Автоматизация и роботизация: роботы вокруг нас и сортировка деталей конструктора
Цели и задачи
- Цель урока по SMART: к концу урока учащиеся объяснят принцип работы робота как системы «датчики — программа — исполнительные устройства», классифицируют не менее шести роботов по назначению и самостоятельно отсортируют детали робототехнического конструктора по заданным признакам с точностью не менее 80%.
- Познакомить учащихся с понятиями «автоматизация», «роботизация», «робот», «робототехника» и раскрыть их связь с повседневной жизнью.
- Научить различать роботов по сфере применения, функциям и способу взаимодействия с человеком.
- Развивать умения исследовать изображения и комплектующие, выдвигать гипотезы, моделировать работу робота и аргументировать классификацию.
- Формировать ответственное отношение к технике, интерес к инженерному творчеству, навыки безопасной и согласованной работы в группе.
Планируемые результаты
Личностные
- Проявляют познавательный интерес к робототехнике и инженерным профессиям.
- Понимают, что робот является инструментом человека и должен использоваться безопасно и ответственно.
- Осознают ценность сотрудничества, распределения ролей и взаимопомощи при конструировании.
- Развивают готовность пробовать разные способы решения технической задачи и корректировать ошибочные решения.
Метапредметные
- Выделяют существенные признаки робота, сравнивают устройства и классифицируют их по назначению.
- Извлекают информацию из учебного текста, изображений, схемы и электронного образовательного ресурса.
- Планируют действия при сортировке деталей, фиксируют результат и проверяют его по критериям.
- Формулируют предположения, участвуют в проблемном диалоге и представляют результат группы.
- Используют цифровое изображение или короткую видеодемонстрацию как источник информации, соблюдая правила работы с техникой.
Предметные
- Знать различия между автоматизацией и роботизацией, а также основные элементы робототехнической системы.
- Уметь описывать принцип работы робота по цепочке «получение информации — обработка — действие».
- Уметь классифицировать роботов по назначению: промышленные, бытовые, медицинские, транспортные, исследовательские и социальные.
- Уметь приводить примеры применения робототехники и объяснять назначение выбранного робота.
- Уметь распознавать и сортировать детали конструктора по форме, размеру, материалу, цвету и функции.
Универсальные учебные действия (УУД)
Личностные УУД
- Определяют личную заинтересованность в изучении робототехники через задание «Мой робот-помощник».
- Осмысливают влияние автоматизации на труд человека и повседневную жизнь.
- Соблюдают правила безопасного обращения с деталями, инструментами и цифровым оборудованием.
- Оценивают собственный вклад в работу команды и проявляют уважение к идеям одноклассников.
Регулятивные УУД
- Принимают учебную задачу и формулируют план исследования принципа работы робота.
- Распределяют время и роли при выполнении групповой сортировки деталей.
- Сверяют классификацию и результат сортировки с предложенными критериями.
- Обнаруживают ошибку, объясняют её причину и вносят исправления.
- Оценивают степень достижения цели с помощью листа самооценки и «светофора».
Познавательные УУД
- Выделяют датчики, управляющее устройство и исполнительные механизмы в модели робота.
- Сравнивают автоматическое устройство и робота, устанавливают сходства и различия.
- Строят простую модель информационно-управляющей цепочки робота.
- Классифицируют объекты по одному и нескольким основаниям.
- Работают с текстом учебника, визуальными материалами и электронным ресурсом, извлекая нужные сведения.
Коммуникативные УУД
- Распределяют роли в группе: координатор, исследователь, сортировщик, докладчик.
- Задают уточняющие вопросы о назначении робота или детали конструктора.
- Аргументируют выбранный способ классификации и корректно реагируют на альтернативные мнения.
- Представляют модель «Мой робот-помощник» в кратком устном сообщении.
- Разрешают разногласия через обращение к критериям и совместную проверку результата.
Подготовка учителя к уроку
- Подготовить презентацию или интерактивную доску с изображениями бытового робота-пылесоса, промышленного манипулятора, медицинского робота, беспилотного транспорта, исследовательского робота и робота-гуманоида.
- Подобрать короткий видеоролик или анимацию ЭОР продолжительностью до 90 секунд, показывающую цепочку «датчик — контроллер — исполнительный механизм», заранее проверить звук и воспроизведение без доступа к интернету.
- Подготовить для каждой группы по одному лотку с безопасными деталями робототехнического конструктора: балками, соединителями, осями, колёсами, шестернями, крепежом и элементами корпуса.
- Распечатать карточки с изображениями и описаниями 12 роботов — по одному комплекту на группу из 4–5 человек.
- Распечатать маршрутные листы исследователя и листы самооценки — по одному на каждого ученика.
- Подготовить карточки трёх уровней сложности для задания «Мой робот-помощник»: базовую, стандартную и творческую — по числу учащихся.
- Вывести на доску памятку: «Робот = датчики + управляющее устройство + программа + исполнительные устройства».
- Подготовить цветные стикеры, маркеры, таймер, таблички с ролями в группе и жетоны для игровой проверки.
- Проверить ноутбук, проектор, интерактивную доску, электронный образовательный ресурс и заряд батарей конструктора; обеспечить свободное место на столах.
- Подготовить учебник и обозначить фрагменты текста по теме без привязки к номерам страниц; учащиеся работают с материалом своей линии учебника.
Ход урока
Этап 1. Организационный момент и мотивация (4 мин)
Цель этапа: включить учащихся в практическую деятельность и создать проблемную ситуацию, связанную с ролью роботов в жизни человека.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
1 мин | Учитель приветствует класс и проверяет готовность: "Здравствуйте, ребята. Сегодня на столах у вас должны быть тетрадь, ручка и маршрутный лист исследователя. Конструкторы пока не открываем: сначала нам предстоит выяснить, какие детали и знания понадобятся инженеру. Посмотрите на экран и приготовьтесь работать как команда." | Проверяют оборудование, получают маршрутные листы, занимают места в группах по 4–5 человек. |
2 мин | Учитель показывает короткий видеоролик с роботом-пылесосом и промышленным манипулятором: "Оба устройства действуют без постоянного управления человеком. Но можно ли назвать любое самостоятельно работающее устройство роботом? Что общего у этих машин и чем они различаются?" Использует приём «Проблемный диалог». | Формулируют предположения: "Они выполняют программу", "Робот получает информацию", "Робот может менять свои действия", "Не всякий автомат является роботом". |
1 мин | Учитель сообщает игровую задачу: "Сегодня каждая команда станет лабораторией робототехники. Вам предстоит определить признаки робота, распределить роботов по классам, придумать полезного помощника и правильно отсортировать детали конструктора. За точность исследования команда получит жетоны инженера." | Принимают учебную задачу, выбирают координатора и готовятся к исследованию. |
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Мы увидели, что робот не просто движется сам по себе: он получает информацию, принимает решение по программе и выполняет действие. Теперь проверим, какие знания об автоматизации уже есть у вас."
Этап 2. Актуализация знаний и выявление затруднения (6 мин)
Цель этапа: актуализировать представления об автоматических устройствах и обнаружить необходимость нового способа их классификации.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
2 мин | Учитель предлагает игру «Верю — не верю»: "Поднимите зелёную карточку, если согласны, и красную, если не согласны. Автоматические двери, робот-пылесос, стиральная машина и игрушечная машинка одинаково являются роботами. Роботу всегда нужен человек, который каждую секунду управляет его движением. Датчик помогает устройству получить информацию об окружающем мире." | Показывают карточки и объясняют выбор: "Автоматические двери могут работать по датчику, но не обязательно являются роботами"; "Датчик действительно получает информацию". |
2 мин | Учитель записывает на доске слова «автоматизация» и «роботизация»: "Работайте в парах 30 секунд. Объясните соседу, что, по-вашему, означает каждое слово. Затем две пары предложат формулировки классу." | Обсуждают в парах, предлагают определения: "Автоматизация — передача части действий машине", "Роботизация — использование роботов для выполнения задач". |
2 мин | Учитель показывает изображения трёх устройств и спрашивает: "По какому признаку вы разделили бы эти устройства? Как доказать, что выбранный объект относится к определённому виду роботов? Запишите вопрос, на который пока трудно ответить." | Составляют вопросы: "Какие части обязательны для робота?", "Чем робот отличается от автомата?", "Как разделить роботов на группы?". |
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Мы вспомнили, что автоматизация облегчает выполнение повторяющихся операций, но пока не назвали полный состав робототехнической системы и не выбрали единые основания классификации. Сформулируем цель исследования."
Посмотрите план целиком
Зарегистрируйтесь — и откройте план урока по этой теме полностью: цели, ход урока и рефлексия по ФГОС.
Этап 3. Постановка проблемы и целеполагание (4 мин)
Цель этапа: совместно сформулировать учебную цель и план исследования.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
2 мин | Учитель организует «Снежный ком»: "Сначала каждый запишите, какие три вопроса нужно изучить, чтобы создать робота-помощника. Через 30 секунд объединитесь в пары, выберите два самых важных вопроса, а затем группа сформулирует общий план." | Индивидуально записывают вопросы, объединяются в пары, затем в группы и предлагают план: "Узнать устройство робота, классифицировать роботов, определить сферы применения, разобраться в деталях конструктора". |
2 мин | Учитель фиксирует план на доске и уточняет цель: "Сегодня к концу урока вы должны будете объяснить, как робот получает и обрабатывает информацию, распределить примеры по видам, придумать помощника и рассортировать детали конструктора. Согласны ли вы, что это измеримый результат?" | Формулируют цель урока и записывают её сокращённый вариант: «Объяснить принцип работы робота, классифицировать роботов и отсортировать детали конструктора». |
Завершение этапа: учитель подводит итог: "План исследования принят. Сначала выясним внутреннюю логику робота, затем применим её к разным машинам и только после этого перейдём к реальным деталям конструктора."
Этап 4. Открытие нового знания. Исследование и моделирование (10 мин)
Цель этапа: сформировать представление о принципе работы робота и связать его с понятиями автоматизации и роботизации.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
3 мин | Учитель показывает на экране схему и обращается к классу: "Рассмотрите цепочку. Датчик получает сведения: например, видит препятствие или измеряет расстояние. Управляющее устройство сравнивает сведения с программой и выбирает действие. Исполнительный механизм выполняет команду. Назовите, что произойдёт с роботом-пылесосом, если датчик обнаружит стену." | Рассматривают схему, отвечают: "Датчик обнаружит препятствие, контроллер обработает сигнал, программа даст команду, двигатель изменит направление движения". |
3 мин | Учитель демонстрирует ЭОР и останавливает его после каждого шага: "Запишите в маршрутном листе четыре элемента системы: датчики, управляющее устройство, программу и исполнительные устройства. Теперь объясните, почему без программы робот не может выбрать нужное действие." | Заполняют схему, формулируют вывод: "Датчики сообщают о ситуации, программа задаёт правило действия, исполнительный механизм выполняет команду". |
4 мин | Учитель предлагает метод моделирования: "Сейчас один ученик будет датчиком, второй — контроллером, третий — программой, четвёртый — двигателем. Ситуация: робот движется к линии и должен остановиться перед ней. Датчик сообщает: ‘Линия обнаружена’. Контроллер передаёт условие, программа выбирает остановку, двигатель прекращает движение. Затем поменяйте роли и назовите возможную ошибку." | Разыгрывают цепочку сигналов, используют карточки «датчик», «программа», «двигатель», объясняют: "Если датчик не работает, робот не узнает о линии; если программа ошибочна, действие будет неправильным". |
Запись в тетрадях
Ученики записывают: «Робот — программируемая техническая система, которая получает информацию от датчиков, обрабатывает её по программе и выполняет действие с помощью исполнительных устройств. Автоматизация — передача машине отдельных операций. Роботизация — применение роботов для выполнения задач человека или производства».
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Мы построили модель работы робота и увидели, что движение без информации и программы ещё не делает устройство роботом. Теперь применим эту модель к реальным видам роботов."
Этап 5. Классификация роботов и творческое задание «Мой робот-помощник» (8 мин)
Цель этапа: научить классифицировать роботов по назначению и применять знания в проектной ситуации.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
4 мин | Учитель раздаёт группам карточки с изображениями и описаниями роботов: "Используйте метод исследования. Прочитайте описание, выделите функцию и распределите карточки по категориям: промышленные, бытовые, медицинские, транспортные, исследовательские, социальные. Если робот подходит к двум категориям, докажите, какая функция главная." | Работают в группах, читают карточки, раскладывают их по категориям, записывают аргументы: "Робот-манипулятор — промышленный, потому что выполняет операции на производстве"; "Марсоход — исследовательский". |
4 мин | Учитель предлагает выбор уровня: "Базовый уровень: нарисуйте робота и подпишите его назначение. Стандартный уровень: добавьте датчик, программу и исполнительный механизм. Творческий уровень: придумайте робота-помощника для школы или дома, укажите проблему, которую он решает, и возможный риск его использования. На подготовку две минуты, на представление — по 30 секунд." | Выбирают уровень, создают эскиз или схему, указывают сферу применения, датчики и действие. Представляют идеи: "Робот-сортировщик помогает разделять отходы; камера распознаёт материал, программа выбирает контейнер, манипулятор перемещает предмет". |
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Вы классифицировали роботов не по внешнему виду, а по назначению и функции. Даже творческая идея становится инженерной, когда в ней названы задача, датчик, программа и исполнительный механизм. Переходим к деталям, из которых создаётся модель."
Этап 6. Робототехнический конструктор: сортировка деталей (8 мин)
Цель этапа: освоить первичную сортировку деталей конструктора и закрепить умение выбирать критерий классификации.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
2 мин | Учитель демонстрирует лоток с деталями: "Перед вами набор, в котором смешаны элементы корпуса, крепежа, передачи движения и движения робота. Не берите детали хаотично. Сначала договоритесь о критерии и распределите роли: сортировщик, проверяющий, секретарь, докладчик." | Рассматривают детали, называют признаки: форма, размер, цвет, способ соединения, функция; распределяют роли. |
4 мин | Учитель выдаёт группам задание трёх уровней: "Базовый уровень — разделите детали по внешнему виду. Стандартный — разделите их на элементы корпуса, соединители, детали движения и крепёж. Повышенный — предложите собственную двухступенчатую классификацию и объясните, какая деталь может относиться к двум функциональным группам. Работайте четыре минуты по таймеру." | Сортируют детали в лотки или на листы с подписями, составляют небольшую таблицу, проверяют спорные элементы, формулируют объяснение. |
2 мин | Учитель проводит игровую проверку «Инженерная инспекция»: "Я назову деталь, а докладчик быстро покажет её место и объяснит выбор. За верную аргументацию команда получает жетон, за найденную и исправленную ошибку — дополнительный жетон." | Показывают колёса, оси, балки, соединители и шестерни; отвечают: "Ось передаёт вращение", "Соединитель объединяет детали", "Балка формирует корпус или раму". |
Эталон проверки
Корректная функциональная сортировка включает минимум четыре группы: элементы корпуса и рамы; соединительные элементы и крепёж; элементы передачи движения — оси и шестерни; элементы движения — колёса или гусеницы. Одна и та же деталь может быть отнесена к другой группе, если команда приводит обоснование по её функции.
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Мы убедились, что сортировка — это не просто раскладывание предметов по цвету. Инженер выбирает критерий, объясняет его и проверяет результат. Осталось индивидуально показать, что каждый из вас понял."
Этап 7. Самостоятельная работа, рефлексия и домашнее задание (5 мин)
Цель этапа: проверить индивидуальное понимание темы, организовать самооценку и обозначить продолжение практической работы дома.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
2 мин | Учитель раздаёт мини-карточку: "Выполните три задания самостоятельно. Первое: вставьте пропуски в цепочке «датчик — ... — исполнительный механизм». Второе: отнесите робота-хирурга, робота-пылесоса и марсоход к категориям. Третье: назовите два признака, по которым можно сортировать детали конструктора." | Заполняют карточку: "управляющее устройство и программа"; "медицинский, бытовой, исследовательский"; "по функции и форме". |
1 мин | Учитель проводит рефлексию «Светофор»: "Покажите цвет: зелёный — могу объяснить принцип работы робота; жёлтый — понимаю, но нужна тренировка; красный — пока затрудняюсь. В маршрутном листе допишите одно предложение: ‘Сегодня я научился…’." | Показывают карточки, завершают предложение, отмечают затруднение: "Сегодня я научился находить датчик и исполнительный механизм". |
2 мин | Учитель объясняет домашнюю работу: "Выберите один из трёх уровней. Обязательное задание выполняют все, повышенное или дополнительное — по желанию. Перед уходом ответьте на контрольный вопрос: ‘Почему робот без программы не может самостоятельно выбрать действие?’" | Записывают домашнее задание, отвечают: "Потому что программа задаёт правила обработки информации и выбора действия". |
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Сегодня вы прошли путь от наблюдения за роботом до работы с деталями конструктора. На следующем уроке мы используем эти знания для создания и программирования простой модели."
Критерии оценивания практической работы
- «5» — группа правильно распределила не менее 90% деталей, назвала выбранные критерии, объяснила назначение минимум четырёх видов деталей и представила аргументированный результат; индивидуальная карточка выполнена без ошибок или с одной неточностью.
- «4» — группа правильно распределила не менее 75% деталей, назвала не менее трёх функциональных групп и объяснила большинство решений; в индивидуальной карточке допущено не более двух ошибок.
- «3» — группа распределила не менее 60% деталей с помощью учителя, назвала минимум две группы и смогла привести хотя бы один аргумент; индивидуальная карточка выполнена частично.
- Ниже базового уровня — критерий не достигнут, если ученик не различает элементы системы робота и не может объяснить выбранный способ сортировки даже после подсказки.
Рефлексия
Вопрос для ученика | Цель вопроса |
|---|---|
Что нового вы узнали о принципе работы робота? | Выявление осознания цепочки «датчик — программа — действие». |
По какому признаку вы классифицировали роботов и почему выбрали именно его? | Проверка умения обосновывать способ классификации. |
Какая деталь конструктора вызвала наибольшие затруднения? | Выявление точек затруднения при распознавании и функциональной сортировке деталей. |
Какой уровень задания «Мой робот-помощник» вы выбрали и что получилось лучше всего? | Осознание индивидуального результата, мотивации и готовности к дальнейшему проектированию. |
Завершающее слово учителя
"Сегодня мы выяснили, что робот — это не просто машина, которая движется, а система, получающая информацию, обрабатывающая её по программе и выполняющая действие. Вы научились различать роботов по назначению, предложили собственных помощников и выполнили инженерную сортировку деталей. Помните о типичной ошибке: внешний вид детали или робота не всегда показывает его функцию, поэтому важно приводить доказательство. На следующем уроке мы перейдём от классификации к созданию и программированию модели."
Домашнее задание
Уровень | Что задать | Зачем |
|---|---|---|
Базовый (обязательный) | Составить таблицу из шести примеров роботов: название или изображение, сфера применения, основная функция, возможный датчик и исполнительное устройство. | Закрепляет классификацию роботов и умение описывать их по структуре «информация — программа — действие»; при проверке смотреть на соответствие функции и компонентов. |
Средний (повышающий) | Разработать на листе схему робота-помощника для дома или школы: проблема, назначение, два датчика, управляющее устройство, программа действий, исполнительный механизм и правила безопасности. | Развивает проектное мышление и умение применять модель работы робота к реальной ситуации; при проверке учитывать полноту схемы и логичность действий. |
Продвинутый (дополнительный) | Создать мини-проект «Умная сортировка»: предложить алгоритм, по которому робот разделяет три вида предметов, указать признаки распознавания, последовательность действий и возможную ошибку системы. | Формирует исследовательские и алгоритмические умения, подготавливает к программированию; при проверке смотреть на точность условий, последовательность команд и способы исправления ошибки. |
Контрольные вопросы перед выходом: «Какие четыре элемента входят в модель работы робота? Чем автоматизация отличается от роботизации? Назовите две сферы применения роботов. По каким двум признакам можно сортировать детали конструктора? Почему инженер должен уметь объяснять выбранный критерий?»
