Робототехника: сферы применения роботов
Цели и задачи
- Цель по SMART: к концу урока учащиеся объяснят, что изучает робототехника, назовут не менее пяти сфер применения роботов и в группах разработают предложение по использованию робота для решения конкретной жизненной задачи.
- Сформировать представление о робототехнике как области науки и техники, объединяющей конструирование, программирование и управление роботами.
- Научить классифицировать роботов по сфере применения и объяснять, какую задачу робот решает в каждой сфере.
- Развивать умение извлекать информацию из изображений и коротких описаний, сравнивать варианты и аргументировать собственное решение.
- Воспитывать ответственное отношение к технике, понимание пользы и возможных ограничений применения роботов.
Планируемые результаты
Личностные
- Проявляют интерес к современным технологиям и осознают связь робототехники с повседневной жизнью.
- Понимают, что робот должен использоваться для решения конкретной задачи и безопасного улучшения условий труда и жизни людей.
- Осознают личную ответственность за грамотное и безопасное взаимодействие с техническими устройствами.
- Проявляют готовность к сотрудничеству и уважительно относятся к идеям одноклассников.
Метапредметные
- Извлекают информацию из изображений, схем и описаний, выделяют существенные признаки робота.
- Классифицируют объекты по назначению, устанавливают связь между потребностью человека и функцией робота.
- Планируют групповую работу, распределяют роли, соблюдают предложенные критерии и оценивают результат.
- Формулируют выводы, задают уточняющие вопросы и аргументируют выбор сферы применения робота.
Предметные
- Знают понятия «робот», «робототехника», «сфера применения», «датчик», «исполнительный механизм».
- Умеют называть и характеризовать промышленных, медицинских, бытовых, транспортных, сельскохозяйственных, спасательных и исследовательских роботов.
- Умеют соотносить задачу, условия работы и конструктивные возможности робота.
- Владеют алгоритмом описания робота: назначение, среда работы, действия, польза и возможные ограничения.
Универсальные учебные действия (УУД)
Личностные УУД
- Определяют личную значимость изучения робототехники через примеры из жизни семьи, школы и города.
- Осмысливают влияние технологий на безопасность, здоровье и комфорт человека.
- Проявляют познавательный интерес к конструированию и проектированию технических устройств.
- Соблюдают правила бережного и безопасного обращения с оборудованием.
Регулятивные УУД
- Принимают и формулируют учебную цель: определить сферы применения роботов и предложить собственное решение.
- Планируют последовательность действий при выполнении группового задания.
- Сверяют результат с критериями: соответствие задачи, реалистичность, польза и безопасность.
- Обнаруживают неточности в классификации и корректируют описание проекта.
Познавательные УУД
- Выделяют признаки робота в предложенных изображениях и описаниях.
- Сравнивают роботов разных сфер применения и устанавливают причинно-следственные связи.
- Моделируют назначение будущего робота в виде краткой схемы «проблема — действие — результат».
- Преобразуют визуальную и текстовую информацию в таблицу классификации.
Коммуникативные УУД
- Распределяют роли в группе: координатор, аналитик, секретарь и докладчик.
- Формулируют вопросы к сообщениям одноклассников и отвечают на них по существу.
- Аргументируют выбор сферы применения робота, используя не менее двух доводов.
- Согласовывают общее решение и конструктивно оценивают идеи других групп.
Подготовка учителя к уроку
- Подготовить презентацию или подборку изображений роботов в промышленности, медицине, быту, сельском хозяйстве, транспорте, космосе и спасательных службах.
- Распечатать карточки с изображениями и краткими описаниями 12 роботов — по одному комплекту на каждую группу из 4–5 учащихся.
- Распечатать карточки с жизненными проблемами для проектного задания — по одной карточке на группу.
- Подготовить листы формата А3, маркеры, клейкие стикеры и цветные карточки — по одному набору на группу.
- Вывести на доску схему «задача человека — действия робота — результат» и памятку признаков робота.
- Подготовить таблицу для классификации: «Сфера применения — задача — действия робота — польза».
- Подготовить таймер на 3 и 5 минут, сигнальные карточки зелёного, жёлтого и красного цвета — по одной на ученика.
- Проверить проектор, ноутбук и интерактивную доску; заранее открыть изображения без необходимости выхода в интернет.
- Разместить на доске критерии группового мини-проекта: полезность, соответствие задаче, понятность описания, безопасность.
Ход урока
Этап 1. Организационный момент и мотивация (4 мин)
Цель этапа: включить учащихся в учебную деятельность через яркий жизненный пример и сформировать интерес к теме.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
1 мин | Учитель приветствует класс и показывает на экране изображения робота-пылесоса, хирургического манипулятора и марсохода. «Здравствуйте, ребята. Посмотрите на три изображения. На первый взгляд эти устройства совсем не похожи друг на друга. Как вы думаете, что их объединяет?» | Рассматривают изображения, формулируют предположения: «Они выполняют действия вместо человека», «Ими управляет программа», «Это роботы». |
2 мин | Учитель проводит приём «Крючок»: «Представьте, что завтра в школе появится робот-помощник. Он может делать только одну работу. Какую работу вы ему поручите и почему? Подумайте 30 секунд, обсудите ответ с соседом и поделитесь одной идеей». | Индивидуально выбирают задачу, обсуждают её в парах и предлагают варианты: «убирать класс», «переносить книги», «помогать в лаборатории». |
1 мин | Учитель фиксирует ответы на доске и говорит: «Сегодня мы выясним, где уже работают роботы, какие задачи им можно поручать и как предложить собственного робота для конкретной ситуации». | Записывают тему урока и называют ожидаемый результат: «узнать сферы применения роботов и придумать полезного робота». |
Завершение этапа: учитель подводит итог: «Мы увидели, что роботы встречаются в самых разных местах и выполняют разные задачи. Теперь проверим, какие признаки помогают отличить робота от обычного механизма и программы».«
Этап 2. Актуализация знаний и выявление затруднения (6 мин)
Цель этапа: актуализировать представления о механизмах, программах и управлении, обнаружить затруднение в определении понятия «робот».
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
2 мин | Учитель показывает изображения игрушечной машинки с пультом, автоматической двери, стиральной машины и робота-манипулятора. «Распределите изображения на две группы: где устройство выполняет заранее заданное действие, а где оно воспринимает окружающую ситуацию и действует в соответствии с программой». | Обсуждают изображения в парах, прикрепляют стикеры «автомат» и «робот», объясняют выбор: «Дверь открывается по сигналу датчика», «Манипулятор выполняет программу и перемещает предмет». |
2 мин | Учитель задаёт вопросы: «Что такое механизм? Что делает программа? Для чего роботу нужны датчики? Чем исполнительный механизм отличается от датчика?» На доске записывает ключевые слова. | Отвечают: «Механизм передаёт движение», «Программа задаёт порядок действий», «Датчик получает информацию», «Исполнительный механизм выполняет действие». |
2 мин | Учитель предлагает спорное утверждение: «Любое устройство, которое работает автоматически, является роботом». «Поднимите зелёную карточку, если согласны, красную — если не согласны. Обоснуйте позицию». | Выбирают карточку и аргументируют: «Не любое автоматическое устройство является роботом, потому что оно может выполнять только одно действие без анализа обстановки». |
Завершение этапа: учитель подводит итог: «Мы вспомнили датчики, программу и исполнительные механизмы, но пока не договорились о полном определении робота. Значит, нам нужно исследовать его признаки и области применения».«
Этап 3. Постановка проблемы и целеполагание (4 мин)
Цель этапа: сформулировать проблему урока, цель и план совместного исследования.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
2 мин | Учитель показывает фотографии робота-сапёра, беспилотного сельскохозяйственного аппарата и медицинского робота. «Все эти устройства называются роботами. Но почему человек не использует одного универсального робота для всех задач? Какие условия различаются?» | Сравнивают изображения, называют условия: «В больнице важна точность», «На поле нужны большие колёса», «У сапёра должна быть дистанционная связь», «Робот должен выдерживать опасную среду». |
2 мин | Учитель организует приём «Снежный ком»: «Сначала каждый запишите один вопрос, на который хотите получить ответ. Затем объединитесь в пары, выберите главный вопрос, а после этого группа сформулирует общую цель урока». Учитель записывает на доске план: определить признаки робота, классифицировать сферы, предложить решение. | Формулируют вопросы и общую цель: «Какие бывают роботы?», «Где они работают?», «Как выбрать робота для задачи?». Принимают план урока. |
Посмотрите план целиком
Зарегистрируйтесь — и откройте план урока по этой теме полностью: цели, ход урока и рефлексия по ФГОС.
Завершение этапа: учитель подводит итог: «Наш вопрос звучит так: как сфера применения определяет устройство и действия робота? Сначала откроем основные признаки робота, затем проверим их на примерах и создадим собственное техническое предложение».«
Этап 4. Открытие нового знания (9 мин)
Цель этапа: сформировать представление о робототехнике и основных сферах применения роботов через анализ изображений и описаний.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
3 мин | Учитель показывает на доске схему и объясняет: «Робот — это автоматическое устройство, которое воспринимает информацию об окружающей среде, обрабатывает её по программе и выполняет действие с помощью исполнительных механизмов. Датчики помогают получать информацию, программа определяет порядок действий, а двигатели или захваты выполняют команду. Робототехника — область, в которой проектируют, конструируют и программируют роботов». | Слушают объяснение, находят на схеме датчик, программу и исполнительный механизм, приводят примеры: «Камера — датчик», «Колёса — исполнительный механизм». |
3 мин | Учитель раздаёт группам карточки с описаниями: робот собирает детали на заводе; робот доставляет лекарства в больнице; робот-пылесос убирает пол; робот исследует поверхность другой планеты; робот поливает растения; робот ищет людей после аварии. «Прочитайте карточки и назовите сферу применения каждого робота». | Читают карточки, распределяют их по категориям и формулируют ответы: «промышленность», «медицина», «быт», «космос», «сельское хозяйство», «спасательные службы». |
3 мин | Учитель дополняет классификацию и задаёт толстые вопросы: «Почему робота отправляют в опасную зону вместо человека? Почему медицинский робот должен быть особенно точным? Какие роботы могут работать без постоянного присутствия оператора?» | Отвечают с аргументами: «Робот снижает риск для человека», «Ошибка в медицине может навредить пациенту», «Автономный робот использует датчики и программу для принятия действий». |
Запись в тетрадях
- Робот — автоматическое устройство, которое получает информацию, обрабатывает её по программе и выполняет действия.
- Основные элементы: датчики, программа управления, исполнительные механизмы.
- Сферы применения: промышленность, медицина, быт, транспорт, сельское хозяйство, спасательные службы, космос и исследования.
Завершение этапа: учитель подводит итог: «Теперь у нас есть признаки робота и карта основных сфер его применения. Проверим, сможем ли мы объяснить выбор робота не по внешнему виду, а по его задаче, условиям работы и пользе».«
Этап 5. Первичное закрепление. Классификация роботов (7 мин)
Цель этапа: закрепить умение соотносить робота, его задачу и сферу применения.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
3 мин | Учитель предлагает игру «Робот или не робот?»: «Я показываю изображение или читаю описание, а вы поднимаете карточку с буквой Р, если видите признаки робота, и букву А, если это автоматическое устройство. После каждого ответа назовите один признак». | Поднимают карточки и объясняют выбор: «Робот-курьер — Р, потому что получает данные о маршруте и выполняет движение», «Автоматический дозатор — А, если он только выдаёт порцию при нажатии». |
2 мин | Учитель раздаёт таблицу с четырьмя объектами: робот-уборщик, промышленный манипулятор, дрон-наблюдатель, робот-агроном. «Заполните три графы: сфера, задача, полезный результат. Работайте в парах, время — две минуты». | В парах заполняют таблицу: «робот-уборщик — быт — уборка — экономия времени»; «манипулятор — промышленность — сборка — точность и скорость». |
2 мин | Учитель проводит взаимопроверку по эталону на доске и спрашивает: «Какая ошибка встречалась чаще всего? Почему один и тот же робот может использоваться в разных сферах?» | Сверяют записи, исправляют неточности, формулируют вывод: «Сферу определяет не внешний вид, а задача и условия работы робота». |
Завершение этапа: учитель подводит итог: «Вы научились связывать устройство с задачей и сферой применения. Теперь применим этот алгоритм в мини-проекте и спроектируем робота для реальной проблемы».«
Этап 6. Групповой мини-проект «Робот для решения задачи» (10 мин)
Цель этапа: применить знания о сферах робототехники при разработке и защите собственного технического решения.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
1 мин | Учитель делит класс на группы и раздаёт карточки ситуаций: «школьная теплица требует регулярного полива», «после землетрясения нужно обследовать опасное здание», «в больнице требуется доставлять лекарства», «на заводе нужно перемещать тяжёлые детали». «Распределите роли и прочитайте критерии: соответствие задаче, польза, реалистичность, безопасность». | Объединяются в группы по 4–5 человек, распределяют роли: координатор, аналитик, секретарь, художник и докладчик. |
5 мин | Учитель даёт инструкцию: «На листе А3 запишите название робота, сферу применения и ответьте на четыре вопроса: какую проблему он решает, что воспринимают его датчики, какие действия выполняют механизмы, в чём польза и какое ограничение нужно учитывать? Представьте решение схемой или рисунком». Учитель консультирует группы вопросами: «Что произойдёт, если исчезнет связь? Как робот поймёт, что задача выполнена?» | Обсуждают ситуацию, создают плакат, рисуют робота и схему «проблема — датчики — действия — результат», записывают не менее двух преимуществ и одного ограничения. |
4 мин | Учитель организует краткую защиту: «У каждой группы одна минута. Назовите сферу, задачу робота, его действие и правило безопасности. После выступления одна группа задаёт уточняющий вопрос, а остальные показывают зелёную или жёлтую карточку по критерию понятности». | Докладчики защищают проекты. Слушатели задают вопросы: «Как робот обнаружит препятствие?», «Кто будет его контролировать?». Оценивают проекты карточками и называют сильную сторону каждой работы. |
Завершение этапа: учитель подводит итог: «Ваши проекты показали, что хороший робот начинается не с красивого корпуса, а с точного понимания проблемы. Осталось индивидуально проверить, каждый ли из нас умеет классифицировать роботов и объяснять их назначение».«
Этап 7. Самостоятельная работа с самопроверкой и рефлексия (5 мин)
Цель этапа: проверить индивидуальное понимание материала, организовать самоконтроль и зафиксировать результат урока.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
3 мин | Учитель раздаёт карточку с заданиями: «1. Допишите: робот получает информацию с помощью ..., а действие выполняет с помощью ... . 2. Соотнесите сферу и пример: медицина, быт, промышленность — хирургический манипулятор, робот-пылесос, сборочный робот. 3. Объясните одним предложением, зачем роботу датчик». После выполнения показывает эталон. | Индивидуально выполняют три задания. Сверяют ответы с эталоном, подчёркивают верные элементы и исправляют ошибки. |
2 мин | Учитель проводит приём «Билет на выход»: «Запишите на стикере три коротких ответа: какую новую сферу вы узнали, какую задачу может решать робот, какое ограничение нельзя забывать. Поднимите зелёную карточку, если можете объяснить разницу между роботом и автоматическим устройством, жёлтую — если нужна тренировка». | Заполняют стикер: «Робот может работать в спасательной службе», «Он обследует опасное место», «Нужны контроль и безопасная программа». Показывают карточки самооценки. |
Завершение этапа: учитель подводит итог: «Сегодня вы прошли путь от наблюдения за знакомыми устройствами до создания собственного технического решения. Проверьте себя по критериям и выберите домашнее задание, которое поможет закрепить именно то, что пока вызывает трудность».«
Критерии оценивания практической работы
- «5» — группа правильно определила сферу применения, описала проблему, датчики и действия робота, указала пользу и ограничение, представила понятную схему; индивидуальная карточка выполнена без ошибок или с одной неточностью.
- «4» — группа верно определила сферу и задачу, но недостаточно подробно раскрыла датчики, ограничения или правило безопасности; в индивидуальной карточке допущены не более двух ошибок.
- «3» — группа частично связала робота с задачей, схема содержит основные элементы, но объяснение пользы или безопасности неполное; в индивидуальной карточке выполнена не менее половины заданий.
Рефлексия
Вопрос для ученика | Цель вопроса |
|---|---|
Что нового вы узнали о сферах применения роботов? | Выявление осознания предметного содержания и расширения представлений о робототехнике. |
Какие признаки помогают отличить робота от обычного автоматического устройства? | Проверка понимания роли датчиков, программы и исполнительных механизмов. |
Что было самым трудным при создании группового проекта? | Выявление затруднений в планировании, распределении ролей и применении знаний. |
Какую задачу вы поручили бы роботу в своей жизни и почему? | Связь учебного материала с личным опытом и оценка функциональной грамотности. |
Завершающее слово учителя
«Сегодня мы выяснили, что робототехника помогает создавать устройства для решения конкретных задач в промышленности, медицине, быту, сельском хозяйстве, спасательных службах и других сферах. Важно помнить: робота определяет не внешний вид, а способность получать информацию, действовать по программе и выполнять работу с помощью механизмов. Типичная ошибка — называть роботом любое автоматическое устройство, не проверяя наличие датчиков и управляемых действий. На следующем уроке мы разберём, из каких узлов состоит робот и как его движение зависит от команд программы».«
Домашнее задание
Уровень | Что задать | Зачем |
|---|---|---|
Базовый (обязательный) | Составить таблицу из пяти роботов: название или описание, сфера применения, решаемая задача и польза для человека. Один пример должен быть из быта, один — из промышленности, один — из медицины или спасательных служб. | Закрепляет классификацию роботов; при проверке обратить внимание на соответствие конкретной задачи и сферы применения. |
Средний (повышающий) | Описать одного выбранного робота по плану: проблема, среда работы, датчики, действия исполнительных механизмов, результат и возможное ограничение. Объём — 8–10 предложений или схема с пояснениями. | Формирует умение анализировать устройство робота через его функции и условия работы; проверить наличие всех пунктов плана. |
Продвинутый (дополнительный) | Разработать эскиз робота для школы или дома: изобразить корпус, обозначить два датчика и два исполнительных механизма, составить алгоритм из 5–7 последовательных действий и добавить правило безопасного использования. | Развивает проектное и алгоритмическое мышление; при проверке оценить реалистичность, последовательность команд и безопасность решения. |
Контрольные вопросы перед выходом из класса: «Что изучает робототехника? Какие три элемента позволяют роботу действовать? Назовите не менее пяти сфер применения роботов. Почему задача и условия работы важнее внешнего вида робота? Какое правило безопасности нужно соблюдать при создании и использовании робота?»
