Системы навигации транспортных роботов
ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ КАРТА УРОКА
Образовательная организация: ГБОУ Школа № 1362
Учитель: Ахметов Рустам
Дата проведения:
Класс: 6
ЦЕЛЕВОЙ БЛОК
Модуль: Мобильная робототехника
Тема урока: Системы навигации транспортных роботов
Цель урока: Создать условия для формирования представлений о различных системах навигации транспортных роботов, принципах их работы и применимости через составление сравнительной схемы.
Планируемые результаты:
Предметные:
- Знание основных систем навигации транспортных роботов
- Понимание принципов работы относительного и абсолютного позиционирования
- Умение определять точность и область применения различных систем навигации
- Представление о влиянии физических факторов на работу навигационных систем
Метапредметные:
- Регулятивные УУД: умение сравнивать и классифицировать системы навигации по различным параметрам
- Познавательные УУД: умение устанавливать причинно-следственные связи между физическими явлениями и точностью навигации
- Коммуникативные УУД: умение обсуждать и аргументировать выбор навигационных систем для различных задач
Личностные:
- Развитие инженерного мышления
- Формирование понимания взаимосвязи теоретических знаний и их практического применения
- Воспитание аналитического подхода к решению технических задач
ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЙ БЛОК
Задачи урока:
Образовательные:
- Познакомить учащихся с основными системами навигации транспортных роботов
- Сформировать представление о принципах относительного и абсолютного позиционирования
- Дать понимание влияния физических факторов на работу навигационных систем
Развивающие:
- Развивать навыки анализа и сравнения технических систем
- Формировать умение оценивать применимость различных систем в конкретных условиях
- Развивать пространственное мышление при работе с координатными системами
Воспитательные:
- Воспитывать системный подход к решению технических задач
- Формировать культуру технического мышления
- Развивать внимание к деталям и точности при проектировании технических систем
Тип урока: Комбинированный (теория + практика)
Учебно-методическое и материально-техническое обеспечение:
- Компьютер, проектор, экран
- Презентация по теме “Системы навигации транспортных роботов”
- Демонстрационные модели различных навигационных систем (при наличии)
- Видеоматериалы о работе различных систем навигации
- Раздаточный материал с описанием систем навигации
- Шаблоны для составления сравнительных схем
- Робототехнический набор с датчиками для демонстрации (опционально)
- Карты помещений для отработки принципов навигации
ОРГАНИЗАЦИОННО-ДЕЯТЕЛЬНОСТНЫЙ БЛОК
Образовательные технологии:
- Проблемное обучение
- Информационно-коммуникационные технологии
- Групповая работа
- Сравнительный анализ
Межпредметные связи:
- Физика: Инерция, трение, торможение при смене направления, электромагнитные волны, распространение сигналов
- Математика: Координатные системы, векторы движения, углы поворота, тригонометрические функции, системы уравнений
- Информатика: Алгоритмы обработки данных от датчиков, фильтрация сигналов, карты местности
- География: Глобальные системы позиционирования, картография, ориентирование
Основные понятия: Навигация, относительное позиционирование, абсолютное позиционирование, одометрия, инерциальная навигационная система (ИНС), GPS/ГЛОНАСС, SLAM-алгоритм, техническое зрение, магнитный компас, энкодеры, дрейф датчиков, триангуляция, маркерная навигация, линия/маршрут следования
| 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 видеофрагменты работы различных транспортных роботов (беспилотный автомобиль, складской робот, робот-пылесос). Задает вопросы: “Как эти роботы определяют свое положение в пространстве?”, “Почему одни роботы могут работать только в закрытых помещениях, а другие - на улице?” | Смотрят видео, отвечают на вопросы, высказывают предположения, участвуют в формулировании темы и цели урока | Актуализация представлений о необходимости навигации для транспортных роботов | Познавательные: мотивация к изучению темы Коммуникативные: участие в диалоге |
| 3. Актуализация знаний (5 мин) | Задает вопросы: “Что такое навигация?”, “Какие способы ориентирования в пространстве вы знаете?”, “Как космические корабли и самолеты определяют свое положение?”, “Как вы сами ориентируетесь, когда идете по незнакомой местности?” | Отвечают на вопросы, вспоминают знакомые примеры навигационных систем, обсуждают принципы ориентирования в пространстве | Актуализация знаний о навигации и ориентировании в пространстве | Познавательные: извлечение имеющихся знаний Коммуникативные: формулирование мыслей |
| 4. Изучение нового материала (20 мин) | Объясняет основные системы навигации транспортных роботов, сопровождая рассказ презентацией: 1) Относительное позиционирование: - Одометрия (энкодеры колес) - Инерциальная навигационная система (гироскопы, акселерометры) - Счисление пути (Dead reckoning) 2) Абсолютное позиционирование: - GPS/ГЛОНАСС - Маркерная навигация - Триангуляция по маякам 3) Комбинированные системы: - SLAM (одновременная локализация и картографирование) - Техническое зрение с распознаванием объектов Объясняет влияние физических факторов (инерция, трение) на точность навигации и необходимость компенсации погрешностей. | Слушают объяснения, делают записи, зарисовывают схемы работы различных навигационных систем, задают уточняющие вопросы | Формирование знаний о различных системах навигации транспортных роботов | Познавательные: усвоение новой информации, установление причинно-следственных связей |
| 5. Физкультминутка (2 мин) | Проводит короткую динамическую паузу с имитацией различных способов навигации. | Выполняют физические упражнения, имитируя различные способы определения положения в пространстве | - | Регулятивные: переключение внимания |
| 6. Демонстрация работы систем навигации (10 мин) | Демонстрирует работу различных навигационных систем с помощью видео или моделей (при наличии). Обращает внимание на особенности работы каждой системы, показывает примеры ошибок и способы их компенсации. | Наблюдают за демонстрацией, задают вопросы, делают заметки о преимуществах и ограничениях каждой системы | Понимание принципов работы и особенностей различных навигационных систем | Познавательные: анализ информации, выявление особенностей |
| 7. Практическая работа (15 мин) | Организует групповую работу. Делит класс на группы по 3-4 человека. Задание: “Составить сравнительную схему систем навигации с определением их точности и применимости в различных условиях”. Раздает шаблоны для составления схемы с указанием критериев сравнения: точность позиционирования, зависимость от внешней среды, автономность работы, стоимость, сложность реализации, применимость в разных условиях. Консультирует группы в процессе работы. | Работают в группах, составляют сравнительную схему систем навигации, оценивают каждую систему по заданным критериям, определяют оптимальные области применения | Умение анализировать и сравнивать различные системы навигации по заданным критериям | Регулятивные: планирование работы Познавательные: сравнение, классификация Коммуникативные: работа в группе |
| 8. Представление результатов (10 мин) | Организует представление результатов работы групп. Задает уточняющие вопросы: “Почему GPS-навигация неэффективна в закрытых помещениях?”, “Как можно компенсировать накопление ошибок в инерциальных системах?”, “Для каких задач наиболее подходит маркерная навигация?” | Представители групп демонстрируют созданные схемы, объясняют свои выводы о применимости различных систем навигации, отвечают на вопросы | Понимание взаимосвязи между характеристиками навигационных систем и их применимостью в различных условиях | Коммуникативные: представление результатов, аргументация Познавательные: обобщение информации |
| 9. Обсуждение практического применения (8 мин) | Организует обсуждение применения различных навигационных систем в конкретных проектах. Предлагает рассмотреть несколько сценариев: робот для помещения, робот для открытой местности, робот для смешанных условий. | Участвуют в обсуждении, предлагают оптимальные решения для различных сценариев, обосновывают свой выбор | Умение применять знания о системах навигации для решения практических задач | Познавательные: применение знаний Коммуникативные: участие в дискуссии |
| 10. Рефлексия и подведение итогов (3 мин) | Подводит итоги урока, задает вопросы: “Какие системы навигации вы считаете наиболее перспективными?”, “Какие проблемы навигации транспортных роботов пока не решены?”, “Как можно повысить точность навигационных систем?” | Отвечают на вопросы, делятся впечатлениями, оценивают свою работу на уроке | Систематизация знаний о системах навигации транспортных роботов | Регулятивные: оценка результатов Познавательные: рефлексия |
ДОМАШНЕЕ ЗАДАНИЕ
Базовый уровень:
- Составить таблицу с преимуществами и недостатками изученных систем навигации
- Подготовить краткое сообщение об одной из систем навигации (на выбор)
Повышенный уровень: 3. Разработать концепцию комбинированной системы навигации для конкретной задачи (например, для робота-доставщика или робота-экскурсовода) 4. Исследовать и описать современные тенденции развития систем навигации транспортных роботов
ОЦЕНИВАНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ
Критерии оценивания практической работы (сравнительной схемы):
- Полнота охвата различных систем навигации (1-5 баллов)
- Точность определения характеристик каждой системы (1-5 баллов)
- Корректность оценки применимости систем в различных условиях (1-5 баллов)
- Логичность и наглядность представления информации (1-5 баллов)
- Обоснованность выводов (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 систем навигации транспортных роботов
- Принципы работы относительного и абсолютного позиционирования
- Влияние физических факторов на точность навигации
- Критерии выбора навигационных систем для различных задач
Уметь:
- Сравнивать различные навигационные системы по заданным критериям
- Определять оптимальные области применения разных систем навигации
- Анализировать преимущества и ограничения навигационных решений
- Объяснять влияние физических факторов на работу навигационных систем
Владеть:
- Навыками анализа технических систем
- Способностью оценивать применимость навигационных решений в различных условиях
- Пониманием взаимосвязи между физическими явлениями и работой навигационных систем
Дополнительные материалы к уроку:
- Сравнительные таблицы характеристик различных навигационных систем
- Схемы работы основных типов навигационных систем
- Примеры использования навигационных систем в реальных робототехнических проектах
- Видеоматериалы о современных навигационных технологиях
- Задачи для самостоятельного анализа навигационных решений
- Глоссарий терминов по теме “Системы навигации роботов”