15. Оптические датчики в робототехнике
Образовательная организация: ГБОУ Школа № 1362
Учитель: Ахметов Рустам
Дата проведения:
Модуль: Основы робототехники
Тема урока: Оптические датчики в робототехнике
Цель урока: Сформировать у обучающихся представление о принципах работы и применении оптических датчиков в робототехнических системах.
Планируемые результаты:
- Личностные: развитие познавательного интереса к изучению физических явлений; формирование осознанного отношения к выбору технических решений; воспитание внимательности и аккуратности при работе с датчиками.
- Предметные: понимание принципов работы оптических датчиков; овладение навыками использования датчиков света и цвета; формирование представлений о преобразовании оптических сигналов в электрические.
- Метапредметные:
- Регулятивные УУД: развитие умения планировать эксперимент с использованием оптических датчиков; формирование навыков анализа и интерпретации показаний датчиков.
- Коммуникативные УУД: развитие умения объяснять принципы работы технических устройств; формирование навыков коллективного решения практических задач.
- Познавательные УУД: развитие умения устанавливать причинно-следственные связи между физическими явлениями и работой датчиков; формирование навыков преобразования информации из одной формы в другую.
Задачи урока:
- Познакомить учащихся с физическими основами работы оптических датчиков
- Объяснить принципы преобразования световых сигналов в электрические и далее в числовые значения
- Научить определять интенсивность света с помощью датчиков
- Сформировать навыки различения цветов с помощью оптических датчиков
- Обеспечить практическое применение оптических датчиков в робототехнических проектах
Тип урока: комбинированный (изучение нового материала + практическая работа)
Учебно-методическое и материально-техническое обеспечение:
- Робототехнические наборы с оптическими датчиками (датчик света, датчик цвета)
- Компьютеры с установленной средой программирования
- Презентация “Оптические датчики в робототехнике”
- Демонстрационные материалы по оптике (источники света, цветные фильтры)
- Рабочие листы для фиксации результатов экспериментов
- Карточки с задачами для практической работы
- Образцы различных поверхностей для тестирования датчиков (белая, черная, цветная)
- Материалы для создания полигона с линиями разного цвета
- Мультиметры для демонстрации электрических сигналов
- Таблицы для перевода значений аналоговых сигналов в цифровые
Образовательные технологии: проблемное обучение, информационно-коммуникационные технологии, экспериментальная деятельность, обучение в сотрудничестве.
Межпредметные связи:
- Физика: оптика, отражение и поглощение света, фотоэффект, спектр видимого излучения
- Математика: преобразование показаний датчиков в числовые значения, построение графиков зависимости показаний от интенсивности света
Основные понятия: оптический датчик, фотоэлемент, фоторезистор, фототранзистор, датчик света, датчик цвета, интенсивность света, отражение света, поглощение света, аналоговый сигнал, цифровое значение, калибровка датчика.
| 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 об изученных ранее датчиках: “Какие типы датчиков мы уже изучили?”, “Как датчик преобразует физическую величину в электрический сигнал?”. Проводит мини-опрос о световых явлениях: “Что происходит со светом при падении на поверхность?”, “Почему мы видим предметы разного цвета?”. | Отвечают на вопросы, вспоминают изученный ранее материал о датчиках и световых явлениях, участвуют в обсуждении. | Актуализация знаний о датчиках и световых явлениях |
| 3. Постановка цели и задач урока (3 мин) | Формулирует тему урока, организует постановку цели урока учащимися: “Сегодня мы будем изучать оптические датчики. Как вы думаете, что нам важно узнать об этих датчиках?” | Участвуют в формулировке цели урока, высказывают предположения о том, что важно узнать об оптических датчиках. | Осознание цели учебной деятельности |
| 4. Межпредметная связь с физикой: оптика, отражение и поглощение света (10 мин) | Объясняет физические основы работы оптических датчиков. Демонстрирует опыты с отражением и поглощением света различными поверхностями. Рассказывает о фотоэффекте и его применении в фотоэлементах. | Слушают объяснение, наблюдают демонстрационные опыты, делают записи в тетради, задают вопросы о световых явлениях. | Понимание физических основ работы оптических датчиков |
| 5. Изучение принципа работы фотоэлементов (8 мин) | Объясняет устройство и принцип работы различных типов фотоэлементов (фоторезистор, фототранзистор, фотодиод). Демонстрирует изменение электрического сопротивления фоторезистора при изменении освещенности с помощью мультиметра. | Изучают устройство фотоэлементов, наблюдают за демонстрацией, делают записи в тетради, схематично зарисовывают принцип работы фотоэлементов. | Формирование представлений о принципе работы фотоэлементов |
| 6. Межпредметная связь с математикой: преобразование показаний датчиков (7 мин) | Объясняет процесс преобразования аналогового сигнала с датчика в цифровое значение. Рассказывает о калибровке датчиков и математических формулах, используемых для обработки сигналов. Демонстрирует построение графика зависимости показаний датчика от освещенности. | Слушают объяснение, изучают математические преобразования, строят графики в тетради, задают вопросы о преобразовании сигналов. | Понимание математических основ обработки сигналов с датчиков |
| 7. Физкультминутка (2 мин) | Проводит короткую физкультминутку с элементами имитации работы светового сенсора. | Выполняют физические упражнения, имитируя реакцию на свет. | Снятие физического напряжения |
| 8. Практическая работа, часть 1: Знакомство с датчиками света (10 мин) | Организует работу с датчиками света. Объясняет, как подключить датчик к контроллеру, демонстрирует программу для считывания показаний. Предлагает измерить уровень освещенности в разных частях класса. | Подключают датчики света к контроллерам, запускают программу для считывания показаний, проводят измерения освещенности, записывают результаты в рабочие листы. | Формирование практических навыков работы с датчиками света |
| 9. Использование датчика света в робототехнике (5 мин) | Демонстрирует примеры использования датчика света в робототехнике (следование за светом, реакция на изменение освещенности). Объясняет практические применения таких систем в реальной жизни (автоматическое включение уличного освещения, управление жалюзи). | Наблюдают за демонстрацией, обсуждают возможные применения датчиков света, предлагают свои идеи использования таких датчиков. | Понимание практического применения датчиков света |
| 10. Датчики цвета и их особенности (7 мин) | Объясняет принцип работы датчика цвета, рассказывает о RGB-модели цветов. Демонстрирует, как датчик цвета различает разные цвета с помощью комбинации световых сенсоров с цветными фильтрами. | Слушают объяснение, изучают RGB-модель цветов, задают вопросы о принципе работы датчика цвета. | Понимание принципа работы датчиков цвета |
| 11. Практическая работа, часть 2: Работа с датчиком цвета (15 мин) | Организует работу с датчиками цвета. Предлагает определить цвета различных объектов с помощью датчика, сравнить показания датчика для разных цветов. Предлагает написать простую программу для распознавания цветов (например, разные действия для разных цветов). | Подключают датчики цвета, проводят эксперименты по определению цветов различных объектов, записывают и анализируют полученные данные, создают простую программу для реакции на разные цвета. | Формирование практических навыков работы с датчиками цвета |
| 12. Мини-проект “Робот, следующий по линии” (15 мин) | Объясняет принцип работы робота, следующего по линии с помощью оптических датчиков. Предлагает группам собрать и запрограммировать простого робота, который будет двигаться вдоль черной линии на белом фоне. Консультирует группы в процессе работы. | Работают в группах над созданием робота, следующего по линии, собирают конструкцию, программируют реакцию на показания датчика, тестируют работу своего робота на подготовленном полигоне. | Применение полученных знаний в практическом проекте |
| 13. Демонстрация и обсуждение результатов мини-проекта (7 мин) | Организует демонстрацию созданных роботов, предлагает каждой группе рассказать о своем решении, сравнивает различные подходы к программированию движения по линии. | Демонстрируют работу своих роботов, объясняют принцип работы программы, сравнивают свои решения с решениями других групп. | Развитие навыков представления результатов работы |
| 14. Рефлексия (3 мин) | Предлагает учащимся оценить свое понимание принципов работы оптических датчиков. Задает вопросы: “Что было самым интересным на уроке?”, “Какие трудности возникли при работе с оптическими датчиками?”, “Какие идеи возникли для дальнейшего использования этих датчиков?”. | Оценивают свое понимание материала, отвечают на вопросы, делятся впечатлениями об уроке, рассказывают о возникших идеях. | Развитие навыков самооценки и рефлексии |
| 15. Домашнее задание (3 мин) | Объясняет домашнее задание: 1) Подготовить мини-доклад о применении оптических датчиков в повседневной жизни; 2) Продумать идею робота, использующего датчики света или цвета для решения практической задачи. | Записывают домашнее задание, задают уточняющие вопросы. | Понимание домашнего задания |
| 16. Подведение итогов урока (3 мин) | Обобщает изученный материал, подчеркивает важность оптических датчиков в робототехнике, отмечает успехи учащихся. | Слушают обобщение учителя, задают возникшие вопросы. | Осознание результатов урока |
- Оценка понимания физических принципов работы оптических датчиков через ответы на вопросы
- Анализ результатов практической работы с датчиками света и цвета
- Оценка созданных программ для работы с оптическими датчиками
- Наблюдение за работой в группах при создании мини-проекта
- Оценка функциональности робота, следующего по линии
- Анализ ответов при рефлексии
- Проверка качества выполнения домашнего задания на следующем уроке