Практическая работа «Программирование робота для движения по заданной траектории»
Образовательная организация: ГБОУ Школа № 1362
Учитель: Ахметов Рустам
Дата проведения:
Класс: 6
Модуль: Мобильная робототехника
Тема урока: Практическая работа «Программирование робота для движения по заданной траектории»
Цель урока: Создать условия для формирования практических навыков программирования роботов для точного движения по заданным геометрическим траекториям с учетом физических особенностей движения.
Предметные:
- Умение программировать робота для движения по геометрическим фигурам
- Навык расчета углов поворота и параметров движения
- Понимание влияния инерции и трения на точность движения робота
- Умение компенсировать физические факторы при программировании траектории
Метапредметные:
- Регулятивные УУД: умение планировать последовательность действий, анализировать результаты и корректировать программу
- Познавательные УУД: умение переносить математические знания о геометрических фигурах в область программирования роботов
- Коммуникативные УУД: умение обсуждать проблемы и находить решения при работе в парах
Личностные:
- Развитие алгоритмического и пространственного мышления
- Формирование настойчивости в достижении точного результата
- Воспитание внимания к деталям и аккуратности при программировании
- Развитие интереса к применению математических знаний в робототехнике
Образовательные:
- Научить применять математические знания для расчета параметров траекторий
- Сформировать понимание влияния физических явлений на точность движения
- Обучить методам компенсации инерции при программировании поворотов
Развивающие:
- Развивать логическое мышление при построении алгоритмов движения
- Формировать навыки отладки и оптимизации программ
- Развивать пространственное мышление при работе с геометрическими фигурами
Воспитательные:
- Воспитывать настойчивость в достижении результата
- Формировать культуру программирования
- Развивать умение критически оценивать результаты своей работы
Тип урока: Практическая работа
Учебно-методическое и материально-техническое обеспечение:
- Робототехнические наборы (по одному на пару учеников)
- Компьютеры с установленной средой программирования
- Измерительные инструменты (линейки, транспортиры)
- Маркеры для разметки траекторий
- Листы ватмана или специальные поля для тестирования движения
- Презентация с примерами траекторий и формулами для расчета
- Шаблоны геометрических фигур для проверки точности движения
- Видеоматериалы с примерами движения роботов по траекториям
Образовательные технологии:
- Проектное обучение
- Практико-ориентированное обучение
- Работа в парах
- Метод проблемного обучения
Межпредметные связи:
- Математика: Расчет углов поворота, построение сложной траектории из простых элементов, геометрия, тригонометрия
- Физика: Влияние инерции на точность движения, компенсация заноса, трение, моменты сил
- Информатика: Алгоритмизация, программирование, циклы, условные операторы
- Технология: Конструирование и настройка робототехнических систем
Основные понятия: Траектория, угол поворота, линейная скорость, угловая скорость, инерция, проскальзывание, дрейф, компенсация, геометрическая фигура, калибровка движения, погрешность позиционирования, обратная связь
| Этап урока | Деятельность учителя | Деятельность ученика | Планируемые результаты предметные | Планируемые результаты УУД |
|---|---|---|---|---|
| 1. Организационный момент (3 мин) | Приветствует учащихся, проверяет готовность к уроку. Проверяет работоспособность робототехнических наборов. | Готовят рабочие места, проверяют наличие необходимых компонентов, включают компьютеры | Подготовка к работе с робототехническими наборами | Регулятивные: самоорганизация |
| 2. Постановка задачи (7 мин) | Формулирует цель практической работы: “Сегодня вы будете программировать робота для движения по геометрическим фигурам. Ваш робот должен будет максимально точно воспроизводить заданные траектории”. Демонстрирует видео с примерами движения роботов по геометрическим фигурам. Объясняет критерии оценки точности движения. | Слушают задание, смотрят видео, задают уточняющие вопросы, выбирают геометрическую фигуру для программирования (квадрат, треугольник или восьмерка) | Понимание целей практической работы и критериев оценки результатов | Познавательные: целеполагание Коммуникативные: формулирование вопросов |
| 3. Актуализация знаний (8 мин) | Задает вопросы: “Какие геометрические фигуры вы знаете?”, “Как рассчитать угол поворота для разных фигур?”, “Что происходит с движущимся телом при резком повороте?”. Организует мини-дискуссию о влиянии инерции на движение робота. | Отвечают на вопросы, вспоминают свойства геометрических фигур, обсуждают влияние инерции на движение робота, делятся предположениями о способах компенсации | Актуализация знаний о геометрических фигурах и физических явлениях при движении | Познавательные: извлечение имеющихся знаний Коммуникативные: участие в обсуждении |
| 4. Математическое обоснование (10 мин) | Объясняет математические основы программирования движения по траекториям: 1) Расчет углов поворота для различных фигур (90° для квадрата, 120° для треугольника) 2) Расчет длины сторон и радиусов закруглений 3) Соотношение между скоростью колес и радиусом поворота Показывает формулы и примеры расчетов. | Слушают объяснение, делают записи, зарисовывают схемы движения, записывают формулы для расчетов | Понимание математических основ программирования движения по траекториям | Познавательные: усвоение математических закономерностей |
| 5. Физические аспекты движения (7 мин) | Объясняет влияние физических факторов на точность движения: 1) Инерция при поворотах и торможении 2) Проскальзывание колес 3) Зависимость точности от скорости движения Предлагает способы компенсации: снижение скорости перед поворотом, введение поправочных коэффициентов, калибровка. | Слушают объяснение, делают записи о физических факторах и способах компенсации, предлагают собственные идеи | Понимание физических аспектов движения робота | Познавательные: установление причинно-следственных связей |
| 6. Составление алгоритма (8 мин) | Организует работу в парах. Задание: “Составьте алгоритм движения робота по выбранной геометрической фигуре”. Объясняет структуру алгоритма: подготовка, основной цикл движения, завершение. Консультирует пары, помогает с декомпозицией задачи. | Работают в парах: выбирают геометрическую фигуру, составляют алгоритм движения, определяют последовательность команд для робота, планируют способы компенсации инерции | Умение составлять алгоритм движения по заданной траектории | Регулятивные: планирование действий Коммуникативные: работа в паре |
| 7. Программирование (15 мин) | Демонстрирует базовые команды для программирования движения и поворотов. Обращает внимание на необходимость настройки параметров (скорость, время, углы поворота). Консультирует учащихся в процессе программирования. | Программируют робота для движения по выбранной геометрической фигуре: создают программу, настраивают параметры движения, вводят корректировки для компенсации инерции | Умение программировать робота для движения по траектории | Познавательные: алгоритмическое мышление Регулятивные: создание программы |
| 8. Тестирование и отладка (15 мин) | Организует тестирование программ. Предлагает размечать начальную точку и фиксировать отклонения. Консультирует по вопросам отладки, помогает выявить причины неточностей. | Тестируют программу: запускают робота, наблюдают за движением, фиксируют отклонения от заданной траектории, вносят корректировки в программу, проводят повторные тесты | Умение тестировать и отлаживать программу | Регулятивные: контроль и коррекция Познавательные: анализ результатов |
| 9. Оптимизация движения (10 мин) | Предлагает усовершенствовать программу: “Как можно повысить точность движения?”, “Какие еще параметры можно оптимизировать?”. Демонстрирует примеры оптимизации: плавное изменение скорости, использование датчиков для коррекции положения. | Оптимизируют программу: корректируют параметры движения, добавляют компенсацию инерции, вводят дополнительные проверки, тестируют улучшенную версию | Умение оптимизировать программу для повышения точности движения | Познавательные: творческое применение знаний Регулятивные: совершенствование решения |
| 10. Демонстрация результатов (10 мин) | Организует демонстрацию работы роботов. Предлагает каждой паре продемонстрировать движение своего робота по выбранной фигуре. Оценивает точность воспроизведения траектории. | Демонстрируют работу своего робота, комментируют особенности программы, объясняют способы компенсации физических факторов | Умение представлять результаты работы | Коммуникативные: презентация результатов |
| 11. Рефлексия и подведение итогов (2 мин) | Подводит итоги практической работы, отмечает успешные решения и типичные проблемы. Задает вопросы: “Какие трудности возникли при программировании траекторий?”, “Как влияет инерция на точность движения?” | Отвечают на вопросы, делятся впечатлениями, оценивают свои достижения | Осознание полученного практического опыта | Регулятивные: оценка результатов Познавательные: рефлексия |
Базовый уровень:
- Составить алгоритм движения робота по более сложной геометрической фигуре (пятиугольник или шестиугольник)
- Подготовить краткий отчет о проделанной практической работе с описанием использованных решений
Повышенный уровень:
- Разработать программу для движения робота по фигуре “спираль” с постепенным уменьшением радиуса
- Исследовать зависимость точности движения от скорости и подготовить график этой зависимости
Критерии оценивания практической работы:
- Точность воспроизведения геометрической фигуры (1-5 баллов)
- Эффективность программного решения (1-5 баллов)
- Учет и компенсация физических факторов (1-5 баллов)
- Оптимизация параметров движения (1-5 баллов)
- Качество отладки программы (1-5 баллов)
Шкала оценивания:
- “5” - 21-25 баллов
- “4” - 16-20 баллов
- “3” - 10-15 баллов
- “2” - менее 10 баллов
По итогам урока учащиеся должны:
Знать:
- Принципы программирования движения робота по заданной траектории
- Математические основы расчета параметров движения
- Влияние физических факторов (инерция, трение) на точность движения
- Способы компенсации инерции и проскальзывания при движении робота
Уметь:
- Рассчитывать параметры движения для различных геометрических фигур
- Программировать робота для движения по заданной траектории
- Тестировать и корректировать программу для повышения точности
- Применять способы компенсации физических факторов при программировании
Владеть:
- Навыками программирования движения робота по сложным траекториям
- Методами оптимизации параметров движения
- Приемами отладки программ для повышения точности движения
- Способами анализа и решения проблем при программировании роботов
Дополнительные материалы к уроку:
- Схемы различных геометрических фигур с указанием углов и расстояний
- Примеры программного кода для базовых алгоритмов движения
- Таблица типичных проблем при программировании траекторий и способов их решения
- Формулы для расчета параметров движения по различным траекториям
- Рекомендации по оптимизации движения для повышения точности