнованиям «Евробот» (www.eurobot.org, www.eurobot-russia.ru).
Программа предназначена для учащихся общеобразовательных школ.
Основным содержанием данного курса являются постепенное усложнение занятий от технического моделирования до сборки и программирования роботов.
Актуальность курса заключается в том, что он направлен на формирование творческой личности живущей в современном мире. Технологические наборы LEGO Mindstorms Education EV3 ориентированы на изучение основных физических принципов и базовых технических решений, лежащих в основе всех современных конструкций и устройств.
LEGO Mindstorms — это конструктор (набор сопрягаемых деталей и электронных блоков) для создания программируемого робота. Впервые представлен компанией LEGO в 1998 году.
Конструкторы LEGO Mindstorms позволяют высокомотивированную учебную деятельность по пространственному конструированию, моделированию, программированию и автоматическому управлению
На уроках используются конструктор серии LEGO Mindstorms Education EV3 Core Set и LEGO Mindstorms Education EV3 Expansion Set.
Используя персональный компьютер с комплектом программного обеспечения (ПО) LEGO Mindstorms EV3 1.0 для робототехники, элементы LEGO - конструктора обучающиеся могут конструировать управляемые модели роботов. Роботы LEGO можно программировать автономно. Кроме программы для управления роботов могут быть написаны в ПО - LEGO Mindstorms EV3 1.0 персонального компьютера и загружены в робот LEGO через кабель. После загрузки программы - робот LEGO – может совершать движения и манипуляции независимо от ноутбука. Получая информацию от различных датчиков и обрабатывая ее, робот LEGO управляет работой моторов.
Итоги изученных тем подводятся созданием учащимися собственных автоматизированных моделей, с написанием программ, используемых в своих проектах, и защитой этих проектов.
Цель:
Сориентировать учащегося в области робототехники и смежных областях, заинтересовать в дальнейшем продолжении изучения предмета, углублении полученных знаний и умений.
Заложить фундамент для дальнейшей командной работы над ежегодными проектами создания спортивных роботов для международных соревнований Евробот (Eurobot) и Евробот Джуниор (Eurobot Junior).
Задачи:
Выявить и поддержать творческую молодежь, мотивированную на профессиональную деятельность и получение высококачественного высшего образования в современных и перспективных областях знаний инженерного профиля;
Сформировать умение самостоятельно решать технические задачи в процессе конструирования моделей (выбор материала, планирование предстоящих действий, самоконтроль, умение применять полученные знания, приемы и опыт в конструировании других объектов и т.д.);
Стимулировать находчивость, изобретательность и поисковую творческую деятельность учащихся, и ориентирование на решение интересных и практически важных комплексных задач;
Познакомить учащихся с основами робототехники и существующими соревнованиями роботов;
Эстетическое, нравственное и трудовое воспитание;
Развить творческие способности;
Сформировать умение работы с научно-технической литературой;
Развить навыки поиска информации и раскрыть возможности сети Интернет для работы над проектом.
Знакомство со средой программирования LEGO Mindstorms EV3 1.0.
Усвоение основ программирования, получить умения составления алгоритмов;
Умение использовать системы регистрации сигналов датчиков, понимание принципов обратной связи;
Проектирование роботов и программирование их действий;
Через создание собственных проектов прослеживать пользу применения роботов в реальной жизни;
Расширение области знаний о профессиях;
Умение учеников работать в группах.
Срок реализации курса
Программа рассчитана на 108 часов обучения.
Форма и режим занятий
Форма проведения занятий – групповая. Учащиеся набираются в группу без учета личных особенностей.
Ожидаемые результаты
Учащиеся будут знать:
- правила безопасной работы;
- правила и порядок чтения чертежа схемы и наглядного изображения;
- принципы связи компьютерных и микроконтроллерных систем;
- основные этапы развития робототехники;
- уровень развития робототехники в настоящее время;
- области применения роботов;
- элементы робототехнических систем: электронные устройства управления;
- программные элементы робототехники, программные платформы, языки программирования и переносимость кода, алгоритмы и приемы разработки;
- особенности сопряжения элементов робототехнических систем;
- принципы проектирования электронных устройств;
- необходимое оборудование для реализации электронных устройств;
- регламент соревнований роботов Евроробот, как проводятся соревнования и что необходимо для участия в них.
Учащиеся будут уметь:
- читать и создавать графические чертежи и электронные схемы;
- самостоятельно решать технические задачи, связанные с разработкой электроники;
- разрабатывать программные элементы электронных устройств, создавать алгоритмы управления исполнительными устройствами, собирать информацию с датчиков;
- разрабатывать связь микроконтроллерных средств с компьютером;
- разрабатывать пользовательские интерфейсы для разработанных устройств на компьютере;
- тестировать робототехнические устройства и их элементы;
- работать с научно-технической литературой, с журналами, с каталогами, в Интернете, с видеотекой (изучать и обрабатывать информацию по теме проекта).
1.4. Рекомендуемое количество часов на освоение программы дисциплины:
максимальной учебной нагрузки обучающегося 108 часов, в том числе:
- обязательной аудиторной учебной нагрузки обучающегося 108 часов.
практические занятия – 100 часов.
СТРУКТУРА И ПРИМЕРНОЕ СОДЕРЖАНИЕ УЧЕБНОЙ
ДИСЦИПЛИНЫ
2.1. Объем учебной дисциплины и виды учебной работы
Вид учебной работы Объем часов
Максимальная учебная нагрузка (всего) 108
Обязательная аудиторная учебная нагрузка (всего) 108
в том числе: -теоретические занятия 8
- практические занятия 100
Тематический план и содержание учебной дисциплины.
Наименование разделов и тем Макс. учебная нагрузка учащихся, час Количество аудиторных часов при очной форме обучения Практическое занятие
Теоретические занятия в т.ч внеаудиторные Введение в робототехнику. Лекция. Цели и задачи курса. Что такое роботы. Рассказ о соревнованиях роботов: Евробот, фестиваль мобильных роботов, олимпиады роботов. Спортивная робототехника. Конструкторы и «самодельные» роботы. Информация о имеющихся конструкторах компании ЛЕГО, их функциональном назначении и отличии, демонстрация имеющихся у нас наборов
1. Конструкторы компании ЛЕГО
Основные сведения о программе.
1.1.Набор Lego Mindstorms Education EV3
- Знакомство с набором Lego Mindstorms Education EV3. Датчики конструкторов роботов LEGO, аппаратный и программный состав конструкторов LEGO.
1.2. Конструирование первого робота.
- Практическое занятие. Сборка первой модели робота 45544_educator - робот учитель – по инструкции.
1.3. Изучение среды управления и программирования роботом - 45544_educator - робот учитель.
- Изучение программного обеспечения, изучение среды программирования, управления - 45544_educator - робот учитель.
По инструкции программируем микрокомпьютер EV3 вводим программы управления роботом с различными датчиками, тестируем их, регулируем параметры, при которых программы работают без ошибок. Анализируем плюсы и минусы конструкции.
1.4. Программирование робота - 45544_educator - робот учитель.
Практическое занятие. Разработка программ на ноутбуке в ПО LEGO Mindstorms EV3 1.0 для выполнения поставленных задачи: несколько коротких заданий из 4-5 блоков.
Написание программы средней сложности, которая должна позволить роботу реагировать на событие срабатывания датчика.
1.5 Установка соединения через сеть bluethoos 2.0
и приложение 3d builder на мобильном устройстве, проектирование индивидуального пульта управления роботом. 2. Конструирование более сложного робота.
Сборка и тестирование 45544_robotarmh25 - рука" – по инструкции.Из инструкции вводим программы управления роботом тестируем датчики, регулируем параметры, при которых программы работают без ошибок.
2.1. Программирование более сложного робота.
Практическое задание. Разработка программ на ноутбуке в ПО LEGO Mindstorms EV3 1.0 для выполнения поставленных задач роботом 45544_robotarmh25 - рука" . Несколько коротких заданий. Количество блоков в программах более 5 штук (более сложная программа).
2.2 Установка соединения через сеть bluethoos 2.0
и приложение 3d builder на мобильном устройстве, проектирование индивидуального пульта управления роботом.
3. Сборка гусеничного робота по инструкции.
Сборка и тестирование "Гусеничного робота" 45544_45560_tankbot по инструкции.
Задача: необходимо научиться собирать робота на гусеницах по инструкции.
Из инструкции вводим программы управления роботом, тестируем датчики, регулируем параметры, при которых программы работают без ошибок. Анализируем плюсы и минусы конструкции.
3.1. Программирование гусеничного робота.
Практическое задание. Разработка программ на персональном компьютере в ПО LEGO Mindstorms EV3 1.0 для выполнения поставленных задач роботом 45544_45560_tankbot – танкбот. Несколько коротких заданий. Количество блоков в программах более 5 штук (более сложная программа).
3.2 Установка соединения через сеть bluethoos 2.0
и приложение 3d builder на мобильном устройстве, проектирование индивидуального пульта управления роботом.
4. Разработка проектов по группам.
Цель: Сформировать задачу на разработку проекта группе учеников.На занятии учащиеся делятся на группы по 2-3 человека.Шаг 1. Каждая группа сама придумывает себе проект автоматизированного устройства/установки или робота. Учащиеся обязаны описать данные решения в виде блок-схем, текста в виде презентации, а также в редакторе Word и распечатать.
Шаг 2. При готовности описательной части проекта приступить к созданию действующей модели. Шаг 3. Уточняются параметры проекта. Он при необходимости дополняется схемами, блок-схемами программ, описательной частью. Дорабатывается презентация
Шаг 4. При готовности модели проводится программирование запланированных ранее функций.
Шаг 5. Оформление проекта.: Окончательно определяемся с названием проекта, разрабатывается окончательная презентация для защиты проекта. Распечатывается проект в редакторе Word с титульным листом (название, ФИО авторов), описательной частью, рисунками, литературой.
Шаг 6. Защита проекта.
5. Сбор модели и исследование датчиков робота.
Сбор и исследование датчиков в модели робота 45544_educator - робот учитель:
 датчик цвета - возможность удалённого управления и программирования робота для движения по цветным линиям на полу!
 инфракрасный датчик – возможность удаленного управления и программирования в трех разных режимах: приближения, в режиме маяка и в дистанционном режиме.
 робот с датчиком касания - робот с программой, использующей датчик касания в качестве инструмента для определения препятствий.
 робот с датчиком для следования по линии - робот, программа которого настроена на его движение по чёрной линии.
6.Контрольное тестирование.
Тест должен содержать простые и чётко сформулированные вопросы о конструкторе, о лего, о законах физики, математики и т.д. Рекомендуемое количество примерно 20 вопросов. В тест включены несколько вопросов на смекалку из цикла: "А что если...". Выбор учеников, способных изучать робототехнику на повышенном уровне.
7. Сборка проекта EL3CTRIC GUITAR.
Сборка и тестирование проекта EL3CTRIC GUITAR по инструкции.
Из инструкции вводим программы управления проектом, тестируем датчики, регулируем параметры, при которых программы работают без ошибок. Анализируем плюсы и минусы конструкции.
7.1. Программирование EL3CTRIC GUITAR.
Практическое задание. Разработка программ на персональном компьютере в ПО LEGO Mindstorms EV3 1.0 для выполнения поставленных задач роботом EL3CTRIC GUITAR. Несколько коротких заданий. Количество блоков в программах более 5 штук (более сложная программа).
7.2. Установка соединения через сеть bluethoos 2.0
и приложение 3d builder на мобильном устройстве, проектирование индивидуального пульта управления роботом.
8. Сборка робота принтер баннеров (banner print3r)
Сборка и тестирование робота принтер баннеров (banner print3r) по инструкции.
Из инструкции вводим программы управления проектом, тестируем датчики, регулируем параметры, при которых программы работают без ошибок. Анализируем плюсы и минусы конструкции.
8.1. Программирование робота принтер баннеров (banner print3r).
Практическое задание. Разработка программ на персональном компьютере в ПО LEGO Mindstorms EV3 1.0 для выполнения поставленных задач роботом принтер баннеров (banner print3r). Несколько коротких заданий. Количество блоков в программах более 5 штук (более сложная программа).
8.2 Установка соединения через сеть bluethoos 2.0
и приложение 3d builder на мобильном устройстве, проектирование индивидуального пульта управления роботом.
9. Сборка робота EV3MEG
Сборка и тестирование робота EV3MEG по инструкции.
Из инструкции вводим программы управления проектом, тестируем датчики, регулируем параметры, при которых программы работают без ошибок. Анализируем плюсы и минусы конструкции.
9.1. Программирование робота EV3MEG
Практическое задание. Разработка программ на персональном компьютере в ПО LEGO Mindstorms EV3 1.0 для выполнения поставленных задач роботом EV3MEG Несколько коротких заданий. Количество блоков в программах более 5 штук (более сложная программа).
9.2 Установка соединения через сеть bluethoos 2.0
и приложение 3d builder на мобильном устройстве, проектирование индивидуального пульта управления роботом.
10. Сборка робота высокой сложности.
Сборка робота 45544_colorsorter - цветосортировщик поинструкции.
10.1 Программирование робота высоко сложности.
Практическое задание. Разработка программ на ноутбуке в ПО LEGO Mindstorms EV3 1.0 для выполнения поставленных задач роботом 45544_colorsorter – цветосортировщик. Несколько коротких заданий. Количество блоков в программах более 5 штук (более сложная программа). Пишем программу средней сложности, которая должна позволить роботу реагировать на событие срабатывания датчика. Тестируем робот на соответствии программе.
10.2 Установка соединения через сеть bluethoos 2.0
и приложение 3d builder на мобильном устройстве, проектирование индивидуального пульта управления роботом.
11. Сбор готовой модели на выбор.
Сбор и исследование одной из моделей роботов на выбор.
12. Анализ всех изученных функций датчиков и возможностей конструкции, подготовка к внутрекружковому соревнованию.
13. Сборка своего проекта с учетом полученных навыков, с применением всевозможных датчиков, и программирование наибольшее количество функций изученных ранее.
14. Проведение конкурса среди учащихся
14.1 1этап: «Лучшие функции»
14.2 2этап: «лучший спроектированный пульт управления роботом»
15. Заключительное занятие, подведение итогов. 2
2
4
2
2
4
4
2
2
4
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
4
2
2
4
2
2
4
2
2
4
4
2
4
2
8
2
2
2 2
2
2
2
2
4
2
2
2
4
2
2
4
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
4
2
2
4
2
2
4
2
2
4
4
2
4
8
2
2
2
3. условия реализации программы дисциплины
3.1. Требования к минимальному материально-техническому обеспечению
Реализация программы дисциплины требует наличия лабораторий «Робототехники».
Оборудование лаборатории и рабочих мест лаборатории:
- посадочные места по количеству студентов;
- рабочее место преподавателя;
Используется компьютерный класс на 10 компьютеров с необходимым лицензионным программным обеспечением, а также проекционной техникой.
3.2. Информационное обеспечение обучения
Перечень рекомендуемых учебных изданий, Интернет-ресурсов, дополнительной литературы
а) основная литература:
Робототехника для детей и их родителей. Книга для учителя. С.А. Филиппов, - 263 с., илл., Руководство пользователя LEGO MINDSTORMS - 64 стр., илл.
Комплект методических материалов «Перворобот». Институт новых технологий.
Чехлова А. В., Якушкин П. А.«Конструкторы LEGO DAKTA в курсе информационных технологий. Введение в робототехнику». - М.: ИНТ, 2001 г.
Белиовская Л. Г. Белиовский А. Е. Программируем микрокомпьютер в LabVIEW// М.: ДМК Пресс, 2010.
Интернет ресурсы
http://lego.rkc-74.ru/http://www.gruppa-prolif.ru/content/view/23/44/ http://robotics.ru/ http://www.prorobot.ru/lego/robototehnika_v_shkole_6-8_klass.php http://www.prorobot.ru/lego.php http://robotor.ruhttp://www.lego.com/education/
http://www.wroboto.org/
http://learning.9151394.ru
http://www.roboclub.ru/
http://robosport.ru/
http://www.prorobot.ru/