Методическая разработка рабочей программы внеурочных занятий творческого коллектива Лего — лаборатория, в рамках ФГОС
Департамент образования администрации города Тюмени
Муниципальное автономное общеобразовательное учреждение
гимназия № 83 города Тюмени
ПРОГРАММА
творческого коллектива
«ЛЕГО – лаборатория»
обучающиеся 7 класса
Составитель программы:
Гоняев Д.С.,
руководитель творческого коллектива
«Лего – лаборатория»,
педагог дополнительного образования
г. Тюмень, 2015
Содержание:
Пояснительная записка...3
Цели и задачи программы..5
Кадровое обеспечение5
Ожидаемые результаты..6
Тематическое планирование..7
Критерии результативности реализации программы13
Литература.17
Пояснительная записка
«Уже в школе дети должны получить возможность раскрыть свои способности, подготовиться к жизни в высокотехнологичном конкурентном мире»
Д. А. Медведев.
Задача инновационного развития экономики требует соответствующего развития образовательной среды, в том числе развития детского технического творчества. Одной из наиболее инновационных областей в сфере детского технического творчества является образовательная робототехника, которая объединяет классические подходы к изучению основ техники и современные направления: информационное моделирование, программирование, информационно-коммуникационные технологии.
Актуальность программы
Серьезной проблемой современного российского образования в целом и гимназии в частности является существенное ослабление естественно-научной и технической составляющей школьного образования. Среди молодежи популярность инженерных профессий падает с каждым годом. Усилия, которые предпринимает государство, дают неплохой результат на ступенях среднего и высшего образования. Для эффективной работы в профессиональном образовании необходима популяризация и углубленное изучение естественно-технических дисциплин начиная со школьной скамьи. К сожалению, современное школьное образование, с перегруженными учебными программами и жесткими нормативами, не в состоянии продвигать полноценную работу по формированию инженерного мышления и развивать детское техническое творчество. В таких условиях реализовать задачу формирования у детей навыков технического творчества крайне затруднительно. Гораздо больше возможностей в этом направлении у дополнительного образования. Современные дети, для которых iPad, iPhone, Playstation и другие продукты IT-индустриии – реальная жизнь, с трудом проникаются интересом к центрам технического творчества дополнительного образования с оборудованием прошлого века. Необходимо создавать новые условия в своем образовательном учреждении, которое позволяет нам это сделать в рамках программы «полного дня», внедрять новые образовательные технологии. Одним из таких перспективных направление является – образовательная робототехника.
Робототехника вошла в мир в 60-е годы как одно из передовых направлений машиностроения. Ее фундаментом были механика и вычислительная техника, электроника и энергетика, измерительная техника, теория управления и многие другие научные и технические дисциплины. В начале XXI века робототехника и мехатроника пронизывают все без исключения сферы экономики. Высокопрофессиональные специалисты, обладающие знаниями в этой области, необычайно востребованы. Готовить таких специалистов, с учетом постоянного роста объемов информации, необходимо со школьной скамьи.
Уникальность образовательной робототехники заключается в возможности объединить конструирование и программирование в одном курсе, что способствует интегрированию преподавания информатики, математики, физики, черчения, естественных наук с развитием инженерного мышления, через техническое творчество. Техническое творчество мощный инструмент синтеза знаний, закладывающий прочные основы системного мышления. Таким образом, инженерное творчество и лабораторные исследования многогранная деятельность, которая должна стать составной частью повседневной жизни каждого обучающегося нашей гимназии.
Основным содержанием данного курса являются постепенное усложнение занятий от технического моделирования до сборки и программирования роботов с использованием материалов книги С.А. Филиппова «Робототехника для детей и родителей» и компьютеров.
Актуальность курса заключается в том, что он направлен на формирование творческой личности живущей в современном мире. Технологические наборы LEGO MINDSTORMS NXT 2.0 ориентированы на изучение основных физических принципов и базовых технических решений, лежащих в основе всех современных конструкций и устройств.
На уроках используются конструктор “Базовый набор 8547” серии LEGO MINDSTORMS NXT 2.0 с программным обеспечением ПервоРобот (CD-R диск с визуальной средой программирования NXT-G).
Используя персональный компьютер, либо нетбук или ноутбук с ПО NXT-G, LEGO-элементы из конструктора ученики могут конструировать управляемые модели роботов. Загружая управляющую программу в специальный LEGO-компьютер NXT и присоединяя его к модели робота, робот функционирует автономно. NXT работает независимо от настольного компьютера, на котором была написана управляющая программа; получая информацию от различных датчиков и обрабатывая ее, он управляет работой моторов.
Итоги изученных тем подводятся созданием учениками собственных автоматизированных моделей, с написанием программ, используемых в своих проектах, и защитой этих проектов.
Цель и задачи программы
Цель:
Научить использовать средства информационных технологий, чтобы проводить исследования и решать задачи в межпредметной деятельности.
Задачи:
Знакомство со средой программирования NXT-G;
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.
Кадровое обеспечение
Руководитель творческого коллектива Гоняев Денис Сергеевич, педагог дополнительного образования
Материально-техническое обеспечените
Кабинет ЛЕГО-лаборатории – 1
Конструкторы Lego Mindstorms NXT 2.0 – 6 шт.
Lego Wedo – 8 шт.
Ноутбук – 15 шт.
Ожидаемые результаты
самостоятельное использование современных информационных технологий для решения типовых задач в рамках своих функциональных обязанностей всеми участниками образовательного процесса.
Функционирующий Центр робототехники.
Возможность переноса учебного процесса за пределы традиционного пространства гимназии.
Осуществление внедрения современных образовательных технологий.
Требования к уровню подготовки обучающихся
Обучающиеся должны знать:
роль и место робототехники в жизни современного общества;
назначение, особенности проектирования и программирования роботов различных классов, включая андроидных.
правила и меры безопасности при роботе с электроинструментами;
общее устройство и принципы действия роботов;
основные характеристики основных классов роботов;
общую методику проектирования роботов различных классов;
общую методику расчета основных кинематических схем;
порядок отыскания неисправностей в различных роботизированных системах;
методику проверки работоспособности отдельных узлов и деталей;
основы популярных языков программирования;
Уметь:
работать с популярными программными пакетами технического моделирования;
самостоятельно проектировать и собирать из готовых деталей манипуляторы и роботов различного назначения;
программировать собранные конструкции под задачи начального уровня сложности;
оформлять начальную техническую документацию на готовые изделия
самостоятельно разрабатывать кинематические, логические и электрические схемы андроидных роботов;
пользоваться монтажными инструментами и электроизмерительными приборами;
вести индивидуальные и групповые исследовательские работы;
самостоятельно изготавливать андроидных роботов из готовых и самодельных узлов и деталей;
самостоятельно программировать андроидных роботов на одном из популярных языков программирования.
Тематическое планирование
68 часов (2 часа в неделю)
№
Тема
Содержание
Часы
1
Введение в робототехнику
Лекция. Цели и задачи курса. Что такое роботы. Ролики, фотографии и мультимедиа. Рассказ о соревнованиях роботов: Евробот, фестиваль мобильных роботов, олимпиады роботов. Спортивная робототехника. В т.ч. - бои роботов (неразрушающие). Конструкторы и «самодельные» роботы.
1
2,3
Конструкторы компании ЛЕГО
Лекция. Информация о имеющихся конструкторах компании ЛЕГО, их функциональном назначении и отличии, демонстрация имеющихся у нас наборов
2
4,5
Знакомимся с набором Lego Mindstorms NXT 2.0 сборки 8547
Лекция. Знакомимся с набором Lego Mindstorms NXT 2.0 сборки 8547. Что необходимо знать перед началом работы с NXT. Датчики конструкторов LEGO на базе компьютера NXT (Презентация), аппаратный и программный состав конструкторов LEGO на базе компьютера NXT (Презентация), сервомотор NXT.
2
6,7,8
Конструирование первого робота
Практика. Собираем первую модель робота «Пятиминитука» по инструкции.
3
9,10
Изучение среды управления и программирования
Лекция. Изучение программного обеспечения, изучение среды программирования, управления. Краткое изучение программного обеспечения, изучение среды программирования и управления.
Собираем робота "[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]": 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
11,
12, 13,
14
Программирование робота
Практика. Разработка программ для выполнения поставленных задачи: несколько коротких заданий из 4-5 блоков
4
15, 16, 17,
18
Конструируем более сложного робота
Создаём и тестируем "[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]". У этого робота ещё нет датчиков, но уже можно писать средние по сложности программы для управления двумя серводвигателями.
4
19, 20,21,22
Программирование более сложного робота
Практика. Разработка программ для выполнения поставленных задачи: несколько коротких заданий. Количество блоков в программах более 5 штук. (более сложная программа). Собираем и программируем "[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]" 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.
4
23,
24
Собираем гусеничного робота по инструкции
Создаём и тестируем "[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]". 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
25,
26,27,28
Конструируем 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.
4
29,
30,31,32
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.
4
33,
34
Собираем по инструкции робота-сумоиста
Нам необходимо ознакомиться с конструкцией самого простого робота сумоиста. Для этого читаем и собираем робота по инструкции: [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]. Собираем, запоминаем конструкцию. Тестируем собранного робота. Управляем им с ноутбука/нетбука.
2
35,
36
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.
2
37,
38
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.
2
39,
40
Конструируем робота к международным соревнованиям WRO (1)
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.
6
41,
42
43,
44
45,
46
Разработка проектов по группам.
Цель: Сформировать задачу на разработку проекта группе учеников. На уроке мы делим всех учеников на группы по 2-3 человека. Шаг 1. Каждая группа сама придумывает себе проект автоматизированного устройства/установки или робота. Задача учителя направить учеников на максимально подробное описание будущих моделей, распределить обязанности по сборке, отладке, программированию будущей модели. Ученики обязаны описать данные решения в виде блок-схем, либо текстом в тетрадях. Шаг 2. При готовности описательной части проекта приступить к созданию действующей модели.
Шаг 2. При готовности описательной части проекта создам действующую модели. Если есть вопросы и проблемы - направляем учеников на поиск самостоятельного решения проблем, выработку коллективных и индивидуальных решений. Шаг 3. Уточняем параметры проекта. Дополняем его схемами, условными чертежами, добавляем описательную часть. Обновляем параметры объектов. Шаг 4. При готовности модели начинаем программирование запланированных ранее функций.
Цель: Научиться презентавать (представлять) свою деятельность. Продолжаем сборку и программиирование моделей. Шаг 5. Оформляем проект: Окончательно определяемся с названием проекта, разрабатываем презентацию для защиты проекта. Печатаем необходимое название, ФИО авторов, дополнительный материал. Шаг 6. Определяемся с речью для защиты проекта. Записываем, сохраняем, репитируем.
Цель: Научиться публично представлять свои изобретения. Место: Актовый зал гимназии, либо лаборатория робототехники. Публичная ЗАЩИТА проектов с приглашением представителей администрации гимназии, представителей Управляющего совета, педагогов дополнительного образования технической направленности организаций дополнительного оборазования города, учеников гимназии и других школ города.
8
47,
48
49,
50
51,
52
53,
54,
55 ,56
Свободный урок. Сбор готовой модели на выбор.
Сбор и исследование одной из моделей роботов на выбор:
· [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] - автомобиль с возможностью удалённого управления и запрограммирования его для движения по цветным линиям на полу!
· [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] - 4-х колёсный робот с интеллектуальной программой, принимающей решение куда ехать при наличии препятствия.
· [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] - 4-х колёсный робот с программой, использующей датчик касания в качестве инструмента для определения препятствий.
· [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] - робот, программа которого настроена на его движение по чёрной линии.
· [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] - 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.
4
57,
58
Конструируем 4-х колёсного или гусеничного робота
Цель: собрать по инструкции робота, изучить его возможности и программу. Необходимо выбрать одного из 9 имеющиеся конструкции МУЛЬТИБОТА по [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]. Собираем робота по инструкции, загружаем программу, изучаем его поведение: запкскаем, наблюдаем, тестируем. Меняем программу, добиваемся изменения принципа работы робота. Меняем его конструкцию.
2
59,
60
Конструируем 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.
4
61,
62
63,
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.
2
65,
66
Собираем робота-богомола
Собираем и программируем робота-богомола МАНТИ. Урок 1. Инструкция [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]
4
67,
58
69,
70
Собираем робота высокой сложности
Собираем робота АЛЬФАРЕКСА (ALFAREX) урок 1. Инструкция [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] для конструктора 8547.
4
71,
72
73,
74
Программирование робота высоко сложности
Программируем робота АЛЬФАРЕКСА, готовимся к показательным выступлениям.
2
75,
76
Показательное выступление
Показательный урок: демонстрируем робота, запускаем программу, показываем возможности движения, соревнуемся на скорость перемещения. Команда-победитель получает призы.
2
77,
78
Свободное моделирование.
Собираем любую по желанию модель.
2
79,
80
Свободное моделирование. Резервный урок.
Собираем любую по желанию модель. Резервный урок.
2
ИТОГО:
80
Критерии результативности реализации программы:
Устойчивое развитие воспитательных результатов внеурочной деятельности предполагает три уровня результатов.
Первый уровень результатов – приобретение обучающимися социальных знаний, понимания социальной реальности и повседневной жизни.
Второй уровень результатов – формирование позитивных отношений обучающимися к базовым ценностям общества (человек, семья, Отечество, природа, мир, знания, труд, культура), ценностного отношения к социальной реальности в целом. Для достижения данного уровня результатов особое значение имеет равноправное взаимодействие обучающихся с другими учениками на уровне класса, гимназии, то есть в защищенной, дружественной ему просоциальной среде. Именно в такой близкой социальной среде ребенок получает (или не получает) первое практическое подтверждение приобретенных социальных знаний, начинает их ценить (или отвергает).
Третий уровень результатов – получение обучающимся опыта самостоятельного социального действия. Для достижения данного уровня результатов особое значение имеет взаимодействие гимназиста с социальными субъектами за пределами гимназии, в открытой общественной среде.
На выходе из программы обучающийся должен иметь:
наличие интереса к трудовой деятельности;
стремление к творческому самовыражению через работу с конструктором LEGO NXT Mindstorms 9797;
навыки владения основными принципами механики;
навыки владения основами программирования в компьютерной среде моделирования LEGO Mindstorms Eduсation NXT 2.0;
навыки работы по алгоритму.
Характеристика знаний, умений, которые должны получить обучающиеся, определяется в соответствии с теоретическими и практическим пунктами программы.
В конце учебного курса обучающиеся должны знать правила техники безопасности; правила работы с конструктором LEGO NXT Mindstorms 9797, принципы работы датчиков: касания, освещённости, расстояния, знать блоки компьютерной программы: дисплей, движение, цикл, блок датчиков, блок переключателей.
Учащиеся должны уметь создавать роботов посредством конструктора LEGO NXT Mindstorms 9797, проводить эксперименты на определение прочности конструкции, устойчивости модели; эксперименты с блоком и рычагом, ременной передачей; эксперименты с шасси; преобразование энергии ветра, а также писать программы: «движение «вперёд-назад», «движение с ускорением», «робот-волчок», «восьмёрка», «змейка», «поворот на месте», «спираль», «парковка», «выход из лабиринта», «движение по линии»; изготавливать модели роботов согласно алгоритму действий, создавать эскизы своих собственных моделей и воплощать замысел.
Основным способом проверки результатов обучающихся является изготовление модели робота посредством конструктора LEGO NXT Mindstorms 9797 во время проведения творческих мастерских, также используется тестовая форма, мини-опросы во время занятий-практикумов, игровые формы контроля, участие в конкурсах и выставках различного уровня.
Отдельно промежуточные тематические контрольные и зачетные занятия не выносятся, так как в этом нет необходимости: оценка и корректировка ЗУН обучающихся происходит во время изготовления роботов и проведения экспериментов.
Педагогический контроль знаний, умений и навыков учащихся осуществляется в несколько этапов и предусматривает несколько уровней:
1 уровень – репродуктивный с помощью педагога;
2 уровень – репродуктивный без помощи педагога;
3 уровень – продуктивный;
4 уровень – творческий.
Промежуточный контроль:
Тестовый контроль.
Фронтальная и индивидуальная беседа.
Цифровой, графический и терминологический диктанты.
Игровые формы контроля.
Участие в конкурсах и выставках различного уровня.
Итоговый контроль:
Сумма показателей за все время обучения.
Выполнение комплексной работы по предложенной модели.
Творческая работа по собственным эскизам с использованием различных материалов.
Результатом обучения будет являться изменение в познавательных интересах обучающихся и профессиональных направлениях, в психических механизмах (мышление, воображение), в практических умениях и навыках, в проявлении стремления к техническому творчеству и овладение приемами создания роботов посредством конструктора LEGO NXT Mindstorms 9797.
Литература для учителя
Белиовская Л.Г., Белиовский А.Е. Программируем микрокомпьютер NXT в LabVIEW. – М.: ДМК, 2010, 278 стр.;
ЛЕГО-лаборатория (Control Lab):Справочное пособие, - М.: ИНТ, 1998, 150 стр.
ЛЕГО-лаборатория (Control Lab).Эксперименты с моделью вентилятора: Учебно-методическое пособие, - М.: ИНТ, 1998, 46 с.
Ньютон С. Брага. Создание роботов в домашних условиях. – М.: NT Press, 2007, 345 стр.;
ПервоРобот NXT 2.0: Руководство пользователя. – Институт новых технологий;
Применение учебного оборудования. Видеоматериалы. – М.: ПКГ «РОС», 2012;
Программное обеспечение LEGO Education NXT v.2.1.;
Рыкова Е. А. LEGO-Лаборатория (LEGO Control Lab). Учебно-методическое пособие. – СПб, 2001, 59 стр.
Литература для учащихся
Наука. Энциклопедия. – М., «РОСМЭН», 2001. – 125 с.
Энциклопедический словарь юного техника. – М., «Педагогика», 1988. – 463 с.
В. Гоушка. Дайте мне точку опоры. – Прага: Альбатрос, 1971. – 191 с.
Интернет-ресурсы
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]
13PAGE \* MERGEFORMAT14715
Заголовок 1 Заголовок 215