Учителю
Дополнительная общеобразовательная программа технической направленности «Лего-конструирование» (далее программа) составлена на основе программы М. С. Цветковой и О. Б. Богомоловой - «Первый шаг в робототехнику»

Дополнительная общеобразовательная программа технической направленности «Лего-конструирование» (далее программа) составлена на основе программы М. С. Цветковой и О. Б. Богомоловой - «Первый шаг в робототехнику»

Автор публикации: Круглов П.М.

Дата публикации: 31.08.2015

Краткое описание: Дополнительная общеобразовательная программа технической направленности «Лего-конструирование» (далее программа) составлена на основе программы М.С. Цветковой и О.Б. Богомоловой - «Первый шаг в робототехнику»Программа рассчитана на один год (68 часов) для учащихся 4-5 кл

предварительный просмотр материала

Пояснительная записка

Дополнительная общеобразовательная программа технической направленности «Лего-конструирование» (далее программа) составлена на основе программы М.С. Цветковой и О.Б. Богомоловой - «Первый шаг в робототехнику» и в соответствии с:

Федеральным законом от 29 декабря 2012 г. №273-ФЗ «Об образовании в Российской Федерации»;
Приказом Министерства образования и науки РФ от 29.08.2013 года № 1008 г. Москва «Об утверждении Порядка организации и осуществления образовательной деятельности по дополнительным общеобразовательным программам»;
Концепцией развития дополнительного образования детей в Российской Федерации;
Федеральным законом «Об основных гарантиях прав ребенка в РФ» №124 - ФЗ от 24 июля 1998 г;
Нормативно-правовых документов, регламентирующих деятельность МКОУ «СОШ №11».

Программа предназначена для организации кружковой деятельности по общеинтеллектуальному, общекультурному и социальному направлениям развития личности.

Данная программа имеет техническую направленность и предлагает использование образовательных конструкторов LEGO и аппаратно-программного обеспечения как инструмента для обучения школьников конструированию, моделированию и компьютерному управлению на занятиях Лего-конструирования.

Цель: формирование культуры конструкторско-исследовательской деятельности и освоение приемов конструирования, программирования и управления робототехническими устройствами.

Задачи курса:

Формирование мотивации успеха и достижений, творческой самореализации на основе организации предметно-преобразующей деятельности;
Формирование внутреннего плана деятельности на основе поэтапной отработки предметно-преобразовательных действий;
Развитие регулятивной структуры деятельности, включающей целеполагание, планирование (умение составлять план действий и применять его для решения практических задач), прогнозирование (предвосхищение будущего результата при различных условиях выполнения действия), контроль, коррекцию и оценку;
Развитие умения излагать мысли в четкой логической последовательности, отстаивать свою точку зрения, анализировать ситуацию и самостоятельно находить ответы на вопросы путем логических рассуждений.
Развитие коммуникативной компетентности младших школьников на основе организации совместной продуктивной деятельности (умения работать над проектом в команде, эффективно распределять обязанности, развитие навыков межличностного общения и коллективного творчества)
Развитие индивидуальных способностей ребенка;
Развитие речи детей;
Повышение интереса к учебным предметам посредством конструктора ЛЕГО

Программа рассчитана на один год (68 часов) для учащихся 4 классов (возраст 10 лет) начальной школы.

Планируемые результаты:

Регулятивные универсальные учебные действия

Обучающийся научится:

целеполаганию, включая постановку новых целей, преобразование практической задачи в познавательную;
самостоятельно анализировать условия достижения цели на основе учета выделенных учителем ориентиров действия в новом учебном материале;
планировать пути достижения целей;
устанавливать целевые приоритеты;
уметь самостоятельно контролировать свое время и управлять им;
принимать решения в проблемной ситуации на основе переговоров.

Коммуникативные универсальные учебные действия

Обучающийся научится:

учитывать разные мнения и стремиться к координации различных позиций в сотрудничестве;
формулировать собственное мнение и позицию, аргументировать и координировать ее с позициями партнеров в сотрудничестве при выработке общего решения в совместной деятельности;
устанавливать и сравнивать разные точки зрения, прежде чем принимать решения и делать выбор;
аргументировать свою точку зрения, спорить и отстаивать свою позицию не враждебным для оппонентов образом;
задавать вопросы, необходимые для организации собственной деятельности и сотрудничества с партнером;
осуществлять взаимный контроль и оказывать в сотрудничестве необходимую взаимопомощь.

Познавательные универсальные учебные действия

Обучающийся научится:

основам реализации проектно-исследовательской деятельности;
проводить наблюдение и эксперимент под руководством учителя;
осуществлять расширенный поиск информации с использованием ресурсов библиотек и Интернета;
создавать и преобразовывать модели и схемы для решения задач;
осуществлять выбор наиболее эффективных способов решения задач в зависимости от конкретных условий;
объяснять явления, процессы, связи и отношения, выявляемые в ходе исследования.

Основы учебно-исследовательской и проектной деятельности

Обучающийся научится:

планировать и выполнять учебное исследование и учебный проект, используя оборудование, модели, методы и приемы, адекватные исследуемой проблеме;
выбирать и использовать методы, релевантные рассматриваемой проблеме;
распознавать и ставить вопросы, ответы на которые могут быть получены путем научного исследования, отбирать адекватные методы исследования, формулировать вытекающие из исследования выводы;
ясно, логично и точно излагать свою точку зрения, использовать языковые средства, адекватные обсуждаемой проблеме.

Учебно-тематический план

Раздел

Количество часов

Теория

Практика

Знакомство с конструктором

Конструирование

2,5

7,5

Первые программируемые модели

Нестандартные конструкции

Первый шаг к соревнованиям

4,5

9,5

Проектная деятельность

Итого:

Содержание изучаемого курса.

Раздел 1: Знакомство с конструктором (2 часа)

Тема

Количество часов

Краткое содержание

теория

практика

Виды конструкторов

Дается краткий обзор лего-конструкторов: LEGO WEDO, RCX, NXT, EV3. Демонстрируется внешний вид указанных конструкторов с кратким описанием отличительных особенностей: рекомендованный возраст, способ крепления деталей, внешний вид. Можно показать видеоролик с демонстрацией возможностей лего-роботов на соревнованиях WRO. На первом занятии это поможет заинтересовать и мотивировать детей в дальнейшем.

Основной состав набора NXT

Показать состав базового набора, содержащего все основные детали системы NXT: процессорный блок (контроллер), датчики (освещенности, касания, расстояния, звука, цвета), порты входа, порты выхода (двигателей). Объяснить назначение кнопок: оранжевая кнопка -включение/ввод/запуск; светло-серые стрелки - используются для перемещения вправо и влево в меню NXT; темно-серая кнопка - очистить/назад/выход.

Итого:

Раздел 2: Конструирование (10 часов)

Тема

Количество часов

Краткое содержание

теория

практика

Способы крепления деталей

Объяснить различия способов крепления деталей RIS (плитки с шипами, стандартный способ) и NXT (гладкие балки, штифты)

Первая игра: фантастическое животное

Игра проводится в парах. Надо разделить часть имеющихся деталей на два одинаковых комплекта. Один игрок втайне от второго строит из своих деталей некое фантастическое животное. Затем второй игрок берется за свой комплект. Оба отворачиваются друг от друга и второй игрок под диктовку первого строит копию этого фантастического животного, ни разу не взглянув на него. А первый тоже не должен видеть, что делает второй. К концу строительства обе конструкции сравниваются. Во втором раунде игроки меняются ролями.

В случае если останется свободное время, ребята выполнят задание быстро, можно усложнить работу определив новое условие: при объяснении ребята должны пользоваться «правильными» названиями деталей.

Высокая башня

Суть игры: нужно построить как можно более высокую башню из всех возможных деталей конструктора.

Механический манипулятор

Дети должны собрать механический манипулятор.

Требования к конструкции:

хватательный механизм должен иметь минимальную длину в сложенном состоянии и максимальную в разложенном;
у механизма должно быть две ручки, как у щипцов, и многоколенчатое соединение, ведущее к хватательной части;
изобретатель должен суметь взять с помощью «хваталки» некоторый предмет (например, колесо из набора) и перенести его с места на место.

Механическая передача

Рассматриваются виды передач: зубчатая, ременная, червячная. Более подробно нужно остановиться на зубчатой передаче, так как в дальнейшем, при построении роботов, ее использование будет в большей степени востребовано. Дать понятие - «передаточное отношение», понижающая, повышающая передача, паразитная шестерня, двухступенчатая передача. Особенность червячной передачи - работает в одну сторону.

Практическая часть включает построение различных видов зубчатых и червячных передач, отражающих особенности отмеченные в теоретической части.

Проект ВАЛЛИ

0,5

1,5

Учащиеся собирают базовую конструкцию по инструкции входящей в комплект NXT. При сборке нужно учесть что, собрать нужно до этапа подключения основных двигателей В и С, так как назначение и работу датчиков планируется более подробно изучить на следующих занятиях.

Итого:

2,5

7,5

Раздел 3: Первые программируемые модели (30 часов)

Тема

Количество часов

Краткое содержание

теория

практика

Пишем простые программы

В теоретической части учащихся следует познакомить с возможностями написания коротких программ средствами встроенной оболочки (firmware) а также дать общий обзор интерфейса и пунктов меню встроенной оболочки: индикатор уровня заряда батареи, имя NXT блока и т. д.

В практической части учащиеся используют конструкцию из прошлого занятия «проект ВАЛЛИ», подключая к нему датчики по указаниям в стандартной инструкции. Простые программы пишутся без использования компьютера средствами встроенной оболочки. Также предлагается детям самостоятельно протестировать датчики, используя пункт меню TRY MY.

Знакомство с средой NXT-G 2.0

В теоретической части учитель дает общие понятия: программа, управление, компиляция. Также подробно знакомит учащихся с интерфейсом среды программирования NXT-G 2.0, с палитрами инструментов и пультом управления роботом, как создавать новую программу, как ее сохранять, как пользоваться справкой и встроенным задачником.

Практическая часть предполагает написание учащимися программ с использованием инструкций из встроенного задачника. Основной задачей данного этапа является знакомство ребят с работой датчиков и способами их использования при решении различных задач:

Основная палитра:

использование звука
использование экрана
движение вперед
движение назад
ускорения
плавный поворот
разворот на месте
езда по квадрату
мой блок

копирование действий
обнаружение звука
управление по звуку
определение расстояния
контроль расстояния
обнаружение черты

обнаружение касания
сенсорный бампер
реакция на цвет

Полная палитра:

управление скоростью
реакция на расстояние
реакция на освещенность
датчик оборотов
сброс датчика оборотов
кнопки NXT
управление по звуку

Движение по черной линии

В теоретической части учитель объясняет алгоритмическую конструкцию «ветвление», затем алгоритм движения по границе черной линии с использованием одного датчика освещенности. Затем с использованием двух датчиков освещенности и многоуровневого ветвления рассматривается прохождение перекрестков. Можно при наличии датчика цвета показать способ использования его в качестве датчика освещенности.

В практической части учащиеся конструируют роботов и проверяют их эффективность на стандартном поле «траектория». При наличии времени можно провести мини соревнования засекая время прохождения дистанции каждого участника.

Двухмоторная тележка

В теоретической части дается обзор конструкции простой и полно приводной двухмоторных тележек (Филиппов С.А. Робототехника для детей и родителей. - СПб.: Наука,

2013. [стр. 75-91]).

В практической части ребятам предлагается самостоятельно собрать простую и полно приводную тележку и прикрепив датчик освещенности, протестировать их на время прохождение «траектории». В конце попросить сделать вывод об оптимальной конструкции из проверенных ими и свой выбор обосновать.

Парковка автомобиля

В теоретической части учитель объясняет условие поставленной задачи: нужно припарковать автомобиль (робота), в качестве гаража используется стандартное поле для сумо с элементами парковки. В данном задании датчики не используются.

В практической части ребята собирают одну из рассмотренных ранее конструкций и самостоятельно написав программу тестируют ее на поле.

Итого:

Раздел 4: Нестандартные конструкции (6 часов)

Тема

Количество часов

Краткое содержание

теория

практика

Шагающий робот

0,5

В теоретической части объясняется принцип действия шагающего робота. Инструкция доступна по ссылке https://robofinist.ru/uploads/2014/02/Lego-Mindstorms-NXT_lesson-2.pdf

Вездеход - исследователь

0,5

В теоретической части объясняется принцип действия робота вездехода, особенностями которого являются используемые гусеницы и датчик расстояния который поможет роботу объезжать препятствия. Инструкция доступна по ссылке

http://www.sdelaysam-svoimirukami.ru/937-mechty-sbyvayutsya-robot-lego-mindstorms-nxt.html

Итого:

Раздел 5: Первый шаг к соревнованиям (14 часов)

Тема

Количество часов

Краткое содержание

теория

практика

WRO и все-все-все

В теоретической части нужно сделать обзор соревнований по робототехнике. Подробно познакомить ребят с прошедшими ранее соревнованиями WRO, правилами, регламентом, рассказать о высоких достижениях в этой сфере учащихся Челябинской области, показав пример и нацелив на результат.

Сумо

В теоретической части учащимся объясняются правила проведения соревнований, также вместе с учениками стоит обсудить основные характеристики будущей конструкции робота, напомнив о применении понижающей зубчатой передачи. Правила соревнований можно найти по ссылке http://wroboto.ru/rules/freecat/svob/svobcat_60.html

В практической части учащиеся строят роботов и проводится соревнование. Два часа из практики отводятся на подготовку и тестирование роботов и один час на само соревнование.

Кегельринг

В теоретической части учащимся объясняются правила проведения соревнований, также вместе с учениками стоит обсудить основные характеристики будущей конструкции робота. Правила соревнований можно найти по ссылке http://wroboto.ru/rules/freecat/svob/svobcat_63.html

Кегельринг-квадро

1,5

3,5

В теоретической части учащимся объясняются правила проведения соревнований, также вместе с учениками стоит обсудить основные характеристики будущей конструкции робота. В частности возможность использования датчика освещенности или датчика цвета. Правила соревнований можно найти по ссылке http://wroboto.ru/rules/freecat/svob/svobcat_66.html

В практической части учащиеся строят роботов и проводится соревнование. Два с половиной часа из практики отводятся на подготовку и тестирование роботов и один час на само соревнование.

Итого:

4,5

9,5

Раздел 6: Проектная деятельность (10 часов)

Тема

Количество часов

Краткое содержание

теория

практика

Создание проекта

В теоретической части учащимся следует разъяснить этапы работы над проектом:

Выбор темы.
Постановка цели и задач.
Гипотеза исследования.
Организация исследования.
Подготовка к защите и защита работы.
Рефлексия.

Привести примеры успешных проектов из творческой категории WRO. Следует выбрать свободную тему для создания проекта, дабы не ограничивать творческое начало учеников начальной школы.

В практической части учащиеся создают проект и защитную презентацию. Можно объединяться в группы по два, три человека, не более. На последнем занятии ребята защищают созданные проекты.

Методическое обеспечение

В процессе работы рекомендуется использовать следующие издания: книгу «Робототехника для детей и родителей», автор Филиппов С.А.. А также следующие Интернет-ресурсы:

Денисова Л., Дженжер В. Введение в программирование LEGO-роботов на языке NXT-G URL: http://www.intuit.ru/studies/courses/14007/1280/info
Сообщество «Lego Mindstorms NXT: робототехника для школ и ВУЗов Нижнего Новгорода». URL: http://nnxt.blogspot.ru/
Некоммерческий информационный сайт ПРОРОБОТ.РУ. URL: http://www.prorobot.ru/lego.php
Сайт Российской Ассоциации Образовательной Робототехники URL: http://wroboto.ru/index/

Проводя исследования и выполняя задания, учащиеся шаг за шагом узнают, как создавать программы для управления простыми и сложными роботизированными механизмами, приобретут общее представление об интереснейшей науке - робототехнике.

Список литературы

Информатика. Математика. Программы внеурочной деятельности для начальной и средней школы: 3-6 классы. ФГОС / Цветкова М.С., Богомолова О.Б. - 2-е изд. - М. : БИНОМ. Лаборатория знаний, 2015.
Первый шаг в робототехнику. Практикум для 5-6 классов. / Копосов Д. Г. - М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2014.
Первый шаг в робототехнику. Рабочая тетрадь для 5-6 классов. / Копосов Д. Г. - М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2014.
Робототехника для детей и родителей. / Филиппов С.А. - М.: Наука. 2013
Денисова Л., Дженжер В. Введение в программирование LEGO-роботов на языке NXT-G URL: http://www.intuit.ru/studies/courses/14007/1280/info
Сообщество «Lego Mindstorms NXT: робототехника для школ и ВУЗов Нижнего Новгорода». URL: http://nnxt.blogspot.ru/
Некоммерческий информационный сайт ПРОРОБОТ.РУ. URL: http://www.prorobot.ru/lego.php
Сайт Российской Ассоциации Образовательной Робототехники URL: http://wroboto.ru/index/

Приложение 1

Задание для раздела «Знакомство с конструктором»

Укажите все основные элементы конструктора:

Приложение 2

Тестовые задания для раздела «Конструирование»

1 вопрос. При подключении мониторов к блоку NXT следует придерживаться правил:
(только один вариант правильный)

Двигатель B - левый, С - правый. Двигатель А - вспомогательный.
Двигатель С - левый, В - правый. Двигатель А - вспомогательный.
Двигатель А - левый, В - правый. Двигатель С - вспомогательный.

2 вопрос. Какие датчики входят в состав стандартного конструктора NXT:
(для правильного ответа нужно отметить несколько вариантов)

Датчик цвета
Датчик звука
Датчик расстояния (ультразвуковой датчик)
Датчик температуры
Датчик атмосферного давления
Датчик касания

3 вопрос. При подключении датчиков к блоку NXT нужно их подключать:
(только один вариант правильный)

К портам обозначенными буквами: А, В, С
К портам обозначенными цифрами: 1, 2, 3, 4
Не имеет значения, к какому порту следует подключать датчики

4 вопрос. Какая кнопка на блоке NXT является «главной» - включения/ввода/запуска:
(только один вариант правильный)

Серая кнопка в виде стрелки
Серая кнопка прямоугольной формы
Оранжевая кнопка прямоугольной формы

Ключ: вопрос 1(1), вопрос 2(1,2,3,6), вопрос 3(2), вопрос 4(3)

Приложение 3

Задания для раздела «Первые программируемые модели»

Ответьте на вопросы и заполните пропуски.

1. Можно ли запустить программу, не отключая робота от порта USB?

2. Что означает надпись Полная над панелью блоков?

3. Что означает надпись Основной над панелью блоков?

4. Чем определяется последовательность выполнения команд?

5. Верно ли утверждение «Какой блок мы расположим на стилизованной белой линии левее, тот и будет выполняться первым»?

6. Вставьте пропущенные слова:

a) Стилизованная белая линия (коммутатор последовательности действий) указывает _______________________________действий «____________________ - ____________________».

б) Каждый блок для робота является ______________________.

в) Робот может подключаться к компьютеру либо через порт ______, либо через беспроводное соединение ________________.

Приложение 4

Возможные критерии оценивания итогового проекта в разделе
«Проектная деятельность»

Критерии

Max кол-во баллов

Примечание

Оригинальность и/или творческий подход

Проекты, в которых явно проявляются творческие способности и оригинальность участников соревнования, получат больше очков, чем проекты, показывающие обычную сценку.

Техническая сложность

Проекты, более сложные в техническом исполнении, получат больше очков, чем проект, который просто использует большое количество конструкционных материалов.

Наличие и качество описания

Проекты, сопровождающиеся качественным и подробным описанием, получат больше очков, чем проекты, к которым описание отсутствует или недостаточно хорошо и подробно сделано. В общую сумму входит наличие видеоролика (10 баллов), описания в бумажном (5 баллов) и электронном (10 баллов) видах, плакат (5 баллов).

Динамичность

Проекты с высоким уровнем исполнения, которые максимально используют предоставленное место и являются самыми динамичными, получат больше очков, чем статичные проекты.

Презентация

Более интересные в художественном отношении проекты, презентация которых сопровождается активными действиями участников команды и/или вовлечением зрителей в некоторое действо, получат больше очков, чем те проекты, которые работают изолированно.

ИТОГО:

200

⇧

⇩