Практическая работа «Программирование модели транспортного робота»
Образовательная организация: ГБОУ Школа № 1362
Учитель: Ахметов Рустам
Дата проведения:
Класс: 6
Модуль: Программирование и моделирование роботов
Тема урока: Практическая работа «Программирование модели транспортного робота»
Цель урока: Создать условия для формирования практических навыков создания и программирования виртуальной модели транспортного робота для выполнения заданной транспортной задачи в симуляторе.
Предметные:
- Умение создавать виртуальную модель транспортного робота
- Навык программирования алгоритма управления виртуальным роботом
- Понимание принципов переноса физических параметров реального робота в виртуальную среду
- Умение тестировать и отлаживать программу в симуляторе
Метапредметные:
- Регулятивные УУД: умение ставить цель, планировать этапы создания модели, тестировать и корректировать алгоритмы
- Познавательные УУД: умение переносить знания из физики и математики в область виртуального моделирования
- Коммуникативные УУД: умение работать в паре/группе, обсуждать проблемы и находить коллективные решения
Личностные:
- Развитие логического и алгоритмического мышления
- Формирование ответственности за результат работы
- Воспитание настойчивости в достижении цели
- Развитие интереса к инженерному моделированию
Образовательные:
- Научить создавать виртуальную модель транспортного робота в симуляторе
- Сформировать понимание переноса физических характеристик в виртуальную среду
- Обучить программированию алгоритмов выполнения транспортных задач
Развивающие:
- Развивать навыки работы в программной среде симулятора
- Формировать алгоритмическое мышление при решении транспортных задач
- Развивать умение анализировать результаты виртуального эксперимента
Воспитательные:
- Воспитывать культуру виртуального моделирования
- Формировать навыки сотрудничества при решении технических задач
- Развивать интерес к профессиям, связанным с программированием роботов
Тип урока: Практическая работа
Учебно-методическое и материально-техническое обеспечение:
- Компьютеры с установленным симулятором робототехнических систем (например, Gazebo, CoppeliaSim, Webots или RobotBenchmark)
- Мультимедийный проектор и экран
- Инструкции по работе с виртуальной средой моделирования
- Шаблоны виртуальных моделей роботов
- Описание транспортной задачи с критериями успешного выполнения
- Примеры готовых виртуальных сред для тестирования (полигоны с препятствиями, дорожки и т.д.)
- Справочные материалы по программированию в выбранной среде
Образовательные технологии:
- Проектное обучение
- Практико-ориентированное обучение
- Работа в малых группах
- Информационно-коммуникационные технологии
Межпредметные связи:
- Физика: Перенос физических параметров реального робота в виртуальную модель (масса, трение, инерция, центр тяжести)
- Математика: Создание алгоритма управления с учетом виртуальных датчиков и исполнительных устройств, расчет траекторий движения
- Информатика: Программирование, алгоритмизация, отладка программ
- Технология: Конструирование транспортных систем, эргономика транспортных роботов
Основные понятия: Виртуальная модель, симулятор, транспортная задача, алгоритм управления, физические параметры, виртуальные датчики, виртуальные исполнительные механизмы, колесная база, массогабаритные характеристики, грузоподъемность, виртуальная среда, коллизии, траектория движения, отладка программы
| Этап урока | Деятельность учителя | Деятельность ученика | Планируемые результаты предметные | Планируемые результаты УУД |
|---|---|---|---|---|
| 1. Организационный момент (3 мин) | Приветствует учащихся, проверяет готовность к уроку. Проверяет запуск симулятора на компьютерах. | Готовят рабочие места, запускают симулятор, проверяют работоспособность программы | Подготовка к работе с программным обеспечением | Регулятивные: самоорганизация |
| 2. Постановка задачи (7 мин) | Формулирует цель практической работы: “Сегодня вы создадите и запрограммируете виртуальную модель транспортного робота, который должен выполнить конкретную транспортную задачу”. Описывает транспортную задачу: робот должен переместить виртуальный груз из пункта А в пункт Б, преодолевая препятствия на пути. Демонстрирует пример работающей модели. | Слушают задание, задают уточняющие вопросы, записывают требования к транспортной задаче, изучают пример | Понимание целей практической работы и требований к результату | Познавательные: целеполагание Коммуникативные: формулирование вопросов |
| 3. Актуализация знаний (5 мин) | Напоминает о принципах работы с виртуальной средой, о физических параметрах, которые нужно учитывать при моделировании (масса, трение, инерция). Задает вопросы: “Какие физические параметры важны для транспортного робота?”, “Как влияет распределение массы на устойчивость?” | Отвечают на вопросы, вспоминают материал о физических принципах, обсуждают важные параметры для транспортных роботов | Актуализация знаний о физических основах работы роботов | Познавательные: извлечение имеющихся знаний Коммуникативные: участие в обсуждении |
| 4. Создание виртуальной модели (15 мин) | Объясняет этапы создания виртуальной модели транспортного робота в симуляторе: 1) Выбор шасси (колесной базы) 2) Настройка физических параметров (масса, размеры) 3) Добавление виртуальных датчиков 4) Размещение грузовой платформы Консультирует учащихся в процессе работы, помогает решать возникающие проблемы. | Работают с симулятором: собирают виртуальную модель транспортного робота, настраивают физические параметры, добавляют необходимые датчики и исполнительные механизмы | Умение создавать виртуальную модель робота в симуляторе с заданными физическими параметрами | Регулятивные: планирование действий Познавательные: моделирование |
| 5. Физкультминутка (2 мин) | Проводит короткую динамическую паузу: “Представим, что мы транспортные роботы и перемещаем груз” | Выполняют физические упражнения, имитируя движения транспортного робота | - | Регулятивные: переключение внимания |
| 6. Программирование алгоритма управления (20 мин) | Объясняет основные принципы программирования алгоритма управления транспортным роботом: 1) Управление движением (вперед, назад, повороты) 2) Работа с виртуальными датчиками 3) Алгоритмы обхода препятствий 4) Механизм захвата и перемещения груза Показывает пример базового алгоритма управления. Консультирует по вопросам программирования. | Разрабатывают алгоритм управления транспортным роботом: создают программу движения, обработки данных от датчиков, реакции на препятствия, механизма захвата и перемещения груза | Умение программировать алгоритм управления виртуальным роботом | Познавательные: алгоритмическое мышление Регулятивные: планирование действий |
| 7. Тестирование и отладка (15 мин) | Организует тестирование виртуальных моделей в симуляторе. Предлагает испытать роботов на виртуальном полигоне с препятствиями. Консультирует по вопросам отладки программ, помогает выявить причины некорректной работы. | Тестируют работу своих виртуальных роботов, выявляют проблемы, корректируют программу и параметры модели, проводят повторные испытания | Умение тестировать и отлаживать виртуальную модель | Регулятивные: контроль и коррекция Познавательные: анализ результатов |
| 8. Демонстрация результатов (10 мин) | Организует демонстрацию работы виртуальных моделей. Предлагает каждой паре/группе продемонстрировать выполнение транспортной задачи своим роботом. Комментирует результаты, отмечает удачные решения. | Демонстрируют работу своих виртуальных моделей, комментируют особенности алгоритма, отвечают на вопросы | Умение представлять результаты работы | Коммуникативные: презентация результатов |
| 9. Рефлексия и подведение итогов (3 мин) | Подводит итоги практической работы, отмечает успешные решения и типичные проблемы. Задает вопросы: “Какие трудности возникли при создании виртуальной модели?”, “Насколько точно, по вашему мнению, виртуальная модель отражает поведение реального робота?” | Отвечают на вопросы, делятся впечатлениями, оценивают сходство виртуальной модели с реальным роботом | Понимание особенностей виртуального моделирования | Регулятивные: оценка результатов Познавательные: рефлексия |
Базовый уровень:
- Подготовить краткий отчет о выполненной практической работе
- Составить список особенностей, которые нужно учитывать при переносе параметров реального робота в виртуальную модель
Повышенный уровень:
- Усовершенствовать алгоритм управления виртуальным роботом (например, добавить оптимизацию маршрута или энергосбережение)
- Разработать и протестировать виртуальную модель для другого типа транспортной задачи
Критерии оценивания практической работы:
- Корректность создания виртуальной модели (учет физических параметров, правильное размещение датчиков) (1-5 баллов)
- Функциональность программы управления (1-5 баллов)
- Эффективность выполнения транспортной задачи (скорость, точность) (1-5 баллов)
- Способность модели преодолевать препятствия (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
По итогам урока учащиеся должны:
Знать:
- Принципы виртуального моделирования транспортных роботов
- Способы переноса физических параметров в виртуальную модель
- Методы программирования алгоритмов управления виртуальным роботом
- Особенности отладки программ в симуляторе
Уметь:
- Создавать виртуальную модель транспортного робота с заданными параметрами
- Программировать алгоритмы выполнения транспортных задач
- Тестировать и отлаживать модель в виртуальной среде
- Анализировать результаты виртуальных экспериментов
Владеть:
- Навыками работы в среде симулятора робототехнических систем
- Методами оптимизации алгоритмов управления роботом
- Приемами виртуального моделирования технических систем
Дополнительные материалы к уроку:
- Инструкция по работе с выбранным симулятором
- Примеры готовых виртуальных моделей транспортных роботов
- Шаблоны программ для управления виртуальным роботом
- Карта виртуального полигона с препятствиями
- Справочник по физическим параметрам для различных материалов и механизмов
- Таблица сравнения поведения реального и виртуального робота в одинаковых условиях