25. «Взаимодействие роботов» - обоснование проекта, анализ ресурсов
Модуль: Проектная деятельность в робототехнике
Тема урока: Групповой робототехнический проект «Взаимодействие роботов»: обоснование проекта, анализ ресурсов
Цель урока: Сформировать у учащихся навыки проектной деятельности в области робототехники через разработку технического задания для проекта по созданию взаимодействующих роботов.
Планируемые результаты:
Предметные:
- Знать основные принципы взаимодействия роботизированных систем
- Понимать требования к техническому заданию робототехнического проекта
- Уметь планировать ресурсы для реализации робототехнического проекта
- Владеть терминологией в области групповой робототехники и управления проектами
Метапредметные:
- Регулятивные УУД: умение определять цели и задачи проекта, планировать этапы работы, прогнозировать результаты, оценивать необходимые ресурсы
- Познавательные УУД: анализ имеющихся ресурсов и возможностей, поиск оптимальных решений, структурирование информации
- Коммуникативные УУД: умение работать в команде, распределять роли, согласовывать действия, аргументировать свою позицию
Личностные:
- Формирование ответственного отношения к учебной и проектной деятельности
- Развитие навыков сотрудничества и взаимопомощи в групповой работе
- Воспитание инициативности и самостоятельности в решении проектных задач
- Формирование экономического мышления и рационального подхода к использованию ресурсов
Задачи урока:
- Познакомить учащихся с принципами планирования робототехнических проектов
- Сформировать навыки анализа ресурсов и оценки затрат на реализацию проекта
- Научить формулировать цель и задачи проекта в формате технического задания
- Организовать работу по распределению ролей в проектной команде
- Развить навыки составления детального плана работы над проектом
Тип урока: Проектный практикум
Учебно-методическое и материально-техническое обеспечение:
- Компьютеры с доступом к интернету
- Проектор и экран
- Интерактивная доска или флипчарт для совместного планирования
- Шаблоны технического задания и планов проекта
- Таблицы для анализа ресурсов и распределения ролей
- Карточки с описанием возможных проектных задач
- Образцы проектной документации
- Каталоги доступного оборудования и комплектующих
- Примеры успешно реализованных робототехнических проектов
Образовательные технологии: Проектное обучение, работа в малых группах, мозговой штурм, технология развития критического мышления, проблемное обучение
Межпредметные связи:
- Экономика: планирование ресурсов, оценка затрат, анализ эффективности
- Управление проектами: формирование технического задания, определение этапов работы, распределение ролей
- Информатика: программное обеспечение для роботов, протоколы обмена данными
- Физика: принципы работы сенсоров и механизмов взаимодействия роботов
- Математика: расчеты затрат времени и ресурсов, оптимизация параметров
| Этап урока | Деятельность учителя | Деятельность ученика | Планируемые результаты предметные | Планируемые результаты УУД |
|---|---|---|---|---|
| 1. Организационный момент (3 мин) | Приветствует учащихся, проверяет готовность к уроку. Объявляет тему и цель урока: “Сегодня мы начинаем работу над групповым проектом по созданию взаимодействующих роботов”. Поясняет формат работы на уроке. |
Готовятся к уроку. Настраиваются на проектную деятельность. Воспринимают информацию о формате работы. |
Регулятивные: самоорганизация, готовность к деятельности. | |
| 2. Мотивационный этап: введение в проблематику проекта (7 мин) | Демонстрирует видеоролики с примерами взаимодействия роботов (роботы-футболисты, роботы-строители, роботы-спасатели и др.). Проводит краткую беседу: - Какие типы взаимодействия между роботами вы увидели? - Почему взаимодействие между роботами важно? - В каких сферах жизни могут применяться взаимодействующие роботы? - Какие преимущества дает взаимодействие нескольких роботов по сравнению с одним? |
Просматривают видеоматериалы. Отвечают на вопросы, высказывают свое мнение. Обсуждают возможные направления проектов с взаимодействующими роботами. |
Понимание принципов и значимости взаимодействия в робототехнических системах. | Познавательные: анализ информации, выделение ключевых идей. Коммуникативные: участие в диалоге, формулирование своего мнения. |
| 3. Актуализация знаний: основы взаимодействия роботов (10 мин) | Организует мини-лекцию с элементами беседы об основных типах взаимодействия роботов: 1. Способы взаимодействия: - Физическое взаимодействие - Информационное взаимодействие - Кооперативные действия 2. Технологии коммуникации между роботами: - Проводное соединение - Беспроводная связь (Bluetooth, Wi-Fi, радиоканал) - Инфракрасная связь - Визуальное взаимодействие 3. Алгоритмы взаимодействия: - Централизованное управление - Децентрализованное управление - Роевые алгоритмы Задает вопросы о проектах, которые могли бы реализовать учащиеся. |
Воспринимают информацию, фиксируют ключевые понятия. Участвуют в обсуждении. Предлагают свои идеи для проектов с взаимодействующими роботами. Задают уточняющие вопросы. |
Знание основных способов и технологий взаимодействия роботов. Понимание алгоритмов взаимодействия в робототехнических системах. |
Познавательные: восприятие и структурирование новой информации. Регулятивные: определение направления проектной деятельности. |
| 4. Формирование проектных групп (5 мин) | Организует деление класса на проектные группы по 3-5 человек. Предлагает каждой группе выбрать координатора. Объясняет правила работы в проектных группах. Раздает каждой группе шаблоны документов для оформления проекта. |
Формируют проектные группы. Выбирают координаторов групп. Знакомятся с правилами работы в группах. Получают шаблоны документов. |
Коммуникативные: формирование групп, установление рабочих взаимоотношений. Регулятивные: принятие ролей и правил работы. |
|
| 5. Мозговой штурм: выбор темы и направления проекта (10 мин) | Объясняет правила проведения мозгового штурма. Ставит задачу: “За 10 минут вам необходимо генерировать идеи для вашего проекта взаимодействующих роботов и выбрать наиболее перспективную”. Предлагает направления для проектов (или группы сами выбирают): - Роботы для совместной транспортировки объектов - Роботы для поиска и сбора предметов - Роботы для игры или соревнования - Роботы для совместного рисования или построения - Роботы для координированных действий Консультирует группы во время мозгового штурма. |
В группах проводят мозговой штурм: - Генерируют идеи для проекта - Обсуждают возможность реализации каждой идеи - Оценивают требуемые ресурсы - Выбирают наиболее перспективную идею Фиксируют результаты на листе бумаги или в электронном документе. Формулируют предварительное название проекта. |
Умение генерировать идеи для робототехнических проектов. Навыки оценки реализуемости идей. |
Познавательные: генерация идей, анализ возможностей. Коммуникативные: участие в мозговом штурме, высказывание и аргументация идей. Личностные: проявление инициативы и творческого подхода. |
| 6. Определение цели и задач проекта (10 мин) | Объясняет правила формулирования цели и задач проекта: - Цель должна быть конкретной, измеримой, достижимой, актуальной и ограниченной во времени (SMART) - Задачи – это шаги для достижения цели Показывает примеры корректно сформулированных целей и задач. Предоставляет шаблон для заполнения: - Цель проекта: … - Задачи проекта: 1) … 2) … 3) … и т.д. Консультирует группы по формулировкам. |
В группах формулируют цель и задачи проекта: - Определяют конечный результат проекта - Формулируют цель по принципу SMART - Разбивают достижение цели на конкретные задачи - Записывают цель и задачи в шаблон Обсуждают формулировки в группе и при необходимости корректируют их. |
Умение формулировать цель и задачи робототехнического проекта. Понимание структуры технического задания. |
Регулятивные: целеполагание, планирование. Познавательные: структурирование информации. Коммуникативные: совместное формулирование цели и задач. |
| 7. Физкультминутка (2 мин) | Проводит короткую физкультминутку с упражнениями для снятия напряжения и усталости. | Выполняют физические упражнения. | Регулятивные: саморегуляция. | |
| 8. Анализ ресурсов проекта (15 мин) | Объясняет принципы анализа ресурсов для проекта: - Материальные ресурсы (оборудование, комплектующие) - Временные ресурсы (сроки выполнения этапов) - Человеческие ресурсы (компетенции участников) - Информационные ресурсы (знания, документация) Демонстрирует таблицу для анализа ресурсов. Предоставляет информацию о доступном оборудовании и материалах. Межпредметная связь с экономикой: объясняет принципы рационального использования ресурсов. |
Проводят анализ необходимых ресурсов для своего проекта: - Составляют список необходимого оборудования и материалов - Оценивают временные затраты на каждый этап - Анализируют имеющиеся и требуемые компетенции - Определяют источники необходимой информации Заполняют таблицу анализа ресурсов. Обсуждают возможные проблемы с ресурсами. |
Умение анализировать ресурсы, необходимые для реализации робототехнического проекта. Навыки планирования материально-технического обеспечения. |
Познавательные: анализ ресурсов, систематизация информации. Регулятивные: прогнозирование затрат и рисков. Личностные: формирование экономического мышления. |
| 9. Распределение ролей в команде (10 мин) | Объясняет основные роли в проектной команде: - Руководитель проекта (координация, контроль сроков) - Конструктор (механическая часть роботов) - Программист (алгоритмы и код) - Электронщик (датчики, коммуникация) - Тестировщик (проверка работоспособности) - Документалист (оформление документации) Предлагает таблицу распределения ролей и ответственности. Обсуждает возможное совмещение ролей в зависимости от количества участников. |
В группах обсуждают распределение ролей: - Оценивают сильные стороны и навыки каждого участника - Распределяют роли с учетом предпочтений и компетенций - Определяют зоны ответственности для каждого - Заполняют таблицу ролей и ответственности При необходимости планируют совмещение ролей некоторыми участниками. |
Понимание ролей и зон ответственности в робототехническом проекте. Умение оценивать компетенции для различных задач проекта. |
Коммуникативные: обсуждение и согласование ролей. Личностные: осознание своих сильных сторон и предпочтений. Регулятивные: принятие ответственности за часть работы. |
| 10. Составление плана работы (15 мин) | Объясняет принципы планирования проекта: - Разбиение на этапы (декомпозиция) - Определение последовательности задач - Установление сроков выполнения - Определение контрольных точек Предлагает шаблон плана работы. Межпредметная связь с управлением проектами: рассказывает о структуре декомпозиции работ (WBS). Консультирует группы по составлению плана. |
Составляют план работы над проектом: - Разбивают проект на основные этапы - Определяют конкретные задачи для каждого этапа - Устанавливают последовательность выполнения задач - Оценивают сроки выполнения каждой задачи - Назначают ответственных за выполнение задач - Определяют контрольные точки и критерии выполнения Заполняют шаблон плана работ. |
Умение составлять план работы над робототехническим проектом. Навыки декомпозиции проекта на этапы и задачи. Понимание взаимосвязей между задачами проекта. |
Регулятивные: планирование деятельности, определение последовательности действий. Познавательные: структурирование работы, декомпозиция задач. Коммуникативные: согласование плана действий. |
| 11. Формирование технического задания (10 мин) | Объясняет структуру технического задания: - Название проекта - Цель и задачи - Описание функциональности - Требования к роботам и их взаимодействию - Необходимые ресурсы - План работы с этапами и сроками - Команда проекта и распределение ответственности Предоставляет шаблон технического задания. Консультирует группы по оформлению ТЗ. |
Оформляют техническое задание своего проекта: - Собирают воедино все наработки (цель, задачи, ресурсы, план) - Описывают требования к функциональности роботов - Детализируют механизмы взаимодействия роботов - Оформляют документ по предложенному шаблону - При необходимости дополняют его схемами и эскизами |
Умение составлять техническое задание робототехнического проекта. Навыки формулирования технических требований к робототехническим системам. |
Познавательные: систематизация и структурирование информации. Регулятивные: оформление результатов планирования. Коммуникативные: согласование итогового документа в группе. |
| 12. Представление проектных замыслов (15 мин) | Организует краткую презентацию проектных замыслов от каждой группы: - Предоставляет каждой группе 2-3 минуты для представления - Предлагает другим группам задавать вопросы и давать рекомендации - После каждой презентации задает уточняющие вопросы Направляет обсуждение, акцентирует внимание на сильных сторонах проектов и возможных рисках. |
Представляют свои проектные замыслы: - Команда кратко представляет название и концепцию проекта - Описывает цель и основные функции роботов - Объясняет механизм взаимодействия роботов - Отвечает на вопросы Слушают презентации других групп. Задают вопросы и дают рекомендации другим группам. |
Умение представлять концепцию робототехнического проекта. Навыки анализа проектных идей и выявления рисков. |
Коммуникативные: презентация идей, аргументация, ответы на вопросы. Познавательные: анализ проектов других групп, выявление возможных проблем. Личностные: принятие конструктивной критики. |
| 13. Рефлексия и подведение итогов (5 мин) | Организует рефлексию с использованием метода “3-2-1”: - 3 вещи, которые узнали или поняли сегодня - 2 вопроса, которые остались - 1 шаг, который нужно сделать в первую очередь Подводит итоги работы. Обсуждает следующие шаги в работе над проектами. |
Участвуют в рефлексии: - Формулируют 3 новых знания или понимания - Задают 2 вопроса, которые остались - Определяют 1 первоочередной шаг Озвучивают свою рефлексию. Обсуждают план дальнейшей работы. |
Регулятивные: оценка результатов деятельности, определение дальнейших шагов. Познавательные: рефлексия полученных знаний и опыта. Коммуникативные: формулирование вопросов и выводов. |
|
| 14. Домашнее задание (3 мин) | Объясняет домашнее задание: 1. Доработать техническое задание с учетом обсуждения и полученных рекомендаций 2. Подумать о конкретных технических решениях для реализации проекта 3. Изучить дополнительные материалы по выбранному направлению проекта Предлагает список ресурсов для самостоятельного изучения по теме проекта. |
Записывают домашнее задание. Задают уточняющие вопросы. Распределяют домашнюю работу между участниками группы. |
Регулятивные: планирование самостоятельной работы. |
ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ ПРОЕКТА
«ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ РОБОТОВ»
1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
1.1. Название проекта: ________________________________
1.2. Исполнители (группа): ___________________________
1.3. Руководитель проекта: ___________________________
1.4. Срок реализации проекта: с ________ по __________
2. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ПРОЕКТА
2.1. Цель проекта: __________________________________
2.2. Задачи проекта:
- _____________________________________________
- _____________________________________________
- _____________________________________________
- _____________________________________________
3. ОПИСАНИЕ ПРОЕКТА
3.1. Краткое описание проекта: _______________________
3.2. Количество роботов и их функции:
- Робот 1: ____________________________________
- Робот 2: ____________________________________
(при необходимости добавить)
3.3. Механизм взаимодействия роботов: ________________
3.4. Ожидаемый результат: ___________________________
4. ТЕХНИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ
4.1. Требования к аппаратной части:
- _____________________________________________
- _____________________________________________
4.2. Требования к программному обеспечению:
- _____________________________________________
- _____________________________________________
4.3. Требования к взаимодействию:
- _____________________________________________
- _____________________________________________
4.4. Ограничения и особые условия:
- _____________________________________________
- _____________________________________________
5. РЕСУРСНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ПРОЕКТА
5.1. Аппаратные средства:
| Наименование | Количество | Назначение | Наличие |
|----------------------|------------|----------------|-------------|
| | | | |
| | | | |
5.2. Программные средства:
| Наименование | Назначение | Наличие |
|----------------------|----------------------------|-------------|
| | | |
| | | |
5.3. Информационные ресурсы:
| Наименование | Источник |
|----------------------|----------------------------|
| | |
| | |
6. ПЛАН РЕАЛИЗАЦИИ ПРОЕКТА
| Этап/задача | Начало | Окончание | Результат | Ответственный |
|----------------|--------|-----------|----------|---------------|
| | | | | |
| | | | | |
| | | | | |
| | | | | |
7. КОМАНДА ПРОЕКТА И РАСПРЕДЕЛЕНИЕ РОЛЕЙ
| ФИО | Роль | Обязанности |
|-------------|---------------------|---------------|
| | | |
| | | |
| | | |
| | | |
8. ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ИНФОРМАЦИЯ
8.1. Риски проекта и способы их минимизации:
- _____________________________________________
- _____________________________________________
8.2. Критерии успешности проекта:
- _____________________________________________
- _____________________________________________
Дата составления ТЗ: ________________
Подписи участников:
___________________
___________________
___________________
___________________
Цель: Создать систему из двух взаимодействующих роботов, способных совместно сортировать объекты по цвету и размеру, повышающую эффективность сортировки на 30% по сравнению с работой одного робота.
Задачи:
- Сконструировать робота-сканера для распознавания параметров объектов (цвет, размер)
- Разработать робота-манипулятора для перемещения объектов в соответствующие контейнеры
- Реализовать беспроводную коммуникацию между роботами для передачи данных о распознанных объектах
- Создать алгоритм координации действий двух роботов для оптимизации процесса сортировки
- Разработать систему контроля и мониторинга процесса сортировки
Цель: Разработать систему из трех взаимодействующих роботов, способных совместно исследовать и картографировать незнакомое пространство за ограниченное время (10 минут).
Задачи:
- Сконструировать трех мобильных роботов с различными сенсорами
- Разработать алгоритм распределения территории для исследования между роботами
- Реализовать систему беспроводного обмена данными между роботами
- Создать общую карту исследуемой территории на основе данных от всех роботов
- Внедрить алгоритм автоматического реагирования на обнаруженные препятствия
| Категория | Наименование | Количество | Назначение | Наличие | Источник получения |
|---|---|---|---|---|---|
| Робототехнические наборы | |||||
| Контроллеры | |||||
| Датчики | |||||
| Моторы/сервоприводы | |||||
| Детали конструктора | |||||
| Беспроводные модули | |||||
| Дополнительные материалы | |||||
| Инструменты | |||||
| Прочее |
| Этап | Задачи | Плановая продолжительность | Резерв времени | Общая длительность |
|---|---|---|---|---|
| Планирование | ||||
| Конструирование | ||||
| Программирование | ||||
| Тестирование | ||||
| Отладка | ||||
| Документирование |
| ФИО участника | Имеющиеся навыки и опыт | Зона ответственности | Требуется обучение |
|---|---|---|---|
| Тип информации | Источник | Доступность | Ответственный за поиск |
|---|---|---|---|
| Техническая документация | |||
| Учебные материалы | |||
| Примеры решений | |||
| Справочные материалы |
| Задача | Участник 1 | Участник 2 | Участник 3 | Участник 4 |
|---|---|---|---|---|
| Планирование проекта | ||||
| Разработка концепции | ||||
| Анализ ресурсов | ||||
| Составление ТЗ | ||||
| Конструирование | ||||
| Робот 1 | ||||
| Робот 2 | ||||
| Программирование | ||||
| Базовые алгоритмы | ||||
| Система коммуникации | ||||
| Алгоритмы взаимодействия | ||||
| Тестирование | ||||
| Автономная работа роботов | ||||
| Взаимодействие роботов | ||||
| Документирование | ||||
| Техническая документация | ||||
| Презентация |
Условные обозначения:
- R - Responsible (Исполнитель)
- A - Accountable (Ответственный)
- C - Consulted (Консультант)
- I - Informed (Информируемый)
-
Физическое взаимодействие:
- Совместная транспортировка крупных/тяжелых объектов
- Построение конструкций/сооружений
- Передача предметов между роботами
- Механическое соединение для преодоления препятствий
-
Информационное взаимодействие:
- Координированное исследование территории
- Система наблюдения с разделением секторов
- Передача информации через цепочку роботов
- Коллективное создание карты местности
-
Разделение задач:
- Сортировка объектов (один распознает, другой сортирует)
- Сборочный конвейер с разделением операций
- Поисково-спасательная операция (поиск и извлечение)
- Роботизированное соревнование/игра
-
Роевое взаимодействие:
- Формирование геометрических фигур группой роботов
- Движение в формации с сохранением строя
- Коллективное решение головоломок
- Имитация природных роевых систем (муравьи, пчелы)
Фамилия, имя: _________________________
Группа: _______
3 вещи, которые я узнал(а) или понял(а) сегодня:
1. _________________________________________________
2. _________________________________________________
3. _________________________________________________
2 вопроса, которые остались у меня:
1. _________________________________________________
2. _________________________________________________
1 шаг, который нам нужно сделать в первую очередь:
_________________________________________________
Насколько я доволен(а) результатами нашей работы сегодня? (от 1 до 10): _______
Что я могу сделать, чтобы наш проект был успешным?
_________________________________________________
_________________________________________________