11. Датчики, функции, принцип работы
Образовательная организация: ГБОУ Школа № 1362
Учитель: Ахметов Рустам
Дата проведения:
Модуль: Основы робототехники
Тема урока: Датчики, функции, принцип работы
Цель урока: Сформировать у обучающихся представление о различных типах датчиков, используемых в робототехнике, их принципах работы и функциональном назначении.
Планируемые результаты:
- Личностные: развитие познавательного интереса к устройству и принципам работы датчиков; формирование ценностного отношения к научным знаниям; воспитание внимательности и наблюдательности.
- Предметные: усвоение основных типов датчиков и их функций; понимание принципов преобразования физических величин в электрические сигналы; формирование представления о применении различных датчиков в робототехнике.
- Метапредметные:
- Регулятивные УУД: развитие умения планировать эксперименты с использованием датчиков; формирование навыков самоконтроля при проведении измерений.
- Коммуникативные УУД: развитие умения объяснять принципы работы технических устройств; формирование навыков совместной работы при проведении экспериментов.
- Познавательные УУД: развитие умения устанавливать причинно-следственные связи между физическими явлениями и работой датчиков; формирование навыков анализа и интерпретации данных, получаемых от датчиков.
Задачи урока:
- Познакомить учащихся с основными типами датчиков, используемых в робототехнике
- Объяснить физические принципы работы различных датчиков
- Показать процесс преобразования физических величин в электрические сигналы и далее в цифровые значения
- Продемонстрировать практическое применение датчиков в робототехнических системах
- Развивать навыки работы с датчиками и интерпретации получаемых данных
Тип урока: комбинированный (изучение нового материала + элементы практической работы)
Учебно-методическое и материально-техническое обеспечение:
- Различные типы датчиков для демонстрации (датчик света, датчик звука, датчик касания, ультразвуковой датчик расстояния, инфракрасный датчик, гироскоп, акселерометр)
- Робототехнические наборы с контроллерами для подключения датчиков
- Компьютеры с установленной средой программирования
- Презентация “Датчики в робототехнике”
- Демонстрационные материалы, показывающие принципы работы различных датчиков
- Рабочие листы для записи результатов экспериментов с датчиками
- Проектор и экран
- Раздаточные материалы с классификацией датчиков
- Схемы подключения датчиков к контроллерам
Образовательные технологии: проблемное обучение, демонстрационный эксперимент, групповая работа, информационно-коммуникационные технологии.
Межпредметные связи:
- Физика: физические явления, используемые в различных типах датчиков (свет, звук, электромагнетизм, инерция, давление)
- Математика: преобразование физических величин в цифровые значения, графики зависимостей, единицы измерения
Основные понятия: датчик, сенсор, физическая величина, электрический сигнал, аналоговый сигнал, цифровой сигнал, калибровка, аналого-цифровое преобразование, обратная связь, пороговое значение.
| Этап урока | Деятельность учителя | Деятельность ученика | Планируемые результаты |
|---|---|---|---|
| 1. Организационный момент (2 мин) | Приветствует учащихся, проверяет готовность к уроку, создаёт положительный эмоциональный настрой. | Готовятся к уроку, проверяют наличие необходимых принадлежностей. | Психологическая готовность к занятию |
| 2. Актуализация знаний и мотивация (5 мин) | Предлагает учащимся ответить на вопрос: “Благодаря чему робот может видеть, слышать, чувствовать окружающий мир?” Демонстрирует короткий видеоролик о роботах, взаимодействующих с окружающей средой. | Отвечают на вопрос, высказывают свои предположения, смотрят видеоролик, участвуют в обсуждении. | Активизация познавательного интереса, подготовка к восприятию новой темы |
| 3. Целеполагание (3 мин) | С помощью наводящих вопросов подводит учащихся к формулировке темы и цели урока. | Участвуют в определении темы и цели урока. | Осознание цели учебной деятельности |
| 4. Изучение нового материала: классификация датчиков (10 мин) | Объясняет понятие “датчик”, представляет классификацию датчиков по типу воспринимаемых физических величин (световые, звуковые, касания, расстояния, температуры и др.). Демонстрирует различные типы датчиков. | Слушают объяснение, рассматривают образцы датчиков, записывают классификацию в тетрадь. | Формирование представления о разнообразии датчиков |
| 5. Межпредметная связь с физикой (8 мин) | Объясняет физические явления, используемые в различных типах датчиков: отражение света в оптических датчиках, распространение звуковых волн в ультразвуковых датчиках, электромагнитная индукция в датчиках холла, инерция в гироскопах и акселерометрах. | Слушают объяснение, устанавливают связь между физическими явлениями и принципом работы датчиков, делают записи в тетради. | Понимание физических основ работы датчиков |
| 6. Изучение нового материала: принципы преобразования физических величин в электрические сигналы (7 мин) | Объясняет принцип преобразования физических величин в электрические сигналы, понятия аналогового и цифрового сигнала, процесс аналого-цифрового преобразования. Демонстрирует схемы и иллюстрации. | Слушают объяснение, рассматривают схемы, задают вопросы, делают записи в тетради. | Понимание принципов работы датчиков |
| 7. Физкультминутка (2 мин) | Проводит короткую динамическую паузу с имитацией работы различных датчиков. | Выполняют физические упражнения, имитируя работу разных типов датчиков. | Снятие физического напряжения |
| 8. Межпредметная связь с математикой (5 мин) | Объясняет математические принципы преобразования физических величин в цифровые значения, понятие калибровки датчиков, масштабирование значений. | Записывают формулы преобразования, решают простые задачи на перевод физических величин в цифровые значения. | Понимание математических основ работы с датчиками |
| 9. Изучение нового материала: примеры использования датчиков в робототехнике (8 мин) | Рассказывает о применении различных датчиков в робототехнических системах, приводит конкретные примеры использования датчиков для решения задач (линия, препятствия, определение цвета, балансировка). | Слушают, задают вопросы, приводят собственные примеры использования датчиков из жизненного опыта. | Понимание практического применения датчиков |
| 10. Демонстрационный эксперимент: работа с датчиками (10 мин) | Демонстрирует работу различных типов датчиков, подключенных к контроллеру. Показывает, как изменяются показания датчиков при изменении условий внешней среды. | Наблюдают за демонстрацией, записывают показания датчиков в различных условиях, делают выводы о чувствительности датчиков. | Формирование представления о работе датчиков в реальных условиях |
| 11. Практическая работа: исследование работы датчиков (15 мин) | Организует работу в малых группах. Выдает каждой группе набор датчиков и задания по исследованию их работы. Например: измерить освещенность в разных точках класса; определить расстояние до различных объектов; измерить уровень шума. | Работают в группах, подключают датчики к контроллерам, проводят измерения, записывают показания в рабочие листы, делают выводы об особенностях работы датчиков. | Формирование практических навыков работы с датчиками |
| 12. Обсуждение результатов практической работы (7 мин) | Организует представление результатов работы групп, задает вопросы: “Какие факторы влияют на показания датчиков?”, “Как можно повысить точность измерений?” | Представители групп рассказывают о результатах исследований, отвечают на вопросы, участвуют в обсуждении. | Формирование умения анализировать результаты экспериментов с датчиками |
| 13. Закрепление изученного материала (5 мин) | Проводит фронтальный опрос: “Какие типы датчиков вы знаете?”, “Как физические величины преобразуются в цифровые значения?”, “Для чего нужна калибровка датчиков?” | Отвечают на вопросы, дополняют ответы друг друга. | Закрепление полученных знаний |
| 14. Рефлексия (3 мин) | Предлагает учащимся оценить своё понимание темы с помощью приема “Датчик знаний”: нарисовать шкалу от 0 до 10 и отметить на ней своё понимание темы урока. | Оценивают своё понимание темы, отмечают на шкале уровень своих знаний, формулируют вопросы по непонятным аспектам. | Развитие навыков самооценки и рефлексии |
| 15. Домашнее задание (3 мин) | Объясняет домашнее задание: 1) Подготовить сообщение об одном из типов датчиков (на выбор); 2) Придумать и описать робота, который использует не менее трех различных датчиков, обосновать необходимость каждого датчика. | Записывают домашнее задание, задают уточняющие вопросы. | Понимание домашнего задания |
| 16. Подведение итогов урока (5 мин) | Обобщает изученный материал, подводит итоги урока, отмечает активность и успехи учащихся, выставляет оценки. | Слушают, задают возникшие вопросы. | Осознание результатов урока |
- Оценка ответов учащихся на вопросы в ходе урока
- Наблюдение за работой учащихся при выполнении практических заданий
- Анализ заполненных рабочих листов с результатами измерений
- Оценка участия в обсуждении результатов практической работы
- Анализ результатов рефлексии (“Датчик знаний”)
- Проверка домашнего задания на следующем уроке