Практическая работа «Составление цепочки команд»

Модуль: Алгоритмизация и программирование робототехнических систем

Тема урока: Практическая работа «Составление цепочки команд»

Цель урока: Сформировать практические навыки разработки алгоритмов с использованием циклических структур для решения робототехнических задач управления повторяющимися действиями.

Планируемые результаты:

Предметные:

• Знать основные принципы построения алгоритмов с циклическими структурами
• Уметь составлять алгоритмы для управления роботом с использованием циклов
• Применять оптимальные циклические структуры в зависимости от поставленной задачи
• Программировать робота для выполнения повторяющихся действий по заданному маршруту

Метапредметные:

• Регулятивные УУД: умение планировать последовательность действий, контролировать и корректировать работу алгоритма
• Познавательные УУД: развитие алгоритмического мышления, поиск оптимальных решений задач
• Коммуникативные УУД: умение работать в команде над созданием и отладкой программы

Личностные:

• Развитие логического мышления и творческого подхода к решению задач
• Формирование интереса к техническому творчеству и программированию
• Воспитание точности и аккуратности в работе с алгоритмическими структурами

Задачи урока:

1. Актуализировать знания о циклических структурах и их применении
2. Научить анализировать задачи и выбирать оптимальные циклические конструкции
3. Сформировать навыки разработки последовательностей команд с использованием циклов
4. Организовать практическую работу по созданию программ для управления роботом
5. Развить умения отладки и оптимизации алгоритмов

Тип урока: Практическая работа с элементами исследования

Учебно-методическое и материально-техническое обеспечение:

• Робототехнические наборы (LEGO Mindstorms EV3/SPIKE Prime, Arduino или аналоги)
• Компьютеры с установленной средой программирования
• Проектор и интерактивная доска для демонстрации
• Карточки с заданиями различного уровня сложности
• Полигоны для испытания роботов (поля с разметкой маршрутов)
• Инструкционные карты по использованию циклических структур
• Презентация с примерами алгоритмов и их визуализацией

Образовательные технологии: Проблемное обучение, личностно-ориентированное обучение, практико-ориентированное обучение, работа в малых группах

Межпредметные связи:

• Информатика: алгоритмизация, последовательное выполнение команд, циклические конструкции
• Математика: логика построения последовательностей действий, оптимизация алгоритмов, итерационные процессы
• Физика: движение объектов по заданным траекториям, расчет скорости и времени

Задание: Запрограммировать робота для движения по квадратной траектории. Требования:

• Использовать счетный цикл для повторения 4 раз последовательности “движение вперед + поворот на 90°”
• Сторона квадрата - 50 см
• Скорость движения - средняя

Задание: Запрограммировать робота для движения по маршруту “змейка” с обходом препятствий. Требования:

• Использовать вложенные циклы для перемещения по строкам и столбцам
• Разместить на пути 2-3 препятствия
• Использовать датчик расстояния для обнаружения препятствий
• Реализовать алгоритм обхода препятствий

Задание: Запрограммировать робота для патрулирования территории с посещением контрольных точек. Требования:

• Разработать алгоритм движения по произвольному маршруту с 5-6 контрольными точками
• Использовать цикл с условием для проверки прохождения всех контрольных точек
• В каждой контрольной точке выполнять специальное действие (сигнал, пауза, поворот)
• Оптимизировать маршрут для минимизации времени прохождения

┌───────────┐
│  Начало   │
└─────┬─────┘
      │
┌─────▼─────┐
│   i = 1    │
└─────┬─────┘
      │
   ┌──▼──┐
┌─►│i ≤ 4?├───Нет───┐
│  └──┬───┘         │
│     │Да           │
│     │             │
│┌────▼────┐        │
││Движение │        │
││вперед 50см│       │
│└────┬────┘        │
│     │             │
│┌────▼────┐        │
││ Поворот │        │
││ на 90°  │        │
│└────┬────┘        │
│     │             │
│┌────▼────┐        │
││  i = i+1 │        │
│└────┬────┘        │
│     │             │
└─────┘             │
                    │
┌───────────────────▼┐
│      Конец        │
└───────────────────┘

Алгоритм (0-5 баллов):

• Корректность логики алгоритма (0-2)
• Оптимальность использования циклических структур (0-2)
• Наличие комментариев и пояснений (0-1)

Программная реализация (0-5 баллов):

• Работоспособность программы (0-2)
• Оптимальность кода (0-1)
• Отсутствие ошибок (0-1)
• Эффективность использования циклов (0-1)

Практическая реализация (0-5 баллов):

• Точность выполнения роботом заданного маршрута (0-2)
• Плавность движений робота (0-1)
• Скорость выполнения задания (0-1)
• Устойчивость работы программы (0-1)

Защита решения (0-5 баллов):

• Понимание принципов работы алгоритма (0-2)
• Объяснение использованных циклических структур (0-2)
• Ответы на дополнительные вопросы (0-1)

Максимальный балл: 20 Шкала перевода в оценку:

• 18-20 баллов - “5”
• 14-17 баллов - “4”
• 10-13 баллов - “3”
• менее 10 баллов - “2”

1. Выбор типа цикла:

   • Цикл с предусловием (WHILE) - когда необходимо проверять условие перед выполнением действий (например, движение до препятствия)
   • Цикл с постусловием (DO-WHILE) - когда действие должно быть выполнено хотя бы один раз (например, повороты до обнаружения линии)
   • Счетный цикл (FOR) - когда известно точное количество повторений (например, движение по многоугольнику)

2. Предотвращение бесконечных циклов:

   • Всегда проверять условие выхода из цикла
   • Убедиться, что условие когда-либо станет ложным
   • Включать аварийный выход из цикла (таймаут)

3. Оптимизация циклов:

   • Выносить за пределы цикла операции, не требующие повторения
   • Минимизировать вычисления внутри цикла
   • Использовать вложенные циклы только при необходимости

4. Типичные применения циклов в робототехнике:

   • Движение до достижения условия (линия, препятствие, метка)
   • Повторение действий заданное количество раз
   • Обработка множества объектов
   • Патрулирование территории
   • Калибровка датчиков