Датчики линии, 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 линии, назначение и функции
Цель урока: Создать условия для формирования представлений о принципах работы датчиков линии, их конструкции и правилах размещения на роботе через практическую деятельность по проектированию схемы размещения датчиков.
Планируемые результаты:
Предметные:
- Знание принципов работы инфракрасных датчиков отражения
- Понимание конструкции датчика линии и его функциональных особенностей
- Умение определять оптимальное расположение датчиков линии на роботе
- Навыки расчета расстояний между датчиками для различных задач следования по линии
Метапредметные:
- Регулятивные УУД: умение планировать размещение датчиков, оценивать эффективность их расположения
- Познавательные УУД: умение анализировать физические принципы работы датчиков и их влияние на точность определения линии
- Коммуникативные УУД: умение обосновывать выбор конфигурации датчиков, работать в группе при проектировании
Личностные:
- Развитие логического и инженерного мышления
- Формирование понимания взаимосвязи физических явлений и технических решений
- Воспитание внимательности и точности при проектировании технических систем
ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЙ БЛОК
Задачи урока:
Образовательные:
- Изучить принцип работы инфракрасного датчика отражения
- Рассмотреть конструкцию датчика линии и его компоненты
- Познакомить с различными схемами расположения датчиков для следования по линии
Развивающие:
- Развивать умение анализировать работу технических устройств
- Формировать навыки проектирования оптимальных конфигураций сенсорных систем
- Развивать способность к расчету технических параметров на основе физических закономерностей
Воспитательные:
- Воспитывать культуру технического мышления
- Формировать ответственное отношение к проектированию технических систем
- Развивать навыки командной работы при решении инженерных задач
Тип урока: Комбинированный (теория + практика)
Учебно-методическое и материально-техническое обеспечение:
- Компьютер, проектор, экран
- Презентация по теме “Датчики линии в робототехнике”
- Демонстрационные образцы датчиков линии разных типов
- Робототехническая платформа с возможностью установки датчиков линии
- Линейки, штангенциркули для измерений
- Образцы трасс для следования по линии разной ширины и конфигурации
- Листы бумаги формата А3, карандаши, линейки для проектирования схем
- Таблицы с характеристиками различных типов датчиков линии
ОРГАНИЗАЦИОННО-ДЕЯТЕЛЬНОСТНЫЙ БЛОК
Образовательные технологии:
- Проблемное обучение
- Информационно-коммуникационные технологии
- Практико-ориентированное обучение
- Проектная деятельность
Межпредметные связи:
- Физика: Отражение света от поверхностей разного цвета, спектр видимого излучения, инфракрасное излучение, коэффициенты отражения
- Математика: Пороговые значения, цифровой и аналоговый сигнал, калибровка, расчет оптимальных расстояний
- Информатика: Обработка сигналов с датчиков, алгоритмы следования по линии
- Черчение: Разработка схемы размещения датчиков, масштабирование
Основные понятия: Датчик линии, инфракрасный датчик отражения, эмиттер, фототранзистор, фоторезистор, контрастность, порог срабатывания, калибровка, цифровой сигнал, аналоговый сигнал, компаратор, мультидатчик, альбедо поверхности
| 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 настрой. | Готовятся к уроку, занимают рабочие места | - | Регулятивные: самоорганизация |
| 2. Мотивация и целеполагание (5 мин) | Демонстрирует видео соревнований роботов, следующих по линии. Задает вопросы: “Каким образом робот определяет, где проходит линия?”, “Почему одни роботы движутся плавно, а другие постоянно виляют?”. Подводит к теме урока. | Смотрят видео, высказывают предположения о способах определения линии роботом, участвуют в формулировании темы и цели урока | Актуализация знаний о необходимости отслеживания линии в робототехнике | Познавательные: мотивация к изучению темы Коммуникативные: участие в диалоге |
| 3. Актуализация знаний (5 мин) | Задает вопросы: “Как человек различает цвета?”, “Почему черный цвет поглощает свет, а белый отражает?”, “Что такое инфракрасное излучение?”. Фиксирует ответы на доске. | Отвечают на вопросы, вспоминают материал из курса физики об отражении света, обсуждают различия в отражении света от поверхностей разного цвета | Актуализация знаний из физики о свойствах света и его отражении от разных поверхностей | Познавательные: извлечение имеющихся знаний Коммуникативные: формулирование мыслей |
| 4. Изучение нового материала (15 мин) | Объясняет устройство и принцип работы инфракрасного датчика отражения, используя презентацию и демонстрационные образцы: 1) Конструкция датчика (ИК-светодиод и фототранзистор) 2) Физический принцип работы (отражение ИК-излучения от поверхности) 3) Различие между аналоговыми и цифровыми датчиками линии 4) Влияние внешних факторов на работу датчика Демонстрирует работу датчика на разных поверхностях, показывает изменение показаний при различной высоте установки. | Слушают, делают записи, зарисовывают схему устройства датчика линии. Наблюдают за демонстрацией, задают вопросы. | Формирование знаний о принципах работы датчиков линии и их конструкционных особенностях | Познавательные: усвоение новой информации, установление причинно-следственных связей между физическими явлениями и работой датчика |
| 5. Физкультминутка (2 мин) | Проводит динамическую паузу с имитацией движения робота по линии и реакций на повороты. | Выполняют физические упражнения, имитируя движение робота | - | Регулятивные: переключение внимания |
| 6. Изучение принципов размещения датчиков (8 мин) | Рассказывает о различных схемах размещения датчиков линии на роботе: 1) Один датчик (простое определение наличия линии) 2) Два датчика (определение положения относительно края линии) 3) Массив датчиков (точное определение положения и конфигурации линии) Объясняет зависимость между расстоянием между датчиками и шириной линии. | Слушают объяснение, задают вопросы, записывают формулы для расчета оптимального расстояния между датчиками в зависимости от ширины линии | Понимание принципов размещения датчиков линии для различных задач | Познавательные: анализ информации, систематизация |
| 7. Практическая работа (15 мин) | Организует групповую работу. Делит класс на группы по 3-4 человека. Задание: “Разработать схему размещения датчиков линии на роботе для эффективного следования по линии”. Задает параметры: тип соревнований (следование по линии с перекрестками), ширина линии, скорость движения. Предоставляет шаблоны для проектирования. Консультирует группы в процессе работы. | Работают в группах, проектируют схему размещения датчиков, рассчитывают оптимальные расстояния между ними с учетом ширины линии и задачи. Выполняют чертеж на листе формата А3 с указанием размеров и пояснениями. | Умение проектировать оптимальную конфигурацию датчиков линии, рассчитывать расстояния между ними | Регулятивные: планирование работы Познавательные: применение знаний Коммуникативные: работа в группе |
| 8. Представление результатов (8 мин) | Организует защиту проектов. Задает уточняющие вопросы: “Почему выбрано именно такое количество датчиков?”, “Как рассчитывалось расстояние между датчиками?”, “Какие преимущества даст такое расположение?” | Представители групп демонстрируют свои схемы, объясняют принципы размещения датчиков, аргументируют выбор конфигурации, отвечают на вопросы | Умение обосновывать выбор технического решения | Коммуникативные: презентация результатов работы Познавательные: аргументация |
| 9. Рефлексия и подведение итогов (5 мин) | Подводит итоги урока, задает вопросы: “Что нового вы узнали на уроке?”, “Какие факторы влияют на эффективность работы датчиков линии?”, “Какая конфигурация датчиков оказалась наиболее оптимальной и почему?” | Отвечают на вопросы, делятся впечатлениями, оценивают свою работу на уроке | Осознание полученных знаний и их практической значимости | Регулятивные: оценка результатов Познавательные: рефлексия |
ДОМАШНЕЕ ЗАДАНИЕ
Базовый уровень:
- Составить схему подключения датчика линии к контроллеру робота
- Подготовить краткий конспект о различиях между аналоговыми и цифровыми датчиками линии
Повышенный уровень:
- Разработать схему размещения датчиков линии для робота, участвующего в соревнованиях “Кегельринг”
- Исследовать влияние освещенности на работу датчиков линии и подготовить краткий отчет
ОЦЕНИВАНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ
Критерии оценивания практической работы (схемы размещения датчиков):
- Обоснованность выбора количества и типа датчиков (1-5 баллов)
- Корректность расчета расстояний между датчиками (1-5 баллов)
- Оптимальность расположения датчиков для решения поставленной задачи (1-5 баллов)
- Качество выполнения схемы, точность размеров (1-5 баллов)
- Аргументированность защиты проекта (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:
- Принципы работы инфракрасного датчика отражения
- Конструкцию и компоненты датчика линии
- Физические основы отражения света от поверхностей разного цвета
- Основные схемы размещения датчиков для следования по линии
Уметь:
- Анализировать эффективность различных конфигураций датчиков
- Рассчитывать оптимальные расстояния между датчиками в зависимости от ширины линии
- Проектировать схему размещения датчиков для решения конкретной задачи
- Учитывать физические факторы при проектировании сенсорных систем
Владеть:
- Навыками технического проектирования сенсорных систем
- Способностью применять знания из физики и математики для решения технических задач
- Умением обосновывать технические решения
Дополнительные материалы к уроку:
- Технические характеристики различных моделей датчиков линии
- Схемы подключения датчиков к различным контроллерам
- Формулы для расчета оптимального расстояния между датчиками
- Примеры конфигураций датчиков для различных соревнований роботов
- Образцы трасс для соревнований по следованию по линии