Практическая работа «Взаимодействие беспилотных летательных аппаратов»
Цели и задачи
- Цель по SMART: за 45 минут научиться составлять и проверять алгоритм взаимодействия двух беспилотных летательных аппаратов в виртуальной среде, распределяя роли, обмениваясь данными и соблюдая ограничения безопасности.
- Сформировать представление о том, как беспилотные летательные аппараты обмениваются координатами, командами и предупреждениями об опасности.
- Научиться читать условие практической задачи, выделять входные данные, составлять последовательность действий и проверять результат по тестовым сценариям.
- Развивать навыки парной работы, алгоритмического мышления, анализа ошибок и аргументированного выбора решения.
- Показать связь информатики с физикой, математикой, географией и современными инженерными профессиями, а также снизить тревожность перед практико-ориентированными заданиями ОГЭ.
Планируемые результаты
Личностные
- Осознавать значение точности, ответственности и соблюдения правил безопасности при управлении техническими системами.
- Проявлять интерес к профессиям, связанным с программированием, робототехникой, навигацией и обработкой данных.
- Понимать, что ошибка в алгоритме может привести к столкновению или потере аппарата, поэтому результат необходимо проверять.
- Оценивать собственный вклад в парную работу и конструктивно принимать замечания одноклассника.
Метапредметные
- Выделять из практической задачи цель, входные данные, ограничения и ожидаемый результат.
- Планировать последовательность действий, проверять алгоритм по тестовым данным и исправлять найденные ошибки.
- Читать таблицы координат и сообщения системы, представлять информацию в виде схемы или алгоритма.
- Сотрудничать в паре, распределять роли, объяснять принятое решение и аргументировать выбор способа взаимодействия.
Предметные
- Знать назначение координат, идентификаторов аппаратов, команд и сообщений в модели взаимодействия беспилотников.
- Уметь составлять алгоритм обмена данными между двумя аппаратами с учётом временных интервалов и безопасного расстояния.
- Уметь находить ошибку в алгоритме по таблице событий и предлагать исправление.
- Владеть навыком тестирования алгоритма в виртуальной среде или в табличной модели.
Универсальные учебные действия (УУД)
Личностные УУД
- Осмысливают личную ответственность за точность команд в автоматизированной системе.
- Соотносят практическую задачу с возможными направлениями дальнейшего обучения.
- Формируют положительное отношение к проверке результата и исправлению ошибок.
- Оценивают собственную готовность работать с алгоритмами и данными.
Регулятивные УУД
- Принимают учебную задачу и формулируют критерий успешного выполнения практической работы.
- Планируют действия пары: анализ условия, построение алгоритма, запуск теста, проверка и корректировка.
- Осуществляют самоконтроль по чек-листу и фиксируют обнаруженные ошибки.
- Сопоставляют полученный результат с условием задачи и вносят необходимые изменения.
Познавательные УУД
- Извлекают из условия значения координат, времени, скорости и безопасного расстояния.
- Строят информационную модель взаимодействия двух аппаратов в виде таблицы событий или блок-схемы.
- Анализируют причинно-следственную связь между командой, сообщением и изменением положения аппарата.
- Применяют вычисления расстояния и сравнение данных для проверки безопасности маршрута.
Коммуникативные УУД
- Распределяют в паре роли оператора и аналитика, затем меняются ролями.
- Задают уточняющие вопросы по условию и формулируют предложения по исправлению алгоритма.
- Представляют решение пары классу в течение одной минуты.
- Согласовывают общий вывод, уважительно обсуждая разные варианты алгоритма.
Подготовка учителя к уроку
- Подготовить компьютеры по одному на пару с доступом к локальной виртуальной среде моделирования полёта или к электронной таблице.
- Создать папку с файлами практической работы: шаблон алгоритма, таблица координат, журнал сообщений и чек-лист проверки.
- Распечатать карточки с тремя сценариями — по одной карточке на пару; предусмотреть базовый и усложнённый варианты.
- Подготовить памятку: «Идентификатор аппарата — координаты — время — команда — подтверждение — проверка безопасности».
- Вывести на доску формулу расстояния между точками: $d=\sqrt{(x_2-x_1)^2+(y_2-y_1)^2}$ и условие безопасного полёта $d\geq 5$ м.
- Подготовить слайд с условием: аппарат А движется из точки $(0;0)$ в $(10;0)$, аппарат B — из точки $(10;10)$ в $(0;10)$; каждые 2 секунды они передают координаты друг другу.
- Распечатать чек-листы самопроверки — по одному на ученика, а бланки отчёта — по одному на пару.
- Подготовить проектор или интерактивную доску для демонстрации примера, таймер и доску для фиксации типичных ошибок.
- Проверить сохранение файлов и возможность отправки отчёта в общую папку или через школьную электронную систему.
Ход урока
Этап 1. Организационный момент и инструктаж по безопасности (4 мин)
Цель этапа: организовать безопасную работу за компьютерами, распределить роли и связать практическую задачу с реальными технологиями.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
2 мин | Учитель приветствует класс и показывает на экране изображение двух беспилотников: "Сегодня вы будете не просто выполнять команды, а проектировать взаимодействие двух автономных аппаратов. Представьте, что один аппарат обследует территорию, а второй доставляет груз. Почему им недостаточно лететь по заранее заданным маршрутам? Какие данные они должны передавать друг другу?" Учитель принимает 2–3 ответа и формулирует связь с профессиями инженера, программиста и оператора систем управления. | Ученики называют возможные данные: "координаты", "скорость", "направление", "сообщение об опасности", "подтверждение получения команды". Делают вывод: аппаратам необходимо обмениваться информацией. |
2 мин | Учитель напоминает правила: "Не запускайте программы и не меняйте настройки без команды. Работайте только с учебной моделью. Не вводите персональные данные. Если программа выдаёт ошибку, сначала зафиксируйте её, затем сообщите мне. В паре один ученик сегодня оператор, второй аналитик; через несколько минут вы поменяетесь." | Ученики садятся парами, проверяют готовность компьютера, записывают в бланке фамилии и распределение ролей, подтверждают понимание правил. |
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Мы определили, что беспилотникам необходим обмен координатами и командами. Теперь вспомним, какие сведения нужны алгоритму, чтобы описать движение точно и однозначно."
Этап 2. Актуализация знаний и постановка проблемы (6 мин)
Цель этапа: актуализировать понятия алгоритма, координат, условия и сообщения, выявив необходимость проверки взаимодействия.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
3 мин | Учитель проводит приём "Подумай — обсуди в паре — поделись": "Самостоятельно назовите три элемента алгоритма управления аппаратом. Затем за минуту сравните ответы с партнёром. На доске я запишу только те элементы, которые помогут проверить полёт." Учитель фиксирует ответы: начальное состояние, команда, данные, условие, результат. | Ученики сначала записывают ответы индивидуально, затем обсуждают их в парах и предлагают формулировки: "начальные координаты", "последовательность команд", "условие остановки", "контроль результата". |
3 мин | Учитель показывает два сообщения: «А: t=4, x=4, y=0» и «B: t=4, x=6, y=10» и спрашивает: "Можно ли по этим данным утверждать, что столкновения нет? Какой вычислительный шаг необходим? Что изменится, если один аппарат не получил сообщение?" Учитель подводит к проблеме: алгоритм должен не только задавать маршрут, но и контролировать обмен. | Ученики вычисляют или оценивают расстояние между точками, отвечают: "Нужно найти расстояние и проверить условие безопасности"; "при отсутствии сообщения аппарат должен остановиться или перейти в безопасный режим". |
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Мы вспомнили, что алгоритм состоит из данных, команд, условий и проверки результата. Сегодня наша задача — построить такую последовательность взаимодействия, в которой оба аппарата знают положение друг друга и не нарушают безопасное расстояние."
Этап 3. Инструктаж по практической работе и планирование (5 мин)
Посмотрите план целиком
Зарегистрируйтесь — и откройте план урока по этой теме полностью: цели, ход урока и рефлексия по ФГОС.
Цель этапа: познакомить учащихся с условием, критериями и последовательностью выполнения практической работы.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
3 мин | Учитель раздаёт карточки и бланки отчёта: "Ваша задача — смоделировать взаимодействие аппаратов А и B. Аппарат А движется из точки $(0;0)$ в точку $(10;0)$, аппарат B — из точки $(10;10)$ в точку $(0;10)$. Каждые 2 секунды каждый аппарат передаёт партнёру свои координаты. В журнале должны быть время, координаты, команда и подтверждение получения. После каждого шага проверяется условие $d\geq 5$ м. Если подтверждение не получено, аппарат не продолжает движение, а передаёт сообщение об ожидании." | Ученики читают условие, подчёркивают начальные и конечные координаты, период передачи, безопасное расстояние и действие при отсутствии подтверждения. |
2 мин | Учитель показывает на доске план: "Сначала создайте таблицу событий. Затем задайте команды движения и передачи координат. После запуска проверьте минимум два сценария: штатный обмен и потеря одного сообщения. В конце сохраните файл и заполните вывод. Критерии успеха: маршрут задан полностью, сообщения имеют время и идентификатор, опасное сближение обнаруживается, ошибка объяснена." | Ученики распределяют действия: оператор работает в модели, аналитик заполняет журнал и проверяет условие; записывают план из четырёх шагов. |
Запись в тетрадях
- Цель: проверить взаимодействие двух беспилотных аппаратов по координатам и сообщениям.
- Безопасность: $d\geq 5$ м.
- Алгоритм: получить координаты → проверить сообщение → вычислить расстояние → продолжить движение или перейти в безопасный режим.
Завершение этапа: учитель подводит итог: "У каждой пары есть понятный план и критерии результата. Теперь переходим от обсуждения к созданию рабочей модели и журналу событий."
Этап 4. Выполнение практической работы: создание модели взаимодействия (12 мин)
Цель этапа: составить и запустить алгоритм обмена данными между двумя аппаратами в виртуальной модели или электронной таблице.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
3 мин | Учитель демонстрирует первый шаг: "В поле начальных данных укажите идентификаторы А и B, координаты и время $t=0$. В журнале первая строка должна содержать не только координаты, но и действие: «готов к передаче». Посмотрите, что происходит, если идентификатор не указан: сообщение нельзя связать с конкретным аппаратом." | Операторы вводят начальные координаты и идентификаторы, аналитики проверяют заполнение первой строки журнала и отмечают обязательные поля. |
5 мин | Учитель обращается к парам: "Теперь задайте движение с шагом 2 секунды. После каждого шага добавляйте сообщение с координатами и подтверждение получения. Не копируйте одну строку без проверки времени: последовательность должна быть логичной. Если модель использует блоки, соедините их в порядке «движение — передача — получение — проверка»." Учитель консультирует пары, задаёт вопросы: "Как система поймёт, что сообщение относится к аппарату B? Где записано время?" | Операторы создают команды движения и передачи, запускают модель; аналитики заносят в журнал события, находят пропуски времени и задают уточняющие вопросы. Ожидаемая формулировка: "В каждой строке есть аппарат, время, координаты и состояние сообщения". |
4 мин | Учитель предлагает взаимную проверку: "Поменяйтесь ролями. Новый оператор запускает модель, а новый аналитик проверяет журнал по чек-листу. Отметьте зелёным полностью заполненные строки, жёлтым — строки, требующие уточнения. Не исправляйте сразу молча: сначала назовите партнёру проблему и объясните, почему она важна." | Ученики меняются ролями, запускают модель повторно, отмечают ошибки в журнале, объясняют партнёру необходимость исправления и корректируют алгоритм. |
Эталон решения
Для каждой строки фиксируются: время $t$, идентификатор аппарата, координаты $(x;y)$, команда, статус сообщения и расстояние. Например, при координатах аппарата А $(4;0)$ и аппарата B $(6;10)$: $d=\sqrt{(6-4)^2+(10-0)^2}=\sqrt{104}\approx10{,}2$ м. Так как $10{,}2\geq5$, движение разрешено. Если расстояние меньше 5 м или подтверждение отсутствует, команда движения заменяется на «ожидание» и в журнал вносится причина остановки.
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Модель уже умеет передавать данные, но настоящий алгоритм проверяется не только в штатной ситуации. Сейчас мы специально создадим сбой и выясним, сможет ли система обнаружить опасность."
Этап 5. Тестирование, анализ ошибки и межпредметная связь (8 мин)
Цель этапа: проверить устойчивость алгоритма на изменённом сценарии и связать информатические действия с математикой, физикой и географией.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
3 мин | Учитель выдаёт дополнительное условие: "В тесте №2 сообщение аппарата B в момент $t=4$ не доставлено. В тесте №3 аппараты оказываются в точках А $(5;5)$ и B $(8;7)$. Определите, что должна сделать система. Используйте формулу расстояния и не ограничивайтесь ответом «опасно»: запишите вычисление и команду, которая должна последовать." | Ученики в парах определяют последствия потери сообщения: "аппарат должен ожидать и повторить передачу". Для второго случая вычисляют $d=\sqrt{(8-5)^2+(7-5)^2}=\sqrt{13}\approx3{,}6$ м и записывают команду остановки. |
3 мин | Учитель организует приём "Станция эксперта": "Каждая пара за одну минуту объясняет соседней паре, как она обнаружила ошибку. Слушатели задают один вопрос: «Какие данные подтверждают ваш вывод?» Затем сравните, одинаково ли вы понимаете безопасное расстояние и почему координаты являются математической моделью реального пространства." | Ученики демонстрируют журнал соседней паре, объясняют вычисления, задают вопросы и фиксируют одно полезное замечание в отчёте. |
2 мин | Учитель обращается к классу: "Где здесь физика? Где география? Где элементы подготовки к ОГЭ?" Учитель уточняет: физика связана с движением и скоростью, география — с координатами и картографической сеткой, ОГЭ — с чтением условия, таблиц и алгоритмов. | Ученики формулируют межпредметные связи: "математическая формула помогает проверить расстояние", "координаты описывают положение на карте", "в ОГЭ нужно точно извлекать данные из условия и таблицы". |
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Мы увидели, что ошибка в одном сообщении меняет поведение всей системы. Теперь каждый индивидуально проверит, умеет ли он читать такой журнал и находить опасный момент без помощи партнёра."
Этап 6. Индивидуальная проверка и оформление отчёта (6 мин)
Цель этапа: проверить индивидуальное понимание алгоритма и завершить практический отчёт.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
4 мин | Учитель раздаёт индивидуальную карточку: "В журнале указано: при $t=2$ аппарат А находится в $(2;0)$, аппарат B — в $(8;0)$; при $t=4$ аппарат А находится в $(4;0)$, аппарат B — в $(6;0)$. В какой момент нарушено ли условие $d\geq5$? Какую команду следует передать аппарату? Запишите вычисление и короткое объяснение." | Ученики индивидуально вычисляют: при $t=2$ расстояние равно 6 м, при $t=4$ — 2 м; делают вывод: "В момент $t=4$ условие нарушено, нужна команда остановки или ожидания". |
2 мин | Учитель напоминает требования к отчёту: "В отчёте должны быть цель, схема обмена, два теста, одно вычисление расстояния, описание найденной ошибки и вывод. Проверьте файл по чек-листу и сохраните его с фамилиями участников пары." | Ученики дополняют отчёт, ставят отметки в чек-листе, сохраняют файл и передают его учителю. |
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Вы проверили алгоритм самостоятельно и оформили результат как инженерный отчёт. Осталось оценить не только правильность файла, но и собственное понимание действий."
Этап 7. Рефлексия и подведение итогов (4 мин)
Цель этапа: осознать способ решения, выявить затруднения и снизить тревожность перед практико-ориентированными заданиями.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
2 мин | Учитель проводит рефлексию "Светофор": "Покажите зелёную карточку, если вы можете объяснить, как аппарат передаёт координаты и проверяет расстояние; жёлтую — если нужен ещё один пример; красную — если пока трудно. Теперь на стикере завершите фразу: «Сегодня я научился…»" | Ученики показывают карточки и записывают конкретное продолжение: "находить опасное сближение по координатам", "проверять наличие подтверждения", "исправлять алгоритм после теста". |
2 мин | Учитель собирает стикеры и говорит: "Практическая работа показывает, что сложная система начинается с точного алгоритма. Подобные задания проверяют не заучивание кнопок, а умение читать условие, работать с таблицей и объяснять результат. Это полностью переносимый навык для ОГЭ и дальнейшего обучения." | Ученики называют по одному успешному действию и одному затруднению, записывают домашнее задание и задают уточняющие вопросы. |
Критерии оценивания практической работы
- «5» — полностью заполнен отчёт, корректно заданы маршруты и сообщения, выполнены оба теста, верно вычислено расстояние, обнаружена потеря сообщения или опасное сближение, предложена адекватная команда исправления; ученик может устно объяснить алгоритм.
- «4» — алгоритм и отчёт в основном верны, выполнен минимум один тест и приведено корректное вычисление расстояния, но допущена одна неточность в журнале или объяснении.
- «3» — заполнены основные поля отчёта и задан маршрут хотя бы одного аппарата, однако отсутствует один тест, неполно описан обмен сообщениями или есть ошибка в проверке безопасного расстояния.
Рефлексия
Вопрос для ученика | Цель вопроса |
|---|---|
Какие данные обязательно должны быть в сообщении беспилотного аппарата? | Проверка понимания структуры информационного обмена. |
Как вы определили, что аппараты подошли слишком близко? | Выявление освоения математической проверки координат. |
Что должна сделать система при отсутствии подтверждения? | Проверка понимания условий, ветвления и безопасного режима. |
Какое действие в практической работе оказалось самым сложным? | Выявление точек затруднения и планирование коррекции. |
Завершающее слово учителя
"Сегодня вы работали как разработчики системы управления: задавали данные, организовывали обмен сообщениями, тестировали модель и исправляли ошибки. Главная типичная ошибка — считать маршрут правильным, не проверив время, подтверждение и расстояние между аппаратами. Вы убедились, что координаты можно превратить в алгоритм безопасного поведения. На следующем уроке мы продолжим работу с алгоритмами управления и рассмотрим более сложные условия и повторяющиеся действия."
Домашнее задание
Уровень | Что задать | Зачем |
|---|---|---|
Базовый (обязательный) | Составить таблицу из 5–6 событий взаимодействия двух аппаратов: указать время, координаты, переданное сообщение, подтверждение и решение системы. Для двух строк вычислить расстояние между аппаратами. | Закрепляет структуру журнала событий, чтение координат и применение формулы расстояния; при проверке обратить внимание на единицы измерения и последовательность времени. |
Средний (повышающий) | Разработать алгоритм для трёх аппаратов, движущихся по разным маршрутам. Описать, какие данные каждый аппарат передаёт остальным и что происходит при отсутствии одного подтверждения. | Развивает умение обобщать модель взаимодействия, выделять условия и описывать безопасный режим работы. |
Продвинутый (дополнительный) | Предложить улучшение системы: повторную передачу сообщения, изменение маршрута или автоматическое снижение скорости. Представить решение в виде блок-схемы из 8–10 блоков и привести один тестовый пример. | Формирует навыки проектирования, анализа надёжности и аргументации инженерного решения. |
Контрольные вопросы перед выходом: «Какие данные содержит сообщение аппарата? Как проверить безопасное расстояние по координатам? Что делает алгоритм при отсутствии подтверждения? Почему тестирование необходимо даже для маршрута, который кажется правильным?»
