Практическая работа «Программирование работы датчика линии»
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 линии»
Цель урока: Создать условия для формирования практических навыков установки датчиков линии на робота и программирования алгоритма следования по контрастной линии.
Планируемые результаты:
Предметные:
- Умение устанавливать датчики линии на робототехническую платформу
- Навык калибровки датчиков линии под различные условия освещенности
- Понимание алгоритмов следования по линии
- Умение программировать взаимодействие датчиков линии с системой управления роботом
Метапредметные:
- Регулятивные УУД: умение планировать этапы решения задачи, тестировать и корректировать алгоритм работы робота
- Познавательные УУД: умение анализировать показания датчиков и преобразовывать их в команды управления
- Коммуникативные УУД: умение работать в группе, обсуждать проблемы и находить коллективные решения
Личностные:
- Развитие инженерного мышления и настойчивости в достижении результата
- Формирование ответственности за качество выполнения работы
- Воспитание культуры технического творчества
- Развитие интереса к программированию и робототехнике
ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЙ БЛОК
Задачи урока:
Образовательные:
- Закрепить знания о принципах работы датчиков линии
- Научить методам калибровки датчиков под разные условия освещенности
- Сформировать понимание различных алгоритмов следования по линии
Развивающие:
- Развивать алгоритмическое мышление
- Формировать навыки отладки программы и устранения ошибок
- Развивать умение анализировать и оптимизировать работу системы
Воспитательные:
- Воспитывать аккуратность при работе с электронными компонентами
- Формировать культуру командной работы
- Развивать настойчивость в достижении цели
Тип урока: Практическая работа
Учебно-методическое и материально-техническое обеспечение:
- Робототехнические наборы с возможностью подключения датчиков линии
- Датчики линии (аналоговые или цифровые)
- Компьютеры с установленной средой программирования
- Полигоны для тестирования с нанесенными контрастными линиями разной ширины
- Дополнительное освещение для тестирования работы датчиков при разной освещенности
- Мультиметр для проверки работы датчиков
- Инструкции по подключению датчиков линии
- Примеры базовых алгоритмов следования по линии
ОРГАНИЗАЦИОННО-ДЕЯТЕЛЬНОСТНЫЙ БЛОК
Образовательные технологии:
- Проектное обучение
- Практико-ориентированное обучение
- Работа в малых группах
- Проблемное обучение
Межпредметные связи:
- Физика: Влияние освещенности на работу датчиков, адаптация к изменяющимся условиям, коэффициенты отражения разных поверхностей
- Математика: Построение алгоритма движения по линии, пороговые значения для распознавания линии, пропорциональное и дифференциальное регулирование
- Информатика: Алгоритмизация, программирование условных операторов, циклы, логические выражения
- Технология: Монтаж датчиков, оптимальное расположение на платформе робота
Основные понятия: Датчик линии, калибровка, пороговое значение, алгоритм следования по линии, П-регулятор, ПД-регулятор, мощность двигателей, коэффициент усиления, инверсия линии, пересечение линии, временная задержка, фильтрация сигнала
| 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 | Знание правил техники безопасности | Регулятивные: самоорганизация |
| 2. Постановка задачи (5 мин) | Формулирует цель практической работы: “Сегодня вы научитесь устанавливать датчики линии на робота и программировать алгоритм следования по линии. В конце занятия ваш робот должен стабильно двигаться по контрастной линии”. Демонстрирует видео с примерами работы роботов, следующих по линии. | Слушают задание, задают уточняющие вопросы, анализируют показанные примеры | Понимание целей практической работы | Познавательные: целеполагание Коммуникативные: формулирование вопросов |
| 3. Подготовка оборудования (10 мин) | Объясняет особенности выбора места установки датчиков линии на роботе, демонстрирует правильное расположение датчиков. Напоминает о важности учета ширины линии при выборе расстояния между датчиками. | Выбирают оптимальное место для установки датчиков на своих роботах, учитывая особенности конструкции и ширину линии трассы. Устанавливают датчики линии на своего робота. | Умение правильно размещать и устанавливать датчики линии на робототехническую платформу | Регулятивные: планирование действий Познавательные: применение знаний |
| 4. Калибровка датчиков (10 мин) | Объясняет необходимость калибровки датчиков линии под условия освещения и особенности трассы. Демонстрирует процесс калибровки, показывает как определить пороговые значения для распознавания линии. | Выполняют калибровку датчиков: измеряют показания на черной и белой поверхности, определяют пороговые значения, записывают результаты. Тестируют работу датчиков на линии. | Умение калибровать датчики линии и определять пороговые значения | Познавательные: анализ данных Регулятивные: коррекция действий |
| 5. Изучение алгоритмов следования по линии (8 мин) | Рассказывает о различных алгоритмах следования по линии: 1) Простой алгоритм “влево-вправо” для двух датчиков 2) П-регулятор для плавного движения 3) ПД-регулятор для улучшения стабильности Акцентирует внимание на математических основах каждого алгоритма. | Слушают, делают записи, разбираются в принципах работы алгоритмов. Задают вопросы по непонятным моментам. | Понимание различных алгоритмов следования по линии и их математических основ | Познавательные: усвоение новой информации |
| 6. Программирование базового алгоритма (15 мин) | Демонстрирует базовый алгоритм следования по линии. Предлагает учащимся написать программу с использованием простого алгоритма “влево-вправо”. Консультирует по вопросам программирования. | Разрабатывают программу следования по линии с использованием двух датчиков. Создают условные операторы для определения положения робота относительно линии и корректировки движения. | Умение программировать базовый алгоритм следования по линии | Познавательные: алгоритмическое мышление Регулятивные: планирование действий |
| 7. Тестирование работы робота (10 мин) | Организует тестирование работы роботов на полигоне с линией. Наблюдает за процессом, помогает выявлять причины некорректной работы. | Загружают программу в робота, тестируют работу на полигоне. Выявляют проблемы в движении робота, анализируют причины. | Умение тестировать программу и выявлять проблемы | Регулятивные: контроль и коррекция Познавательные: анализ результатов |
| 8. Усовершенствование алгоритма (15 мин) | Предлагает улучшить программу: внедрить П-регулятор для более плавного движения, добавить обработку особых случаев (перекрестки, разрывы линии). Объясняет принципы настройки коэффициентов регулятора. | Модифицируют программу, внедряя более сложные алгоритмы. Экспериментируют с параметрами (скорость, коэффициент усиления), оптимизируют работу робота. | Умение совершенствовать алгоритм и оптимизировать параметры | Познавательные: творческое применение знаний Регулятивные: оптимизация |
| 9. Финальное тестирование (10 мин) | Организует испытания роботов на трассе с разными условиями: различной шириной линии, разными уровнями освещенности. Оценивает стабильность работы. | Проводят финальное тестирование своих роботов, демонстрируют результаты работы, анализируют поведение робота при разных условиях. | Умение обеспечивать стабильную работу робота в различных условиях | Регулятивные: оценка результатов Познавательные: анализ работы системы |
| 10. Рефлексия и подведение итогов (4 мин) | Подводит итоги практической работы, обсуждает типичные проблемы и их решения. Задает вопросы: “Какой алгоритм оказался наиболее эффективным?”, “Какие трудности возникли при программировании?” | Отвечают на вопросы, обсуждают решения, делятся опытом преодоления трудностей, оценивают свои достижения | Осознание полученного практического опыта | Регулятивные: рефлексия Коммуникативные: обмен опытом |
ДОМАШНЕЕ ЗАДАНИЕ
Базовый уровень:
- Подготовить отчет о проделанной практической работе с описанием алгоритма и результатов тестирования
- Составить список факторов, влияющих на стабильность движения робота по линии
Повышенный уровень:
- Разработать улучшенный алгоритм следования по линии с использованием ПД-регулятора
- Предложить решение для прохождения роботом перекрестков и разветвлений линий
ОЦЕНИВАНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ
Критерии оценивания практической работы:
- Качество установки датчиков линии (расположение, надежность крепления) (1-5 баллов)
- Правильность калибровки датчиков и определения пороговых значений (1-5 баллов)
- Работоспособность программы следования по линии (1-5 баллов)
- Стабильность движения робота по линии (1-5 баллов)
- Оптимизация алгоритма 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 установки и расположения датчиков линии на роботе
- Методы калибровки датчиков под разные условия освещенности
- Различные алгоритмы следования по линии
- Факторы, влияющие на стабильность движения по линии
Уметь:
- Правильно устанавливать и калибровать датчики линии
- Программировать алгоритмы следования по линии разной сложности
- Настраивать параметры программы для оптимизации движения
- Анализировать и устранять проблемы в работе робота
Владеть:
- Навыками программирования датчиков линии
- Методами тестирования и отладки программы
- Способами оптимизации параметров алгоритма
- Приемами адаптации робота к изменяющимся условиям
Дополнительные материалы к уроку:
- Схемы подключения датчиков линии к различным контроллерам
- Примеры программного кода для различных алгоритмов следования по линии
- Таблица для записи результатов калибровки датчиков
- Инструкция по настройке параметров П и ПД-регуляторов
- Дополнительные задания для роботов, успешно выполнивших основное задание