23. Энергия и питание роботов - источники энергии
ЦЕЛЕВОЙ БЛОК
Образовательная организация: ГБОУ Школа № 1362
Учитель: Ахметов Рустам
Дата проведения:
Модуль: Основы робототехники
Тема урока: Энергия и питание роботов: источники энергии
Цель урока: Сформировать у обучающихся представление об источниках энергии для робототехнических систем, их характеристиках и способах расчета энергопотребления.
Планируемые результаты:
- Личностные: развитие ответственного отношения к использованию энергоресурсов; формирование экологического мышления при выборе источников энергии; воспитание аккуратности при работе с электрическими компонентами.
- Предметные: понимание принципов работы различных источников питания; овладение навыками расчета энергопотребления; формирование умения выбирать оптимальный источник питания для конкретного робота.
- Метапредметные:
- Регулятивные УУД: развитие умения планировать энергообеспечение робототехнических проектов; формирование навыков контроля энергопотребления.
- Коммуникативные УУД: развитие умения аргументированно обосновывать выбор источников энергии; формирование навыков коллективного решения технических задач.
- Познавательные УУД: развитие умения анализировать энергоэффективность систем; формирование навыков расчета и прогнозирования времени работы от батарей.
ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЙ БЛОК
Задачи урока:
- Познакомить учащихся с различными типами источников питания для роботов
- Объяснить основные характеристики батарей и аккумуляторов
- Научить рассчитывать энергопотребление робототехнических систем
- Сформировать навыки определения времени работы робота от батарей
- Развить понимание принципов энергоэффективности в робототехнике
Тип урока: комбинированный (изучение нового материала + практическая работа)
Учебно-методическое и материально-техническое обеспечение:
- Различные типы батарей и аккумуляторов (AA, AAA, Li-ion, Li-Po)
- Мультиметры для измерения напряжения и тока
- Набор потребителей энергии (моторы, светодиоды, датчики)
- Роботы с различными типами питания
- Таблицы характеристик источников питания
- Калькуляторы для расчетов
- Презентация “Источники энергии в робототехнике”
- Рабочие листы для записи результатов измерений и расчетов
- Секундомеры для проведения экспериментов
- Схемы подключения источников питания к роботам
ОРГАНИЗАЦИОННО-ДЕЯТЕЛЬНОСТНЫЙ БЛОК
Образовательные технологии: проблемное обучение, исследовательская деятельность, информационно-коммуникационные технологии, обучение в сотрудничестве.
Межпредметные связи:
- Физика: электрический ток, напряжение, мощность, закон Ома, электрические цепи
- Математика: расчет энергопотребления, время работы от батарей, графики зависимостей
Основные понятия: источник питания, батарея, аккумулятор, напряжение, сила тока, мощность, энергопотребление, емкость аккумулятора, саморазряд, цикл заряда-разряда, альтернативные источники энергии.
| 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 видах энергии: “Какие виды энергии вы знаете?”, “Как можно накапливать энергию?”, “От чего зависит, как долго будет работать ваше электронное устройство?”. | Отвечают на вопросы, вспоминают виды энергии, обсуждают способы накопления энергии, приводят примеры из жизни. | Актуализация имеющихся знаний об энергии |
| 3. Целеполагание (3 мин) | Демонстрирует работу робота и его внезапную остановку (из-за разрядившейся батареи). Задает вопрос: “Почему робот прекратил движение? Как избежать этой проблемы?”. Помогает сформулировать тему и цель урока. | Высказывают предположения о причинах остановки робота, участвуют в формулировке темы и цели урока. | Осознание цели учебной деятельности |
| 4. Межпредметная связь с физикой: Электрический ток, напряжение, мощность (10 мин) | Объясняет понятия электрического тока, напряжения и мощности, используя наглядные материалы. Демонстрирует измерение напряжения и тока с помощью мультиметра. Объясняет формулу расчета мощности P = U * I. | Слушают объяснение, записывают ключевые понятия и формулы, наблюдают за измерениями, задают вопросы. | Понимание основных электрических величин |
| 5. Типы источников питания для роботов (8 мин) | Рассказывает о различных типах источников питания (батарейки, аккумуляторы, солнечные панели, топливные элементы). Демонстрирует образцы, сравнивает их характеристики, объясняет преимущества и недостатки каждого типа. | Изучают образцы источников питания, делают записи о характеристиках, преимуществах и недостатках разных типов. | Формирование представлений о разнообразии источников питания |
| 6. Батареи и аккумуляторы: основные характеристики (7 мин) | Объясняет основные характеристики батарей и аккумуляторов: напряжение, емкость, саморазряд, количество циклов заряда-разряда. Показывает, как читать маркировку на батареях. | Изучают маркировку различных батарей и аккумуляторов, записывают их характеристики, учатся различать типы батарей. | Понимание характеристик батарей и аккумуляторов |
| 7. Физкультминутка (2 мин) | Проводит короткую физкультминутку с имитацией работы робота с разным уровнем заряда батареи. | Выполняют физические упражнения, имитируя активное и замедленное движение робота. | Снятие физического напряжения |
| 8. Межпредметная связь с математикой: расчет энергопотребления (10 мин) | Объясняет формулы для расчета энергопотребления робота и времени работы от батареи. Демонстрирует примеры расчетов: время работы = емкость батареи / потребляемый ток. Показывает, как учитывать разные режимы работы. | Записывают формулы, решают примеры по расчету энергопотребления и времени работы от батареи, задают уточняющие вопросы. | Освоение методов расчета энергопотребления |
| 9. Практическая работа: измерение потребления тока различными компонентами (15 мин) | Организует работу в группах по измерению потребления тока различными компонентами робота (моторы, светодиоды, датчики) в разных режимах работы. Демонстрирует правила подключения мультиметра для измерения тока. | Работают в группах, подключают мультиметр для измерения тока, измеряют потребление различных компонентов, записывают результаты в таблицу. | Формирование навыков измерения потребления тока |
| 10. Практическая работа: расчет времени работы робота от разных источников питания (10 мин) | Предлагает рассчитать время работы робота с заданными параметрами потребления от различных источников питания. Консультирует группы по возникающим вопросам. | Выполняют расчеты времени работы робота от разных источников питания, учитывая полученные ранее данные о потреблении тока. Заполняют рабочие листы. | Развитие навыков расчета времени работы от батарей |
| 11. Энергоэффективность в робототехнике (8 мин) | Рассказывает о принципах энергоэффективности в робототехнике: оптимальные алгоритмы, снижение веса, использование режимов ожидания, правильный выбор компонентов. Приводит примеры энергоэффективных решений. | Слушают объяснение, записывают принципы энергоэффективности, предлагают свои идеи по экономии энергии в роботах. | Понимание принципов энергоэффективности |
| 12. Практическая работа: оптимизация энергопотребления робота (15 мин) | Предлагает группам оптимизировать энергопотребление предложенного робота: изменить алгоритм, отключить неиспользуемые компоненты, использовать режим ожидания. Консультирует группы в процессе работы. | Анализируют энергопотребление робота, предлагают и реализуют изменения для повышения энергоэффективности, измеряют результаты оптимизации, рассчитывают увеличение времени работы. | Применение принципов энергоэффективности на практике |
| 13. Представление результатов оптимизации (10 мин) | Организует представление результатов работы групп, предлагает сравнить эффективность различных подходов к экономии энергии. | Представляют свои решения по оптимизации энергопотребления, демонстрируют результаты измерений до и после оптимизации, отвечают на вопросы. | Развитие навыков представления результатов работы |
| 14. Альтернативные источники энергии в робототехнике (5 мин) | Рассказывает о перспективных альтернативных источниках энергии для роботов: солнечные батареи, топливные элементы, биомеханические генераторы, беспроводная передача энергии. | Слушают рассказ, задают вопросы, обсуждают возможности применения альтернативных источников энергии в будущих проектах. | Расширение представлений об источниках энергии |
| 15. Рефлексия (3 мин) | Предлагает учащимся оценить свое понимание темы, используя прием “Батарейка”: нарисовать батарейку и указать уровень ее заряда (от 0% до 100%), соответствующий степени понимания материала. | Рисуют батарейку, указывают уровень понимания материала, объясняют, какие аспекты темы требуют дополнительного изучения. | Развитие навыков самооценки |
| 16. Домашнее задание (2 мин) | Объясняет домашнее задание: 1) Составить сравнительную таблицу характеристик различных типов батарей и аккумуляторов; 2) Рассчитать время работы предложенного робота от батарей разного типа. | Записывают домашнее задание, задают уточняющие вопросы. | Понимание домашнего задания |
| 17. Подведение итогов урока (5 мин) | Обобщает изученный материал, отмечает важность правильного выбора источника питания и расчета энергопотребления для успешной работы робота. | Слушают обобщение, делятся своими выводами об изученном материале. | Осознание результатов урока |
Диагностика результатов:
- Оценка понимания основных электрических понятий (напряжение, ток, мощность)
- Анализ правильности измерений потребления тока различными компонентами
- Проверка расчетов энергопотребления и времени работы от батарей
- Оценка предложенных способов оптимизации энергопотребления робота
- Наблюдение за работой учащихся в группах при проведении практических работ
- Анализ заполненных рабочих листов с результатами измерений и расчетов
- Качество представления результатов оптимизации энергопотребления