Российская Федерация
Ханты-Мансийский автономный округ – Югра
МУНИЦИПАЛЬНОЕ БЮДЖЕТНОЕ
ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
МУНИЦИПАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ ГОРОД НЯГАНЬ
«ГИМНАЗИЯ»
Дополнительная общеобразовательная общеразвивающая программа
технической направленности
«Робототехника»
на 2017-2018 учебный год
Возраст обучающихся: 11-13 лет
Срок реализации: 1 год
Автор-составитель:
,
педагог дополнительного образования
Нягань
2017
Паспорт дополнительной общеобразовательной программы «Робототехника»
Название программы | «Робототехника» |
Направленность программы | Техническая |
Вид деятельности образовательной программы | Интегрированная, модифицированная |
Место реализации образовательной программы | МБОУ МО г. Нягань «Гимназия» |
Формы занятий | Лекция, презентация, практическое занятие, соревнование, выставка. |
Аннотация | Мировые тенденции развития инженерного образования свидетельствуют о глобальном внедрении информационных технологий в образовательный процесс. Робототехника является весьма перспективной областью для применения образовательных методик в процессе обучения за счет объединения в себе различных инженерных и естественно-научных дисциплин. В результате такого подхода наблюдается рост эффективности восприятия информации учащимися за счет подкрепления изучаемых теоретических материалов экспериментом в междисциплинарной области. Предлагаемые лабораторные работы и эксперименты, проводимые в их рамках, основываются на моделях роботов, которых можно сконструировать на базе робототехнического конструктора OLLO и дополнительных компонентов, производимых корейской компанией ROBOTIS. Наборы данной серии отличает многообразие возможностей, позволяющих реализовать всевозможные задумки начинающих исследователей. Наличие программируемого блока управления и различных датчиков позволяет сделать полностью автономные модели роботов, которыми также можно управлять вручную с помощью пульта дистанционного управления и модулей беспроводной связи. Широкий спектр доступных компонентов и возможностей позволяют пользователю на практике ознакомиться с принципом функционирования различных приводов, контроллеров и сенсорных устройств, а также разработать для них собственную систему управления. Использование решений из области робототехники в рамках образовательного процесса позволяет формировать технологическую и проектную культуру учащихся, которые не останутся равнодушными к столь увлекательному образовательному процессу. |
Ожидаемые результаты освоения программы | Развитие интереса учащихся к робототехнике и информатике. Развитие навыков конструирования роботов и автоматизированных систем. Получение опыта коллективного общения при конструировании и соревнованиях роботов. |
Возраст обучающихся | 11-13 лет |
Категория(и) состояния здоровья детей, которые могут быть зачислены на обучение по образовательной программе | Разный уровень физического состояния здоровья |
Ежегодная продолжительность реализации образовательной программы в месяцах | 76 |
Срок реализации программы | 1 год |
Сведения о педагогических работниках, реализующих образовательную программу | |
Продолжительность реализации образовательной программы в часах в рамках группового сопровождения детей | 2 |
Число часов работы педагогического работника, предусмотренное на индивидуальное сопровождение детей (при наличии) | - |
Число часов сопровождения группы дополнительным педагогическим работником одновременно с педагогическим работником, непосредственно осуществляющим реализацию образовательной программы (при наличии) | - |
Ожидаемое минимальное и максимальное число детей, обучающееся в одной группе | 10-12 |
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
Дополнительная общеобразовательная программа (далее программа) составлена в соответствии с методическими рекомендациями , , «Методическими рекомендациями для преподавателя и учащихся. Образовательный робототехнический модуль. Предварительный уровень», г. Москва, «Экзамен - Технолаб», 2014.
Вид образовательной деятельности - робототехническое конструирование
Мировые тенденции развития инженерного образования свидетельствуют о глобальном внедрении информационных технологий в образовательный процесс. Робототехника является весьма перспективной областью для применения образовательных методик в процессе обучения за счет объединения в себе различных инженерных и естественно-научных дисциплин. В результате такого подхода наблюдается рост эффективности восприятия информации учащимися за счет подкрепления изучаемых теоретических материалов экспериментом в междисциплинарной области.
Образовательный робототехнический модуль «Базовый уровень» предназначен для наглядного изучения основ робототехники на примере эксперимента, который можно без особого труда выполнить в рамках индивидуальных или групповых занятий.
Предлагаемые лабораторные работы и эксперименты, проводимые в их рамках, основываются на моделях роботов, которых можно сконструировать на базе робототехнического конструктора OLLO и дополнительных компонентов, производимых корейской компанией ROBOTIS. Наборы данной серии отличает многообразие возможностей, позволяющих реализовать всевозможные задумки начинающих исследователей. Наличие программируемого блока управления и различных датчиков позволяет сделать полностью автономные модели роботов, которыми также можно управлять вручную с помощью пульта дистанционного управления и модулей беспроводной связи. Широкий спектр доступных компонентов и возможностей позволяют пользователю на практике ознакомиться с принципом функционирования различных приводов, контроллеров и сенсорных устройств, а также разработать для них собственную систему управления.
Использование решений из области робототехники в рамках образовательного процесса позволяет формировать технологическую и проектную культуру учащихся, которые не останутся равнодушными к столь увлекательному образовательному процессу.
Основная цель курса:
развитие творческих способностей ребенка посредством конструкторской и проектной деятельности при помощи конструкторов нового поколения.
Задачи:
- формировать первичные представления о робототехнике, ее значении в жизни человека, о профессиях, связанных с изобретением и производством технических средств;
- приобщать к научно – техническому творчеству: развивать умение постановки технической задачи, сбирать и изучать нужную информацию, находить конкретное решение задачи и материально осуществлять свой творческий замысел;
- развивать продуктивную (конструирование) деятельность: обеспечить освоение детьми основных приёмов сборки и программирования робототехнических средств, составлять таблицы для отображения и анализа данных;
- воспитывать ценностное отношение к собственному труду, труду других людей и его результатам;
- формировать навыки сотрудничества: работа в коллективе, в команде, малой группе (в паре).
Формы проведения занятий: беседы, лекции, практические занятия, самостоятельная работа, проекты, соревнования.
Программой предусмотрены методы обучения: объяснительно-иллюстративные, частично поисковые (вариативные задания), творческие, практические.
Основополагающим ядром данной программы является научно - познавательная и проектная деятельность школьников.
Данная программа является пропедевтикой предпрофильного образования и направлена на личностную ориентацию образования.
Режим занятий: изучение программы рассчитано на 76 часов в год, 2 часа в неделю.
Учебно-тематический план
№ п/п | Тема | Всего | Количество часов | |
теория | практика | |||
1 | НАЧАЛЬНЫЙ УРОВЕНЬ | 22 | 2 | 20 |
2 | БАЗОВЫЙ УРОВЕНЬ | 32 | 3 | 29 |
5 | 3Д- моделирование | 22 | 2 | 20 |
Требования к результатам обучения
Знать:
- теоретические основы создания робототехнических устройств;
- элементную базу, при помощи которой собирается устройство;
- правила техники безопасности при работе с инструментом и электрическими приборами.
характеристики и основные принципы построения композиции при создании графических изображений, основные понятия, способы и типы компьютерной графики
Уметь:
- проводить сборку робототехнических средств с применением OLLO конструкторов;
Формы подведения итогов реализации программы дополнительного образования: защита проектов, проведение соревнований.
СОДЕРЖАНИЕ ПРОГРАММЫ
«Что такое робототехника. Цели и задачи.»
Основной предметной областью является познания в области естественно – научных представлений о роботах, их происхождении, предназначении и видах, правилах робототехники, особенностях конструирования. Дети знакомятся с краткой историей робототехники, знаменитыми людьми в этой области, различными видами робототехнической деятельности: конструирование, программирование, соревнования, подготовка видео обзора.
«Основы работы с базовым робототехническим набором»
Познакомить детей с базовым робототехническим набором. В каждом наборе содержится электродвигатель, кнопочный пост и батарейный отсек, с помощью которого можно сконструировать множество различных подвижных моделей. Также содержатся крепежные элементы, подвижные шарниры – это возможность создать различные механические передачи, приводящие в движение робота. Познакомить детей с соединением элементов, как с помощью инструментов можно не только разбирать соединения, но и собирать вновь.
«Меры предосторожности при работе с базовым робототехническим набором»
Несмотря на кажущуюся, на первый взгляд, простоту базовых робототехнических наборов, для детей дошкольного возраста каждый набор является чем-то новым, требующим освоения и тщательного изучения. Поэтому идет знакомство детей с мерами предосторожности при работе:
- с движущимися частями роботов и механизмов;
- с электротехническими устройствами;
- с моделями роботов, их сборке или разборке.
«Робот – жук»
Модель робота – жука является первой шестиногой шагающей моделью. Собрать и обсудить вместе с детьми, каким образом жук перемещается и как работает механизм, обеспечивающий движение ног робота – жука. Знакомство с шарнирной передачей, приводимой в движение приводами.
«Насекомое по выбору детей»
Конструирование на базе предыдущей модели любых других насекомых и устроить соревнование – чей робот быстрее преодолеет маршрут и препятствия на пути.
«Что такое мельница. Как она работает?»
Данная тема посвящена сборке модели ветряной мельницы. Продемонстрировать детям программу, с помощью которой лопасти мельницы могут вращаться в различном направлении – как по часовой, так и против часовой стрелки. Выбор скорости вращения осуществляется за счет изменений данных в программе.
«Передвижение животных на двух лапах»
Обсудить особенности работы механизма робота, каким образом достигается синхронность движения передних и задних лап зайца. Конструирование и программирование модели, передвигающегося на двух задних лапах.
«Передвижение животных ползком»
Обсудить, каким образом осуществляется передвижение (за счет синхронного движения механизмов «параллелограмма», расположенных с каждой из ее сторон). Конструирование модели робота – тюленя, выполняющего команды с помощью ласт.
«Сборка робота, отслеживающего линию»
Зачастую качество работы любой робототехнической системы зависит от ее быстродействия. Быстродействие робототехнической системы может зависеть как от производительности программируемого контроллера, так и от прочих параметров, например – масс-инерционных характеристик робота, скорости его движения и т. п. Так бывает, что один алгоритм управления роботом, работавший ранее при изменении каких-либо условий, перестает функционировать.
«Введение в основы сенсорных устройств. Сборка робота, объезжающего препятствия»
Познакомить и продемонстрировать, каким образом передается движение между элементами шарнирного механизма. Конструирование люльки, качающейся с помощью шарнирного механизма.
«Применение простейших сенсорных устройств.»
В рамках данной работы предлагается познакомиться с особенностями работы ИК-датчиков отраженного света. Подобные датчики используются для обнаружения наличия и положения объектов. Датчик состоит из излучающего световую волну источника, а также поглощающего приемника.
«Регистрирование и воспроизведение звуков.»
Обнаружение звуков и их запись, а также дальнейшая обработка и воспроизведение являются самыми распространенными задачами робототехники. Для регистрации звуков применяются микрофоны, а для воспроизведения – динамики. Программируемый контроллер СМ-100 содержит и микрофон, и динамик, с их помощью можно регистрировать звуки и воспроизводить звуки разной тональности.
«Типы приводов и механических передач. Сборка робота-катапульты»
В робототехнике применяется множество различных приводов, конечно же, большая часть из них базируется на электроприводе, но также не обделены вниманием системы на базе пневматики и гидравлики. Любой привод, для того чтобы функционировать, затрачивает большое количество энергии и чем больше мощность привода, тем больше его габариты и энергопотребление. Поэтому с целью минимизации количества приводов применяются различные механические передачи. Так, например, вращение может передаваться с оси на ось при помощи зубчатых колес, а также преобразовываться в поступательное движение с помощью кривошипных механизмов.
«Собственная модель»
Конструирование собственной модели на основе конструкции предыдущих роботов. Настроить детей на то, чтобы они не только видоизменяли внешний вид робота, но также изменяли его движущийся механизм.
«Основы объемного рисунка»
Работа с 3Д - ручкой.
«Методы моделирования на плоскости»
Упражнения по отработке приемов использования меню, командной строки, панелей инструментов. Выполнение индивидуального практического задания. Построение рисунка по индивидуальному заданию.
«Редактирование двумерных объектов»
Набор средств редактирования: удаление примитивов по одному или группами, перемещение и поворот изображения или его элементов, восстановление случайно стертых фрагментов, копирование объектов и изменение их свойств. Текстовые стили. Построение рисунка по индивидуальному заданию.
«Принципы работы системы трехмерного моделирования»
Место автоматизированных систем трехмерного моделирования в процессе проектирования. Пользовательский интерфейс программы. Основные приемы работы с файлами, окнами проекций, командными панелями. Создание объектов-примитивов. Построение трехмерных объектов. Усложненные примитивы.
«Особенности трехмерного моделирования»
Приемы редактирования объектов на уровне граней, ребер, вершин. Использование стандартных преобразований: перемещения, поворота, масштабирования. Создание модели по эскизу.
Итоговое занятие
Самостоятельное творчество на базе имеющихся инструкций.
КАЛЕНДАРНО-ТЕМАТИЧЕСКОЕ ПЛАНИРОВАНИЕ
№ | Наименование разделов и тем | Общее кол-во часов | В том числе | |
теоретических | практических | |||
I. НАЧАЛЬНЫЙ УРОВЕНЬ (22ч) | ||||
1. | Вводное занятие. Органы чувств роботов. | 2 | 1 | 1 |
2. | Лабораторная работа №1 «Создание робота божьей коровки» | 2 | 1 | 1 |
3. | Лабораторная работа №2 «Создание робота кузнечика» | 2 | 2 | |
4. | Лабораторная работа №3 «Создание робота таракана» | 2 | 2 | |
5. | Лабораторная работа № 4 «Создание робота жука-рогача» | 2 | 2 | |
6. | Лабораторная работа №5 «Создание модели мельницы» | 2 | 2 | |
7. | Лабораторная работа №6 «Создание робота жука-водомерки» | 2 | 2 | |
8. | Лабораторная работа №7 «Создание робота усатого жука» | 2 | 2 | |
9. | Лабораторная работа №8 «Создание робота зайца» | 2 | 2 | |
10. | Лабораторная работа №9 «Создание робота жука-броненосца» | 2 | 2 | |
11. | Лабораторная работа №10 «Создание робота тюленя» | 2 | 2 | |
II. БАЗОВЫЙ УРОВЕНЬ (32ч) | ||||
12. | Лабораторная работа №11 «Создание робота слона» | 2 | 2 | |
13. | Проект: Собери робота, определяющего расстояние. | 2 | 2 | |
14. | Проект: Собери робота, отслеживающего линию. | 2 | 2 | |
15. | Программирование с RoboPlus | 2 | 1 | 1 |
16. | Управление роботами с помощью программной среды LabView. | 4 | 2 | 2 |
17. | Лабораторная работа №12 «Создание робота объезжающего препятствия» | 2 | 2 | |
18. | Лабораторная работа №13 «Применение простейших сенсорных устройств. Сборка робота-пингвина» | 2 | 2 | |
19. | Лабораторная работа №14 «Типы приводов и механических передач. Сборка робота-катапульты» | 2 | 2 | |
20. | Лабораторная работа №15 Регистрирование и воспроизведение звуков. Сборка робота, реагирующего на звук» | 2 | 2 | |
21. | Лабораторная работа №16 «Регистрирование и воспроизведение звуков. Сборка дракона, реагирующего на звук» | 2 | 2 | |
22. | Лабораторная работа №17 «Влияние сил инерции. Сборка робота-щенка» | 2 | 2 | |
23. | Лабораторная работа №18 «Управление скоростью и ускорением роботов. Сборка робота-мышки» | 2 | 2 | |
24. | Лабораторная работа №19 «Тяговая сила роботов. Сборка робота-кузнечика» | 2 | 2 | |
25. | Лабораторная работа №20 «Сборка автоматизированного шлагбаума» | 2 | 2 | |
26. | Выставка созданных роботов. | 2 | 2 | |
III. 3Д МОДЕЛИРОВАНИЕ (22Ч) | ||||
27. | Объемное рисование | 6 | 1 | 5 |
28. | Интерфейс программы. | 1 | 1 | |
29. | Основные элементы окна. | 1 | ||
30. | Инструменты SketchUp. Линия и прямоугольник. | 1 | ||
31. | Инструменты SketchUp. Окружность и дуга | 1 | ||
32. | Инструменты SketchUp. Орбита и панорама. | 1 | ||
33. | Построение чертежа плоской детали | 1 | ||
34. | Создание параллелепипеда. | 1 | ||
35. | Создание сферы | 1 | ||
36. | Создание цилиндра | 1 | ||
37. | Создание тора | 1 | ||
38. | Создание конуса | 1 | ||
39. | Устройство 3Д- принтера | 1 | ||
40. | 3Д- моделирование и печать. Проектирование. | 2 | ||
41. | Защита проекта | 1 | ||
42. | Итоговое занятие. Обобщение итогов работы. | 1 | ||
Итого | 76 | 7 | 69 | |
МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
1. Робототехнические модули ТЕХНОЛАБ.
2. Моноблоки с ПО SketchUp.
3. 3D принтер MakerBot Replicator 2.
4. Лазерный станок.
5. 3Д - ручки.
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1. , «Методические рекомендации для педагогов» уч.-метод. пособие; М., «Технолаб» и «Экзамен», 2014, 95 стр.
2. , «Методические рекомендации для обучающегося» уч.-метод. пособие; М., «Технолаб» и «Экзамен», 2014, 143 стр.
