Образовательная программа объединения дополнительного образования «Лего»

Департамент образования города Москвы

ГБОУ Гимназия № 000 города Москвы

.

Направленность: техническая

ОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ  ПРОГРАММА

объединения дополнительного образования

«Лего»

Уровень программы: ознакомительный

Срок реализации программы: 1 год

  Возраст детей: 11-14 лет

         Составитель программы:

МОСКВА - 2016

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

Робототехника является одним из важнейших направлений научно -

технического прогресса, в котором проблемы механики и новых технологий

соприкасаются с проблемами искусственного интеллекта.

На современном этапе экономического и социального развития общества

содержание образования должно быть ориентировано на:

формирование у подрастающего поколения адекватной современному уровню знаний картины мира; обеспечение самоопределения личности; создание условий для самореализации личности; формирование человека, интегрированного в современное общество и нацеленного на совершенствование этого общества; воспроизводство и развитие кадрового потенциала общества.

Современный человек должен быть мобильным, готовым к разработке и

внедрению инноваций в жизнь. Поэтому в настоящее время образовательная

робототехника приобретает все большую значимость и актуальность. В

качестве прикладной науки робототехника может быть интегрирована как в

учебный процесс образовательного учреждения, так и в полной мере

использована в дополнительном образовании. Опираясь на такие научные

дисциплины, как информатика, математика, физика, биология, робототехника

активизирует развитие учебно-познавательной компетентности учащихся,

помогает развивать техническое творчество детей. Метод обучения

школьников через научные исследования и творческие проекты позволяет

выявить и отобрать из большого числа учащихся самых увлеченных и

работоспособных, создание же необходимых условий и мотивации для

овладения ими методологией творческой деятельности позволяет осуществить

школьникам научно - технические замыслы.

Курс робототехники является одним из интереснейших способов изучения

компьютерных технологий и программирования. Во время занятий ученики

собирают и программируют роботов, проектируют и реализуют миссии,

осуществляемые роботами - умными машинками. Командная работа при 

выполнении практических миссий способствует развитию коммуникационных

компетенций, а программная среда позволяет легко и эффективно изучать

алгоритмизацию и программирование, успешно знакомиться с основами

робототехники.

Программа рассчитана на группу учащихся (10 - 15человек), в которой

каждый участник активно задействован в процессе изучения теоретического и

освоения практического материала.

. Про грамма объединения « Робототехника» предназначена для воспитанников

10-16 лет.

Занятия проводятся по 2 часа 2 раза в неделю, всего за год -- 112 часов

обучения. Конструктор Lego Mindstorms предоставляет ученикам возможность

приобретать важные знания, умения и навыки в процессе создания,

программирования и тестирования роботов. Сердцем системы является

автономный микрокомпьютер ЕУ3, который можно программировать с

помощью компьютера под управлением операционной системы Windows. ЕУ3

получает информацию о внешнем мире от датчиков, обрабатывает ее,

управляет моторами, лампочками и звуком.

Конструктор Lego и программное обеспечение к нему предоставляет

прекрасную возможность учиться ребенку на собственном опыте. Такие

знания вызывают у детей желание двигаться по пути открытий и

исследований, а любой признанный и оцененный успех добавляет уверенности

в себе. Обучение происходит особенно успешно, когда ребенок вовлечен в

процесс создания значимого и осмысленного продукта, который представляет

для него интерес. Важно, что при этом ребенок сам строит свои знания, а

учитель лишь консультирует его.

Lego позволяет учащимся:

совместно обучаться в рамках одной бригады; распределять обязанности в своей бригаде; проявлять повышенное внимание культуре и этике общения; проявлять творческий подход к решению поставленной задачи; создавать модели реальных объектов и процессов; 
видеть реальный результат своей работы.

Цель программы

Организация внеурочной деятельности детей, раскрытие их творческого

потенциала с использованием возможностей робототехники и практическое

применение учениками знаний, полученных в ходе работы по курсу, для

разработки и внедрения инноваций в дальнейшей жизни, воспитание

информационной, технической и исследовательской культуры.

Задачи программы

1.  Развитие интереса к научно-техническому творчеству, технике, высоким

технологиям;

2.  развитие алгоритмического и логического мышления;

3.  развитие способности учащихся творчески подходить к проблемным

ситуациям и самостоятельно находить решения;

4.  умение выстраивать гипотезу и сопоставлять ее с полученным

результатом;

5.  воспитание интереса к конструированию и программированию;

6.  овладение навыками научно-технического конструирования и

моделирования;

7.  развитие обще учебных навыков, связанных с поиском, обработкой

информации и представлением результатов своей деятельности;

8.  формирование навыков коллективного труда;

9.  развитие коммуникативных навыков 

На занятиях с образовательными конструкторами LEGO Education серии

"ПервоРобот" дети строят действующие модели реальных механизмов, живых

организмов и машин, проводят естественнонаучные эксперименты, осваивают

основы информатики, алгоритмики и робототехники, попутно укрепляя свои

знания по математике и физике и приобретая навыки работы в творческом

коллективе.

ПервоРобот EV3 - робототехнический конструктор нового поколения. По

сравнению с предыдущими версиями, конструктор обладает более широкими

возможностями и проще в использовании - благодаря интеллектуальному

блоку управления EV3, разнообразным датчикам, интерактивным

сервомоторам,  беспроводной  технологии  Bluetooth®  и  мощному

графическому программному обеспечению.

«Конструктор ПервоРобот EV3 поможет в курсе технологии средней школы

освоить  основы  робототехники,  в  курсе  физики  провести

автоматизированный эксперимент, в курсе информатики  наглядно

реализовать сложные алгоритмы, а в начальном профессиональном

образовании  рассмотреть вопросы, связанные с автоматизацией

производственных процессов и процессов управления, систем безопасности»

Микрокомпьютер EV3 «Мозг» ПервоРобота - это микрокомпьютер LEGO

EV3, снабженный входными портами для датчиков и выходными портами для

исполнительных  устройств,  делающий  робота  программируемым,

интеллектуальным, способным принимать решения.

В микрокомпьютер EV3 можно загружать программу, созданную с помощью

программного обеспечения для настольного компьютера ПервоРобот EV3 а

можно обойтись и без помощи компьютера - используя меню EV3 Program

(Программы EV3), например, запрограммировать робота таким образом,

чтобы он двигался вперёд и назад при нажатии кнопки датчика касания.

для

обмена  данными  между  персональным  компьютером  и

микрокомпьютером EV3 можно воспользоваться USB портом. А можно

установить беспроводное соединение между EV3 и другими устройствами, 

поддерживающими Вluеtооth-связь, например, с другими ЕУ3, с мобильными

телефонами или с компьютерами.

ЕУ3 снабжен четырьмя разъёмами для подключения электромоторов и

лампочек, четырьмя разъёмами для датчиков, встроенным динамиком для

воспроизведения звука. 3 интерактивных сервомотора.

Три интерактивных сервомотора оснащены встроенными датчиками оборотов,

которые управляют мощностью моторов, измеряют и задают различную

скорость вращения, обеспечивая высокую точность движений робота.

Набор датчиков:

1.  Ультразвуковой датчик расстояния. Помогает роботу измерять

расстояние до окружающих предметов, избегать препятствий и

реагировать на движение других объектов.

2.  Датчик света. Позволяет роботу реагировать на изменение

освещённости и цвета поверхности.

3.  Датчик звука. Позволяет роботу реагировать на звуки различной

громкости - можно запрограммировать робота так, чтобы его действия

зависели от показаний датчика звука.

4.  Два датчика касания. Дают роботу возможность «ощущать»

окружающие его препятствия. Можно запрограммировать датчик

касания так, чтобы действия робота зависели от того, нажата кнопка

датчика или отпущена.

Ожидаемый результат программы

Работа с предлагаемыми конструкторами способствует развитию

воображения, пространственной ориентации, формированию абстрактного и

логического мышления, накоплению полезных знаний, дает возможность по

максимуму реализовать творческие способности. Каждый ученик может

работать в собственном темпе, переходя от простых задач к более сложным.

Опираясь на такие научные дисциплины, как информатика, математика,

физика, биология, робототехника активизирует развитие учебно -

познавательных компетенций учащихся, способствует развитию технического

творчества детей. 

Несложный учебный робот для детей становится вполне конкретной

осязаемой вещью. Реальный исполнитель со своей системой команд для

учащихся понятнее и интереснее при знакомстве с алгоритмизацией и

изучении программирования. При освоении управления таким роботом у

ребенка складываются четкие представления о том, что робот является

формальным исполнителем, на практике происходит знакомство с системой

команд исполнителя алгоритмов; буквально «потрогав руками», ребенок

понимает, что такое алгоритм, и сам определяет его свойства:

система команд робота строго определена; про грамма для робота составляется из отдельных команд; робот исполняет предложенную ему программу; поведение робота зависит от качества программы, а значит и от опыта самого программиста; если робот делает что-то не так, как задумывалось, необходима коррекция программы; информация вводится с помощью датчиков, выводится через линии связи с другими устройствами.

Таким образом, абстрактные понятия информатики наглядно воплощаются

в поведении материального объекта. Дети программируют различное

поведение  подготовленных  собственноручно  роботов,  оснащенных

необходимыми датчиками и объединенных в сенсорную сеть, что позволяет

концентрировать внимание учащихся на проблемах обработки информации

программируемыми исполнителями. У дачный интерфейс про граммы

позволяет уделять большое внимание различным алгоритмам управления.

Следовательно, составляемая ребенком про грамма сразу записывается в

классическом алгоритмическом виде, что, несомненно, способствует развитию

алгоритмического мышления, воспитывает культуру программирования.

Программа курса позволяет организовать внеучебную деятельность, проводя

интегрированные занятия по различным предметам. С помощью

конструкторов-роботов можно организовать весьма мотивированную,

познавательную деятельность по пространственному конструированию,

моделированию и автоматическому управлению. К наборам конструкторов 

прилагаются подробные конспекты занятий, рекомендации для учителя,

рабочие материалы для учеников. Задания, предлагаемые ученику, выстроены

от простого к сложному, особое внимание уделено наглядности.

Просветительно - досуговая работа.

Основной задачей просветительной и досуговой работы является: знакомство

детей с творчеством ведущих конструкторов, с историей развития роботов,

развитие электронного творчества, формирование нравственных и

эстетических взглядов, мировоззрения, расширение общего кругозора,

развитие культуры общения.

Программой предусмотрены следующие формы проведения просветительного

досугового занятия: бесед, лекции, проведение соревнований между детьми,

участие в соревнованиях Республиканских, обсуждение конструкций роботов,

обмен мнениями и многое другое.

В результате работы по программе курса дети получат:

1. умения осуществлять компьютерное моделирование с помощью

современных программных средств;

2.  навыки коллективного творческого труда, умение работать в команде над

решением поставленной задачи;

з. развитие способностей творчески подходить к проблемным ситуациям;

4. расширят знания об основных особенностях конструкций, механизмов и

машин;

5.участие  в  выставках,  фестивалях,  соревнованиях,  учебно

исследовательских конференциях и т. д.

6.  умение работать по предложенным инструкциям.

7.  умения творчески подходить к решению задачи.

8.  умения довести решение задачи до работающей модели.

8

9. умение излагать мысли в четкой логической последовательности,

отстаивать свою точку зрения, анализировать ситуацJf. Ю и самостоятельно

находить ответы на вопросы путем логических рассуждений. 

Учебно-тематический план.

Название темы: Количество часов

Теория  Практика  Всего

1  Вводное занятие: введение в робототехнику,  1  1  2

техника безопасности, правила поведения в 

лаборатории 

2  Конструирование  2  10  12

••••• 

3  Первые модели

,

2  8  10

4  Программирование в среде LegoMindstorms  12  14  26

5  Алгоритмы управления  4  14  18

6  Задачи для робота  2  16  18

7  Самостоятельная проектная деятельность в  2  18  20

группах на свободную тему 

8  Подготовка к состязаниям роботов

-

2  2

9  Технические расчеты

-

2  2

10  Подведение итогов  2

-

2

ИТОГО:  112ч

9 

Содержание программы.

Х!!  Изучаемый раздел, тема учебного материала  Количество

часов

1. Вводное занятие  2

1  Что такое робототехника. Цели и задачи работы кружка.  2

Знакомство с деталями конструктора. Демонстрация готовых 

проектов роботов. 

2. Конструирование  12

1  Способы крепления деталей.  2

2  Механическая передача.  2

3  Передаточное отношение.  2

4  Редуктор.  2

5  Большой мотор.  2

6  Средний мотор.  2

3. Первые модели  10

1  Инструкции по  сборке моделей  из Базового  набора LEGO  2

МINDSTORМS Education ЕVЗ. 

1  Сборка первого учебного робота.(Educator).  4

3  Сборка робота «Щеною>.(Рuрру).  4

4. Программирование в среде Lego Mindstorms  26

1  Знакомство со средой программирования Lego Mindstorms.  2

2  Управление моторами.  2

3  Ожидание интервала времени.  2

4  Ожидание показаний датчика.  2

5  Постоянные и переменные величины.  2

6  Арифметические и логические операции. 

1

0

2

7  Ветвления.  2

8  Циклы. Цикл без явных условий.  4

9  Циклы с предусловием. Циклы с предусловием по значению  4 

датчика. 

10  Циклы с предусловием по различным значениям.  4

5. Алгоритмы управления  18

1  Релейный регулятор.  2

2  Пропорциональный регулятор.  2

3  Движение по линии с одним датчиком освещенности.  2

4  Движение по линии с двумя датчиками освещенности.  2

5  Движение вдоль стенки.  2

6  Пропорционально-дифференциальный (ПД) регулятор.  2

7

Движение вдоль стенки на пд - регуляторе.

2

8  Кубические составляющие. Плавающий коэффициент.  2

9  Пропорционально - интегрально-дифференциальный  2

(IlliД)регулятор.

6. Задачи для робота  18

1  Управление без обратной связи. Движение в течение заданного  2

времени вперед и назад. Повороты. Движение по квадрату. 

2  Управление с обратной связью. Точные перемещения.  2

3  Кегельринг. Танец в круге. Задача «Не упасть со стола».  2

4  Задача «Вытолкнуть все банки».Задача «Не делать лишних  2

движений» . 

5  Игра «Сумо роботов».  2

6  Путешествие по комнате. Объезд предметов.  2

7  Роботы-барабанщики. Калибровка и удар.  2

8  Управление с помощью датчика.  2

9  Удаленное управление. Передача данных. Кодирование при  2

передаче. 

11

7.  Самостоятельная проектная деятельность в группах на  20

.'

свободную тему

8.  Подготовка к состязаниям роботов.  2 

9. Технические расчеты

Подведение итогов

2

2

Список литературы:

1.  , , и др. Промышленная

робототехника: Под редакцией - М.: Машиностроение, 2002.

2.  рограммируемый робот, управляемый с КПК /Д. Вильяме; пер.

сангл. . - М.: нт Пресс, 2006. - 224 с; ил. (Робот - своими

руками).

3.  Скотт Питер. Промышленные роботы - переворот в производстве. - М.:

ЭКОН0мика, 2007.

4.  Фу К., обототехника: Перевод сангл. - М. Мир, 2010.

5.  урс робототехники: Пер. сангл. - М.; Мир, 2002.

6.  Основы робототехники. Учебное пособие. Санкт-Петербург:

БВХ-Петербург, 2005.

7.  http://ru. wikipedia. orglwiki/. Википедия.

8.  http://www. russianrobotics. ru/directions/hellorobotl. РОБОТОТЕХНИКА

Инженерно-технические кадры инновационной России.

9.  httр://www. iпt-еdu. гиl. ННСТОТVТ новых технологий

1 O. http:///ni - ru/lego-education-productdatabase/mindstorms/9797 - lego-mindstorms - education-base-setl. LEGO

education.

11.http://www. membrana. ru. Люди. Идеи. Технологии.

12.httр://www. зdпеws. ru. Ежедневник цифровых технологий. О роботах на

русском языке

13 .http://www. all-robots. ru Роботы и робототехника.

14.http://www. ironfelix. ru Железный Феликс. Домашнее роботостроение.

15.http://www. roboclub. ru РобоКлуб. Практическая робототехника.

16.http://www. robot. ru Портал Robot. Ru Робототехника и Образование.

17.http://www. rusandroid. ru. Серийные андроидные роботы в России.

18.http://www. intekom. ra./konstn. iktor-pervorobot - NXT. html. Конструктор

ПервоРоботМХТ

19 .httр://www. vоutuЬе. соmlВидео соревнований.