Программа Робототехника

Возраст обучающихся: 7 – 11 лет
Срок реализации: 1 год

Пояснительная записка
Нормативно-правовая основа:
1.

Конституция Российской Федерации;

Указы Президента Российской Федерации;

Постановления, распоряжения и нормативные акты Правительства Российской

Федерации, Свердловской области, муниципального образования «город Екатеринбург»;
4.

Устав МБОУ СОШ № 95

Направленность программы – техническая.
Актуальность программы
Дополнительная

общеобразовательная

общеразвивающая

программа

детей

«Робототехника» является программой технической направленности. Робототехника является
одним из важнейших направлений научно - технического прогресса, в котором проблемы
механики и новых технологий соприкасаются с проблемами искусственного интеллекта.
Изучение основ робототехники очень перспективно и важно именно сейчас. За
последние годы успехи в робототехнике и автоматизированных системах изменили личную и
деловую сферы нашей жизни. Роботы широко используются в транспорте, в исследованиях
Земли и космоса, в хирургии, в военной промышленности, при проведении лабораторных
исследований, в сфере безопасности, в массовом производстве промышленных товаров и
товаров народного потребления.
Образовательная робототехника является популярным и эффективным методом для
изучения важных областей науки, технологии, конструирования, интегрируется в учебный
процесс, опираясь на такие школьные учебные дисциплины, как информатика, математика,
технология, физика, химия и биология. Робототехника активизирует развитие учебнопознавательной компетентности учащихся.
Создавая и программируя различные управляемые устройства, ученики получают знания
о технике, которая используется в настоящем мире науки, конструирования и дизайна. Они
разрабатывают, строят и программируют полностью функциональные модели, учатся вести
себя как молодые ученые, проводя простые исследования, просчитывая и изменяя поведение,
записывая и представляя свои результаты.
Отличительные особенности программы
На занятиях дети учатся, играя и, играя, - учатся. Ребята в игровой форме развивают
инженерное мышление, получают практические навыки при сборке робота. В ходе сборки
школьник

учится ориентироваться в чертежах, рационально организовывать работу.
2

Программа направлена на поддержку среды для детского научно-техническоготворчества и
обеспечение возможности самореализации учащихся. Содержание программы направлено на
создание условий для развития личности ребенка, развитие мотивации личности к познанию и
творчеству, обеспечение эмоционального благополучия ребенка, приобщение обучающихся к
общечеловеческим ценностям и знаниям, интеллектуальное и духовное развитие личности
ребенка.
Адресат программы
В объединение принимаются дети в возрасте 7-11 лет (1-4 класс) без специальногоотбора.
Объем и срок освоения программы
–

общее количество учебных часов - 56,

–

продолжительность освоения программы - 7 месяцев

Форма обучения – очная.
Особенности

организации

образовательного

процесса

–

учащиеся

сформированы в разновозрастные группы, состав группы постоянный.
Режим занятий.
- общее количество часов в год - 56;
- количество часов в неделю – 2 академических часа;
- периодичность занятий – еженедельно.

Цели программы:
Формирование у школьников представления о робототехнике и программировании, развитие
научно-технического и творческого потенциала личности ребёнка.

Задачи:
Воспитательные:


Развивать креативное мышление и пространственное воображение, умение излагать

мысли в четкой логической последовательности, отстаивать свою точку зрения, анализировать
ситуацию и самостоятельно находить ответы на вопросы путем логических рассуждений


Воспитывать стремление к получению качественного законченного результата

Развивающие:


Повышать мотивацию учащихся к изобретательству и созданию собственных

роботизированных систем
3



Научить грамотно выражать свою идею, проектировать ее техническое и

программное решение, реализовать ее в виде модели, способной к функционированию.


Развивать навыки инженерного мышления, умения работать по предложенным

инструкциям,

конструирования,

программирования

эффективного

использования

кибернетических систем


Развивать мелкую моторику, внимательность, аккуратность и изобретательность



Формировать навыки проектного мышления, работы в команде, эффективно

распределять обязанности.
Образовательные:


Обучить современным разработкам по робототехнике в области образования;



Обучить учащихся комплексу базовых технологий, применяемых при создании роботов,

основным принципам механики.


Обучить основам программирования в компьютерной среде моделирования LEGO WeDo

2.0 (использовать компьютеры, как средства управления моделью

и специальных

интерфейсных блоков совместно с конструкторами, составление управляющих алгоритмов
для собранных моделей)


Обучить учащихся решению ряда кибернетических задач, результатом каждой из

которых будет работающий механизм или робот с автономным управлением;


Изучить правила соревнований по Лего - конструированию и программированию.

Формы и методы организации занятий
Основной формой являются групповые занятия или занятия парами (командами), в которых
одному отводится роль конструктора, другому - программиста.
При изучении

нового материала предусмотрены разные формы проведения занятий для

формирования и совершенствование умений и навыков:
 лекция;
 беседа;
 практика;
 сообщение-презентация;
 творческая работа;
 работа в парах;
 игры;
 проектная деятельность: создание проблемной ситуации и поиск её практического
решения (деятельностный подход)
 поисковые и научные исследования (создание ситуаций творческого поиска)
4

 комбинированные занятия;
 знакомство

интернет

ресурсами,

связанными

робототехникой;

Методика проведения занятий - образовательный контекст
Все занятия с образовательными конструкторами предусматривают, что учебный процесс
включает в себе четыре составляющие: Установление

взаимосвязей,

Конструирование, Рефлексия и Развитие. Устанавливая связи между уже имеющимся и
новым опытом, полученным в процессе обучения, ребенок приобретает знания. Сам посебе
начальный новый опыт позволяет сформировать

совершенно

новое

знание.

Использование на занятиях конструкторов помогает детям изучать основы информационных
технологий и материального производства, устанавливая взаимосвязимежду идеями
подходами, которые
представляемых

на

применяются

видеоклипах

при выполнении заданий,

фотографиях,

демонстрирующих

реально

используемые технологии. Педагог ставит новую техническую задачу, решение которой
ищется совместно.
Обучение в процессе практической деятельности предполагает создание моделей и
реализацию

идей

путем

конструирования.

При

необходимости

выполняется

эскиз

конструкции. Далее учащиеся работают в группах по 2 человека. Проверив наличие основных
деталей, учащиеся приступают к созданию роботов. При необходимости
преподаватель раздает учебные карточки со всеми этапами сборки (или выводит изображение
этапов на большой экран с помощью проектора).
В зависимости от задач, на занятиях используются разные виды конструирования:
-

Свободное, не ограниченное жесткими рамками исследование, в ходе которого дети

создают различные модификации простейших моделей, что позволяет им прийти к
пониманию определенной совокупности идей;
-

Исследование, проводимое под руководством педагога и предусматривающее пошаговое

выполнение инструкций, в результате которого дети строят модель, используемую для
обработки данных;
-

Свободное, неограниченное жесткими рамками решение творческих задач, в процессе

которого

ученики

делают

модели

по

собственным

проектам

самостоятельные

конструкторские разработки.

Учебно-тематический план
№
Разделы программы

Количество часов
Теория
Прак Всего
тика

Инструктаж по ТБ

Введение: кибернетика, робототехника

Основы конструирования

0,5

1,5

Моторные механизмы

0,5

3,5

Трехмерное моделирование

0,5

5,5

Введение в робототехнику

0,5

1,5

Основы управления роботом

0,5

7,5

Удаленное управление

0,5

7,5

Игры роботов

Состязания роботов

Творческие проекты

Всего:

Содержание программы.
1.

Инструктаж по ТБ

Теория: Знакомство с конструктором ЛЕГО. ТБ при работе с деталями. Правила сборки
комплектов конструктора. ТБ при работе с компьютером.
2.

Введение: информатика, кибернетика, робототехника

Теория-практика: Развитие наук, путь от компьютера к роботу. Входной тест. Построение
простейшей модели. Элемент соревнования.
3.

Основы конструирования

Теория: Простейшие механизмы. Названия и принципы крепления деталей. Виды не
моторизированного транспортного средства. Рычаг. Зубчатая передача: прямая, коническая,
червячная. Передаточное отношение. Ременная передача, блок. Колесо, ось. Центр тяжести.
Измерения.
Практика: решение практических задач и принципы крепления деталей. Построение
«фантастического» животного. Строительство высокой башни. Конструирование
механизмов, передач и подбор и расчет передаточного отношения. Построение не
моторизированного транспортного средства
3.1. Названия и принципы крепления деталей. Хватательный механизм
6

3.2. Принцип устойчивости конструкций. Башни.
3.3. Виды

механической

передачи.

Зубчатая

ременная

передача.

Передаточное

отношение
3.4. Повышающая передача. Волчок
3.5. Понижающая передача. Силовая « Крутилка »
3.6 Редуктор. Осевой редуктор с заданным передаточным отношением
3.7. «Механическое Сумо» Зачет
4. Моторные механизмы
Теория: Виды моторизованного транспортного средства. Механизмы с использованием
электромотора и батарейного блока. Роботы-автомобили, тягачи, простейшие шагающие
роботы.
Практика: Конструирование механизмов и роботов.
4.1.

Стационарные моторные механизмы

4.2.

Одномоторный гонщик

4.3.

Преодоление горки

4.4.

Робот-тягач

4.5.

Сумотори

4.6.

Шагающие роботы

4.7.

Маятник Капицы

4.8.

Зачет

Трехмерное моделирование

Теория: Знакомство с трехмерным моделированием. Зубчатая передача Практика: Создание
трехмерных моделей конструкций из Lego
5.1.

Введение в виртуальное конструирование. Построение зубчатой передачи.

5.2. Построение простейших моделей.
6. Введение в робототехнику
Теория: Знакомство с контроллером WeDo 2.0. Встроенные программы. Датчики. Среда
программирования. Стандартные конструкции роботов. Колесные, гусеничные и шагающие
роботы. Решение простейших задач. Цикл, Ветвление, параллельные задачи.
Практика: Конструирование и программирование моделей.
6.1 Знакомство с контроллером WeDo 2.0. 6.2.Одномоторная тележка. 6.3.Встроенные
программы. 6.4.Двухмоторная тележка.
6.5.

Датчики.

6.6.

Среда программирования.

6.7.

Колесные, гусеничные и шагающие роботы.6.8.Решение простейших задач.

6.9.

Цикл, Ветвление, параллельные задачи.
7

6.10.

Виды соревнований: Кегельринг

6.11.

Следование по линии

6.12.

Путешествие по комнате
Основы управления роботом

Теория: Эффективные конструкторские и программные решения классических задач.
Эффективные методы программирования: регуляторы, события, параллельные задачи,
подпрограммы, контейнеры и пр.
Практика: Конструирование, программирование и тестирование моделей. 7.1.Релейный
регулятор
7.2.

Пропорциональный регулятор

7.3.

Защита от застреваний

7.4.

Траектория с перекрестками

7.5.

Пересеченная местность

7.6.

Обход лабиринта

7.7.

Анализ показаний разнородных датчиков

7.8.

Синхронное управление двигателями

7.9.

Робот-барабанщик
Удаленное управление

Теория: Управление роботом через bluetooth.Практика: Программирование моделей.
8.1.

Передача числовой информации

8.2.

Кодирование при передаче

8.3.
8.4.
9.

Управление моторами через bluetooth
Устойчивая передача данных
Игры роботов

Теория: Изучение правил игры в боулинг, футбол, баскетбол, командные игры с
использованием инфракрасного мяча и других вспомогательных устройств. Использование
удаленного управления. Простейший искусственный интеллект. Проведение состязаний,
популяризация новых видов робо-спорта.
Практика: Проведение игр.
9.1.

«Царь горы»

9.2.

Управляемый футбол роботов

9.3.
10.

Футбол с инфракрасным мячом (основы)
Состязания роботов

Теория: Подготовка команд для участия в состязаниях роботов различных уровней.
Регулярные поездки. Использование микроконтроллеров WeDo 2.0.
Практика: Проведение состязаний. Поездки на соревнования роботов различных уровней.
10.1. Сумо
8

10.2. Перетягивание каната
10.3

Кегельринг

10.4

Следование по линии

10.5

Слалом

10.6 Лабиринт
11. Творческие проекты
Теория: Разработка творческих проектов на свободную тематику. Одиночные и групповые
проекты.
Практика: Работа с проектами Правила дорожного движения
11.1

Роботы-помощники человека

11.2

Роботы-артисты

11.3
Свободные темы.
12. Итоговое занятие
Теория: Повторение основ конструирования, программирования. Сдача проектов. Практика:
Тестирование проектов. Регулярные выставки и поездки. Участие в научнопрактической конференции и в различных конкурсах- фестивалях.
Планируемые результаты
Личностные результаты


критическое отношение к информации и избирательность её восприятия;



осмысление мотивов своих действий при выполнении заданий;



развитие любознательности, сообразительности при выполнении разнообразных

заданий проблемного и эвристического характера;


развитие внимательности, настойчивости, целеустремленности, умения преодолевать

трудности – качеств весьма важных в практической деятельности любого человека;


развитие самостоятельности суждений, независимости и нестандартности мышления;



воспитание чувства справедливости, ответственности;



начало профессионального самоопределения, ознакомление с миром профессий,

связанных с робототехникой.
Метапредметные результаты
Регулятивные универсальные учебные действия:


принимать и сохранять учебную задачу;



планировать последовательность шагов алгоритма для достижения цели;



формировать умения ставить цель – создание творческой работы, планировать
9

достижение этой цели;


осуществлять итоговый и пошаговый контроль по результату;



адекватно воспринимать оценку учителя;



различать способ и результат действия;



вносить коррективы в действия в случае расхождения результата решения задачи на

основе ее оценки и учета характера сделанных ошибок;


в сотрудничестве с учителем ставить новые учебные задачи;



проявлять познавательную инициативу в учебном сотрудничестве;



осваивать способы решения проблем творческого характера в жизненных ситуациях;



оценивать получающийся творческий продукт и соотносить его с изначальным

замыслом, выполнять по необходимости коррекции либо продукта, либо замысла.
Познавательные универсальные учебные действия:


осуществлять поиск информации в индивидуальных

информационных

архивах

учащегося, информационной среде образовательного учреждения, в федеральных хранилищах
информационных образовательных ресурсов;


использовать средства информационных и коммуникационных технологий для решения

коммуникативных, познавательных и творческих задач;



ориентироваться на разнообразие способов решения задач;
осуществлять анализ объектов с выделением существенных и несущественных

признаков;


проводить сравнение, классификацию по заданным критериям;



строить логические рассуждения в форме связи простых суждений об объекте;



устанавливать аналогии, причинно-следственные связи;



моделировать, преобразовывать объект из чувственной формы в модель, где выделены

существенные

характеристики

объекта

(пространственно-графическая

или

знаково-

символическая);


синтезировать, составлять целое из частей, в том числе самостоятельное достраивание с

восполнением недостающих компонентов;


выбирать основания и критерии для сравнения, классификации объектов;

Коммуникативные универсальные учебные действия:


аргументировать свою точку зрения на выбор оснований и критериев при выделении

признаков, сравнении и классификации объектов;


выслушивать собеседника и вести диалог;



признавать возможность существования различных точек зрения и права каждого иметь
10

свою;


планировать учебное сотрудничество с учителем и сверстниками — определять цели,

функций участников, способов взаимодействия;


осуществлять постановку вопросов — инициативное сотрудничество в поиске и сборе

информации;


разрешать конфликты – выявление, идентификация проблемы, поиск и оценка

альтернативных способов разрешения конфликта, принятие решения и его реализация;


управлять поведением партнера — контроль, коррекция, оценка его действий;



уметь с достаточной полнотой и точностью выражать свои мысли в соответствии с

задачами и условиями коммуникации;
 владеть монологической и диалогической формами речи.
Предметные результаты
По окончании обучения учащиеся должны
знать:
-

правила безопасной работы;

основные компоненты конструкторов ЛЕГО;

конструктивные особенности различных моделей, сооружений и механизмов;

компьютерную среду, включающую в себя графический язык программирования;

виды подвижных и неподвижных соединений в конструкторе;

конструктивные особенности различных роботов;

приемы и опыт конструирования с использованием специальных элементов, и других

объектов и т.д.;
-

основные алгоритмические конструкции, этапы решения задач с использованием ЭВМ.

уметь:
-

использовать основные алгоритмические конструкции для решения задач;
конструировать

различные

модели;

использовать

созданные

применять полученные знания в практической деятельности; владеть:

навыками работы с роботами;

навыками работы в среде Lego WEDO 2.0

программы;

Ожидаемым результатом всей деятельности является повышение интереса и мотивации
учащихся к учению, развитие умения моделировать и исследовать процессы, повышение
интереса к естественным наукам, информатике и математике.
Методическое обеспечение
Организация образовательного процесса – очная. Методы обучения - словесные, наглядные,
практические;
11

объяснительно-иллюстративный,

частично-поисковый,

исследовательский

проблемный;

игровой, проектный и др.)
Методы воспитания - убеждение, поощрение, упражнение, стимулирование, мотивация и др.;
Формы организации образовательного процесса: индивидуально-групповая и групповая;
Формы организации учебного занятия - беседа, защита проектов, игра, практическое занятие,
презентация, соревнование и др.
Эксперименты и задания организованы так, что в основе каждого нового задания используется
часть предыдущего. Поэтому, выполняя задания, изучается что-то новое и при этом
используется опыт, полученный ранее. Задания построены от простого к сложному.
Для закрепления изученного материала, мотивации дальнейшего обучения и выявления
наиболее способных учеников регулярно проводятся состязания роботов. Учащимся
предоставляется возможность принять участие в состязаниях самых разных уровней
(внутренних и выездных). Состязания проводятся по следующему регламенту. Заранее
публикуются правила, материал которых соответствует пройденным темам на занятиях. На
нескольких занятиях с учащимися проводится подготовка к состязаниям, обсуждения и
тренировки. Как правило, в состязаниях участвуют команды по 2 человека. В день состязаний
каждой команде предоставляется конструктор и необходимые дополнительные детали, из
которых

за

определенный

промежуток

времени

необходимо

собрать

робота,

запрограммировать его на компьютере и отладить на специальном поле. Для некоторых видов
состязаний роботы собираются заранее. Готовые роботы сдаются
судьям на осмотр, затем по очереди запускаются на полях, и по очкам, набранным в
нескольких попытках, определяются победители.
Способы определения результативности усвоения программы
-

участие ребенка в конкурсных мероприятиях

выполнение итоговых заданий в конце освоения курса

Условия реализации программы
- Материально-техническое обеспечение.
Перечень оборудования, инструментов и материалов, необходимых для реализации
программы:
Набор для изучения робототехники WEDO 2.0 – базовых 4 и запасные детали 2 Зарядные
устройства, аккумуляторы
Персональный планшет с установленной программой– 4 шт.;
-

Информационное обеспечение.
12

Мультимедийный проектор -1 шт.;Интерактивная доска – 1 шт;
-

Интернет источники

•
•

Сайт разработчиков конструктора ПервоРобот NXT Lego mindstorms education
http://www.mindstorms.su

•

http://www.gruppa-prolif.ru/content/view/23/44/

•

http://robotics.ru/

•

http://moodle.uni-altai.ru/mod/forum/discuss.php?d=17

•

http://ar.rise-tech.com/Home/Introduction

•

http://www.prorobot.ru/lego/robototehnika_v_shkole_6-8_klass.php

•

http://www.prorobot.ru/lego.php

•

http://robotor.ru