Практическая работа «Программирование работы датчика расстояния»
ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ КАРТА УРОКА
Образовательная организация: ГБОУ Школа № 1362
Учитель: Ахметов Рустам
Дата проведения:
Класс: 6
ЦЕЛЕВОЙ БЛОК
Модуль: Сенсорные системы роботов
Тема урока: Практическая работа «Программирование работы датчика расстояния»
Цель урока: Создать условия для формирования практических навыков установки датчика расстояния на робота и программирования его реакций на изменение дистанции до препятствий.
Планируемые результаты:
Предметные:
- Умение устанавливать датчик расстояния на робототехническую платформу
- Навык программирования взаимодействия датчика с контроллером робота
- Понимание принципов калибровки датчика и учета погрешностей измерений
- Умение программировать различные реакции робота на изменение расстояния до препятствий
Метапредметные:
- Регулятивные УУД: умение ставить цель, планировать действия, корректировать ошибки, проводить отладку программы
- Познавательные УУД: умение применять знания из физики и математики для решения практической задачи
- Коммуникативные УУД: умение работать в группе, обсуждать результаты, распределять роли
Личностные:
- Развитие навыков проектной деятельности
- Формирование ответственности за результат работы
- Воспитание внимательности и аккуратности при работе с техникой
- Развитие творческого подхода к решению технических задач
ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЙ БЛОК
Задачи урока:
Образовательные:
- Научить правильно устанавливать и подключать датчик расстояния к контроллеру робота
- Сформировать понимание влияния физических факторов на работу датчика
- Обучить методам программирования реакции робота на показания датчика
Развивающие:
- Развивать алгоритмическое мышление
- Формировать навыки отладки программы и устранения ошибок
- Развивать умение оптимизировать программный код
Воспитательные:
- Воспитывать культуру работы с электронными устройствами
- Формировать навыки сотрудничества при решении технических задач
- Развивать инженерное мышление и внимание к деталям
Тип урока: Практическая работа
Учебно-методическое и материально-техническое обеспечение:
- Робототехнические наборы с возможностью подключения датчиков расстояния
- Датчики расстояния (ультразвуковые или инфракрасные)
- Компьютеры с установленной средой программирования
- Полигон для тестирования роботов с препятствиями
- Измерительные приборы (линейки, рулетки)
- Материалы различной фактуры для тестирования работы датчиков
- Инструкции по подключению датчиков и примеры базовых программ
ОРГАНИЗАЦИОННО-ДЕЯТЕЛЬНОСТНЫЙ БЛОК
Образовательные технологии:
- Проектное обучение
- Практико-ориентированное обучение
- Групповая работа
- Исследовательская деятельность
Межпредметные связи:
- Физика: Калибровка датчика, учет физических факторов (температура, влажность) на результаты измерений, распространение волн
- Математика: Обработка результатов измерений, фильтрация шумов, усреднение, алгоритмы принятия решений
- Информатика: Программирование условных операторов, циклы, обработка данных в реальном времени
- Технология: Установка и крепление датчиков, правильное позиционирование на корпусе робота
Основные понятия: Датчик расстояния, калибровка, погрешность измерения, фильтрация шумов, усреднение значений, пороговое значение, условный оператор, алгоритм обхода препятствий, мертвая зона датчика
| Этап урока | Деятельность учителя | Деятельность ученика | Планируемые результаты предметные | Планируемые результаты УУД |
|---|---|---|---|---|
| 1. Организационный момент (3 мин) | Приветствует учащихся, проверяет готовность к уроку. Проводит инструктаж по технике безопасности при работе с электронными компонентами. | Готовят рабочие места, проверяют наличие необходимых компонентов, включают компьютеры | Знание правил техники безопасности | Регулятивные: самоорганизация |
| 2. Постановка задачи (5 мин) | Формулирует цель практической работы: “Сегодня вы научитесь устанавливать датчик расстояния на робота и программировать его реакцию на препятствия. В конце занятия ваш робот должен уметь останавливаться перед препятствием и объезжать его”. Демонстрирует видеопример работы робота с датчиком расстояния. | Слушают задание, задают уточняющие вопросы, обсуждают возможные подходы к решению | Понимание целей практической работы | Познавательные: целеполагание Коммуникативные: формулирование вопросов |
| 3. Анализ технической задачи (7 мин) | Объясняет принципы выбора места установки датчика на роботе, обсуждает влияние позиционирования на качество измерений. Рассказывает о необходимости учета физических факторов и мертвой зоны датчика. | Анализируют конструкцию робота, определяют оптимальное место для установки датчика, записывают ключевые моменты | Понимание принципов правильной установки датчика и факторов, влияющих на точность измерений | Познавательные: анализ технической задачи |
| 4. Установка и подключение датчика (10 мин) | Демонстрирует правильный способ установки датчика расстояния на робота и его подключения к контроллеру. Обращает внимание на распиновку и правильную ориентацию датчика. Консультирует учащихся во время работы. | Устанавливают датчик расстояния на своего робота, подключают его к контроллеру, проверяют надежность крепления | Умение правильно устанавливать и подключать датчик расстояния | Регулятивные: следование инструкции Познавательные: практическое применение знаний |
| 5. Калибровка датчика (8 мин) | Объясняет процесс калибровки датчика расстояния. Демонстрирует программу для проверки работоспособности датчика и вывода значений на экран. Рассказывает о влиянии различных поверхностей на точность измерений. | Запускают тестовую программу, проверяют работу датчика, измеряют фактические расстояния и сравнивают с показаниями датчика, калибруют датчик | Умение калибровать датчик и оценивать точность его показаний | Познавательные: оценка результатов измерений Регулятивные: внесение корректировок |
| 6. Программирование реакции робота (15 мин) | Объясняет принципы программирования реакции робота на изменение расстояния до препятствия. Демонстрирует базовый алгоритм остановки перед препятствием. Обсуждает варианты усложнения программы для объезда препятствий. | Создают программу для управления роботом с использованием датчика расстояния: 1) Программирование остановки на заданном расстоянии от препятствия 2) Программирование алгоритма объезда препятствий | Умение программировать реакцию робота на показания датчика расстояния | Познавательные: алгоритмическое мышление Регулятивные: планирование действий |
| 7. Тестирование и отладка (10 мин) | Организует тестирование работы роботов на полигоне с препятствиями. Консультирует по вопросам отладки программы, помогает выявить причины некорректной работы. | Тестируют работу своих роботов, выявляют проблемы, вносят изменения в программу, оптимизируют алгоритмы | Умение отлаживать программу и устранять ошибки | Регулятивные: коррекция действий Познавательные: анализ результатов |
| 8. Усовершенствование алгоритма (10 мин) | Предлагает усовершенствовать программу: добавить реакцию на препятствия разной высоты, усреднение значений нескольких измерений для повышения точности, плавное снижение скорости при приближении к препятствию. | Дорабатывают программу, добавляют дополнительные функции, тестируют усовершенствованные алгоритмы | Умение оптимизировать программный код и добавлять дополнительную функциональность | Познавательные: творческое применение знаний Регулятивные: самосовершенствование |
| 9. Демонстрация результатов (10 мин) | Организует демонстрацию работы роботов. Предлагает учащимся прокомментировать особенности своих решений. | Демонстрируют работу своих роботов, рассказывают об особенностях реализации, отвечают на вопросы | Умение представлять и объяснять результаты работы | Коммуникативные: презентация результатов |
| 10. Рефлексия и подведение итогов (2 мин) | Подводит итоги практической работы, отмечает успешные решения и типичные проблемы. Задает вопросы: “Какие трудности возникли при работе с датчиком?”, “Какие факторы влияли на точность измерений?” | Отвечают на вопросы, делятся впечатлениями, оценивают свои достижения | Осознание полученного опыта и его практической значимости | Регулятивные: оценка результатов Познавательные: рефлексия |
ДОМАШНЕЕ ЗАДАНИЕ
Базовый уровень:
- Завершить программирование робота с датчиком расстояния (если не успели на уроке)
- Подготовить краткий отчет о проделанной работе с описанием установки датчика и алгоритма работы программы
Повышенный уровень: 3. Разработать усовершенствованный алгоритм движения робота с использованием датчика расстояния (например, следование вдоль стены на заданном расстоянии) 4. Исследовать влияние различных материалов на точность измерения расстояния и подготовить мини-презентацию
ОЦЕНИВАНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ
Критерии оценивания практической работы:
- Качество установки и подключения датчика расстояния (1-5 баллов)
- Корректность калибровки датчика (1-5 баллов)
- Работоспособность программы остановки перед препятствием (1-5 баллов)
- Эффективность алгоритма объезда препятствий (1-5 баллов)
- Оптимизация программного кода и дополнительная функциональность (0-5 баллов)
Шкала оценивания:
- “5” - 20-25 баллов
- “4” - 15-19 баллов
- “3” - 10-14 баллов
- “2” - менее 10 баллов
ОЖИДАЕМЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ
По итогам урока учащиеся должны:
Знать:
- Принципы правильной установки датчика расстояния на роботе
- Факторы, влияющие на точность измерений датчика
- Методы калибровки датчика и учета погрешностей
- Алгоритмы обработки данных с датчика расстояния
Уметь:
- Правильно устанавливать и подключать датчик расстояния к контроллеру
- Программировать считывание данных с датчика
- Создавать программу реакции робота на изменение расстояния
- Отлаживать программу и устранять неисправности
Владеть:
- Навыками калибровки датчиков
- Приемами обработки результатов измерений
- Методами фильтрации шумов и усреднения значений
- Алгоритмами управления роботом для объезда препятствий
Дополнительные материалы к уроку:
- Схемы подключения различных типов датчиков расстояния
- Примеры программного кода для работы с датчиками
- Таблица характеристик различных датчиков расстояния
- Инструкции по калибровке датчиков
- Методические рекомендации по программированию алгоритмов объезда препятствий