программа «Робототехника»

Научно-техническая направленность дополнительного образования предполагает творчество с применением достижений технического прогресса. К ней относятся: создание моделей и образцов техники, изучение устройства и освоение навыков работы с современными информационными технологиями, обучение искусству фотографии и кино, работа с техническими средствами для записи и редактирования звука, компьютерная графика, программирование, радиотехника, ЛЕГО-конструирование и моделирование, робототехника и другие. Одной из наиболее перспективных областей в сфере детского технического творчества является образовательная робототехника, которая объединяет классические подходы к изучению основ техники и современные направления: информационное моделирование, программирование, информационно-коммуникационные технологии.

Образовательная робототехника – это учебная среда, основанная на использовании роботов для преподавательских целей. В ней учащиеся вовлечены и мотивированы самостоятельным моделированием и конструированием моделей (объектов, имеющих схожие или полностью идентичные реальным объектам характеристики). Эти модели создаются с использованием различных материалов и контролируются компьютерной программной системой, именуемой прототипом или симуляцией.

Программа «Основы робототехники» является программой научно-технической направленности и разработана как самостоятельная дисциплина. Выражая общие идеи, она пронизывает содержание многих других предметов и, следовательно, становится дисциплиной обобщающего плана. Основное назначение программы «Основы робототехники» состоит в выполнении социального заказа современного общества, направленного на подготовку подрастающего поколения к полноценной работе в условиях глобальной информатизации всех сторон общественной жизни.

Программа «Основы робототехники» рассчитана на учащихся 4-6 классов и рассчитана на 2 года обучения.

Содержание и структура программы «Основы робототехники» направлена на формирование устойчивых представлений о робототехнических устройствах как едином изделии определенного функционального назначения и с определенными техническими характеристиками.

Цель образовательной программы «Основы робототехники» заключается в том, чтобы научить ребят грамотно выразить свою идею, спроектировать ее техническое и программное решение, реализовать ее в виде модели, способной к функционированию.

Теоретическая часть обучения включает в себя знакомство с назначением, структурой и устройством роботов, с технологическими основами сборки и монтажа, основами вычислительной техники, средствами отображения информации. Программа содержит сведения по истории современной электроники, информатики и робототехники, о ведущих ученых и инженерах в этой области и их открытиях с целью воспитания интереса учащихся к профессиональной деятельности, направлениям развития и перспективам робототехники.

Содержание практических работ и виды проектов могут уточняться, в зависимости от наклонностей учащихся, наличия материалов, средств и др. Учебные занятия предусматривают особое внимание соблюдению учащимися правил безопасности труда, противопожарных мероприятий, выполнению экологических требований. Содержание программы реализуется во взаимосвязи с предметами школьного цикла. Теоретические и практические знания по робототехнике значительно углубят знания учащихся по ряду разделов физики (статика и динамика, электрика и электроника, оптика), черчению (включая основы технического дизайна), математике и информатике.

Программа носит личностно-ориентированный, профессионально-ориентированный, практико-ориентированный и вариативный характер.

Программа предполагает использование компьютеров и специального программного обеспечения совместно с конструкторами LEGO MINDSTORMS EV3. Компьютер выступает как средство управления робототехнической моделью; его использование направлено на составление управляющих алгоритмов для собранных моделей.

Технологические наборы LEGO MINDSTORMS EV3 ориентированы на изучение основных физических принципов и базовых технических решений, лежащих в основе всех современных конструкций и устройств. Lego Mindstorms EV3 позволяет развивать навыки конструирования у детей всех возрастов.

Программа «Робототехника» является базовым и не предполагает наличия у обучаемых навыков в области робототехники и программирования. Уровень подготовки учащихся может быть разным.

Педагоги

Вовк Мария Олеговна - педагог дополнительного образования педагог первой квалификационной категории

Содержание программы

 СОДЕРЖАНИЕ ПРОГРАММЫ

1 год обучения

Тема 1. Вводное занятие.
Тема 2. Введение в Робототехнику. Знакомство с конструкторов Lego Mindstorms EV3.
Тема 3. Характеристики робота. Создание первого робота.

Тема 4. Линейное программирование. Понятие линейное программирование и большой мотор. Устройство сервомотора, порты его подключения. Изучение зеленой палитры блоков «Действие». Знакомство с правилами соревнования «Чертежник».
Тема 5. Параллельное программирование. Работа с экраном блока EV3.
Тема 6. Программные структуры. Знакомство с оранжевой палитрой «Управление операторами». Изучение понятий «Цикл», «Условие».
Тема 7. Изучение основ механики. Понятие «Шестереночная передача», виды шестеренок. Классификация шестереночных передач. Изучение механизма машинки с передней поворотной осью, а также гусеничной передачи.
Тема 8. Работа с датчиками. Изучение датчика касания. Понятие «Датчик», подключения датчиков.
Тема 9. Работа с датчиками. Изучение датчика ультразвука. Принцип работы датчика ультразвука. Изучение режимов: «Расстояние в сантиметрах», «Расстояние в дюймах», «Присутствие». Понятие «дюйм». Расчет расстояние, с использованием дюймов.
Тема 10. Работа с датчиками. Изучение датчика света. Принцип работы датчика света. Корректная установка датчика света. Изучение 3-х режимов работы датчика.
Тема 11. Работа с датчиками. Изучение датчика света. Знакомство с алгоритмами движения по черной линии.Понятие «Шина данных». Использование палитры блоков «Датчик». Реализация алгоритма «пропорциональный регулятор», с помощью блока «нерегулируемые мотор». Знакомство соревновательной задачей «Шорт-трек».

Тема 12. Работа с датчиками. Изучение гироскопического датчика. Принцип работы датчика. Корректная установка гироскопического датчика. Изучение режимов работы: «Угол», «Скорость».
Тема 13. Знакомство со способами соединения контроллеров EV3. Корректное соединение нескольких контроллеров EV3 между собой по USB. Знакомство с режимом «Режим подключения по шлейфу». Рассмотрение роботов, которые работают по шлейфу. Корректное соединение нескольких контроллеров по Bluetooth. Блок «Обмен сообщениями».
Тема 14. Подпрограммы. Понятие «подпрограмма», «параметр». Знакомство с соревновательной задачей «Тректория-квест».
Тема 15. Перекрестки в робототехнике. Поиск перекрестка. Использование перекрестков для ориентации робота в пространстве. Знакомство с правилами соревновательной задачей «Тректория».
Тема 16. Знакомство с программным обеспечением Lego Digital Designer.
Тема 17. Подведение итогов.

2 год обучения

Тема 1. Вводное занятие.

Тема 2. Повторение ранее изученного материала

Тема 3. Повторение основ механики. Понятие «шестереночная передача».
Тема 4. Повторение соревновательных компетенций. Повторение соревновательных направлений: Чертежник, Шорт-трек, Тректория, Перевозчик.
Тема 5. Работа с данными. Знакомство с понятиями: «переменная», «константа». Изучение блоков для программирования программ, с использованием переменных и констант. Изучение формул для расчета движения робота прямо в режиме оборотов и градусов, а также поворота на определенных угол. Понятие «случайное число», «округление». Использование случайных чисел в робототехнике.
Тема 6. Механика. Знакомство с понятиями: «червячная передача», «реечная передача». Изучение технологии создания шагающих роботов на двух, на 4-х, на 6-ти ногах.
Тема 7. Захваты и подъемники в робототехнике. Понятие «Захват». Виды захватов. Рассмотрение механизмов робота для захватывания кубика (50×50 мм), цилиндра (66+3 мм), кегли. Принципы работы вилочного, реечного, ножничного подъемников. Знакомство с соревновательными задачами «Башня» и World Skills 2019 (Мобильная робототехника).
Тема 8. Основы логики. Понятие «логическая переменная». Рассмотрение блока «логические операции».
Тема 9. Массивы. Знакомство с соревновательными задачами «Счетчик» и «Углеродная нейтральность» (WRO-2017).
Тема 10. Работа с файлами.
Тема 11. Инженерный лист (Инженерная книга) в робототехнике.

Тема 12. Проекты. Понятие «проект», «цель проекта», «задачи проекта».
Тема 13. Подведение итогов.

Цели программы

ЦЕЛЬ ПРОГРАММЫ

Развитие научно-технических способностей подростков и юношества в процессе проектирования, моделирования, конструирования и программирования на конструкторе LEGO MINDSTORMS® Education EV3.
ЗАДАЧИ ПРОГРАММЫ

Образовательные:

  • дать первоначальные знания по устройству робототехнических устройств;
  • научить основным приемам сборки и программирования робототехнических средств;
  • сформировать общенаучные и технологические навыки конструирования и проектирования;
  • ознакомить с правилами безопасной работы с инструментами необходимыми при конструировании робототехнических средств.

Развивающие:

  • развивать творческую инициативу и самостоятельность;
  • содействовать развитию логического мышления и памяти;
  • развивать внимание, речь, коммуникативные способности;
  • развивать умение работать в режиме творчества;
  • развивать умение принимать нестандартные решения в процессе конструирования и программированию.

Воспитательные:

  • формировать творческое отношение по выполняемой работе;
  • воспитывать умение работать в коллективе;
  • сформировать лидерские качества и чувство ответственности как необходимые качества для успешной работы в команде.

Результат программы

По итогам освоения программы обучающиеся должны

знать:

  • основные компоненты конструкторов LEGO;
  • конструктивные особенности различных моделей, сооружений и механизмов;
  • основные понятия, использующие в робототехнике;
  • виды подвижных и неподвижных соединений в конструкторе;
  • общее устройство и принципы действия роботов;
  • общую методику проектирования роботов различных классов и расчёта основных кинематических схем;
  • порядок отыскания неисправностей в различных роботизированных системах;
  • методику проверки работоспособности отдельных узлов и деталей;
  • основы популярных языков программирования;
  • создавать программы на компьютере для различных роботов;
  • корректировать программы при необходимости;
  • правила и меры безопасности при работе с электроинструментами;
  • правила безопасного поведения и гигиены при работе с компьютером;

уметь:

  • самостоятельно решать технические задачи в процессе конструирования роботов (планирование предстоящих действий, самоконтроль, применять полученные знания);
  • создавать модели при помощи специальных элементов по разработанной схеме, по собственному замыслу;
  • самостоятельно разрабатывать кинематические, логические и электрические схемы робототехнических устройств;
  • прогнозировать результаты работы;
  • высказываться устно в виде сообщения или доклада;
  • осуществлять простейшие операции с файлами;
  • запускать прикладные программы, редакторы, тренажёры;
  • осуществлять поиск, преобразование, хранение и передачу информации используя указатели, каталоги, справочники, Интернет;
  • проводить сборку робототехнических средств с применением LEGO конструкторов.

Особые условия проведения

Данная программа разработана для обучающихся 10-14 лет и рассчитана на поэтапную реализацию. Полный курс обучения – 2 года. При подборе групп обучающихся учитываются их интересы, соблюдается принцип добровольности: набор детей в объединение свободный по желанию; группы комплектуются разновозрастные. Набор на второй годы обучения на основаниях результатов тестирования, наличия базовых знаний.

1 год обучения ― 10 – 12 лет, занимаются 3 раза по 2 часа в неделю, 216 часов в год.

2 год обучения ― 13 – 14 лет, занимаются 2 раза по 3 часа или 3 раза по 2 часа в неделю, 216 часов в год.

По форме организации образовательного процесса в объединении занятия проводятся по группам.

Занятия проводятся на бесплатной основе

Материально-техническая база

Для успешной реализации образовательной программы «Основы робототехники» необходимо:

наличие учебной аудитории, оснащенной столами, стульями, учебной доской, оргтехникой (проектор) для ведения аудиторных учебных занятий;

10 базовых наборов конструктора LEGO MINDSTORMS® Education EV3(45544);

5 ресурсных наборов LEGO MINDSTORMS® Education EV3 (45560);

10 ноутбуков или ПК.