21. Простые механизмы в робототехнике - рычаги и передаточные отношения
Образовательная организация: ГБОУ Школа № 1362
Учитель: Ахметов Рустам
Дата проведения:
Модуль: Основы робототехники
Тема урока: Простые механизмы в робототехнике: рычаги и передаточные отношения
Цель урока: Сформировать у обучающихся представление о принципах работы рычагов и передаточных механизмов и их применении в робототехнических конструкциях.
Планируемые результаты:
- Личностные: развитие познавательного интереса к изучению физических принципов, лежащих в основе робототехники; формирование понимания взаимосвязи между теоретическими знаниями и их практическим применением; воспитание аккуратности и точности при конструировании механизмов.
- Предметные: понимание принципов работы рычагов разных типов; освоение методов расчета выигрыша в силе; формирование навыков применения рычажных механизмов в робототехнических конструкциях.
- Метапредметные:
- Регулятивные УУД: развитие умения планировать последовательность действий для создания механизма; формирование навыков анализа эффективности созданной конструкции.
- Коммуникативные УУД: развитие умения объяснять принцип работы созданного механизма; формирование навыков командной работы при проектировании.
- Познавательные УУД: развитие умения устанавливать причинно-следственные связи между конструкцией рычага и его эффективностью; формирование навыков применения математических расчетов в практической деятельности.
Задачи урока:
- Познакомить учащихся с принципами действия рычагов различных типов
- Объяснить понятие момента силы и условие равновесия рычага
- Научить рассчитывать выигрыш в силе при использовании рычажных механизмов
- Сформировать навыки применения рычагов в робототехнических конструкциях
- Научить конструировать простейшие манипуляторы и захваты для роботов
Тип урока: комбинированный (изучение нового материала + практическая работа)
Учебно-методическое и материально-техническое обеспечение:
- Робототехнические наборы с деталями для создания рычажных механизмов
- Набор грузов разной массы для экспериментов с рычагами
- Динамометры для измерения силы
- Линейки и измерительные инструменты
- Рабочие листы с заданиями и схемами
- Презентация “Рычаги в робототехнике”
- Видеоматериалы о промышленных роботах-манипуляторах
- Модели разных типов рычагов для демонстрации
- Весы для измерения массы конструкций
Образовательные технологии: проблемное обучение, обучение через исследование, информационно-коммуникационные технологии, технология сотрудничества.
Межпредметные связи:
- Физика: рычаги, моменты сил, равновесие, законы сохранения энергии
- Математика: пропорции, расчет выигрыша в силе, линейные зависимости
Основные понятия: рычаг, плечо силы, момент силы, точка опоры, равновесие, выигрыш в силе, проигрыш в расстоянии, рычаги первого рода, рычаги второго рода, рычаги третьего рода, манипулятор, захват, передаточное отношение.
| Этап урока | Деятельность учителя | Деятельность ученика | Планируемые результаты |
|---|---|---|---|
| 1. Организационный момент (2 мин) | Приветствует учащихся, проверяет готовность к уроку, создает позитивный настрой. | Готовятся к уроку, проверяют наличие необходимых принадлежностей. | Психологическая готовность к занятию |
| 2. Актуализация знаний (5 мин) | Задает вопросы о простых механизмах: “Какие простые механизмы вы знаете?”, “Где в повседневной жизни мы встречаем рычаги?”. Демонстрирует несколько примеров рычагов (ножницы, кусачки, пинцет). | Отвечают на вопросы, приводят примеры простых механизмов из повседневной жизни, обсуждают представленные учителем предметы. | Актуализация имеющихся знаний о простых механизмах |
| 3. Целеполагание (3 мин) | Формулирует проблемную ситуацию: “Как роботу поднять тяжелый груз, если мощности его мотора недостаточно?”, подводит к формулировке темы и цели урока. | Высказывают предположения, участвуют в формулировке цели урока. | Осознание цели учебной деятельности |
| 4. Межпредметная связь с физикой: Рычаги и моменты сил (10 мин) | Объясняет принцип действия рычага, понятие момента силы, условие равновесия рычага. Демонстрирует опыты с рычагами разных типов, показывает, как распределяются силы. | Слушают объяснение, наблюдают за опытами, делают записи в тетради, зарисовывают схемы различных типов рычагов. | Понимание физических основ работы рычагов |
| 5. Межпредметная связь с математикой: Расчет выигрыша в силе (8 мин) | Объясняет формулу для расчета выигрыша в силе (F₁/F₂ = l₂/l₁), демонстрирует примеры расчетов на конкретных примерах. Обращает внимание на пропорциональность соотношения сил и плеч. | Записывают формулы, решают примеры по расчету выигрыша в силе, анализируют связь между плечами рычага и прикладываемыми силами. | Освоение методов расчета выигрыша в силе |
| 6. Типы рычагов и их применение в робототехнике (7 мин) | Рассказывает о трех типах рычагов, показывает их применение в робототехнических конструкциях (манипуляторы, захваты, шагающие механизмы). Демонстрирует видео работы промышленных роботов. | Изучают различные типы рычагов, записывают их особенности и примеры применения, смотрят видеоматериалы, задают вопросы. | Формирование представлений о применении рычагов в робототехнике |
| 7. Физкультминутка (2 мин) | Проводит короткую физкультминутку с имитацией движений рычажных механизмов. | Выполняют физические упражнения, имитируя работу рычагов и манипуляторов. | Снятие физического напряжения |
| 8. Инструктаж по выполнению практической работы (5 мин) | Объясняет задания практической работы: сконструировать рычажный механизм для манипулятора робота, позволяющий с минимальным усилием поднимать грузы. Демонстрирует базовые конструкции, которые могут быть использованы. | Слушают инструктаж, изучают предложенные схемы, задают уточняющие вопросы по выполнению работы. | Понимание задач практической работы |
| 9. Практическая работа, часть 1: Конструирование рычажного механизма (15 мин) | Консультирует группы учащихся, помогает решать возникающие проблемы, обращает внимание на соблюдение принципов работы рычагов. | Работают в группах над созданием рычажных механизмов, экспериментируют с разным расположением точки опоры, измеряют длины плеч, проверяют работоспособность конструкции. | Формирование навыков конструирования рычажных механизмов |
| 10. Экспериментальная проверка выигрыша в силе (10 мин) | Организует проведение измерений и экспериментов с созданными конструкциями. Предлагает измерить силу, необходимую для поднятия разных грузов с помощью и без помощи рычажного механизма. | Проводят эксперименты с созданными механизмами, измеряют необходимую силу с помощью динамометра, записывают результаты, рассчитывают фактический выигрыш в силе. | Развитие навыков экспериментального исследования |
| 11. Практическая работа, часть 2: Применение рычагов в захвате робота (15 мин) | Предлагает группам сконструировать захват для робота на основе рычажного механизма, способный удерживать предметы заданной формы. Консультирует по возникающим вопросам. | Создают конструкцию захвата робота на основе рычажных механизмов, тестируют его работу с различными предметами, вносят улучшения в конструкцию. | Применение знаний о рычагах для создания функциональных элементов робота |
| 12. Демонстрация и обсуждение созданных механизмов (8 мин) | Организует представление созданных конструкций, предлагает каждой группе продемонстрировать работу своего механизма и объяснить принцип его действия. | Демонстрируют созданные механизмы, объясняют принципы их работы, рассказывают о трудностях и решениях, отвечают на вопросы одноклассников. | Развитие навыков представления технических решений |
| 13. Передаточные отношения в механизмах (5 мин) | Объясняет понятие передаточного отношения, связь с выигрышем в силе и скорости. Показывает, как передаточное отношение влияет на характеристики робототехнических систем. | Слушают объяснение, записывают ключевые моменты, задают вопросы о передаточных отношениях и их практическом применении. | Понимание концепции передаточных отношений |
| 14. Рефлексия (3 мин) | Предлагает учащимся оценить свое понимание темы и результаты работы, используя технику “Три вопроса”: “Что нового я узнал?”, “Где это можно применить?”, “Что осталось непонятным?” | Отвечают на вопросы, анализируют полученные знания и навыки, высказывают свои мысли о возможных применениях рычагов в других проектах. | Развитие навыков самооценки и рефлексии |
| 15. Домашнее задание (3 мин) | Объясняет домашнее задание: 1) Найти и описать не менее трех примеров использования рычагов в бытовой технике; 2) Придумать и нарисовать схему рычажного механизма для робота, выполняющего конкретную задачу (например, сортировку деталей по размеру). | Записывают домашнее задание, задают уточняющие вопросы. | Понимание домашнего задания |
| 16. Подведение итогов урока (3 мин) | Обобщает изученный материал, отмечает успехи учащихся, подчеркивает важность рычажных механизмов в робототехнике. | Слушают обобщение, задают возникшие вопросы. | Осознание результатов урока |
- Оценка понимания принципов работы рычагов через ответы на вопросы
- Анализ правильности расчетов выигрыша в силе
- Оценка функциональности созданных рычажных механизмов
- Проверка точности измерений при экспериментальной проверке выигрыша в силе
- Наблюдение за работой учащихся в группах при конструировании механизмов
- Оценка качества созданных захватов для робота
- Анализ объяснений принципов работы созданных механизмов