Знакомство с датчиками. Программирование одного и двух датчиков нажатия
Цели и задачи
- Цель урока по SMART: к концу урока каждый ученик объяснит назначение и принцип работы датчика нажатия, создаст и протестирует программу для одного датчика, а учащиеся базового и повышенного уровней составят программу для двух датчиков с фиксацией результата в рабочем листе.
- Сформировать представление о датчиках как устройствах получения информации о состоянии окружающей среды или объекта.
- Научить подключать датчик нажатия и составлять программу, в которой нажатие вызывает заданное действие исполнительного устройства.
- Развивать умение выдвигать гипотезу, моделировать алгоритм, проверять программу экспериментом и находить ошибку.
- Воспитывать ответственное отношение к безопасной работе с электронным оборудованием, интерес к робототехнике и культуру сотрудничества.
Планируемые результаты
Личностные
- Проявляют познавательный интерес к устройствам автоматизации и робототехнике.
- Понимают ценность точности, настойчивости и безопасной организации практической работы.
- Осознают личный вклад в командный результат и готовы корректно обсуждать ошибки одноклассников.
- Формулируют отношение к цифровым технологиям как к инструменту решения практических задач.
Метапредметные
- Извлекают информацию о датчиках из учебника, схемы, ЭОР и демонстрации учителя.
- Планируют последовательность подключения, программирования и проверки устройства.
- Сравнивают предполагаемый и фактический результат эксперимента, формулируют вывод.
- Работают в паре, распределяют роли программиста, оператора и эксперта, аргументируют выбор алгоритма.
Предметные
- Знать назначение датчика, различие между входным сигналом и действием исполнительного устройства.
- Уметь объяснять принцип работы датчика нажатия и определять состояния «нажат» и «не нажат».
- Уметь подключать датчик нажатия по схеме и составлять программу с условием.
- Уметь составлять программу взаимодействия двух датчиков нажатия и тестировать её на наборе оборудования.
- Владеть приёмами поиска простой ошибки в подключении или алгоритме.
Универсальные учебные действия (УУД)
Личностные УУД
- Определяют личный интерес к проектированию автоматических устройств.
- Осмысливают значение соблюдения инструкции и правил безопасной работы.
- Оценивают собственный вклад в достижение общего результата пары или группы.
- Проявляют готовность воспринимать ошибку как источник нового знания.
Регулятивные УУД
- Принимают учебную задачу: выяснить, как устройство узнаёт о нажатии.
- Планируют действия по схеме «подключить — запрограммировать — проверить — исправить».
- Осуществляют самоконтроль по чек-листу подключения и программирования.
- Сравнивают результат с условием задачи и вносят коррективы в программу.
Познавательные УУД
- Выделяют существенные признаки датчика и классифицируют устройства по функции.
- Строят простую модель «событие — условие — действие».
- Анализируют данные эксперимента с одним и двумя датчиками.
- Преобразуют текстовую инструкцию и схему в последовательность команд.
Коммуникативные УУД
- Распределяют роли в паре и согласуют порядок действий.
- Задают уточняющие вопросы по схеме и алгоритму.
- Объясняют партнёру назначение блоков программы и аргументируют выбор решения.
- Корректно сообщают об ошибке, предлагают способ её исправления.
Подготовка учителя к уроку
- Подготовить на каждую пару комплект: контроллер, один или два датчика нажатия, соединительные провода, исполнительный элемент или индикатор, компьютер и кабель подключения.
- Проверить работоспособность оборудования, заряд аккумуляторов и запуск среды программирования.
- Распечатать рабочие листы на каждого ученика: схема датчика, таблица состояний, задания трёх уровней и чек-лист самопроверки.
- Подготовить карточки ролей «Программист», «Инженер по подключению», «Тестировщик» — по одной на пару или мини-группу.
- Вывести на интерактивную доску схему «датчик — контроллер — исполнительное устройство» и модель «если произошло событие, то выполнить действие».
- Подготовить ЭОР: короткую анимацию о работе датчика нажатия, интерактивную схему состояний и электронный тест на 4–5 вопросов.
- Разместить на доске правила безопасности: не подключать провода при включённом питании, не тянуть за провод, сообщать о неисправности.
- Подготовить карточки игрового задания «Робот-охранник»: один датчик включает сигнал, два датчика определяют комбинацию действий.
- Открыть для учащихся электронную инструкцию и папку с заготовками программ; заранее проверить доступ к локальным или школьным цифровым ресурсам.
- Подготовить стикеры трёх цветов для приёма «Светофор» и лист наблюдений для фиксации результата групп.
Ход урока
Этап 1. Организационный момент и мотивация (3 мин)
Цель этапа: организовать безопасную работу и вызвать интерес к проблеме получения информации устройством.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
1 мин | Учитель приветствует класс: "Здравствуйте, ребята. Сегодня мы будем не просто писать команды, а попробуем научить устройство реагировать на действия человека. Проверьте, что на столе есть тетрадь, рабочий лист и ручка, а оборудование пока не подключайте. Помните: сначала изучаем схему, затем собираем устройство и только после этого включаем питание." | Проверяют наличие материалов, не подключают оборудование, повторяют правило безопасной работы. |
2 мин | Учитель показывает на экране изображение автоматической двери и задаёт проблемный вопрос: "Как дверь понимает, что к ней подошёл человек? Может ли программа увидеть нажатие кнопки без специального устройства? Предположите, какую информацию должен получить контроллер. Приём «Подумай — обсуди в паре — поделись»: 30 секунд размышляем, минуту обсуждаем, затем принимаем несколько ответов." | Индивидуально формулируют гипотезу, обсуждают её в парах и предлагают ответы: «нужно узнать, нажата ли кнопка», «датчик передаёт сигнал контроллеру». |
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Мы выяснили, что автоматическому устройству нужно получать сведения о событии. Сегодня узнаем, как датчик нажатия передаёт такую информацию и как превратить её в работающую программу."
Этап 2. Актуализация знаний и выявление затруднения (5 мин)
Цель этапа: актуализировать понятия «алгоритм», «команда», «контроллер» и обнаружить необходимость условной команды.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
2 мин | Учитель показывает на доске цепочку «кнопка — контроллер — световой индикатор»: "Вспомните, что делает контроллер, а что выполняет исполнительное устройство. Чем отличается команда от сигнала? Назовите пример алгоритма из жизни, где действие зависит от условия." | Называют контроллер устройством обработки информации, индикатор — исполнительным устройством; приводят пример: «если горит красный свет, остановиться». |
3 мин | Учитель предлагает мини-игру «Верно — неверно»: "Датчик выполняет действие вместо программы. Датчик передаёт сведения о состоянии объекта. Условие позволяет программе выбрать действие. Два датчика всегда дают одинаковый сигнал." Учитель просит поднять зелёную карточку при верном утверждении и красную при неверном, затем просит обосновать два ответа. | Отмечают утверждения карточками, исправляют неверные: «датчик передаёт сигнал», «два датчика могут находиться в разных состояниях». |
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Мы вспомнили, что программа обрабатывает сигнал и выбирает действие. Но пока не ответили, как именно распознать нажатие и записать его в алгоритме. Сформулируем цель исследования."
Этап 3. Постановка проблемы и целеполагание (4 мин)
Цель этапа: сформулировать учебную задачу и построить план исследовательской работы.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
2 мин | Учитель демонстрирует датчик нажатия: "Посмотрите на устройство. Что изменится в его состоянии, если нажать на кнопку? Как контроллер может использовать это изменение? Запишите в рабочем листе гипотезу: «Если ..., то ...». Не стремитесь сразу дать идеальный ответ — мы проверим его экспериментом." | Рассматривают датчик, формулируют гипотезы: «если кнопку нажать, датчик передаст сигнал», «если датчик нажат, индикатор включится». |
2 мин | Учитель фиксирует предложения на доске и предлагает план: "Чтобы решить проблему, нам нужно определить функцию датчика, подключить его по схеме, создать программу для одного датчика, затем изменить программу для двух датчиков и сравнить результаты. Какой шаг нельзя пропустить? Почему?" | Называют этап проверки, дополняют план словами «найти ошибку» и «сделать вывод», записывают цель 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: "Цель определена: научиться получать сигнал от датчика и использовать его в программе. Переходим к исследованию устройства и проверим наши предположения на практике."
Этап 4. Открытие нового знания. Исследование и моделирование (9 мин)
Цель этапа: установить функцию датчика нажатия, его состояния и представить алгоритм в виде модели.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
3 мин | Учитель показывает на экране анимацию ЭОР и поясняет: "Датчик — это устройство, которое получает информацию о состоянии объекта и передаёт её контроллеру. Датчик нажатия реагирует на механическое воздействие. В простейшей модели есть два состояния: «нажат» и «не нажат». Рассмотрите схему и найдите, где возникает сигнал, где он обрабатывается и где появляется действие." | По схеме определяют датчик, контроллер и исполнительный элемент; записывают два состояния датчика в таблицу. |
3 мин | Учитель организует метод моделирования: "Сейчас один ученик будет датчиком, второй — контроллером, третий — лампой. Когда «датчик» поднял карточку «нажат», «контроллер» должен произнести команду включения. Когда карточка «не нажат» — команду выключения. Так мы проверим модель до работы за компьютером." | Разыгрывают модель, меняют карточки состояний, проговаривают: «если нажат, включить; иначе выключить». |
3 мин | Учитель записывает на доске шаблон: «если датчик нажат, то включить индикатор; иначе выключить». "Сравните эту запись с блоками среды программирования. Найдите блок датчика, блок условия и блок действия. Объясните партнёру, зачем нужен каждый блок." | Находят соответствующие блоки в среде, соединяют их мысленно в алгоритм, объясняют назначение блоков партнёру. |
Запись в тетрадях
Датчик получает информацию о состоянии объекта и передаёт сигнал контроллеру. Датчик нажатия имеет состояния «нажат» и «не нажат». Модель алгоритма: «если датчик нажат, то выполнить действие; иначе выполнить другое действие».
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Мы построили модель работы датчика: воздействие изменяет состояние, контроллер распознаёт сигнал, программа выбирает действие. Теперь проверим эту модель настоящим подключением и программой."
Этап 5. Практическая работа. Один датчик нажатия (10 мин)
Цель этапа: создать, запустить и проверить программу управления исполнительным устройством по сигналу одного датчика.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
2 мин | Учитель раздаёт комплекты и карточки ролей: "Инженер по подключению сверяет провода со схемой, программист собирает алгоритм, тестировщик нажимает кнопку и фиксирует результат. Работайте аккуратно: питание включаем только после проверки. Если результат не совпал с гипотезой, не обвиняем партнёра, а ищем место ошибки." | Распределяют роли, подключают один датчик и исполнительный элемент по схеме, сверяют соединения с рабочим листом. |
4 мин | Учитель формулирует задание базового уровня: "Создайте программу: при нажатии кнопки индикатор включается, при отпускании — выключается. Запустите программу и проведите три испытания: не нажата, нажата, снова не нажата. Отметьте результат в таблице." Учитель консультирует группы, задаёт вопросы вместо готового исправления: "Какое состояние проверяет условие? Где в алгоритме действие для противоположного состояния?" | Составляют программу, выполняют три испытания, записывают фактический результат и сравнивают его с ожидаемым. |
4 мин | Учитель предлагает повышенное задание: "Измените программу так, чтобы после нажатия индикатор включался на короткое время, а затем выключался. Объясните, чем отличается событие «нажали» от постоянного состояния «кнопка нажата». Группы, закончившие раньше, получают творческую карточку «Сигнализация»: придумайте, какое действие будет выполнять устройство при нажатии." | Усложняют программу с временной задержкой или дополнительным действием, объясняют алгоритм, предлагают вариант сигнализации. |
Эталон решения
1. Подключить датчик нажатия к входу контроллера, исполнительный элемент — к выходу. 2. Считать состояние датчика. 3. Добавить условие: если состояние равно «нажат», включить индикатор. 4. В ветви «иначе» выключить индикатор. 5. Запустить программу и проверить оба состояния. Если индикатор не реагирует, сначала проверить питание и соединения, затем правильность выбранного входа и условия.
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Каждая команда должна быть связана с конкретным сигналом и действием. Одного датчика достаточно для простой реакции, но в реальном устройстве часто нужно учитывать сразу два условия. Исследуем такую задачу."
Этап 6. Практическая работа. Два датчика нажатия (8 мин)
Цель этапа: применить модель условия к программе с двумя датчиками и сравнить варианты логики.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
2 мин | Учитель показывает игровую карточку «Робот-охранник»: "Представьте, что устройство должно подать сигнал только тогда, когда нажаты две кнопки одновременно. Какой логический связкой воспользуемся — «и» или «или»? Сначала обсудите ответ в паре и заполните таблицу четырёх комбинаций состояний." | Заполняют таблицу: не нажата/не нажата, нажата/не нажата, не нажата/нажата, нажата/нажата; предполагают: «для одновременного сигнала нужно условие “и”». |
4 мин | Учитель даёт задания разной сложности: "Базовый уровень: программа включает индикатор при нажатии хотя бы одной кнопки. Средний уровень: индикатор включается только при нажатии обеих кнопок. Продвинутый уровень: одна кнопка включает зелёный сигнал, вторая — красный, а при одновременном нажатии звучит особый сигнал. Перед запуском нарисуйте блок-схему." | Выбирают уровень, составляют блок-схему и программу, распределяют роли, запускают четыре комбинации нажатий, заносят результаты в таблицу. |
2 мин | Учитель проводит взаимопроверку: "Обменяйтесь рабочими листами с соседней парой. Проверьте три пункта: датчики подключены к разным входам, в условии указана нужная связка, результат совпадает с таблицей. Напишите партнёрам две сильные стороны и одно пожелание." | Проверяют работу другой пары по чек-листу, записывают «две звезды и пожелание», исправляют одну обнаруженную неточность. |
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Вы убедились, что два датчика дают несколько комбинаций состояний, а выбор связки «и» или «или» меняет поведение устройства. Осталось проверить, чему каждый научился самостоятельно."
Этап 7. Самостоятельная проверка, рефлексия и домашнее задание (6 мин)
Цель этапа: оценить индивидуальное понимание материала, зафиксировать затруднения и определить дальнейшую работу.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
3 мин | Учитель раздаёт индивидуальный билет на выход: "Ответьте без помощи компьютера. 1) Что делает датчик? 2) Какие состояния имеет датчик нажатия? 3) Запишите словами алгоритм для двух кнопок, когда сигнал включается только при одновременном нажатии. 4) Назовите одну причину, по которой программа может не работать." | Индивидуально отвечают: «датчик передаёт информацию», «нажат/не нажат», формулируют условие с «и», называют возможные ошибки подключения или программы. |
2 мин | Учитель проводит рефлексию «Светофор»: "Поднимите зелёную карточку, если можете самостоятельно подключить и запрограммировать датчик; жёлтую — если нужна тренировка; красную — если пока требуется помощь. На стикере допишите: «Сегодня я научился...» и «Мне нужно повторить...»." | Показывают карточку, заполняют стикер, прикрепляют его в соответствующую зону доски. |
1 мин | Учитель объявляет домашнее задание: "Запишите выбранный уровень в дневник. Перед выходом проверьте, что оборудование отключено, провода убраны, рабочий лист подписан. На следующем уроке начнём с разбора типичных ошибок и создадим собственный проект." | Записывают домашнее задание, выключают оборудование, отсоединяют провода и сдают рабочие листы. |
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Сегодня вы прошли полный цикл исследовательской работы: выдвинули гипотезу, смоделировали алгоритм, собрали устройство, проверили программу и исправили ошибки. Сохраните свои идеи для творческого проекта — они понадобятся на следующем уроке."
Критерии оценивания практической работы
- «5» — ученик или пара правильно подключили датчики, самостоятельно создали и протестировали программу для одного датчика, выполнили задание с двумя датчиками, заполнили таблицу испытаний и объяснили выбор связки «и» или «или».
- «4» — подключение и программа для одного датчика выполнены верно, программа для двух датчиков содержит не более одной исправленной ошибки, результаты испытаний зафиксированы с небольшой неточностью.
- «3» — ученик объясняет назначение датчика и его состояния, выполняет программу для одного датчика с помощью инструкции, но испытывает затруднения при работе с двумя датчиками или неполно фиксирует результаты.
Рефлексия
Вопрос для ученика | Цель вопроса |
|---|---|
Что нового вы узнали о функции датчика нажатия? | Выявление осознания роли датчика как источника информации для контроллера. |
Какой шаг алгоритма оказался самым сложным: подключение, условие или проверка? | Выявление точки затруднения в практической деятельности. |
Почему для одновременного нажатия двух кнопок используется связка «и»? | Проверка понимания логики программы, а не механического запоминания. |
Какую автоматическую систему вы хотели бы создать с двумя датчиками? | Поддержка творческой мотивации и перенос знания в новый контекст. |
Завершающее слово учителя
"Сегодня мы выяснили, что датчик не выполняет действие сам: он сообщает контроллеру о состоянии объекта, а программа принимает решение. Вы научились работать с одним датчиком и увидели, как комбинации сигналов двух датчиков изменяют поведение устройства. Типичная ошибка — перепутать вход датчика с выходом исполнительного элемента или забыть проверить состояние «иначе». На следующем уроке мы используем эти умения для создания собственного мини-проекта и научимся описывать его алгоритм."
Домашнее задание
Уровень | Что задать | Зачем |
|---|---|---|
Базовый (обязательный) | Составить в тетради схему «датчик нажатия — контроллер — исполнительное устройство» и описать словами программу для одного датчика: при нажатии включить индикатор, при отпускании выключить. Привести два примера применения такого устройства в быту. | Закрепляет назначение компонентов и модель «сигнал — условие — действие»; при проверке обратить внимание на правильное различение входа и выхода. |
Средний (повышающий) | Разработать таблицу из четырёх комбинаций состояний двух датчиков и описать программу, которая включает сигнал только при одновременном нажатии кнопок. Добавить блок-схему алгоритма. | Закрепляет работу с логической связкой «и» и умение переводить условие в алгоритм; при проверке смотреть на полноту всех комбинаций. |
Продвинутый (дополнительный) | Придумать творческое устройство с двумя датчиками нажатия: например, игру, сигнализацию или пульт управления. Нарисовать схему, описать не менее трёх правил поведения устройства и указать, какие действия выполняются при каждой комбинации нажатий. | Развивает проектное и алгоритмическое мышление; при проверке оценить реалистичность схемы, ясность условий и самостоятельность идеи. |
Контрольные вопросы перед выходом из класса: «Что измеряет датчик нажатия? Какие два состояния он передаёт? Чем отличаются условия «и» и «или»? Что нужно проверить первым, если устройство не реагирует на кнопку?»
