10. Практическая работа «Программирование дополнительных механизмов»
Технологическая карта урока
ЦЕЛЕВОЙ БЛОК
Модуль: Расширенные возможности робототехнических систем
Тема урока: Практическая работа «Программирование дополнительных механизмов»
Цель урока: Сформировать практические навыки подключения и программирования дополнительных устройств и механизмов к основной конструкции робота.
Планируемые результаты:
Предметные:
- Знать принципы работы дополнительных механизмов (сервоприводов, манипуляторов, захватов)
- Понимать особенности подключения дополнительных устройств к основной системе управления
- Уметь программировать управление дополнительными механизмами
- Владеть навыками интеграции основных алгоритмов движения с управлением дополнительными устройствами
Метапредметные:
- Регулятивные УУД: умение планировать последовательность действий, осуществлять контроль и коррекцию работы механизмов
- Познавательные УУД: развитие системного мышления, понимание взаимосвязи между различными компонентами системы
- Коммуникативные УУД: умение работать в команде при проектировании и реализации робототехнического решения
Личностные:
- Развитие инженерного мышления и технической смекалки
- Формирование ответственного отношения к решению поставленных задач
- Воспитание настойчивости при преодолении технических трудностей
ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЙ БЛОК
Задачи урока:
- Актуализировать знания о принципах работы основных и дополнительных механизмов робототехнических систем
- Сформировать практические навыки подключения дополнительных устройств к основной конструкции робота
- Научить программировать согласованное взаимодействие основных и дополнительных механизмов
- Развить умения тестировать и отлаживать работу дополнительных механизмов
- Создать функционирующего робота с дополнительными устройствами для решения практических задач
Тип урока: Практическая работа
Учебно-методическое и материально-техническое обеспечение:
- Робототехнические наборы (LEGO Mindstorms EV3/SPIKE Prime или Arduino с конструктором)
- Дополнительные комплекты сервоприводов, механизмов захвата, манипуляторов
- Компьютеры с установленной средой программирования
- Демонстрационные модели роботов с дополнительными механизмами
- Рабочие листы с техническими заданиями
- Инструкционные карты по подключению и программированию дополнительных устройств
- Видеоматериалы с примерами работы различных робототехнических механизмов
- Тестовые полигоны для проверки работы роботов
ОРГАНИЗАЦИОННО-ДЕЯТЕЛЬНОСТНЫЙ БЛОК
Образовательные технологии: Проектное обучение, работа в малых группах, практико-ориентированное обучение, технология развития критического мышления
Межпредметные связи:
- Физика: механика движения сервоприводов и дополнительных устройств, передаточные механизмы, трение
- Информатика: модульное программирование, интерфейсы управления, параллельное выполнение задач
- Математика: расчёт параметров движения, координация взаимодействия механизмов
- Технология: конструктивные особенности механизмов, материаловедение
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, занимают рабочие места. Распределяются по группам. | Регулятивные: самоорганизация | |
2. Актуализация знаний (5 мин) | Организует фронтальную беседу: - С какими дополнительными механизмами роботов вы знакомы? - Какие задачи они выполняют? - Какие особенности программирования этих механизмов вы можете назвать? Демонстрирует примеры роботов с дополнительными механизмами. |
Отвечают на вопросы, вспоминают изученный материал. Называют известные им дополнительные механизмы и их функции. Рассматривают демонстрационные модели. |
Воспроизведение знаний о типах дополнительных механизмов и их назначении. | Познавательные: актуализация имеющихся знаний. Коммуникативные: выражение своих мыслей. |
3. Мотивация и постановка цели (3 мин) | Демонстрирует видеоролик с примерами промышленных и соревновательных роботов, использующих различные манипуляторы и захваты. Формулирует проблемный вопрос: “Как сделать робота более функциональным для решения сложных задач?" Помогает сформулировать цель практической работы. |
Просматривают видеоролик. Участвуют в обсуждении проблемного вопроса. Формулируют с помощью учителя цель практической работы. |
Регулятивные: целеполагание. Познавательные: понимание практической значимости задания. |
|
4. Инструктаж перед практической работой (10 мин) | Объясняет задание для практической работы: 1. Группам предстоит дооснастить базового робота одним из дополнительных механизмов: - Захват для предметов - Манипулятор с рабочим инструментом - Конвейерная система - Подъемный механизм 2. Разъясняет этапы работы: - Выбор и сборка дополнительного механизма - Интеграция механизма с основной конструкцией - Подключение к системе управления - Программирование согласованной работы - Тестирование и отладка 3. Показывает примеры соединения механизмов и основы их программирования. 4. Объясняет критерии оценки результатов. |
Слушают инструкции учителя. Выбирают тип дополнительного механизма для своей группы. Изучают предложенные примеры. Задают уточняющие вопросы по выполнению работы. Получают необходимые материалы и инструкционные карты. |
Знание принципов интеграции дополнительных механизмов с основной конструкцией. Понимание последовательности действий при проектировании и создании робота с дополнительными устройствами. |
Познавательные: восприятие новой информации. Регулятивные: принятие учебной задачи. |
5. Практическая работа: проектирование и сборка механизма (20 мин) | Организует работу групп на этапе проектирования и сборки дополнительного механизма: - Консультирует по вопросам конструкции - Помогает в выборе оптимального решения - Обращает внимание на конструктивные особенности и возможные проблемы - Контролирует соблюдение правил техники безопасности |
Работают в группах над проектированием и сборкой дополнительного механизма: - Изучают инструкции и схемы - Анализируют функциональные требования - Подбирают необходимые детали - Собирают выбранный механизм - Проверяют работоспособность механической части - Интегрируют механизм с основной конструкцией робота |
Умение проектировать и собирать дополнительные механизмы для робота. Понимание принципов сочленения и взаимодействия различных частей конструкции. |
Регулятивные: планирование, контроль действий. Познавательные: конструирование, моделирование. Коммуникативные: распределение обязанностей, согласование действий. |
6. Физкультминутка (2 мин) | Проводит короткую физкультминутку, имитирующую движения робототехнических механизмов. | Выполняют физические упражнения. | Регулятивные: саморегуляция. | |
7. Практическая работа: подключение и программирование (25 мин) | Организует работу по подключению и программированию дополнительных механизмов: - Объясняет особенности программирования сервоприводов - Демонстрирует примеры программного кода для управления механизмами - Показывает способы интеграции модулей программы - Консультирует по возникающим проблемам - Помогает в отладке программ |
Работают над подключением и программированием дополнительных механизмов: - Подключают сервоприводы и моторы к контроллеру - Создают программу управления дополнительным механизмом - Интегрируют управление механизмом в основную программу робота - Тестируют работу механизма - Вносят корректировки в программу - Отлаживают согласованную работу всех систем |
Умение программировать управление дополнительными механизмами. Навыки интеграции различных модулей программы. Понимание принципов модульного программирования. |
Познавательные: применение алгоритмического мышления. Регулятивные: самоконтроль, коррекция. Личностные: настойчивость в достижении цели. |
8. Тестирование и отладка (15 мин) | Организует процесс тестирования и отладки роботов: - Предлагает тестовые задания для проверки функциональности механизмов - Обращает внимание на типичные проблемы и способы их решения - Консультирует по вопросам оптимизации работы механизмов - Помогает выявить и устранить неисправности |
Тестируют работу своих роботов с дополнительными механизмами: - Проводят серию испытаний - Выявляют проблемы в работе механизмов - Вносят корректировки в конструкцию и программу - Оптимизируют работу механизма - Готовят робота к финальной демонстрации |
Навыки тестирования и отладки робототехнических систем. Умение выявлять и устранять неисправности. |
Регулятивные: контроль и коррекция. Познавательные: анализ результатов испытаний. Коммуникативные: совместное решение проблем. |
9. Демонстрация результатов (10 мин) | Организует демонстрацию результатов работы групп: - Предлагает каждой группе продемонстрировать своего робота в действии - Задает вопросы о конструкции и программе - Предлагает другим учащимся оценить работу по заданным критериям - Отмечает сильные стороны каждого проекта |
Демонстрируют работу своих роботов с дополнительными механизмами: - Показывают функциональность механизма - Объясняют особенности конструкции - Рассказывают о принципах программирования - Отвечают на вопросы учителя и одноклассников - Участвуют в оценке работ других групп |
Умение представлять результаты своей работы. Понимание принципов функционирования созданной системы. |
Коммуникативные: публичное выступление, аргументация. Познавательные: анализ, обобщение. Личностные: уверенность в своих силах. |
10. Анализ работы и обсуждение результатов (5 мин) | Организует обсуждение результатов практической работы: - Предлагает сравнить различные подходы к решению задачи - Выделяет наиболее удачные технические решения - Обсуждает возникшие трудности и пути их преодоления - Помогает сформулировать общие выводы |
Участвуют в обсуждении: - Анализируют собственные результаты - Сравнивают разные подходы к созданию дополнительных механизмов - Делятся опытом преодоления трудностей - Формулируют выводы о принципах интеграции механизмов |
Понимание различных подходов к решению инженерных задач. Умение анализировать эффективность технических решений. |
Познавательные: сравнение, анализ, обобщение. Коммуникативные: участие в дискуссии. |
11. Подведение итогов и рефлексия (5 мин) | Подводит итоги практической работы. Организует рефлексию по методу “Три вопроса”: - Что я сегодня узнал/научился делать? - Какие затруднения у меня возникли? - Как я могу применить полученные навыки в будущем? Выставляет оценки за работу на уроке. |
Участвуют в подведении итогов. Отвечают на вопросы для рефлексии. Оценивают свой вклад в работу группы. |
Регулятивные: оценка результатов деятельности. Познавательные: рефлексия способов деятельности. Личностные: самоанализ. |
|
12. Домашнее задание (3 мин) | Объясняет домашнее задание: 1. Обязательная часть: подготовить описание возможных улучшений созданного механизма 2. Творческая часть: найти и описать примеры аналогичных механизмов в реальных робототехнических системах (промышленных, бытовых, исследовательских) |
Записывают домашнее задание. Задают уточняющие вопросы. |
Регулятивные: планирование самостоятельной работы. |
Дополнительные материалы:
Варианты технических заданий для практической работы:
Вариант 1: Робот с захватом для предметов
Задача: Создать робота с захватным механизмом, способным перемещать объекты заданного размера из точки А в точку Б. Требования:
- Захват должен открываться и закрываться по команде
- Конструкция должна удерживать объект во время движения
- Программа должна обеспечивать последовательность: подъехать → захватить → переместить → отпустить
Вариант 2: Робот с манипулятором
Задача: Создать робота с манипулятором, имеющим не менее 2 степеней свободы для выполнения точных манипуляций с объектами. Требования:
- Манипулятор должен иметь возможность движения по вертикали и горизонтали
- Необходимо обеспечить точность позиционирования рабочего инструмента
- Программа должна управлять последовательным перемещением звеньев манипулятора
Вариант 3: Робот с конвейерной системой
Задача: Создать робота с механизмом непрерывного перемещения объектов (конвейер). Требования:
- Конвейер должен обеспечивать плавное перемещение объектов
- Необходимо реализовать возможность регулировки скорости конвейера
- Программа должна управлять запуском, остановкой и скоростью конвейера по условию
Вариант 4: Робот с подъемным механизмом
Задача: Создать робота с механизмом подъема грузов на заданную высоту. Требования:
- Подъемный механизм должен иметь фиксированные положения
- Конструкция должна быть устойчива при поднятии груза
- Программа должна контролировать высоту подъема и обеспечивать плавное перемещение
Инструкционная карта по программированию сервопривода (пример):
1ПРОГРАММИРОВАНИЕ СЕРВОПРИВОДА
2
31. Подключение:
4 - Сервопривод подключается к порту [указать подходящий порт контроллера]
5 - При подключении соблюдайте полярность (сигнальный провод - ...)
6
72. Инициализация в программе:
8 - Объявите переменную для сервопривода: Servo myServo;
9 - Настройте порт в функции setup(): myServo.attach(PORT);
10
113. Основные команды управления:
12 - Установка угла поворота: myServo.write(angle); // angle от 0 до 180
13 - Плавное изменение угла:
14 for(int i = startAngle; i <= endAngle; i++) {
15 myServo.write(i);
16 delay(15);
17 }
18
194. Интеграция с основной программой:
20 - Создайте отдельную функцию для управления сервоприводом
21 - Вызывайте эту функцию в соответствующих местах основной программы
22 - Пример:
23 void moveGripper(boolean open) {
24 if(open) myServo.write(180); // открыть захват
25 else myServo.write(30); // закрыть захват
26 }
27
285. Типичные проблемы и их решения:
29 - Подергивание сервопривода: добавьте задержку между командами
30 - Ограниченный диапазон: настройте минимальный и максимальный углы поворота
31 - Потеря мощности: проверьте источник питания
Критерии оценивания результатов практической работы:
Конструкция дополнительного механизма (0-5 баллов):
- Функциональность механизма (0-2)
- Надежность и устойчивость конструкции (0-1)
- Эффективность интеграции с основной конструкцией (0-1)
- Оригинальность технического решения (0-1)
Программирование механизма (0-5 баллов):
- Корректность управления дополнительным механизмом (0-2)
- Интеграция управления механизмом в основную программу (0-1)
- Оптимальность программного кода (0-1)
- Наличие комментариев и понятность программы (0-1)
Работа механизма (0-5 баллов):
- Точность выполнения заданий (0-2)
- Надежность работы механизма (0-1)
- Скорость выполнения операций (0-1)
- Энергоэффективность решения (0-1)
Защита проекта (0-5 баллов):
- Качество демонстрации работы робота (0-2)
- Понимание принципов работы механизма (0-1)
- Умение объяснить программный код (0-1)
- 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”
Рефлексивная карта “Три вопроса”:
1Фамилия, имя: _______________________
2Группа: _______
3
41. Что я сегодня узнал/научился делать?
5___________________________________________
6___________________________________________
7___________________________________________
8
92. Какие затруднения у меня возникли?
10___________________________________________
11___________________________________________
12___________________________________________
13
143. Как я могу применить полученные навыки в будущем?
15___________________________________________
16___________________________________________
17___________________________________________
18
19Самооценка работы на уроке (от 1 до 5): _______
Данная технологическая карта урока обеспечивает комплексный подход к формированию навыков программирования дополнительных механизмов в робототехнике, учитывает межпредметные связи с физикой и информатикой, а также создает условия для творческого применения полученных знаний в практической деятельности учащихся 7 класса.