Рабочая программа «Робототехника» (Для обучающихся 1 – 4 классов)

Пояснительная записка.

Программа «Образовательная робототехника» разработана с учётом требования Федерального государственного образовательного стандарта начального общего образования и планируемых результатов начального общего образования. Данная программа представляет собой вариант программы организации внеурочной деятельности обучающихся начальной школы.

Курс рассчитан на 4 года занятий, объем занятий – 1 класс 33 ч.; 2 – 4 классы по 34 ч. Программа предполагает проведение регулярных еженедельных внеурочных занятий с обучающимися 1 – 4 классов (в расчете 1 ч. в неделю).

Предусмотренные программой занятия проводятся в группах по 14 человек, состоящих из учащихся нескольких классов одной параллели.

Актуальность программы:

  • необходимость вести пропедевтическую работу в младшей школе в естественнонаучном направлении для создания базы, позволяющей совершить плавный переход к дисциплинам среднего звена (физике, биологии, технологии, информатике, геометрии);
  • востребованность развития широкого кругозора младшего школьника и формирования основ инженерного мышления;
  • отсутствие предмета в школьных программах начального образования, обеспечивающего формирование у обучающихся конструкторских навыков и опыта программирования.

Программа отвечает требованиям направления региональной политики в сфере образования – развитие научно-технического творчества детей младшего школьного возраста.

Общеобразовательная робототехника – это инновационно – образовательный проект развития образования, направленный на внедрение современных научно-практических технологий в учебный процесс. В основе работы заложен принцип «от идеи к воплощению»: современные технологии, соединенные проектной и практико-ориентированной деятельностью с нацеленностью на результат.

Робототехника – это прикладная наука, занимающаяся разработкой и эксплуатацией интеллектуальных автоматизированных технических систем для реализации их в различных сферах человеческой деятельности. Современные робототехнические системы включают в себя микропроцессорные системы управления, системы движения, оснащены развитым сенсорным обеспечением и средствами адаптации к изменяющимся условиям внешней среды. При изучении таких систем широко используется конструкторы класса ПервоРобот, которые объединены в две творческие среды – конструкторы Лего с микрокомпьютерами RCX или EV3 (Lego WeDo) и компьютерные среды Lego Mindstorms Education EV3 2.0.

Микрокомпьютеры RCX и EV3  – программируемые кубики Лего, позволяющие хранить и выполнять программы, созданные на компьютере с помощью простых, но мощных графических средах программирования. Объединение конструирования и программирования даёт возможность интегрирования предметных наук с развитием инженерного мышления через техническое творчество. Инженерное творчество и лабораторные исследования – многократная деятельность, которая должна стать составной частью повседневной жизни каждого ребёнка, что является мощным инструментом синтеза знаний.

Комплект LEGO Mindstorms — конструктор (набор сопрягаемых деталей и электронных блоков) для создания программируемого робота. Программа предусматривает использование базовых датчиков и двигателей комплекта LEGO Mindstorms, а также изучение основ автономного программирования и программирования в среде EV3-G.

Новизна программы заключается в инженерной направленности обучения, которое базируется на новых информационных технологиях, что способствует развитию информационной культуры и взаимодействию с миром научно-технического творчества. Авторское воплощение замысла в автоматизированные модели и проекты особенно важно для младших школьников, у которых наиболее выражена исследовательская компетенция.

Цель программы: формирование интереса к техническим видам творчества, развитие конструктивного мышления средствами робототехники.

Программа предоставляет педагогам средства для достижения целого комплекса образовательных целей:

  • Развить словарный запас и навыки общения ребёнка при объяснении работы модели.
  • Научить установлению причинно-следственных связей.
  • Научить анализировать результаты и искать новые оптимальные решения.
  • Научить коллективной выработке идей, упорству при реализации некоторых из них.
  • Научить экспериментальному исследованию, оценке (измерению) влияния отдельных факторов. 
  • Развить логическое мышление.
  • Научить писать и воспроизводить сценарии с использованием модели для наглядности.
  • Показать систему межпредметного взаимодействия и межпредметных связей информатики, технологии, математики.
  • Выработать у учащихся навыки самостоятельной исследовательской деятельности.

Задачи программы

Обучающие:

  • ознакомление с комплектами конструкторов Lego WeDo2, LEGO Mindstorms EV3;
  • ознакомление с основами автономного программирования;
  • ознакомление со средой программирования LEGO Mindstorms EV3;
  • получение навыков работы с датчиками и двигателями;
  • получение навыков программирования;
  • развитие навыков решения базовых задач робототехники.

Развивающие:

  • развитие конструкторских навыков;
  • развитие логического мышления;
  • развитие пространственного воображения.

Воспитательные:

  • воспитание у детей интереса к техническим видам творчества;
  • развитие коммуникативной компетенции: навыков сотрудничества вколлективе, малой группе (в паре), участия в беседе, обсуждении;
  • развитие социально-трудовой компетенции: воспитание трудолюбия,самостоятельности, умения доводить начатое дело до конца;
  • формирование и развитие информационной компетенции: навыков работы сразличными источниками информации, умения самостоятельно искать, извлекать и отбирать необходимую для решения учебных задач информацию.

В процессе обучения используются разнообразные методы обучения.

Традиционные:

  • объяснительно-иллюстративный метод (лекция, рассказ, работа с литературой и т.п.);
  • репродуктивный метод;
  • метод проблемного изложения;
  • частично-поисковый (или эвристический) метод;
  • исследовательский метод.

Современные:

  • метод проектов:
  • метод обучения в сотрудничестве;
  • метод взаимообучения.

Структура программы

Учащимся в возрасте от 7 до 10 лет предлагается двухуровневый образовательный комплекс с взаимосвязью учебных и досуговых занятий как групповых, так и индивидуальных.

Уровень первый «базовый» (1 – 2 классы) – познавательный, курс изучения простых машин, редукторов, основ робототехники, простое программирование, конструировании и создании роботов на основе конструктора Lego WeDo2.

Уровень второй (3 – 4 классы) – уровень углубленного изучения основ робототехники и освоения робототехники, применения законов механики и составления  программ при конструировании и создании роботов на основе LEGO Mindstorms EV3.; усвоение знаний, умений, навыков на уровне практического и творческого применения.

Содержание программы (разделы).

Первый уровень.

  1. Введение в Lego WeDo2.

Правила организации рабочего места. Правила безопасной работы. Знакомство с Лего. История лего. Название деталей конструктора, варианты соединений деталей друг с другом. Практическое задание – сборка модели по замыслу. Исследование и анализ полученных результатов.

  • Устройство компьютера.

Начальные сведения о компьютере. Внутренние и внешние устройства. Принципы работы компьютера. История развития компьютеров. Составные части ПК. Принципы работы ПК. Выполнение правил работы при включении и выключении компьютера, запуск программы.

  • Конструирование и программирование.

Перечень терминов. Звуки. Экран. Сочетание клавиш. Программное обеспечение LEGO Education WeDo2

  • Исследование механизмов.

Основные приемы сборки и программирования. Справочный материал при работе с Комплектом заданий. Основы построения механизмов и программирования.

  • Волшебные модели.

Практические занятия. Модель механического устройства для запуска волчка. Модель двух механических птиц. В модели используется система ременных передач.

  • Программы для исследований.

Исследование возможности программного обеспечения LEGO Education WeD2o.

  • Забавные механизмы.

Конструирование и программирование различных моделей. Создание проектов. Подготовка и проведение выставки.

Второй уровень.

  1. Устройство компьютера.

Внутренние и внешние устройства. Внутренняя и внешняя память. Принципы работы ПК. Операционная система WINDOWS. Функциональные клавиши. ПР: Работа в среде Windows, отработка функциональных клавиш в приложении WordPad.

  • Введение в робототехнику.

История робототехники. Примеры сконструированных роботов для выполнения поставленных задач. Соревнования роботов в России и за рубежом.

  • Робототехника. Основы конструирования.

Основные устройства LEGO-робота. Содержимое конструктора Lego Mindstorms EV3. Основной блок управления, сенсоры и датчики, моторы.

  • Программирование в среде EV3.

Рабочая среда LEGO EV3. Интерфейс программы. Основные команды. Способы подключения робота к программе. Базовые команды. Программирование роботов: включение/выключение и настройка двигателей.

  • Простые модели роботов.

Разбор различных моделей роботов. Сборка моделей по чертежам. Отличительные особенности роботов. Возможности роботов. Достоинства и недостатки различных моделей

  • Работы с использованием сенсоров.

Команды ветвления. Сенсор цвета, ультразвуковой сенсор, датчик касания. Управление роботом в зависимости от данных, полученных из внешнего мира.

  • Роботы для участия в соревнованиях.

Конструирование и программирование роботов для участия в соревнованиях «Движение по линии», «Кегельринг», «Лабиринт». Подготовка и проведение соревнований.

Планируемые личностные и метапредметные результаты освоения программы курса

  1. Коммуникативные универсальные учебные действия:
  2. формировать умение слушать и понимать других;
  3. формировать и отрабатывать умение согласованно работать в группах и коллективе;
  4. формировать умение строить речевое высказывание в соответствии с поставленными задачами.
  5. Познавательные универсальные учебные действия:
  6. формировать умение извлекать информацию из текста и иллюстрации;
  7. формировать умения на основе анализа рисунка-схемы делать выводы.
  8. Регулятивные универсальные учебные действия:
  9. формировать умение оценивать учебные действия в соответствии с поставленной задачей;
  10. формировать умение составлять план действия на уроке с помощью учителя;
  11. формировать умение мобильно перестраивать свою работу в соответствии с полученными данными.
  12. Личностные универсальные учебные действия:
  13. формировать учебную мотивацию, осознанность учения и личной ответственности;

формировать эмоциональное отношение к учебной деятельности и общее представление о моральных нормах поведения

Система контроля

   Форма текущего контроля  Форма итогового контроля
Основные и внутренние и внешние устройства компьютера, принципы работы компьютера. Клавиатура.Устный опрос по внутренним и внешним устройствам ПК, назначению клавиш в клавиатуре. 
Операционная система WINDOWS.Умение работать в WINDOWS  – с окнами; с файлами и папками 
Конструктор Lego WeDo2Устный опрос назначение основных деталей в конструкторе Lego WeDo2 
Модели конструктора Lego WeDo2Устный опрос об устройстве моделей, их возможностях и способах программирования роботовСамостоятельная работа
Устройство механизмовПисьменный опросТаблица данных
Межпредметные связиТаблица ЗУНовТаблица ЗУНов
Конструктор LEGO Mindstorms EV3Устный опрос назначение основных деталей в конструкторе LEGO Mindstorms EV3 
Простые модели роботаУстный опрос об устройстве моделей, их возможностях и способах программирования роботовСамостоятельная работа
Роботы с использованием сенсоровУстный опрос о назначении сенсоров, об устройстве моделей роботов с использованием сенсоров, их возможностях и способах программирования роботовСамостоятельная работа
Роботы для участия в соревнованияхУстный разбор моделей и программПроведение соревнования среди учащихся группы

Ожидаемые предметные результаты реализации программы

У обучающихся будут сформированы:

  • основные понятия робототехники;
  • основы алгоритмизации;
  • умения автономного программирования;
  • знания среды LEGO Mindstorms EV3;
  • основы программирования на EV3;
  • умения подключать и задействовать датчики и двигатели;
  • навыки работы со схемами.

Обучающиеся получат возможность научиться:

  • собирать базовые модели роботов;
  • составлять алгоритмические блок-схемы для решения задач;
  • использовать датчики и двигатели в простых задачах;
  • программировать на EV3;
  • использовать датчики и двигатели в сложных задачах, предусматривающих многовариантность решения;
  • проходить все этапы проектной деятельности, создавать творческие работы.

Условия для реализации программы

Для реализации программы необходимы следующие материально-технические ресурсы:

  • наборы конструктора Lego WeDo2, наборы конструктора LEGO Mindstorms EV3 2.0.;
  • программное обеспечение LEGO® Education WeDo2; Mindstorms EV3 ;
  • компьютерная и вычислительная техника;
  • аккумуляторы для микропроцессорного блока робота, типа АА;
  • блок питания для аккумуляторов;
  • разноцветная бумага, картон, фольга, ленточки, ножницы;
  • комплект измерительных инструментов: линейки или рулетки, секундомеры, а также бумагу для таблицы данных
  • специализированные поля для соревнований, рекомендованные производителем (размер не менее 2м x 2м);
  • методическое обеспечение: авторские презентации, авторские обучающие пособия по конструированию и программированию, обучающие видеоролики.

Занятия проводятся в просторном классе (со свободным пространством 2х3 метра).  Для каждого учащегося или группы должно быть организовано рабочее место с компьютером и свободным местом для сборки моделей. Необходимо выделить отдельный шкаф, большой контейнер или даже  отдельное помещение для хранения наборов. Незавершённые модели можно хранить в контейнерах или на отдельных полках, также можно раскладывать модели по отдельным небольшим коробочкам или лоткам.

Тематический план

№ п/пНаименование тем:Кол-во часовтеорияпрактика
1 год обучения   
1Введение в Lego WeDo2431
2Устройство компьютера413
3Конструирование и программирование422
4Исследование механизмов17710
5Волшебные модели422
 Итого часов по программе331518
2 год обучения   
1Программы для исследований1055
2Забавные механизмы201010
3Подготовка и проведение выставки413
 Итого часов по программе341618
3 год обучения   
1Устройство компьютера211
2Введение в робототехнику321
3Робототехника. Основы конструирования422
4Программирование в системе EV3202
5Простые модели роботов1055
6Роботы с использованием сенсоров1367
 Итого часов по программе341618
4 год обучения   
1Роботы с использование сенсоров1367
2Роботы для участия в соревнованиях1789
3Подготовка и проведение соревнований413
 Итого часов по программе341519

Учебно – тематическое  планирование

1 год обученияВведение в Lego WeDo2 (4 часа)
1Правила организации рабочего места. Правила безопасной работы
2Знакомство с Лего. История Лего
3Название деталей конструктора, варианты соединений деталей друг с другом
4Практическое задание – сборка модели по замыслу. Исследование и анализ полученных результатов
Устройство компьютера (4 часа)
5Начальные сведения о компьютере. Внутренние и внешние устройства. Внутренняя и внешняя память. Принципы работы ПК
6Операционная система WINDOWS. Введение в файловую систему. Клавиатура. Функциональные клавиши
7ПР: Работа в среде Windows, отработка функциональных клавиш в приложении WordPad.
8ПР: Работа в среде Windows, отработка функциональных клавиш в приложении WordPad.
Конструирование и программирование (4 часа)
9Перечень терминов
10Звуки
11Фоны экрана
12Сочетание клавиш
Исследование механизмов (17 часов)
13Мотор и ось
14Зубчатые колёса
15Промежуточное зубчатое колесо
16Понижающая зубчатая передача. Повышающая зубчатая передача.
17Датчик наклона.
18Шкивы и ремни.
19Перекрестная переменная передача
20Снижение скорости. Увеличение скорости.
21Датчик расстояния
22Коронное зубчатое колесо
23Червячная зубчатая передача
24Кулачок. Рычаг
25Блок «Цикл»
26Блок «Прибавить к экрану»
27Блок «Вычесть из экрана»
28Блок «Начать при получении письма»
29Маркировка
Волшебные модели. Практические занятия (4 часа)
30Танцующие птицы
31Танцующие птицы
32Умная вертушка
33Умная вертушка
2 год обученияПрограммы для исследований (10 часов)
1Супер случайное ожидание. Лотерея
2Управление с клавиатуры. Управление голосом. Джойстик
3Управление мощностью мотора при помощи датчика наклона
4Все звуки. Случайный порядок воспроизведения звуковых файлов
5Все фоны экрана. Случайный выбор фона экрана.
6Попугай
7Обратный отчёт
8Свистящий мотор
9Хранилище
10Случайная цепная реакция
Забавные механизмы (20 часов)
11Обезьянка – барабанщица
12Голодный гладиатор
13Рычащий лев
14Порхающая птица
15Проект «Зоопарк»
16Проект «Зоопарк»
17Нападающий
18Вратарь
19Ликующие болельщики
20Проект «Футбол»
21Проект «Футбол»
22Спасение самолёта
23Спасение самолёта
24Спасение самолёта
25Спасение от великана
26Спасение от великана
27Спасение от великана
28Непотопляемый парусник
29Непотопляемый парусник
30Непотопляемый парусник
Подготовка и проведение выставки (4 часа)
31Выбор и подготовка моделей для выставки.
32Защита проектов
33Проведение выставки
34Проведение выставки
3 год обученияУстройство компьютера (2 часа)
1Дополнительные сведения о компьютере. Внутренние и внешние устройства. Внутренняя и внешняя память. Принципы работы ПК.
2ПР: Работа в среде Windows, отработка функциональных клавиш в приложении WordPad.
Введение в робототехнику (3 часа)
3История робототехники.
4Примеры сконструированных роботов для выполнения поставленных задач.
5ПР: с готовыми моделями роботов
Робототехника. Основы конструирования (4 часа)
6Основные определения. Классификация роботов по сферам применения.
7Детали конструктора LEGO.
8Знакомство с блоком EV3, сервомоторами, датчиками.
9Знакомство с блоком EV3, сервомоторами, датчиками.
Программирование в среде EV3 (2 часа)
10Понятие среды программирования. Среда программирования EV3, основные особенности.
11Создание программ в среде программирования
EV3.
Простые модели роботов (10 часов)
12Основные устройства LEGO-робота. Их назначение и роль в различных моделях. Виды деталей и элементы креплений в конструкторе LEGO.
ПР: построение механического манипулятора.
13Модель робота «Пятиминутка». Устройство и возможности робота.
ПР: построение робота по схеме.
14Введение в программу LEGO EV3-G. Интерфейс программы. Подключение робота.
ПР: программирование робота «Пятиминутка» по готовой инструкции.
15Команда «Движение». Настройка параметров.
ПР: самостоятельное программирование робота «Пятиминутка» по указанной траектории с помощью блока «Движение».
16Команды «Поворот» и «Разворот на месте». Настройка параметров.
ПР: программирование робота для траекторий вида ВПЕРЕД-ПОВОРОТ-НАЗАД.
17Модель «Робот-трактор». Устройство и возможности робота.
ПР: Конструирование модели
18Повторение команды «Движение», «Поворот», «Разворот на месте».
ПР: программирование робота для движения по заданной траектории.
19Понятие «Угол». Настройка параметров для поворота на точно заданный угол.
ПР: программирование робота «Трактор» с использованием поворота на точно заданный угол.
20Программа «Змейка». Устный разбор программы.
ПР: программирование робота «Трактор» вдоль траектории «Змейка».
21Подведение итогов. Самостоятельная работа: конструирование простого робота «Тележка» по инструкции и программирование его по заданной траектории.
Работы с использованием сенсоров (13 часов)
22Повторение: виды сенсоров и их назначение.
Ультразвуковой сенсор. Настройка параметров. Разбор программы: движение вперед, пока нет препятствия.
ПР: Добавление ультразвукового сенсора роботу «Тележка». Программирование робота «Тележка».
23Повторение: ультразвуковой сенсор.
ПР: программирование робота-исследователь. Двигайся вперед, пока нет препятствия, в противном случае – поверни.
24Повторение, закрепление материала
25Сенсор «Цвет». Настройка параметров. Разбор программы «Красный цвет».
ПР: добавление сенсора «цвет». Программирование робота «Красный цвет».
26Сенсор «Цвет». Настройка параметров. Разбор программы «Красный цвет».
ПР: добавление сенсора «цвет». Программирование робота «Красный цвет».
27Разбор программы «Угадай цвет».
ПР: программирование робота «угадай цвет».
28Разбор программы «Угадай цвет».
ПР: программирование робота «угадай цвет».
29Программа «Простая радуга».
ПР: программирование робота «двигайся вперед, определяя цвета».
30Программа «Простая радуга».
ПР: программирование робота «двигайся вперед, определяя цвета».
31Сенсор цвета, как сенсор освещенности. Настройка параметров для распознавания черный или белый цвет.
ПР: программа «движение вперед до черной линии».
32Сенсор цвета, как сенсор освещенности. Настройка параметров для распознавания черный или белый цвет.
ПР: программа «движение вперед до черной линии».
33Сенсор цвета, как сенсор освещенности. Настройка параметров для распознавания черный или белый цвет.
ПР: программа «движение вперед до черной линии».
34Подведение итогов. Самостоятельная работа: конструирование простого робота с тремя сенсорами по инструкции и программирование его с использованием сенсоров.
4 год обученияРаботы с использованием сенсоров (13 часов)
1Повторение: ультразвуковой сенсор.
ПР: программирование робота-исследователь. Двигайся вперед, пока нет препятствия, в противном случае – поверни.
2Сенсор «Цвет». Настройка параметров. Разбор программы «Красный цвет».
ПР: добавление сенсора «цвет». Программирование робота «Красный цвет».
3Разбор программы «Угадай цвет».
ПР: программирование робота «угадай цвет».
4Разбор программы «Угадай цвет».
ПР: программирование робота «угадай цвет».
5Программа «Простая радуга».
ПР: программирование робота «двигайся вперед, определяя цвета». Сенсор цвета, как сенсор освещенности. Настройка параметров для распознавания черный или белый цвет.
ПР: программа «движение вперед до черной линии».
6Понятие «Цикл». Разбор программы «Танец в круге».
ПР: программирование робота «танец в круге».
7Понятие «Цикл». Разбор программы «Танец в круге».
ПР: программирование робота «танец в круге».
8Робот для участия в соревнованиях «простой кегельринг».
ПР: конструирование робота для кегельринга. Программирование робота.
9Робот для участия в соревнованиях «простой кегельринг».
ПР: конструирование робота для кегельринга. Программирование робота.
10Робот для участия в соревнованиях «простой кегельринг».
ПР: конструирование робота для кегельринга. Программирование робота.
11Датчик касания. Настройка параметров.
ПР:  добавление роботу датчика касания. Программирования робота с использованием датчика касания.
12Датчик касания. Настройка параметров.
ПР:  добавление роботу датчика касания. Программирования робота с использованием датчика касания.
13Подведение итогов. Самостоятельная работа: конструирование простого робота с тремя сенсорами по инструкции и программирование его с использованием сенсоров.
Роботы для участия в соревнованиях (17 часов)
14Разбор программы движение вдоль черной линии. Примеры готовых моделей роботов.
15Разбор программы движение вдоль черной линии. Примеры готовых моделей роботов.
16Разбор программы движение вдоль черной линии. Примеры готовых моделей роботов.
17Движение вдоль черной лини с препятствиями.
ПР: конструирование и программирование робота.
18Движение вдоль черной лини с препятствиями.
ПР: конструирование и программирование робота.
19Движение вдоль черной лини с препятствиями.
ПР: конструирование и программирование робота.
20Разбор программы «кегельринг» с использованием черно-белых кегель. Примеры готовых моделей роботов.
21Разбор программы «кегельринг» с использованием черно-белых кегель. Примеры готовых моделей роботов.
22Разбор программы «кегельринг» с использованием черно-белых кегель. Примеры готовых моделей роботов.
23«Кегельринг» с использованием черно-белых кегель.
ПР: конструирование и программирование робота.
24«Кегельринг» с использованием черно-белых кегель.
ПР: конструирование и программирование робота.
25«Кегельринг» с использованием черно-белых кегель.
ПР: конструирование и программирование робота.
26Разбор программы «Лабиринт» с использованием правила «правой руки».
27Разбор программы «Лабиринт» с использованием правила «правой руки».
28Программа «Лабиринт» с использованием правила «правой руки».
ПР: конструирование и программирование робота.
29Программа «Лабиринт» с использованием правила «правой руки».
ПР: конструирование и программирование робота.
30Программа «Лабиринт» с использованием правила «правой руки».
ПР: конструирование и программирование робота.
Подготовка и проведение соревнований (4 часа)
31Подготовка к соревнованиям и выставкам
32Подготовка к соревнованиям и выставкам
33Соревнования
34Соревнования

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.