7. Электронные устройства - электродвигатель и контроллер
Образовательная организация: ГБОУ Школа № 1362
Учитель: Ахметов Рустам
Дата проведения:
Модуль: Основы робототехники
Тема урока: Электронные устройства: электродвигатель и контроллер
Цель урока: Создать условия для формирования у обучающихся представлений об электродвигателях и контроллерах как базовых электронных компонентах роботов, принципах их работы и взаимодействия.
Планируемые результаты:
- Личностные: формирование познавательного интереса к электронике и робототехнике; развитие ответственного отношения к работе с электронными устройствами; осознание важности электротехнических знаний в современном мире.
- Предметные: понимание принципа работы электродвигателей; знание основных типов электродвигателей, используемых в робототехнике; представление о назначении и функциях контроллера; усвоение принципов управления двигателем через контроллер.
- Метапредметные:
- Регулятивные УУД: развитие умения планировать последовательность действий при подключении электронных компонентов; формирование навыков самоконтроля при работе с электрическими устройствами.
- Коммуникативные УУД: развитие умения формулировать, аргументировать и отстаивать своё мнение при обсуждении принципов работы электронных устройств.
- Познавательные УУД: формирование умения устанавливать причинно-следственные связи между параметрами электрического тока и работой двигателя; развитие навыков анализа и синтеза информации.
Задачи урока:
- Сформировать представление о различных типах электродвигателей и их применении в робототехнике
- Объяснить принцип работы электродвигателя на основе явления электромагнитной индукции
- Познакомить с назначением и функциями контроллера как управляющего устройства
- Научить основам подключения и управления электродвигателем через контроллер
- Продемонстрировать зависимость между напряжением питания и скоростью вращения двигателя
Тип урока: комбинированный (изучение нового материала + элементы практической работы)
Учебно-методическое и материально-техническое обеспечение:
- Мультимедийный проектор, экран
- Презентация “Электродвигатели и контроллеры в робототехнике”
- Демонстрационные модели различных типов электродвигателей
- Образцы контроллеров (Arduino, микроконтроллеры LEGO и др.)
- Наборы для демонстрации электромагнитной индукции
- Схемы подключения двигателей к контроллерам
- Робототехнические наборы для практической работы
- Вольтметры, амперметры (при наличии)
- Источники питания с регулируемым напряжением
- Рабочие листы для учащихся
Образовательные технологии: проблемное обучение, демонстрационный эксперимент, элементы проектной деятельности, информационно-коммуникационные технологии.
Межпредметные связи:
- Физика: электрический ток, электромагнитная индукция, принцип работы электродвигателя
- Математика: пропорциональная зависимость между напряжением и скоростью вращения
Основные понятия: электродвигатель, контроллер, электромагнитная индукция, ротор, статор, сервопривод, шаговый двигатель, коллекторный двигатель, напряжение, сила тока, ШИМ-сигнал (широтно-импульсная модуляция).
| Этап урока | Деятельность учителя | Деятельность ученика | Планируемые результаты |
|---|---|---|---|
| 1. Организационный момент (2 мин) | Приветствует учащихся, проверяет готовность к уроку, организует рабочее пространство. | Готовятся к уроку, проверяют наличие необходимых принадлежностей. | Психологическая готовность к занятию |
| 2. Актуализация знаний и мотивация (5 мин) | Демонстрирует движущегося робота и задает вопрос: “Благодаря чему робот движется?”. Подводит учащихся к пониманию роли электродвигателя и контроллера. | Высказывают предположения, участвуют в обсуждении, анализируют движения робота. | Активизация познавательного интереса, подготовка к восприятию новой темы |
| 3. Целеполагание (3 мин) | С помощью наводящих вопросов подводит учащихся к формулировке темы и цели урока. | Формулируют тему и цель урока совместно с учителем. | Осознание цели учебной деятельности |
| 4. Изучение нового материала: электродвигатель и принцип его работы (10 мин) | Объясняет принцип работы электродвигателя на основе явления электромагнитной индукции. Демонстрирует опыт с простейшим электродвигателем. Рассказывает об истории создания электродвигателей. | Слушают объяснение, наблюдают за демонстрацией, делают записи в тетради, зарисовывают схему устройства электродвигателя. | Понимание физических основ работы электродвигателя |
| 5. Изучение нового материала: типы электродвигателей (7 мин) | Рассказывает о различных типах двигателей, используемых в робототехнике (коллекторные, бесколлекторные, сервоприводы, шаговые). Демонстрирует образцы различных двигателей, объясняет их особенности и области применения. | Рассматривают образцы двигателей, сравнивают их, записывают основные характеристики, задают вопросы. | Формирование представления о разнообразии электродвигателей |
| 6. Межпредметная связь с физикой (5 мин) | Объясняет связь между физическими явлениями (электромагнитная индукция, взаимодействие магнитных полей) и принципом работы электродвигателя. | Устанавливают связь между знаниями из физики и работой электродвигателя, отвечают на вопросы. | Понимание физических принципов работы изучаемых устройств |
| 7. Изучение нового материала: контроллеры (8 мин) | Объясняет понятие “контроллер”, рассказывает о его назначении и функциях. Демонстрирует различные типы контроллеров (Arduino, микроконтроллеры LEGO и др.). Объясняет принципы подключения двигателя к контроллеру и управления им. | Слушают объяснение, рассматривают образцы контроллеров, делают записи и зарисовки схем подключения. | Формирование представления о контроллерах и их функциях |
| 8. Физкультминутка (2 мин) | Проводит короткую физкультминутку с движениями, имитирующими работу двигателя и робота. | Выполняют физические упражнения. | Снятие усталости, переключение внимания |
| 9. Межпредметная связь с математикой (5 мин) | Объясняет пропорциональную зависимость между напряжением питания и скоростью вращения двигателя. Демонстрирует график зависимости, решает простые задачи на пропорции. | Анализируют график, решают задачи на расчет скорости вращения при изменении напряжения. | Понимание математических закономерностей в работе электродвигателя |
| 10. Практическая работа: “Управление двигателем через контроллер” (15 мин) | Организует практическую работу в парах. Демонстрирует схему подключения двигателя к контроллеру. Объясняет задание: подключить двигатель к контроллеру и запрограммировать его работу (изменение скорости, направления вращения). | Работают в парах, подключают двигатель к контроллеру по инструкции, программируют простейшие режимы работы, наблюдают за изменением скорости при изменении параметров. | Формирование практических навыков работы с электронными компонентами |
| 11. Эксперимент: “Зависимость скорости вращения от напряжения” (7 мин) | Организует экспериментальное исследование в группах. Помогает учащимся измерить скорость вращения двигателя при различных значениях напряжения и построить график зависимости. | Проводят эксперимент, измеряют скорость вращения при разных напряжениях, записывают результаты, строят график зависимости. | Развитие навыков экспериментальной работы |
| 12. Обсуждение результатов практической работы (5 мин) | Организует обсуждение результатов, задает вопросы: “Как изменяется скорость при увеличении напряжения?”, “Что происходит при смене полярности?” | Представляют результаты своей работы, отвечают на вопросы, делают выводы о зависимости скорости от напряжения. | Формирование умения анализировать результаты эксперимента |
| 13. Закрепление изученного материала (5 мин) | Проводит фронтальный опрос: “Какие типы электродвигателей вы знаете?”, “Как контроллер управляет двигателем?”, “Что показывает передаточное число?” | Отвечают на вопросы, дополняют ответы друг друга, приводят примеры. | Закрепление полученных знаний |
| 14. Рефлексия (3 мин) | Проводит рефлексию с использованием приема “Три М”: учащиеся называют три момента, которые у них получились хорошо на уроке, и одно действие, которое они хотели бы улучшить. | Анализируют свою деятельность на уроке, формулируют полученные результаты и направления для улучшения. | Развитие навыков самоанализа и рефлексии |
| 15. Домашнее задание (3 мин) | Объясняет домашнее задание: 1) Составить схему подключения двух двигателей к контроллеру для управления двухмоторной моделью робота; 2) Подготовить сообщение об одном из типов электродвигателей (на выбор). | Записывают домашнее задание, задают уточняющие вопросы. | Понимание домашнего задания |
| 16. Подведение итогов урока (5 мин) | Обобщает изученный материал, акцентирует внимание на ключевых моментах урока, отмечает успехи учащихся, выставляет оценки. | Слушают, задают возникшие вопросы, записывают основные выводы. | Осознание результатов урока |
- Оценка активности учащихся при ответах на вопросы в ходе урока
- Наблюдение за правильностью выполнения практической работы
- Анализ результатов эксперимента и построенных графиков
- Оценка правильности схемы подключения двигателя к контроллеру
- Контроль понимания принципа работы электродвигателя через ответы на вопросы
- Анализ рефлексивных высказываний учащихся