Групповой творческий проект: модель робота с ременной или зубчатой передачей и датчиком нажатия
Цели и задачи
- Цель урока по SMART: за 45 минут в группе спроектировать, собрать, запрограммировать и испытать работоспособную модель робота с ременной или зубчатой передачей и датчиком нажатия, представить результат и оценить его качество по заданным критериям.
- Образовательная задача: закрепить назначение ременной и зубчатой передач, принцип действия датчика нажатия и последовательность этапов робототехнического проекта.
- Развивающая задача: развивать умение анализировать техническую проблему, моделировать конструкцию, распределять роли, проверять гипотезы и корректировать модель по результатам испытания.
- Коммуникативная задача: формировать навыки группового планирования, аргументированной защиты проектного решения и конструктивной обратной связи.
- Воспитательная задача: воспитывать ответственность за общий результат, аккуратность при работе с оборудованием и уважение к труду инженера и проектировщика робототехники.
Планируемые результаты
Личностные
- Проявляют интерес к созданию технических объектов, связанных с реальными задачами автоматизации.
- Осознают ценность совместного труда, ответственности за порученную роль и взаимопомощи в группе.
- Понимают значение профессий инженера по робототехнике и проектировщика робототехники для развития современной техники.
- Оценивают собственный вклад в проект и готовы принимать конструктивные рекомендации.
Метапредметные
- Планируют проект по этапам: обоснование, сборка, программирование, испытание и защита.
- Извлекают информацию из учебника, схемы, инструкции и электронного образовательного ресурса.
- Сравнивают результаты испытаний, выявляют причину неисправности и предлагают способ улучшения модели.
- Распределяют обязанности, соблюдают регламент и представляют результат с использованием цифровых средств.
- Применяют элементы математической, естественно-научной и информационной грамотности при анализе передачи движения и алгоритма.
Предметные
- Знать назначение ременной и зубчатой передач, датчика нажатия и исполнительного механизма.
- Уметь по схеме выбрать тип передачи для модели и объяснить направление передачи движения.
- Уметь собрать простую модель робота из конструктора, подключить датчик нажатия и исполнительный механизм.
- Уметь составить и загрузить программу, в которой нажатие датчика вызывает заданное действие робота.
- Уметь испытать модель по критериям качества, зафиксировать результат и защитить проект.
Универсальные учебные действия (УУД)
Личностные УУД
- Определяют личный вклад в командный проект и соотносят его с общей целью группы.
- Формируют ответственное отношение к безопасности, точности сборки и сохранности оборудования.
- Осмысливают связь школьного проекта с профессиональной деятельностью специалистов по робототехнике.
- Проявляют инициативу при выборе конструкции и творческого улучшения модели.
Регулятивные УУД
- Формулируют цель проекта и составляют последовательность действий по технологической карте.
- Распределяют время между сборкой, программированием, испытанием и подготовкой защиты.
- Осуществляют самоконтроль по чек-листу и корректируют конструкцию или программу после испытания.
- Оценивают достижение результата по критериям работоспособности, прочности, аккуратности и объяснимости.
Познавательные УУД
- Выделяют существенные признаки ременной и зубчатой передач в тексте, схеме и готовой модели.
- Строят простую модель технической системы: входной сигнал, обработка, действие исполнительного механизма.
- Устанавливают причинно-следственную связь между нажатием датчика, командой программы и движением робота.
- Сравнивают два технических решения и обосновывают выбор одного из них.
- Используют данные испытаний для поиска ошибки и улучшения конструкции.
Коммуникативные УУД
- Распределяют роли в группе: конструктор, программист, испытатель, докладчик.
- Задают уточняющие вопросы, выслушивают предложения и договариваются о едином решении.
- Аргументируют выбор типа передачи и алгоритма работы робота.
- Представляют проект классу и дают корректную обратную связь по формуле «две сильные стороны и одно пожелание».
Подготовка учителя к уроку
- Подготовить наборы робототехнического конструктора с деталями для ременной и зубчатой передачи, контроллером, мотором и датчиком нажатия — по одному набору на группу из 3–4 учеников.
- Распечатать технологические карты проекта, карточки трёх уровней сложности и чек-листы испытания — по одному комплекту на группу.
- Подготовить карточки ролей: «конструктор», «программист», «испытатель», «докладчик», а также жетоны для игровой жеребьёвки.
- Вывести на экран схему «датчик — программа — исполнительный механизм» и краткое сравнение ременной и зубчатой передач.
- Подготовить ноутбуки или планшеты с установленной средой программирования, кабели подключения и доступ к ЭОР с инструкцией по датчику нажатия.
- Организовать безопасные зоны испытания, ограничители траектории и рабочие коврики для каждой группы.
- Подготовить карточки с проблемными ситуациями: «ремень проскальзывает», «шестерни заклинивает», «робот не реагирует на нажатие».
- Разместить на доске критерии оценки: работоспособность, прочность, точность программы, аккуратность, обоснование решения и качество защиты.
- Подготовить таймер, стикеры для рефлексии и таблицу фиксации результатов испытаний.
- Определить межпредметные связи с информатикой, физикой, математикой и обществознанием через алгоритмы, передачу движения, измерение времени и знакомство с профессиями.
Ход урока
Этап 1. Организационный момент и мотивация (3 мин)
Цель этапа: включить учащихся в проектную деятельность, обозначить практическую значимость и правила безопасной работы.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
1 мин | Учитель приветствует класс и показывает короткую видеодемонстрацию робота, который после нажатия на датчик меняет направление движения. «Здравствуйте, ребята. Сегодня вы будете не просто собирать модель, а выступите в роли команды разработчиков. Посмотрите на экран: робот получает сигнал, обрабатывает его и выполняет действие. Подумайте, где подобный принцип может пригодиться в жизни». | Смотрят видеодемонстрацию, называют варианты: «в автоматических дверях», «на производстве», «в игрушках», «в системах безопасности». |
2 мин | Учитель проводит игровой приём «Жеребьёвка инженеров»: группы получают карточки ролей. «В каждой команде будут конструктор, программист, испытатель и докладчик. Роли не означают, что работает только один человек: решение принимается всей группой, но каждый отвечает за свой участок». Учитель напоминает правила: не тянуть провода, не включать мотор до проверки конструкции, бережно обращаться с деталями. | Получают роли, называют свою обязанность, проверяют наличие набора, ноутбука и технологической карты. |
Завершение этапа: учитель подводит итог: «Мы выяснили, что робототехническая система объединяет конструкцию, программу и сигнал датчика. Теперь проверим, какие знания помогут нам спроектировать собственную модель».
Этап 2. Актуализация знаний и проблемный диалог (5 мин)
Цель этапа: актуализировать знания о передачах движения, датчиках и алгоритмах, выявить затруднение.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
2 мин | Учитель демонстрирует две пары деталей: шкивы с ремнём и сцепленные шестерни. «Рассмотрите модели. Чем передача движения в первом случае отличается от передачи во втором? Что произойдёт, если ремень будет слишком слабым? Почему зубчатые колёса должны точно соприкасаться?». | Сравнивают детали в парах, формулируют ответы: «ремень может проскальзывать», «шестерни передают движение через зубья», «при неправильном расстоянии механизм заклинит». |
2 мин | Учитель показывает на экране цепочку «нажатие — условие программы — действие мотора». «Представьте, что робот не реагирует на нажатие. Где может быть причина: в датчике, соединении, условии программы или моторе? Предложите порядок проверки». | Составляют порядок проверки: «проверить провод», «проверить показание датчика», «проверить условие», «проверить мотор». |
1 мин | Учитель фиксирует ответы на доске в виде кластера: «Передача», «Датчик», «Программа», «Испытание». «Сегодня нам предстоит соединить все четыре элемента в одной модели. Как доказать, что модель качественная?». | Предполагают критерии: «робот работает», «конструкция не разваливается», «действие происходит после нажатия», «команда может объяснить решение». |
Завершение этапа: учитель подводит итог: «Мы вспомнили устройство передачи и путь сигнала в роботе, но пока не знаем, какое решение будет надёжнее именно для нашей модели. Сформулируем цель и план проекта».
Посмотрите план целиком
Зарегистрируйтесь — и откройте план урока по этой теме полностью: цели, ход урока и рефлексия по ФГОС.
Этап 3. Постановка проблемы и планирование проекта (5 мин)
Цель этапа: сформулировать проектную задачу, выбрать тип передачи и распределить действия группы.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
2 мин | Учитель организует проблемный диалог. «Вам нужно создать модель робота, которая после нажатия на датчик выполнит полезное действие: начнёт движение, остановится, включит сигнал или переместит деталь. Какую передачу выбрать? Ременную — если нужна мягкая и бесшумная передача, или зубчатую — если важны точность и отсутствие проскальзывания? Обоснуйте выбор». | В группах обсуждают два варианта, выбирают передачу и записывают обоснование: «выбираем зубчатую передачу, потому что движение должно быть точным» или «выбираем ременную, потому что её проще быстро заменить». |
2 мин | Учитель раздаёт технологическую карту и объясняет четыре этапа. «В карте есть обязательные шаги: обоснование, сборка, программирование, испытание. Не переходите к следующему шагу, пока не проверили предыдущий. Используйте метод моделирования: сначала представьте конструкцию на схеме, затем воплотите её из деталей». | Заполняют карту: цель модели, выбранная передача, предполагаемое действие робота, распределение ролей и последовательность работы. |
1 мин | Учитель показывает карточки уровней: базовый, повышающий и творческий. «Каждая группа выполняет обязательное задание. Если справились раньше, выберите усложнение: добавить второй режим работы, звуковой или световой сигнал, ограничитель движения или оригинальный корпус». | Выбирают уровень и творческое улучшение, формулируют ожидаемый результат. |
Завершение этапа: учитель подводит итог: «У каждой команды теперь есть цель, выбранная передача и план действий. Переходим от замысла к сборке, постоянно сравнивая модель с эскизом».
Этап 4. Сборка и программирование модели (12 мин)
Цель этапа: собрать конструкцию, подключить датчик и создать программу реакции робота на нажатие.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
5 мин | Учитель раздаёт наборы и сопровождает исследовательскую работу. «Начните с основания и крепления ведущего механизма. Проверьте, свободно ли вращаются детали. Для ременной передачи убедитесь, что ремень натянут, но не деформирован; для зубчатой передачи проверьте, что зубья входят в зацепление без заклинивания. Не включайте мотор до моего сигнала». | Конструкторы собирают основание и передачу по схеме, программист проверяет соответствие деталей эскизу, испытатель вручную вращает механизм, докладчик отмечает выполненные пункты карты. |
4 мин | Учитель показывает на экране общий алгоритм: «Если датчик нажат, то мотор выполняет действие, иначе мотор остановлен». «Откройте среду программирования, выберите порт датчика и мотора, задайте условие и длительность действия. Проверьте программу сначала без движения, используя индикатор состояния датчика». | Программисты создают алгоритм, подключают датчик и мотор, остальные участники проверяют соединения, находят блоки условия и ожидают изменения показания при нажатии. |
3 мин | Учитель подходит к группам и задаёт вопросы: «Что является входным сигналом? Как программа понимает, что произошло нажатие? Что произойдёт, если поменять местами провода мотора? Какая часть конструкции передаёт движение?». При необходимости предлагает карточку-подсказку базового уровня или карточку-исследование повышенного уровня. | Объясняют путь сигнала, загружают программу, выполняют пробный запуск на малой мощности, фиксируют обнаруженные ошибки и вносят одно изменение в конструкцию или код. |
Запись в тетрадях
- Название проекта и цель модели.
- Выбранная передача и её обоснование.
- Схема: датчик нажатия — условие программы — мотор или другой исполнительный механизм.
- Два выявленных затруднения и способы их устранения.
Завершение этапа: учитель подводит итог: «Основная конструкция и программа готовы. Теперь инженерная работа требует проверки: модель должна не только двигаться один раз, но и стабильно выполнять задачу при повторных испытаниях».
Этап 5. Испытание, оценка качества и физкультминутка (8 мин)
Цель этапа: испытать модель по единому протоколу, выявить недостатки и улучшить техническое решение.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
1 мин | Учитель проводит короткую физкультминутку «Механизм». «По моей команде покажите движение шестерни кистями, ременную передачу — плавным движением рук, нажатие датчика — лёгким нажатием ладоней. Восстановили внимание — приступаем к испытанию». | Повторяют движения, переключаются на практическую работу, готовят рабочую зону. |
5 мин | Учитель раздаёт протокол испытания. «Каждая группа выполняет три запуска. В каждом запуске нажмите на датчик один раз и проверьте: срабатывает ли программа, выполняет ли механизм заданное действие, не проскальзывает ли ремень и не заклинивают ли шестерни. Результат отмечайте знаком «+» или «−», а причину ошибки записывайте словами». | Проводят три испытания, измеряют время реакции по таймеру, отмечают результат в протоколе, меняются ролями и предлагают одну корректировку. |
2 мин | Учитель организует «Технический светофор». «Поднимите зелёную карточку, если модель стабильно работает; жёлтую — если требуется небольшая настройка; красную — если модель пока не выполняет задачу. Объясните, какой шаг нужен дальше». | Показывают карточку, называют проблему и выполняют доступную коррекцию: закрепляют деталь, меняют натяжение ремня, исправляют условие программы или переподключают датчик. |
Эталон проверки
1. Проверить правильность подключения датчика и мотора. 2. Нажать датчик и убедиться, что программа получает сигнал. 3. Проверить условие: при нажатии выполняется действие, без нажатия мотор не запускается самопроизвольно. 4. Проверить передачу: ремень не проскальзывает, шестерни вращаются свободно. 5. Повторить запуск три раза и зафиксировать стабильность результата.
Завершение этапа: учитель подводит итог: «Мы испытали модели не по впечатлению, а по данным трёх запусков. Теперь каждая команда подготовит короткую защиту и докажет, почему её решение можно считать качественным».
Этап 6. Защита проекта и межпредметное обсуждение профессий (7 мин)
Цель этапа: представить проект, обосновать техническое решение, связать его с информатикой, физикой, математикой и профессиональной деятельностью.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
5 мин | Учитель объясняет формат защиты. «На выступление каждой команды — около одной минуты. Назовите проблему и цель, покажите передачу, объясните путь сигнала от датчика к мотору, сообщите результаты трёх испытаний и назовите одно улучшение. Докладчик говорит, но остальные участники по моему вопросу демонстрируют свою часть работы». После каждого выступления учитель задаёт вопрос: «Почему вы выбрали именно эту передачу?». | Докладчики представляют модели, конструкторы показывают механизм, программисты объясняют условие, испытатели сообщают результаты. Отвечают: «Мы выбрали зубчатую передачу, потому что она обеспечивает точное движение» или «Ременная передача удобна для плавного вращения». |
2 мин | Учитель проводит мини-диалог о профессиях. «Инженер по робототехнике отвечает за создание и испытание технической системы. Проектировщик робототехники продумывает конструкцию, внешний вид, расположение деталей и удобство применения. Какая роль сегодня была ближе каждому из вас? Какие школьные знания нужны этим специалистам?». | Соотносят роли с профессиями, называют знания: «информатика нужна для программы», «математика — для размеров и времени», «физика — для движения», «технология — для сборки». |
Завершение этапа: учитель подводит итог: «Вы прошли путь от обоснования идеи до защиты, как настоящая проектная команда. Осталось оценить не только работу робота, но и собственное участие в общем результате».
Этап 7. Рефлексия и домашнее задание (5 мин)
Цель этапа: осмыслить результат, зафиксировать освоенные способы действия и определить направление дальнейшего улучшения.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
2 мин | Учитель раздаёт стикеры и предлагает приём «Билет на выход». «Запишите три коротких ответа: что я научился делать; какую ошибку научился находить; что улучшил бы в модели. Один стикер прикрепите к колонке «получилось», второй — к колонке «нужно потренироваться»». | Заполняют стикеры, прикрепляют их на доску, формулируют личный результат и затруднение. |
1 мин | Учитель возвращается к проблемному вопросу. «Как доказать, что модель качественная? Назовите не менее трёх признаков». | Отвечают: «модель выполняет задачу», «реагирует на датчик», «работает несколько раз подряд», «конструкция прочная», «команда может объяснить решение». |
2 мин | Учитель сообщает домашнее задание и критерии. «Выберите уровень, соответствующий вашей готовности. На следующем уроке мы сравним решения и обсудим, как превратить прототип в более надёжное изделие». | Записывают домашнее задание, задают уточняющие вопросы, сдают протокол испытаний или фотографию модели по правилам учителя. |
Завершение этапа: учитель подводит итог: «Сегодня вы работали как инженеры и проектировщики: обосновали идею, собрали модель, запрограммировали её, испытали и защитили. Ваш следующий шаг — научиться улучшать конструкцию на основе измерений и обратной связи».
Критерии оценивания практической работы
- «5» — модель собрана аккуратно и прочно, выбранная передача работает, датчик правильно запускает действие, программа выполняется стабильно во всех трёх испытаниях, группа обосновывает решение и отвечает на вопросы.
- «4» — модель выполняет основную задачу, но есть одна небольшая неточность в сборке, программе или оформлении протокола; защита содержит цель, описание передачи и результаты испытания.
- «3» — модель собрана частично или работает нестабильно, но группа демонстрирует понимание назначения датчика и передачи, выполняет основные этапы проекта с помощью учителя.
- Дополнительный творческий балл может быть учтён за самостоятельное улучшение модели, второй режим работы, световой или звуковой сигнал, оригинальный корпус или убедительное техническое сравнение решений.
Рефлексия
Вопрос для ученика | Цель вопроса |
|---|---|
Что нового вы узнали о ременной и зубчатой передаче? | Выявление осознания различий между двумя способами передачи движения. |
Как вы проверяли, что датчик и программа работают правильно? | Проверка понимания связи между входным сигналом, условием и действием механизма. |
Какая ошибка возникла при сборке или программировании и как вы её исправили? | Выявление исследовательских и регулятивных действий ученика. |
Какой вклад в работу группы вы считаете наиболее значимым? | Осознание личной ответственности, сотрудничества и профессиональных ролей. |
Завершающее слово учителя
«Сегодня вы прошли полный цикл небольшого инженерного проекта: от обоснования идеи до испытания и защиты. Мы увидели, что красивый робот ещё не обязательно является качественной моделью: важно, чтобы он стабильно выполнял задачу, а команда могла объяснить каждое решение. Типичные ошибки связаны с недостаточно закреплёнными деталями, неправильным подключением датчика и непроверенным условием программы. На следующем уроке мы будем улучшать прототипы по данным испытаний и сравнивать эффективность разных конструкций».
Домашнее задание
Уровень | Что задать | Зачем |
|---|---|---|
Базовый (обязательный) | Составить в тетради технологическую карту из пяти пунктов для своей модели: цель, выбранная передача, сборка, программа реакции на датчик, испытание. Добавить схему «датчик — программа — исполнительный механизм». | Закрепляет последовательность проектной деятельности; при проверке оценить полноту этапов и правильность связей в схеме. |
Средний (повышающий) | Предложить два способа улучшения своей модели робота и сравнить их по критериям прочности, точности, стоимости деталей и удобства программирования. | Развивает анализ и оценку технических решений; при проверке обратить внимание на аргументированность сравнения. |
Продвинутый (дополнительный) | Разработать эскиз робота для реальной задачи: перенос небольшого предмета, сигнализация при нажатии или автоматическая остановка. Указать тип передачи, действие датчика и последовательность команд программы. | Развивает творческое проектирование и связь технологии с жизненными задачами; при проверке оценить реалистичность конструкции и ясность алгоритма. |
Контрольные вопросы перед выходом: «Какую функцию выполняет передача движения? Чем ременная передача отличается от зубчатой? Что является входным сигналом в нашей модели? Как программа связывает нажатие датчика с действием мотора? Какие три признака подтверждают качество робота?»
