Учебная программа Робототехника 8 - 9 класс. Элективный курс Робототеника. Конструируем роботов на Arduino
 Скачать 201.98 Kb.
|
|
Элективный курс «Робототеника. Конструируем роботов на Arduino» для 8 – 9 классов Составители: магистранты Волочаев А. Медведева Т  Есенкулова Т.Жумабекова М. Поляков И. Әліхан Ш Жасузак А. Бакыбаева А. Жангазина Н Павлодар қаласы 2021 жыл ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА Учебный курс рассчитан на обучающихся, которые работают с роботами третий и четвертый год. Элективный курс «Робототехника. Конструируем роботов на Arduino» продолжает идею использования робототехники и программирования в образовательных целях, для собственных проектно-исследовательских работ. Возрастная категория 8–9 классы. Учебный курс входит в вариативную часть основной образовательной программы. Программа может быть использована в образовательных организациях, реализующих программы дополнительного образования детей. Общий объем учебного времени составляет 34 часа на один учебный год, 1 час в неделю. Курс тесно взаимосвязан с такими школьными предметами, как математика, информатика и физика, использует имеющиеся знания по этим предметам. В основу программы положено конструирование роботов с использованием программируемых плат семейства Arduino, а также совместимых с ней, и набором радиоэлектронных и механических компонентов, таких как светодиоды, резисторы, транзисторы, сервоприводы, моторы, датчики ЖК-экраны и многое другое. При использовании платы Arduino становится возможным воплощение в реальность практически любых проектов: от системы запирания двери, открывающейся по определенному стуку, и автополива домашних растений до настоящего летающего дрона и системы управления всеми электронными устройствами в доме с помощью телефона. Также можно проводить лабораторно-практические, исследовательские работы и одновременно изучать объектно-ориентированный язык программирования, основанный на одном из самых известных и широко используемых языков — C++. Содержание практических работ и виды проектов могут уточняться в зависимости от наклонностей учащихся, наличия материалов, средств и др. Содержание программы реализуется во взаимосвязи с предметами школьного цикла. Рабочая программа элективного курса «Робототехника» для 8 - 9 классов составлена на основе: – «Об утверждении государственных общеобязательных стандартов образования всех уровней образования» (далее – ГОСО) (приказ МОН РК от 31 октября 2018 года № 604 (с изм. и допол. на 28 августа 2020 года № 372) https://adilet.zan.kz/rus/docs/V1800017669; – «Об утверждении типовых учебных программ по общеобразовательным предметам, курсам по выбору и факультативам для общеобразовательных организаций» (приказ МОН РК от 3 апреля 2013 года № 115 (с изм. и допол. на 27 ноября 2020г. №496) https://adilet.zan.kz/rus/docs/V1300008424; – «Об утверждении перечня учебников, учебно-методических комплексов, пособий и другой дополнительной литературы, в том числе на электронных носителях» (приказ МОН РК от 10 июня 2021 года № 286); – «О внесении изменений и дополнений в некоторые приказы МОН РК» (приказ МОН РК от 26 июля 2019 года №334); – «Об утверждении Методических рекомендаций по осуществлению учебного процесса в организациях образования в период ограничительных мер, связанных с распространением коронавирусной инфекции» (приказ МОН РК от 13 августа 2020 года № 345); – «О внесении изменения в приказ МОН РК от 20 марта 2015 года № 137 «Об утверждении Правил организации учебного процесса по дистанционным образовательным технологиям» (приказ МОН РК от 28 августа 2020 года № 374); – «О внесении изменений в приказ исполняющего обязанности МОН РК от 16 мая 2008 года № 272 «Об утверждении Типовых правил организации деятельности педагогического совета» (приказ МОН РК №125 от 02.04.2020 года); – «Об утверждении Правил определения особенностей режима рабочего времени и времени отдыха педагога» (приказ МОН РК №153 от 21.04.2020 года); – Санитарные правила «Санитарно-эпидемиологические требования к объектам образования», утвержденные приказом МЗ РК № ҚР ДСМ-76 от 5 августа 2021 года (зарегистрирован в МЮ РК за №23890 от 6.08.2021 года). Мир, в котором мы живем, меняется просто стремительно. Гигантские жилые комплексы, супермаркеты, «умные» машины, роботизированные производства и множество интеллектуальных сервисов стали обычными в нашей жизни. Автоматы и промышленные роботы заменяют человека в сложных технических производствах. Современный мир составляют системы искусственных технических предметов и сооружений, которые изготавливаются и используются человеком, и преобладают в его окружении. Появился новый термин, который обозначает такое состояние общества, — техносфера. Человек должен научиться ориентироваться в составляющих техносферы. Современный школьник воспринимает изменения как обыденные явления, это его обычный мир, он легко в нем ориентируется, принимает новые форматы взаимодействия естественно. Появился новый тип обучающихся — социально вовлеченных, мотивированных и целеустремленных. Этот факт системе образования надо использовать для всеобщей пользы. Предложить детям новый тип взаимоотношений в процессе обучения: сотрудничество, неформальное взаимодействие и исследовательские проекты. В результате получаемый опыт исследователя является самым ценным личным достижением каждого ребенка! Каждый ребенок имеет право на успех! Когда учителю самому интересно узнавать новое — ребенку тоже будет интересно взаимодействовать с учителем. Не стоит бояться, что не хватит знаний, «нельзя объять необъятное», но попробовать-то можно! Погружение в робототехническую тему — сильная мотивация для всех. Для этого годится все динамичное: видеоклипы, презентации, дополненная реальность, репортажи с конкурсов, интервью детей. В новой информационной образовательной среде меняется все: содержание образования, способ его получения и результат. Знания робототехники открывают перед сегодняшними школьниками новые профессии техносферы. Большинство профессий связаны с влиянием информационных технологий на все сферы деятельности человека. Одно из популярных направлений ИТ-сферы — это роботизированные технологические комплексы. Чем раньше школьник познакомится и погрузится в новую деятельность, тем легче ему будет профессионально сориентироваться. Цели курса: Повышение мотивации к изучению предметов естественно-математического цикла (физика, информатика, математика, технология), знакомство с основными принципами механики, с основами программирования, понимание важности межпредметных связей. Формирование целостного миропонимания и современного научного мировоззрения. Разностороннее и своевременное развитие детей, их творческих способностей. Формирование навыков самообразования, самореализации личности. Развитие умения творчески подходить к решению задачи, анализировать проблему и довести решение задачи до работающей модели, излагать мысли в четкой логической последовательности, отстаивать свою точку зрения, анализировать ситуацию и самостоятельно находить ответы на вопросы путем логических рассуждений, работать над проектом в команде, эффективно распределять обязанности. Воспитание чувства делового сотрудничества (доброжелательность друг к другу, уважать мнение других, уметь слушать товарищей), ответственного отношению к делу, самостоятельности, умения ориентироваться в постоянно изменяющихся условиях, быстро находить коллективное и самостоятельное решение возникающих проблем. Воспитание чувства товарищеской взаимовыручки и этики групповой работы, этики и культуры общения, основ бережного отношения к оборудованию. Задачи курса: дать первоначальные знания о конструкции робототехнических устройств; научить и программирования робототехнических устройств; сформировать общенаучные и технологические навыки конструирования и проектирования; ознакомить с правилами безопасной работы с инструментами. ПЛАНИРУЕМЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ОСВОЕНИЯ КУРСА Результаты освоения курса ориентированы на расширенный вариант обучения информатике в основной школе с включением блока тем по робототехнике и выход на уровень «обучающийся получит возможность»: ознакомиться с влиянием ошибок измерений и вычислений на выполнение алгоритмов управления реальными объектами (на примере учебных автономных роботов); познакомиться с понятием «управление», с примерами того, как компьютер управляет различными системами (роботами, летательными и космическими аппаратами, станками, оросительными системами, движущимися моделями и др.); познакомиться со средой программирования автономных роботов и разобрать примеры алгоритмов управления, разработанных в этой среде; узнать все об электричестве: основные законы и принципы, правила работы, проведение замеров параметров (силы тока, напряжения, сопротивления), компоненты электрической цепи (генераторы, конденсаторы, потенциометры и т. д.) и способы работы с ними; получить возможность самостоятельно собирать робототехнические устройства, имеющие практическое применение; получить представления о роботизированных устройствах и их использовании на производстве и в научных исследованиях. Конкретные планируемые результаты освоения курса для контроля Учащиеся научатся: собирать робототехнические устройства, управляемые платой (платами) Arduino; программировать в среде Arduino IDE, использующей стандартный объектно-ориентированный язык C++; управлять сложными робототехническими системами; использовать датчики и радиоэлектронные компоненты различного назначения для проведения экспериментов; использовать собственные робототехнические разработки в исследованиях. Содержание 8 класс (1-й год обучения) Модуль 1: История и обзор платформ. 3 часа. История создания Arduino. Обзор контроллеров семейства Arduino. Модуль 2: Конструирование роботов. 6 часов. Плата Arduino. Платы расширения Arduino (шилды). Сенсоры Arduino. Модуль 3: Программирование роботов. 8 часов Установка и настройка Arduino IDE. Запуск и подключение IDE к Arduino. Цифровые выводы и аналоговые входы. Широтно-импульсная модуляция. Типы данных. Арифметические и логические операторы. Управляющие операторы If, if else, switch. Управляющие операторы for, , while, do... While. Break, continue, return. Функции. Модуль 4: Проектная деятельность. 10 часа Проектная работа №1 Бегущий огонек. Проектная работа №2 Секундоме. Проектная работа №3 Цветная температура. Проектная работа №4 Метеостанция. Проектная работа №6 Проигрыватель. Проектная работа №7 Игра на скорость. Создание собственных творческих проектов. Модуль 5: Организация соревнований. 7 часа Виды соревнований роботов Arduino. Организация соревнований. Анонс соревнований. Проведение соревнований. Содержание 9 класс (2-й год обучения) Модуль 1: История и обзор платформ. 4 часа. История микроэлектроники и робототехники. Теоретические основы электроники. Микроконтроллеры Arduino. Автономные роботы, элементы теории управления Модуль 2: Конструирование роботов. 5 часов. Основы проектирования и моделирования электронного устройства на базе Arduino. Протоколы связи микроконтроллер — внешнее устройство, микроконтроллер – микроконтроллер. Механика многосуставных манипуляторов. Цифровые индикаторы. Семисегментный индикатор. Модуль 3: Программирование роботов. 8 часов Пользовательские функции. Применение массивов. Основы ООП. Библиотеки, класс, объект. Знакомство со средой разработки App Invertor. Создание первой программы под Android. Программа передачи данных с телефона на плату Arduino по bluetooth. Управление роботом с Android устройства. Модуль 4: Проектная деятельность. 10 часа Управление RGB светодиодом по bluetooth из собственной программы. Написание программы для Android. Программа управления роботом с Android устройства. Сервопривод. Золотое правило механики. Манипулятор клещи. Управление манипулятором с помощью потенциометров. Программа движения манипулятора по заранее заданному алгоритму. Программа управление манипулятором по bluetooth через bluetooh терминал. Приложение под Android для управления манипулятором по bluetooth. Интеграция манипулятора и подвижного шасси. Программа управления шасси и манипулятором по bluetooth. Модуль 5: Организация соревнований. 7 часа Виды соревнований роботов Arduino. Организация соревнований. Анонс соревнований. Проведение соревнований. Примерное тематическое планирование 8 класс.
Примерное тематическое планирование 9 класс.
МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ Что касается организационной формы обучения при реализации робототехнического проекта, то здесь бесспорно выигрывает групповая форма. Она позволяет учитывать индивидуальные особенности каждого обучающегося, производить разделение труда и распределение ролей, а результат, достигаемый группой учеников, всегда значительно выше по сравнению с выполнением задачи каждым в отдельности. К тому же при такой организации формируется коллективная ответственность и индивидуальная помощь как со стороны одноклассников, так и со стороны педагога. Это способствует созданию благоприятной атмосферы обучения, где главенствующая роль отводится позитивному мотивационному фону — именно он порождает интерес к учению и стимулирует познавательную деятельность детей. В 8–9 классах информатика изучается как инвариантный компонент учебного плана. Робототехника не является обязательным для контроля, и не выходит на итоговую аттестацию. Очевидно, что в сотрудничестве с учителями других предметов может быть реализован выход на комплексные межпредметные исследовательские и проектные работы в режиме интеграции урочной и внеурочной деятельностей. Структура проекта Абсолютно любой проект, будь он связан с робототехникой или любой другой областью, обязан иметь примерно следующую стандартную структуру. 1. Постановка вопроса (проблема) - почему этот проект важен для его исполнителя, его актуальность. 2. Цели и задачи - целеполагание на будущее и определение того, что исполнитель должен пошагово сделать, какие вопросы рассмотреть и какую информацию отыскать для достижения поставленной цели. 3. Методы и способы достижения цели - каким образом, за счет каких средств и ресурсов будут достигнуты решения задач, планирование будущей деятельности. 4. Результат - что получится по окончании исполнения проекта, ожидаемый продукт. 5. Презентация результата - представление продукта широкой аудитории как наиболее оптимального решения рассмотренной проблемы. Классификация проектов по ведущему виду деятельности. Исследовательский Предполагает выдвижение гипотезы и ее последующее подтверждение или опровержение, проведение экспериментов и научное описание изучаемых явлений. Практико-ориентированный Направлен на решение конкретных практических задач - создание необходимого объекта, модели, книги и т. д. Информационный. Направлен на сбор информации о каком-либо объекте или явлении - например, проведение анкетирования с целью анализа полученных результатов и построения информационной модели. Творческий. Такой проект отличает его продукт, который содержит в себе элементы культурно - массового значения: литература, изобразительное или декоративно-прикладное искусство, кинофильм и т. п. Создание робота для каких-либо целей тоже предполагает творческий подход Игровой (досуговый) Главным является подготовка какого-либо досугового мероприятия или игры. Типовая модель образовательного проекта по робототехнике
Как правило, к 9 классу математически более благополучные обучающиеся могут выбрать олимпиадное направление подготовки и серьезно заняться программированием (олимпиады по информатике и ИКТ-ориентированные специальности). Обучающиеся с инженерным (конструкторским) мышлением продолжат занятие робототехникой с узкоспециализированными средами программирования (олимпиады по робототехнике и инженерные НТИ олим- пиады). Конечно, будут обучающиеся, которые не свяжут свою профессию с техникой и ИТ-технологиями. Интегрированием робототехники и курса информатики основной школы обеспечивается возможность успешного изучения современного углубленного курса информатики в старшей школе (например, УМК по информатике И. А. Ка- линина, Н. Н. Самылкиной) для тех, кто выбрал отрасль информационных технологий или высокотехнологические инженерные специальности как свою будущую профессио- нальную деятельность. Список используемых источников Прудникова Л.И. Основы технологии программирования. Введение в Паскаль: учебное пособие.-ТГЭУ, 2006-136с. Фадеев И.Ю. Pascal для школы: учебное пособие.-г.Москва,2010-305 с. Немнюгин С.А. Turbo Pascal: практикум.-г. Санкт-Петербург. Питер.,2000-346с. Павловская Т.А. Паскаль. Программирование на языке высокого уровня. г. Санкт-Питербург. Питер.,2007. Рапаков Г.Г. Программирование на языке Pascal: учебное пособие.,- г. Санкт-Петербург. БХВ Петербург.,2004-480с. Power Builder.Учебник по Delphi 7 для начинающих: учебник.,2005-492с. Кирин М. Н. Учебник по Delphi 7 для начинающих: учебник.,2005-205с. Кузницова Е. А.Практикум по Delphi для решения прикладных задач. учебное пособие.,Нижний-Новгород.ННГУ им. Н.И.Лобачевского.2005-144с. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||