Датчики расстояния, назначение и функции
ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ КАРТА УРОКА
Образовательная организация: ГБОУ Школа № 1362
Учитель: Ахметов Рустам
Дата проведения:
Класс: 6
ЦЕЛЕВОЙ БЛОК
Модуль: Сенсорные системы роботов
Тема урока: Датчики расстояния, назначение и функции
Цель урока: Создать условия для формирования представлений о различных типах датчиков расстояния, принципах их работы, характеристиках и применении в робототехнических системах через сравнительный анализ.
Планируемые результаты:
Предметные:
- Знание основных типов датчиков расстояния (ультразвуковой, инфракрасный, лазерный)
- Понимание физических принципов работы датчиков расстояния
- Умение сравнивать характеристики датчиков и выбирать подходящий для конкретной задачи
- Представление о способах подключения и использования датчиков в робототехнике
Метапредметные:
- Регулятивные УУД: умение анализировать характеристики устройств, сравнивать их по различным параметрам, делать обоснованный выбор
- Познавательные УУД: умение устанавливать причинно-следственные связи между физическими принципами работы датчиков и их характеристиками
- Коммуникативные УУД: умение работать в группе, аргументировать свою точку зрения при сравнительном анализе
Личностные:
- Развитие научного мировоззрения
- Формирование интереса к техническим дисциплинам
- Развитие аналитического мышления
ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЙ БЛОК
Задачи урока:
Образовательные:
- Изучить основные типы датчиков расстояния в робототехнике
- Сформировать представление о физических принципах работы разных датчиков
- Научить анализировать характеристики датчиков для решения различных задач
Развивающие:
- Развивать умение сравнивать, анализировать и систематизировать информацию
- Формировать навыки установления межпредметных связей (физика, математика)
- Развивать техническое мышление и пространственное воображение
Воспитательные:
- Воспитывать культуру работы с техническими устройствами
- Формировать командные навыки при совместной исследовательской работе
- Развивать ответственное отношение к выбору технических решений
Тип урока: Комбинированный (теория + практика)
Учебно-методическое и материально-техническое обеспечение:
- Компьютер, проектор, экран
- Презентация по теме “Датчики расстояния в робототехнике”
- Демонстрационные образцы датчиков разных типов (ультразвуковой HC-SR04, инфракрасный Sharp GP2Y0A21, лазерный дальномер)
- Линейки для измерения расстояний при демонстрации работы датчиков
- Раздаточный материал с таблицей для сравнительного анализа
- Робототехнические наборы с датчиками расстояния для демонстрации
- Материалы разной фактуры и цвета для демонстрации особенностей работы датчиков
ОРГАНИЗАЦИОННО-ДЕЯТЕЛЬНОСТНЫЙ БЛОК
Образовательные технологии:
- Проблемное обучение
- Информационно-коммуникационные технологии
- Групповая работа
- Исследовательская деятельность
Межпредметные связи:
- Физика: Ультразвук, инфракрасное излучение, распространение волн, отражение, законы оптики
- Математика: Расчет расстояния по времени прохождения сигнала, триангуляция, обработка данных
- Информатика: Принципы работы с сенсорами, обработка сигналов
- Технология: Конструирование и применение датчиков в устройствах
Основные понятия: Датчик расстояния, ультразвуковой датчик, инфракрасный датчик, лазерный дальномер, тактильный датчик, время отклика, точность измерения, диапазон измерения, акустическая волна, электромагнитное излучение, отражение, фокусировка, триангуляция, мёртвая зона
Этап урока | Деятельность учителя | Деятельность ученика | Планируемые результаты предметные | Планируемые результаты УУД |
---|---|---|---|---|
1. Организационный момент (2 мин) | Приветствует учащихся, проверяет готовность к уроку. Создает позитивный эмоциональный настрой. | Готовятся к уроку, занимают рабочие места | - | Регулятивные: самоорганизация |
2. Мотивация и целеполагание (5 мин) | Демонстрирует видеофрагмент о работе автономных роботов, избегающих препятствий. Задает вопрос: “Как роботы определяют расстояние до объектов?” Подводит к формулированию темы и цели урока. | Просматривают видеофрагмент, участвуют в обсуждении, высказывают предположения, формулируют тему и цели урока | Актуализация знаний о необходимости измерения расстояний в робототехнике | Познавательные: мотивация к изучению темы Коммуникативные: участие в диалоге |
3. Актуализация знаний (5 мин) | Задает вопросы: “Как человек определяет расстояние до объектов?”, “Какие физические явления могут помочь измерить расстояние?”, “Где в повседневной жизни используются устройства для измерения расстояния?” | Отвечают на вопросы, приводят примеры из жизни (парковочные датчики, дальномеры), обсуждают физические принципы определения расстояния | Актуализация знаний о способах определения расстояния | Познавательные: извлечение имеющихся знаний Коммуникативные: формулирование мыслей |
4. Изучение нового материала (15 мин) | Объясняет принципы работы различных типов датчиков расстояния, сопровождая рассказ презентацией: 1) Ультразвуковой датчик - принцип эхолокации 2) Инфракрасный датчик - принцип отражения ИК-излучения 3) Лазерный дальномер - принципы точного измерения расстояний 4) Тактильные датчики - определение столкновений Демонстрирует работу датчиков разных типов, показывает их устройство, объясняет формулу расчета расстояния по времени прохождения сигнала. | Слушают, делают записи, зарисовывают схемы работы датчиков, задают вопросы. Наблюдают за демонстрацией работы датчиков. | Формирование знаний о принципах работы и устройстве различных типов датчиков расстояния | Познавательные: усвоение новой информации, установление причинно-следственных связей между физическими явлениями и принципами работы датчиков |
5. Физкультминутка (2 мин) | Проводит короткую динамическую паузу: “Представьте, что вы - ультразвуковые волны, отражающиеся от препятствий”. | Выполняют физические упражнения, имитируя распространение и отражение волн | - | Регулятивные: саморегуляция |
6. Практическая работа (15 мин) | Организует групповую работу. Делит класс на группы (3-4 человека). Задание: “Провести сравнительный анализ различных типов датчиков расстояния”. Раздает таблицу для заполнения с параметрами: принцип работы, диапазон измерения, точность, скорость отклика, влияние внешних условий, стоимость, применение в робототехнике. Консультирует группы в процессе работы. | Работают в группах, заполняют сравнительную таблицу, используя материалы урока, дополнительные источники информации. Анализируют преимущества и недостатки каждого типа датчиков для различных задач робототехники. | Умение анализировать и сравнивать характеристики различных типов датчиков | Познавательные: систематизация информации, сравнение Регулятивные: планирование деятельности Коммуникативные: работа в команде |
7. Представление результатов (8 мин) | Организует представление результатов работы групп. Модерирует обсуждение, задает уточняющие вопросы: “В каких условиях предпочтительнее использовать ультразвуковой датчик?”, “Какие ограничения есть у инфракрасных датчиков?” | Представители групп озвучивают результаты анализа, аргументируют выбор оптимальных датчиков для разных задач, отвечают на вопросы учителя и одноклассников | Закрепление понимания особенностей разных типов датчиков, умение обосновывать выбор | Коммуникативные: презентация результатов, аргументация Познавательные: обобщение информации |
8. Рефлексия и подведение итогов (3 мин) | Подводит итоги урока, задает вопросы: “Какой тип датчика наиболее универсален?”, “Почему в роботах часто используют комбинацию разных датчиков?”, “Какие новые знания вы получили на уроке?” | Отвечают на вопросы, делятся впечатлениями, оценивают свою работу и работу группы на уроке | Осознание практического значения полученных знаний | Регулятивные: оценка результатов Познавательные: рефлексия |
ДОМАШНЕЕ ЗАДАНИЕ
Базовый уровень:
- Составить словарь терминов по теме “Датчики расстояния” (не менее 10 понятий с определениями)
- Найти примеры применения датчиков расстояния в бытовых приборах и технических устройствах (не менее 3-х примеров)
Повышенный уровень:
- Подготовить сообщение о перспективных технологиях измерения расстояния (лидары, радары, стереозрение и т.д.)
- Разработать концепцию размещения датчиков расстояния на роботе для обеспечения максимального обзора окружающего пространства
ОЦЕНИВАНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ
Критерии оценивания практической работы (сравнительной таблицы):
- Полнота охвата типов датчиков расстояния (1-5 баллов)
- Корректность описания физических принципов работы (1-5 баллов)
- Точность указания технических характеристик (1-5 баллов)
- Обоснованность анализа преимуществ и недостатков (1-5 баллов)
- Качество оформления и логичность представления информации (1-5 баллов)
Шкала оценивания:
- “5” - 21-25 баллов
- “4” - 16-20 баллов
- “3” - 10-15 баллов
- “2” - менее 10 баллов
ОЖИДАЕМЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ
По итогам урока учащиеся должны:
Знать:
- Основные типы датчиков расстояния, используемые в робототехнике
- Физические принципы работы ультразвуковых, инфракрасных и лазерных датчиков
- Математические основы расчета расстояния по времени прохождения сигнала
- Преимущества и недостатки различных типов датчиков
Уметь:
- Различать типы датчиков расстояния по принципу работы
- Анализировать характеристики датчиков (диапазон, точность, скорость отклика)
- Выбирать оптимальный тип датчика для конкретной задачи
- Объяснять физические принципы, лежащие в основе работы датчиков
Владеть:
- Навыками сравнительного анализа технических устройств
- Терминологией в области сенсорных систем роботов
- Способностью устанавливать межпредметные связи (физика, математика)
Дополнительные материалы к уроку:
- Карточки с техническими характеристиками различных моделей датчиков
- Схемы работы датчиков разных типов
- Примеры расчета расстояния по времени прохождения сигнала
- Видеофрагменты с демонстрацией работы датчиков в различных условиях
- Таблица-шаблон для сравнительного анализа датчиков расстояния
- Глоссарий терминов по теме “Сенсорные системы роботов”