20. Практическая работа «Программирование робота для определения расстояния до препятствий»
Образовательная организация: ГБОУ Школа № 1362
Учитель: Ахметов Рустам
Дата проведения:
Модуль: Основы робототехники
Тема урока: Практическая работа «Программирование робота для определения расстояния до препятствий»
Цель урока: Сформировать у обучающихся практические навыки сборки и программирования робота с ультразвуковым датчиком, способного определять расстояние до препятствий и реагировать на них.
Планируемые результаты:
- Личностные: развитие самостоятельности и ответственности при решении технических задач; формирование критического мышления при анализе погрешностей измерений; воспитание настойчивости в достижении результата.
- Предметные: овладение навыками сборки робота с ультразвуковым датчиком; формирование умения программировать робота для определения расстояния до препятствий; приобретение опыта анализа точности измерений и расчёта погрешностей.
- Метапредметные:
- Регулятивные УУД: развитие умения планировать работу и проводить тестирование созданной модели; формирование навыков отладки программы на основе анализа результатов.
- Коммуникативные УУД: развитие умения работать в паре/группе; формирование навыков представления и обсуждения результатов практической работы.
- Познавательные УУД: развитие умения анализировать зависимость между расстоянием до объекта и показаниями датчика; формирование навыков систематизации и представления экспериментальных данных.
Задачи урока:
- Научить собирать конструкцию робота с ультразвуковым датчиком расстояния
- Сформировать навыки программирования робота для определения расстояния до препятствий
- Научить методике проведения измерений и оценки их точности
- Развить умение анализировать погрешности и строить таблицы измерений
- Обеспечить создание функционирующего робота, способного останавливаться на заданном расстоянии от препятствия
Тип урока: практическая работа
Учебно-методическое и материально-техническое обеспечение:
- Робототехнические наборы (по 1 на пару учащихся)
- Ультразвуковые датчики расстояния
- Компьютеры с установленной средой программирования
- Рабочие листы для записи результатов измерений
- Линейки и рулетки для проверки точности измерений
- Различные предметы для использования в качестве препятствий
- Секундомеры для измерения времени реакции робота
- Калькуляторы для расчета погрешностей
- Миллиметровая бумага для построения графиков
- Инструкции по сборке базовой модели робота
- Инструкционные карты по подключению ультразвукового датчика
- Таблица скорости звука при разных температурах
Образовательные технологии: проектное обучение, проблемное обучение, обучение в сотрудничестве, экспериментальное исследование.
Межпредметные связи:
- Физика: распространение ультразвука, факторы влияющие на скорость звука, отражение волн от препятствий
- Математика: расчёт расстояния по времени прохождения сигнала, вычисление погрешностей, статистическая обработка данных
Основные понятия: ультразвуковой датчик, эхолокация, расстояние до объекта, время прохождения сигнала, абсолютная погрешность, относительная погрешность, калибровка датчика, обработка сигнала, реакция на препятствие.
| Этап урока | Деятельность учителя | Деятельность ученика | Планируемые результаты |
|---|---|---|---|
| 1. Организационный момент (2 мин) | Приветствует учащихся, проверяет готовность к уроку, организует рабочие места, проверяет наличие необходимого оборудования. | Готовятся к уроку, проверяют наличие необходимого оборудования, занимают свои места. | Психологическая готовность к занятию |
| 2. Актуализация знаний (5 мин) | Задает вопросы о принципах работы ультразвуковых датчиков: “Как работает ультразвуковой датчик?”, “Как рассчитать расстояние до объекта, зная время прохождения сигнала?”, “От каких факторов зависит точность измерения?” | Отвечают на вопросы, вспоминают материал предыдущего урока о датчиках расстояния, формулу расчета расстояния, факторы, влияющие на точность. | Актуализация знаний о датчиках расстояния |
| 3. Постановка цели и задач практической работы (3 мин) | Формулирует цель практической работы: собрать и запрограммировать робота, который будет определять расстояние до препятствий и останавливаться на заданном расстоянии. Объясняет критерии успешного выполнения задания. | Записывают цель и задачи практической работы, уточняют критерии успешного выполнения. | Осознание цели и задач практической работы |
| 4. Инструктаж по выполнению практической работы (5 мин) | Объясняет этапы выполнения работы, демонстрирует основные элементы конструкции, особенности подключения и размещения ультразвукового датчика, напоминает технику безопасности. | Слушают инструктаж, задают уточняющие вопросы, делают необходимые заметки. | Понимание порядка выполнения работы |
| 5. Практическая работа, этап 1: Сборка робота с ультразвуковым датчиком (20 мин) | Консультирует учащихся по сборке модели робота, обращает внимание на правильное размещение датчика, помогает решать возникающие проблемы. | Собирают базовую конструкцию робота, устанавливают ультразвуковой датчик, проверяют правильность подключения, решают возникающие проблемы. | Формирование навыков сборки робота с датчиком расстояния |
| 6. Проверка правильности сборки (5 мин) | Организует взаимопроверку собранных конструкций, обращает внимание на типичные ошибки при установке ультразвукового датчика. | Проверяют правильность сборки своих роботов, сравнивают с другими моделями, исправляют выявленные недостатки. | Развитие навыков оценки технических решений |
| 7. Физкультминутка (2 мин) | Проводит короткую физкультминутку с элементами игры “Робот и препятствия”. | Выполняют физические упражнения, играют в игру на определение расстояния до объектов. | Снятие физического напряжения |
| 8. Инструктаж по программированию робота (7 мин) | Объясняет основные команды для работы с ультразвуковым датчиком, показывает примеры программных блоков для считывания расстояния, демонстрирует алгоритм остановки перед препятствием. | Слушают объяснение, изучают программные блоки, записывают алгоритм действий робота. | Понимание принципов программирования робота с датчиком расстояния |
| 9. Практическая работа, этап 2: Программирование робота (15 мин) | Консультирует учащихся по созданию программы для робота, помогает разобраться со сложными конструкциями, обращает внимание на необходимость создания плавного торможения. | Создают программу для определения расстояния до препятствий и остановки робота на заданном расстоянии, тестируют базовую работу программы. | Формирование навыков программирования робота с датчиком расстояния |
| 10. Инструктаж по проведению измерений и расчёту погрешностей (5 мин) | Объясняет методику проверки точности измерений, показывает, как заполнять таблицу измерений, рассказывает о расчёте абсолютной и относительной погрешности. | Слушают объяснение, готовят таблицы для записи результатов измерений, задают вопросы о методике измерений. | Понимание методики проведения измерений и расчёта погрешностей |
| 11. Практическая работа, этап 3: Проведение измерений и определение точности (15 мин) | Организует проведение серии измерений расстояния до объектов. Предлагает измерить расстояние до различных препятствий (стена, картонная коробка, стакан) на разных дистанциях (10, 20, 30, 50, 100 см) и сравнить с реальными значениями, измеренными линейкой. | Проводят серию измерений расстояния до различных препятствий, записывают показания датчика и реальные значения в таблицу, рассчитывают абсолютную и относительную погрешность для каждого измерения. | Развитие навыков проведения измерений и расчёта погрешностей |
| 12. Анализ точности измерений и построение таблицы погрешностей (10 мин) | Консультирует учащихся по анализу полученных результатов, помогает выявить закономерности изменения погрешности в зависимости от расстояния и типа препятствия. | Анализируют полученные данные, строят таблицу погрешностей, выявляют факторы, влияющие на точность измерений, делают выводы о надежности показаний датчика. | Формирование навыков анализа экспериментальных данных |
| 13. Практическая работа, этап 4: Корректировка программы с учётом погрешностей (10 мин) | Предлагает внести коррективы в программу робота с учётом выявленных погрешностей для более точной остановки на заданном расстоянии от препятствия. | Вносят изменения в программу, учитывающие выявленные погрешности, добавляют корректирующие коэффициенты для разных типов препятствий. | Развитие навыков оптимизации программы на основе экспериментальных данных |
| 14. Тестирование работы робота (10 мин) | Организует тестирование роботов на способность останавливаться на заданном расстоянии (например, 15 см) от различных препятствий. | Тестируют работу своих роботов, проверяют точность остановки, измеряют реальное расстояние после остановки, вносят финальные корректировки. | Проверка функциональности созданного робота |
| 15. Мини-соревнование “Точная остановка” (10 мин) | Проводит мини-соревнование: чей робот точнее остановится на заданном расстоянии от препятствия (например, 20 см). Измеряет отклонение от требуемого расстояния. | Участвуют в соревновании, запускают роботов к препятствию, стараются добиться наиболее точной остановки, наблюдают за результатами других. | Применение созданного робота в соревновательной ситуации |
| 16. Обсуждение результатов практической работы (5 мин) | Организует обсуждение результатов работы, предлагает учащимся поделиться выявленными закономерностями и проблемами. | Участвуют в обсуждении, делятся опытом, рассказывают о выявленных закономерностях и способах повышения точности. | Формирование навыков анализа и обобщения результатов |
| 17. Рефлексия (3 мин) | Предлагает учащимся оценить результаты своей работы, используя прием “Лестница успеха”: на какой ступеньке (от 1 до 5) они находятся по разным аспектам работы (сборка, программирование, измерения, анализ). | Оценивают свои достижения по разным аспектам работы, объясняют свою самооценку, делятся впечатлениями. | Развитие навыков самооценки и рефлексии |
| 18. Домашнее задание (3 мин) | Объясняет домашнее задание: 1) Оформить отчет о практической работе с таблицей погрешностей и выводами; 2) Предложить идеи по улучшению точности измерений ультразвукового датчика. | Записывают домашнее задание, задают уточняющие вопросы. | Понимание домашнего задания |
| 19. Подведение итогов урока (3 мин) | Обобщает результаты практической работы, отмечает успехи и трудности, подчеркивает важность точности измерений в робототехнике. | Слушают итоговую речь учителя, задают возникшие вопросы, приводят в порядок рабочие места. | Осознание результатов практической работы |
- Оценка качества сборки робота с ультразвуковым датчиком
- Анализ работоспособности созданной программы
- Проверка правильности заполнения таблицы измерений и расчёта погрешностей
- Оценка точности остановки робота на заданном расстоянии
- Результаты участия в мини-соревновании
- Качество анализа факторов, влияющих на точность измерений
- Наблюдение за работой учащихся в парах или группах