7. Алгоритмическая структура «Ветвление»

Технологическая карта урока

ЦЕЛЕВОЙ БЛОК

Модуль: Основы алгоритмизации и программирования робототехнических систем

Тема урока: Алгоритмическая структура «Ветвление»

Цель урока: Сформировать у учащихся понимание алгоритмической структуры ветвления, её видов и способов применения в управлении робототехническими системами для принятия решений в зависимости от условий.

Планируемые результаты:

Предметные:

Знать виды алгоритмической структуры «Ветвление» (однозначное и многозначное)
Понимать принципы работы условных операторов
Уметь составлять блок-схемы алгоритмов с ветвлением
Применять структуру ветвления для решения задач в робототехнике
Анализировать работу алгоритмов с вложенными условиями

Метапредметные:

Регулятивные УУД: умение планировать алгоритм с учетом возможных вариантов развития событий, контролировать и корректировать свою деятельность
Познавательные УУД: развитие логического мышления, умения строить причинно-следственные связи, анализировать ситуации и принимать решения
Коммуникативные УУД: умение аргументировать свою позицию, работать в команде над созданием алгоритма

Личностные:

Формирование аналитического и системного мышления
Развитие внимательности и предусмотрительности в проектировании алгоритмов
Воспитание ответственного отношения к принятию решений

ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЙ БЛОК

Задачи урока:

Объяснить сущность алгоритмической структуры «Ветвление»
Рассмотреть различные виды ветвлений (полное и неполное, многозначное)
Изучить правила составления логических выражений для условий
Научить создавать блок-схемы алгоритмов с ветвлением
Показать применение структуры ветвления в робототехнике
Развить навыки проектирования алгоритмов принятия решений роботами

Тип урока: Комбинированный (изучение нового материала + практическая работа)

Учебно-методическое и материально-техническое обеспечение:

Компьютерный класс с установленной средой программирования для роботов
Робототехнические наборы (по количеству групп)
Интерактивная доска/проектор для демонстрации
Презентация по теме «Алгоритмическая структура «Ветвление»»
Раздаточный материал с логическими операциями и примерами условий
Карточки с заданиями различного уровня сложности
Программа для создания блок-схем
Демонстрационные роботы для показа работы алгоритмов с ветвлением

ОРГАНИЗАЦИОННО-ДЕЯТЕЛЬНОСТНЫЙ БЛОК

Образовательные технологии: Проблемное обучение, технология развития критического мышления, работа в малых группах, практико-ориентированное обучение

Межпредметные связи:

Информатика: логические выражения, условные операторы, структуры выбора
Математика: булева алгебра, логические функции, условные выражения
Физика: моделирование ситуаций и реакций на различные условия

Этап урока	Деятельность учителя	Деятельность ученика	Планируемые результаты предметные	Планируемые результаты УУД
1. Организационный момент (2 мин)	Приветствует учащихся, проверяет готовность к уроку, организует внимание.	Готовятся к уроку, проверяют наличие необходимых материалов.		Регулятивные: самоорганизация
2. Актуализация знаний (5 мин)	Организует фронтальную беседу по ранее изученному материалу: - Какие алгоритмические структуры вы уже знаете? - Когда применяется линейный алгоритм? - Когда и как используется цикл? - Как робот может принимать решения в зависимости от ситуации? Фиксирует на доске основные понятия.	Участвуют в беседе, отвечают на вопросы, вспоминают ранее изученные алгоритмические структуры. Приводят примеры ситуаций, когда роботу необходимо принимать решения.	Воспроизведение знаний о линейных алгоритмах и циклах. Понимание необходимости различных алгоритмических структур.	Познавательные: актуализация знаний. Коммуникативные: умение выражать свои мысли.
3. Мотивация и постановка проблемы (5 мин)	Предлагает проблемную ситуацию: “Робот движется вперед и обнаруживает препятствие. Какие действия он должен выполнить?" Демонстрирует видеофрагмент с роботом, который сталкивается с различными ситуациями и должен принимать решения. Формулирует проблемный вопрос: “Как научить робота принимать разные решения в зависимости от условий?”	Анализируют проблемную ситуацию. Предлагают варианты действий робота. Осознают необходимость механизма принятия решений в зависимости от условий. Участвуют в формулировке цели урока.	Понимание проблематики принятия решений в робототехнике.	Познавательные: анализ проблемной ситуации. Регулятивные: целеполагание.
4. Изучение нового материала (15 мин)	Объясняет новый материал с использованием презентации: 1. Понятие ветвления в алгоритмах 2. Виды ветвлений: - Полное (с ветвью “иначе”) - Неполное (без ветви “иначе”) - Многозначное (выбор из нескольких вариантов) 3. Логические выражения в условиях: - Операции сравнения (>, <, =, >=, <=, ≠) - Логические операции (И, ИЛИ, НЕ) - Составные условия 4. Вложенные условия 5. Блок-схемы алгоритмов с ветвлением 6. Примеры применения в робототехнике: - Реакция на препятствие - Выбор направления движения - Классификация объектов по цвету Демонстрирует примеры блок-схем с ветвлением.	Воспринимают новую информацию. Делают записи в тетрадях. Зарисовывают блок-схемы. Задают уточняющие вопросы.	Знание понятия ветвления и его видов. Понимание принципов построения логических выражений. Умение читать блок-схемы с ветвлением.	Познавательные: восприятие новой информации, анализ, систематизация. Коммуникативные: формулирование вопросов.
5. Первичное закрепление (8 мин)	Организует работу с раздаточным материалом: 1. Определение вида ветвления в предложенных блок-схемах 2. Составление логических выражений для различных ситуаций 3. Интерпретация работы алгоритма с ветвлением по заданной блок-схеме Контролирует правильность выполнения заданий, корректирует при необходимости.	Работают с раздаточным материалом: - Определяют виды ветвлений - Составляют логические выражения - Интерпретируют блок-схемы - Отвечают на вопросы учителя	Умение определять виды ветвлений. Навыки составления логических выражений. Умение интерпретировать блок-схемы с ветвлением.	Познавательные: анализ, классификация. Регулятивные: самоконтроль.
6. Физкультминутка (2 мин)	Проводит короткую физкультминутку с элементами “принятия решений”.	Выполняют физические упражнения.		Регулятивные: саморегуляция.
7. Практическая работа: создание блок-схем (20 мин)	Организует работу в малых группах (по 2-3 человека). Ставит задачу: “Разработать блок-схему алгоритма для робота, который должен принимать решения в заданной ситуации”. Предлагает варианты заданий различной сложности: 1. Базовый уровень - робот должен выбирать направление движения в зависимости от цвета линии (2 варианта) 2. Средний уровень - робот должен реагировать на препятствия с разных сторон (3-4 варианта действий) 3. Повышенный уровень - робот должен классифицировать объекты по нескольким признакам (цвет, размер, форма) и выполнять соответствующие действия Консультирует группы во время работы.	Работают в группах: - Обсуждают поставленную задачу - Определяют необходимые условия и действия - Строят блок-схему алгоритма с ветвлением - Проверяют работу алгоритма на различных входных данных - При необходимости консультируются с учителем	Умение проектировать алгоритмы с ветвлением. Навыки создания блок-схем для робототехнических задач. Умение проверять работоспособность алгоритма.	Познавательные: проектирование, моделирование. Регулятивные: планирование, самоконтроль. Коммуникативные: работа в группе, согласование действий.
8. Представление и анализ результатов (10 мин)	Организует представление результатов работы групп. Предлагает каждой группе кратко представить свой алгоритм. Задает вопросы по представленным блок-схемам: - Почему выбран такой вид ветвления? - Как работает алгоритм при различных входных данных? - Можно ли оптимизировать алгоритм? Организует обсуждение представленных решений.	Представляют разработанные блок-схемы. Объясняют принцип работы своего алгоритма. Отвечают на вопросы. Участвуют в обсуждении решений других групп. Анализируют различные подходы к решению задачи.	Умение объяснять принцип работы алгоритма с ветвлением. Навыки анализа различных алгоритмических решений.	Коммуникативные: публичное выступление, аргументация. Познавательные: анализ, критическое мышление. Личностные: уважение к мнению других.
9. Обобщение и систематизация (5 мин)	Организует обобщающую беседу: - Какие виды ветвлений мы изучили? - В каких ситуациях применяется каждый вид ветвления? - Какие логические операции используются в условиях? - Как работают вложенные условия? - Какие задачи в робототехнике решаются с помощью ветвления? Систематизирует полученные знания в виде схемы на доске.	Участвуют в обобщающей беседе. Отвечают на вопросы. Приводят примеры применения ветвлений в робототехнике. Формулируют выводы.	Систематизация знаний об алгоритмической структуре “Ветвление”. Понимание применения ветвлений в робототехнике.	Познавательные: обобщение, систематизация. Регулятивные: оценка понимания материала.
10. Контроль и самопроверка (5 мин)	Организует выполнение короткого теста на понимание видов ветвления и их применения. Предлагает задания на определение результатов работы алгоритмов с ветвлением при различных входных данных.	Выполняют тестовые задания. Определяют результаты работы алгоритмов при заданных условиях. Проверяют свои ответы.	Умение определять вид ветвления. Навыки трассировки алгоритмов с ветвлением.	Регулятивные: самоконтроль. Познавательные: применение знаний.
11. Подведение итогов и рефлексия (5 мин)	Подводит итоги урока. Организует рефлексию с использованием приема “Незаконченное предложение”: - “Сегодня я узнал…" - “Мне было интересно…" - “Мне было трудно…" - “Теперь я могу…" - “Я научился…" - “У меня получилось…" Оценивает работу групп на уроке.	Участвуют в рефлексии. Продолжают предложенные фразы. Оценивают свою работу на уроке и работу группы.		Регулятивные: оценка своей деятельности. Личностные: самоанализ, осознание достигнутых результатов.
12. Домашнее задание (3 мин)	Объясняет домашнее задание: 1. Обязательная часть: разработать блок-схему алгоритма с многозначным ветвлением для робота, решающего определенную задачу (на выбор из предложенных вариантов) 2. Дополнительно (по желанию): найти примеры применения сложных систем принятия решений в реальных роботах или автоматизированных системах	Записывают домашнее задание. Задают уточняющие вопросы.		Регулятивные: планирование самостоятельной работы.

Дополнительные материалы:

Схемы основных видов ветвления:

1. Полное ветвление (с ветвью “иначе”):

┌───────────┐
│  Начало   │
└─────┬─────┘
      │
┌─────▼─────┐
│  Условие  │
└─────┬─────┘
      │
   ┌──┴──┐
  Да│    │Нет
    │    │
┌───▼┐  ┌▼───┐
│Блок│  │Блок│
│ 1  │  │ 2  │
└───┬┘  └┬───┘
    │    │
    └──┐ │
       │ │
┌──────▼─▼──┐
│  Конец    │
└───────────┘

2. Неполное ветвление (без ветви “иначе”):

┌───────────┐
│  Начало   │
└─────┬─────┘
      │
┌─────▼─────┐
│  Условие  │
└─────┬─────┘
      │
   ┌──┴──┐
  Да│    │Нет
    │    │
┌───▼┐   │
│Блок│   │
│ 1  │   │
└───┬┘   │
    │    │
    └──┐ │
       │ │
┌──────▼─▼──┐
│  Конец    │
└───────────┘

3. Многозначное ветвление:

┌───────────┐
│  Начало   │
└─────┬─────┘
      │
┌─────▼─────┐
│ Условие 1 │
└─────┬─────┘
      │
   ┌──┴──┐
  Да│    │Нет
    │    │
┌───▼┐ ┌─▼───────┐
│Блок│ │Условие 2│
│ 1  │ └──┬──────┘
└───┬┘    │
    │  ┌──┴──┐
    │ Да│    │Нет
    │   │    │
    │ ┌─▼┐ ┌─▼─┐
    │ │Бл│ │Бл │
    │ │2 │ │3  │
    │ └─┬┘ └─┬─┘
    │   │    │
    └───┼────┘
        │
┌───────▼─────┐
│    Конец    │
└─────────────┘

Примеры логических выражений и их использование в робототехнике:

Простые условия:

Расстояние < 10 см (проверка наличия препятствия)
Яркость > 50% (определение светлой поверхности)
Цвет = черный (обнаружение черной линии)
Угол наклона ≥ 30° (проверка крутизны склона)

Составные условия:

(Расстояние < 10 см) И (Скорость > 20%) → замедление при приближении к препятствию
(Цвет = красный) ИЛИ (Цвет = желтый) → остановка на запрещающем сигнале
(Яркость > 70%) И (Температура > 30°) → обнаружение источника тепла и света
НЕ(Звук обнаружен) ИЛИ (Расстояние > 100 см) → продолжение движения в тишине или при отсутствии близких объектов

Задания для практической работы:

Базовый уровень:

Задача: Разработать блок-схему алгоритма для робота-сортировщика, который должен распределять объекты по цвету (красный, синий, зеленый).

Средний уровень:

Задача: Создать блок-схему алгоритма для робота-исследователя, который должен выбирать маршрут в зависимости от типа поверхности (ровная, неровная), наличия препятствий и уровня освещенности.

Повышенный уровень:

Задача: Спроектировать блок-схему алгоритма для робота-спасателя, который должен принимать решения в зависимости от комплексных условий: наличия пострадавших, уровня опасности, доступного пути и своих технических возможностей.

Тестовые задания для самопроверки:

Определите вид ветвления в алгоритме:
```
ЕСЛИ (датчик обнаружил линию) ТО
    Следовать по линии
ИНАЧЕ
    Искать линию
КОНЕЦ ЕСЛИ
```
a) Неполное ветвление b) Полное ветвление c) Многозначное ветвление
Какое логическое выражение соответствует условию “робот должен повернуть вправо, если слева обнаружено препятствие и впереди свободно”? a) (слева_препятствие) ИЛИ (впереди_свободно) b) (слева_препятствие) И (впереди_свободно) c) НЕ(слева_препятствие) И (впереди_свободно)

Трассировка алгоритма:

ЕСЛИ (расстояние < 15) ТО
    ЕСЛИ (цвет = красный) ТО
        Остановиться
    ИНАЧЕ
        Снизить скорость
    КОНЕЦ ЕСЛИ
ИНАЧЕ
    Двигаться с нормальной скоростью
КОНЕЦ ЕСЛИ

Что произойдет, если расстояние = 10 и цвет = зеленый? a) Остановка b) Снижение скорости c) Движение с нормальной скоростью

Критерии оценивания:

Блок-схема алгоритма с ветвлением (0-10 баллов):

Корректность выбора вида ветвления (0-2)
Правильность построения логических выражений (0-2)
Корректность графического изображения блок-схемы (0-2)
Работоспособность алгоритма во всех возможных ситуациях (0-2)
Оптимальность решения (0-2)

Ответы на вопросы (0-5 баллов):

Понимание принципов работы алгоритма с ветвлением (0-2)
Умение объяснить выбранное решение (0-2)
Способность анализировать альтернативные варианты (0-1)

Максимальный балл: 15 Шкала перевода в оценку:

13-15 баллов - “5”
10-12 баллов - “4”
7-9 баллов - “3”
менее 7 баллов - “2”

Материалы для дополнительного изучения:

Примеры применения сложных систем принятия решений в робототехнике:
- Автономные транспортные средства
- Промышленные роботы-манипуляторы
- Бытовые роботы-пылесосы
- Роботы-спасатели

Особенности реализации ветвлений в различных средах программирования роботов:
- Визуальные блочные языки (Scratch, LEGO Mindstorms)
- Текстовые языки программирования (Python, C++)
- Специализированные среды робототехники

Расширенные логические операции и их применение в условиях:
- Комбинирование условий
- Приоритеты логических операций
- Оптимизация сложных условий