8. Практическая работа «Применение основных алгоритмических структур. Контроль движения при помощи датчиков»
Модуль: Программирование робототехнических систем с обратной связью
Тема урока: Практическая работа «Применение основных алгоритмических структур. Контроль движения при помощи датчиков»
Цель урока: Сформировать практические навыки применения основных алгоритмических структур (линейной, ветвления, цикла) для обработки данных с датчиков и реализации адаптивного поведения робота.
Планируемые результаты:
Предметные:
- Знать принципы работы основных типов датчиков в робототехнике
- Уметь получать и интерпретировать данные с датчиков
- Владеть навыками использования условных операторов для обработки сенсорных данных
- Применять комбинацию алгоритмических структур для решения комплексных робототехнических задач
Метапредметные:
- Регулятивные УУД: умение планировать алгоритм поведения робота, тестировать и отлаживать программу, вносить необходимые коррективы
- Познавательные УУД: анализ сенсорных данных, построение логических рассуждений, моделирование ситуаций взаимодействия робота с окружающей средой
- Коммуникативные УУД: умение работать в команде, согласовывать свои действия, аргументированно обсуждать варианты решения задачи
Личностные:
- Формирование ответственного отношения к учению и самостоятельной практической деятельности
- Развитие алгоритмического мышления и технической смекалки
- Воспитание настойчивости в достижении цели и преодолении трудностей
Задачи урока:
- Актуализировать знания об основных алгоритмических структурах и принципах работы датчиков
- Научить применять алгоритмы ветвления и циклы для обработки показаний датчиков
- Формировать умения программировать адаптивное поведение робота
- Развивать навыки отладки и тестирования программ с обратной связью
- Создать условия для творческого применения знаний при решении робототехнических задач
Тип урока: Практическая работа
Учебно-методическое и материально-техническое обеспечение:
- Робототехнические наборы с контроллерами, моторами и датчиками (по количеству групп)
- Компьютеры с установленной средой программирования
- Демонстрационный робот с подключенными датчиками
- Интерактивная доска/проектор для демонстрации примеров программ
- Полигоны для тестирования роботов (линии, препятствия, лабиринты)
- Карточки с заданиями различного уровня сложности
- Инструкционные карты по работе с датчиками и программированию
- Презентация с алгоритмами обработки сенсорных данных
Образовательные технологии: Проектная деятельность, проблемное обучение, работа в малых группах, практико-ориентированное обучение
Межпредметные связи:
- Физика: измерение физических величин, преобразование сигналов датчиков, принципы работы различных типов сенсоров
- Информатика: реализация алгоритмов с обработкой сенсорных данных, условные операторы, циклы, обработка информации
- Математика: анализ числовых показаний датчиков, пороговые значения, пропорциональное управление
| Этап урока | Деятельность учителя | Деятельность ученика | Планируемые результаты предметные | Планируемые результаты УУД |
|---|---|---|---|---|
| 1. Организационный момент (2 мин) | Приветствует учащихся, проверяет готовность к уроку. Организует деление на рабочие группы по 2-3 человека. | Готовятся к уроку, проверяют наличие необходимых материалов. Формируют рабочие группы. | Регулятивные: самоорганизация. Коммуникативные: взаимодействие при формировании групп. |
|
| 2. Актуализация знаний (5 мин) | Организует фронтальную беседу: - Какие основные алгоритмические структуры вы знаете? - Какие типы датчиков используются в робототехнике? - Как робот может использовать информацию с датчиков для принятия решений? Демонстрирует примеры реакции робота на показания различных датчиков. |
Отвечают на вопросы, вспоминают изученные ранее алгоритмические структуры и типы датчиков. Приводят примеры принятия решений на основе данных с датчиков. Наблюдают за демонстрацией работы датчиков. |
Воспроизведение знаний об алгоритмических структурах и датчиках. Понимание связи между показаниями датчиков и поведением робота. |
Познавательные: актуализация имеющихся знаний. Коммуникативные: участие в диалоге. |
| 3. Постановка цели и задач (3 мин) | Формулирует цель практической работы: “Сегодня мы научимся программировать роботов, способных адаптировать свое поведение в зависимости от показаний датчиков”. Объясняет практическую значимость темы: “Умение робота реагировать на изменения окружающей среды – ключевой элемент автономных робототехнических систем”. |
Осмысливают цель и задачи практической работы. Осознают практическую значимость изучаемой темы. |
Регулятивные: целеполагание. Личностные: осознание значимости изучаемого материала. |
|
| 4. Подготовка к практической работе (10 мин) | Представляет основные алгоритмические шаблоны для обработки данных с датчиков: 1. Получение данных с датчика 2. Сравнение значения с пороговым 3. Принятие решения на основе условия 4. Выполнение соответствующего действия Демонстрирует примеры программ с использованием датчиков: - Остановка перед препятствием (датчик расстояния) - Следование по линии (датчик цвета/освещенности) - Реакция на звук/прикосновение Обращает внимание на комбинирование ветвления и циклов. Объясняет задания практической работы. |
Внимательно слушают объяснение алгоритмических шаблонов. Анализируют примеры программ. Задают уточняющие вопросы. Делают записи в рабочих тетрадях. |
Знание алгоритмических шаблонов для обработки данных с датчиков. Понимание принципов комбинирования различных алгоритмических структур. |
Познавательные: восприятие и анализ информации. Регулятивные: планирование предстоящей деятельности. |
| 5. Инструктаж по технике безопасности (2 мин) | Напоминает правила безопасной работы с робототехническими наборами и компьютерной техникой. | Слушают инструктаж, подтверждают готовность соблюдать правила безопасности. | Личностные: ответственное отношение к выполнению правил безопасности. | |
| 6. Практическая работа (Часть 1): программирование и отладка базовых алгоритмов работы с датчиками (20 мин) | Раздает инструкционные карты с заданиями базового уровня: 1. Робот останавливается перед препятствием на заданном расстоянии 2. Робот следует по черной линии 3. Робот реагирует на касание датчика изменением направления движения Контролирует работу групп, консультирует при необходимости. Обращает внимание на типичные ошибки в программах. |
Работают в группах над выполнением базовых заданий: - Собирают робота с необходимыми датчиками (если требуется) - Разрабатывают алгоритм обработки данных с датчика - Программируют робота - Тестируют программу - Вносят необходимые коррективы - Демонстрируют рабочий вариант учителю |
Умение программировать базовые алгоритмы обработки данных с датчиков. Навыки отладки программ с использованием условных операторов. |
Регулятивные: контроль и коррекция выполнения задания. Познавательные: применение знаний на практике. Коммуникативные: согласование действий в группе. |
| 7. Физкультминутка (2 мин) | Проводит короткую физкультминутку для снятия напряжения. | Выполняют упражнения для отдыха. | Регулятивные: саморегуляция. | |
| 8. Практическая работа (Часть 2): решение комплексных задач (25 мин) | Предлагает группам выбрать и выполнить одно из заданий повышенного уровня сложности: 1. Робот, следующий по линии с распознаванием и подсчетом перекрестков 2. Робот, объезжающий препятствия и возвращающийся на линию 3. Робот, различающий цвета объектов и выполняющий разные действия 4. Робот, двигающийся в лабиринте с использованием нескольких датчиков Помогает группам в решении возникающих проблем. Стимулирует поиск оптимальных решений. |
Выбирают задание повышенной сложности. Работают над созданием комплексного решения: - Анализируют задачу - Определяют необходимые алгоритмические структуры - Разрабатывают алгоритм - Программируют робота - Проводят тестирование - Оптимизируют программу |
Умение решать комплексные задачи с использованием различных алгоритмических структур. Навыки программирования адаптивного поведения робота. |
Регулятивные: планирование, самоконтроль, коррекция. Познавательные: решение проблем, творческий подход. Коммуникативные: распределение ролей в группе. |
| 9. Демонстрация результатов (10 мин) | Организует демонстрацию работы роботов. Предлагает каждой группе кратко представить свое решение: - Какие алгоритмические структуры использованы - Как организована обработка данных с датчиков - Какие трудности возникли и как они были решены Задает уточняющие вопросы. |
Демонстрируют работу своих роботов. Объясняют принципы работы созданных программ. Рассказывают о решении возникших проблем. Отвечают на вопросы учителя и одноклассников. |
Умение представлять и объяснять работу программы. Понимание связи между кодом и поведением робота. |
Коммуникативные: представление результатов работы, аргументация. Познавательные: анализ и рефлексия. |
| 10. Анализ и обсуждение результатов (7 мин) | Организует обсуждение различных подходов к решению задач. Обращает внимание на удачные решения и оригинальные идеи. Анализирует типичные проблемы и способы их устранения. Подчеркивает межпредметные связи с физикой (работа датчиков) и информатикой (алгоритмы обработки данных). |
Участвуют в обсуждении. Анализируют различные подходы к решению задач. Делятся опытом преодоления трудностей. Отмечают наиболее эффективные алгоритмы. |
Понимание различных подходов к программированию роботов с использованием датчиков. Умение оценивать эффективность алгоритмов. |
Познавательные: сравнение, анализ, обобщение. Коммуникативные: участие в дискуссии, уважение к мнению других. |
| 11. Подведение итогов и рефлексия (5 мин) | Подводит итоги практической работы. Акцентирует внимание на значимости умения программировать адаптивное поведение роботов. Проводит рефлексию по методу “Три М”: - Что у меня получилось (Молодец) - Что можно улучшить (Мерекую) - Чему я научился (Моя копилка) Выставляет оценки за работу на уроке. |
Участвуют в подведении итогов урока. Заполняют листы рефлексии. Оценивают свой вклад в работу группы. Формулируют, чему научились на уроке. |
Регулятивные: оценка результатов деятельности. Познавательные: рефлексия. Личностные: самооценка. |
|
| 12. Домашнее задание (4 мин) | Объясняет домашнее задание: 1. Обязательное: разработать блок-схему алгоритма для робота, который должен выполнять заданные действия с использованием нескольких датчиков 2. По желанию: найти информацию о применении датчиков в реальных роботизированных системах (промышленных, медицинских, бытовых) 3. Творческое: предложить идею проекта робота с адаптивным поведением для решения конкретной задачи |
Записывают домашнее задание. Задают уточняющие вопросы. |
Регулятивные: планирование самостоятельной работы. |
Начало
Установить скорость движения
ПОКА (Расстояние до препятствия > 10 см)
Двигаться вперед
КОНЕЦ ЦИКЛА
Остановить робота
Конец
Начало
Установить скорость движения
ПОКА (Условие завершения движения не выполнено)
Получить значение с датчика цвета/света
ЕСЛИ (Датчик находится над черной линией)
Повернуть вправо
ИНАЧЕ
Повернуть влево
КОНЕЦ ЕСЛИ
КОНЕЦ ЦИКЛА
Остановить робота
Конец
Начало
Установить счетчик перекрестков = 0
Установить скорость движения
ПОКА (Счетчик перекрестков < Заданное число)
Получить значение с левого и правого датчиков цвета
ЕСЛИ (Левый датчик видит черное И Правый датчик видит черное)
Увеличить счетчик перекрестков на 1
Подать звуковой сигнал
Двигаться вперед 1 секунду // проехать перекресток
КОНЕЦ ЕСЛИ
Получить значение с левого датчика цвета
ЕСЛИ (Левый датчик видит черное)
Повернуть влево
ИНАЧЕ
Повернуть вправо
КОНЕЦ ЕСЛИ
КОНЕЦ ЦИКЛА
Остановить робота
Конец
Задание 1: Робот-часовой Запрограммировать робота, который:
- Движется вперед до обнаружения препятствия
- Останавливается на заданном расстоянии
- Подает звуковой сигнал
- Ожидает 2 секунды
- Отъезжает назад на 10 см
- Поворачивается на 180 градусов
- Продолжает движение
Задание 2: Робот, следующий по линии Запрограммировать робота, который:
- Следует по черной линии с помощью одного датчика цвета/света
- Движется до конца линии (доходит до области другого цвета)
- Останавливается и подает звуковой сигнал
Задание 3: Робот с реакцией на касание Запрограммировать робота, который:
- Движется вперед
- При нажатии на датчик касания меняет направление движения на противоположное
- При повторном нажатии снова меняет направление
- Цикл повторяется заданное количество раз (3-5)
Задание 1: Робот-следователь с распознаванием перекрестков Запрограммировать робота, который:
- Следует по черной линии с помощью двух датчиков
- Распознает перекрестки (места, где оба датчика одновременно видят черную линию)
- Подсчитывает количество пройденных перекрестков
- На каждом перекрестке выполняет заданное действие (поворот, звуковой сигнал и т.д.)
- После прохождения заданного количества перекрестков останавливается
Задание 2: Робот, объезжающий препятствия Запрограммировать робота, который:
- Движется вдоль стены на заданном расстоянии (с помощью датчика расстояния)
- При обнаружении препятствия впереди (с помощью второго датчика) огибает его
- После обхода препятствия возвращается к стене и продолжает движение
- Завершает движение, доехав до заданной точки (например, отмеченной цветом)
Задание 3: Робот-сортировщик Запрограммировать робота, который:
- Перемещается в зоне с объектами разного цвета
- Распознает цвет объекта с помощью датчика цвета
- Выполняет различные действия в зависимости от цвета:
- Красный: подает звуковой сигнал и объезжает объект
- Зеленый: останавливается на 2 секунды и продолжает движение
- Синий: захватывает объект (если есть манипулятор) или подает особый сигнал
- Подсчитывает количество объектов каждого цвета
Базовые задания (максимум 5 баллов за каждое):
- Корректность алгоритма (0-2 балла)
- Работоспособность программы (0-2 балла)
- Оптимальность и понятность кода (0-1 балл)
Задания повышенного уровня (максимум 10 баллов):
- Сложность реализованного алгоритма (0-3 балла)
- Корректность работы с датчиками (0-2 балла)
- Надежность работы программы (0-2 балла)
- Оптимальность кода (0-2 балла)
- Оригинальность решения (0-1 балл)
Представление результатов (максимум 5 баллов):
- Качество демонстрации (0-2 балла)
- Понимание принципов работы алгоритма (0-2 балла)
- Ответы на дополнительные вопросы (0-1 балл)
Максимальный общий балл: 20 Шкала перевода в оценку:
- 18-20 баллов - “5”
- 14-17 баллов - “4”
- 10-13 баллов - “3”
- менее 10 баллов - “2”
Фамилия, имя _______________________ Группа _____
1. Молодец (что получилось хорошо):
_________________________________________________________
_________________________________________________________
2. Мерекую (что можно улучшить):
_________________________________________________________
_________________________________________________________
3. Моя копилка (чему я научился на уроке):
_________________________________________________________
_________________________________________________________
Моя оценка своей работы на уроке: _______