Датчики линии: назначение и программирование работы
Цели и задачи
- Цель: к концу урока научиться объяснять назначение датчика линии и составлять программу, в которой робот определяет цвет поверхности и выполняет заданное действие.
- Познакомить учащихся с назначением, принципом действия и функциями датчика линии.
- Сформировать умение подключать датчик линии к робототехнической платформе и проверять получение показаний.
- Научить составлять и отлаживать программу движения робота по контрастной линии с использованием условного оператора.
- Развивать навыки планирования, сотрудничества, безопасной работы с электронным оборудованием и самоконтроля.
Планируемые результаты
Личностные
- Проявляют интерес к созданию автоматизированных устройств, способных реагировать на окружающую среду.
- Осознают значение аккуратности, ответственности и соблюдения правил безопасности при работе с электронными конструкторами.
- Принимают необходимость проверки и исправления собственной программы.
- Уважительно взаимодействуют с партнёром, распределяя обязанности в практической работе.
Метапредметные
- Формулируют учебную цель и планируют последовательность действий при программировании робота.
- Извлекают информацию из схемы подключения, показаний датчика и экранной демонстрации ЭОР.
- Анализируют ошибку в алгоритме, выдвигают гипотезу о её причине и проверяют её экспериментально.
- Представляют результат практической работы и аргументируют выбранные значения порога срабатывания.
Предметные
- Знать назначение датчика линии и различать светлую и тёмную области рабочей поверхности.
- Уметь подключать датчик линии к контроллеру по схеме и считывать его показания.
- Уметь использовать условный оператор для выбора действия робота в зависимости от показаний датчика.
- Уметь составлять, запускать, тестировать и корректировать программу движения по линии.
- Владеть навыком объяснения связи между показанием датчика, условием программы и движением робота.
Универсальные учебные действия (УУД)
Личностные УУД
- Осознают практическую ценность датчиков в роботах, автоматических дверях, пылесосах и системах навигации.
- Формируют ответственное отношение к оборудованию и результату командной работы.
- Ставят личную цель: добиться устойчивого движения робота по линии.
Регулятивные УУД
- Планируют подключение, написание программы и последовательную проверку её работы.
- Сверяют результат движения робота с заданным алгоритмом.
- Находят ошибку, вносят одно изменение и повторно запускают программу.
- Оценивают качество результата по критериям практической работы.
Познавательные УУД
- Сравнивают показания датчика на белой и чёрной поверхности.
- Устанавливают причинно-следственную связь между цветом поверхности и командой роботу.
- Представляют алгоритм в виде блок-схемы или последовательности команд.
- Используют данные ЭОР и результаты эксперимента для выбора порогового значения.
Коммуникативные УУД
- Распределяют роли программиста, оператора и наблюдателя в группе.
- Формулируют вопросы о подключении и работе датчика.
- Обсуждают результаты тестирования и аргументированно предлагают исправления.
- Согласуют общее решение и кратко представляют его классу.
Подготовка учителя к уроку
- Подготовить робототехнические наборы с контроллером, двумя моторами и датчиком линии — по одному комплекту на группу из 3–4 учащихся.
- Проверить заряд аккумуляторов, исправность кабелей, датчиков и загрузку среды программирования на компьютерах.
- Подготовить белые листы с чёрными замкнутыми линиями шириной 2–3 см — по одному полю на группу.
- Распечатать карточки с ролями в группе и алгоритмом безопасного запуска — по одной карточке на группу.
- Подготовить ЭОР: короткую анимацию работы датчика, схему подключения и интерактивную демонстрацию изменения показаний на светлой и тёмной поверхности.
- Вывести на экран памятку: «датчик — показание — условие — действие» и пример условной конструкции.
- Подготовить карточки-задания трёх уровней: базовая проверка датчика, движение к линии, следование по линии.
- Разместить на каждом рабочем месте салфетку или мягкую подложку для деталей и обеспечить свободную зону тестирования роботов.
- Подготовить лист самооценки и таблицу критериев: подключение, программа, тестирование, объяснение результата.
Ход урока
Этап 1. Организационный момент и мотивация (4 мин)
Цель этапа: включить учащихся в практическую деятельность и сформулировать проблему урока.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
2 мин | Учитель демонстрирует на экране короткую анимацию робота-пылесоса, который движется вдоль границы ковра, и обращается к классу: "Ребята, робот не видит линию так, как видим её мы. Как он понимает, где находится граница? Какие устройства помогают ему ориентироваться? Сегодня мы проверим это на практике и попробуем научить робота двигаться по линии." | Рассматривают анимацию, называют возможные устройства: "камера", "датчик", "сенсор"; формулируют предположение: "датчик сравнивает светлую и тёмную поверхность". |
2 мин | Учитель показывает робототехнический набор и обозначает правила: "Сегодня оборудование работает только по команде учителя. Не тянем провода, не запускаем робота возле края стола, детали не меняем во время движения. В группе будут программист, оператор и наблюдатель; роли можно сменить после первого запуска." | Проверяют наличие набора, занимают места в группах, распределяют роли, повторяют правила безопасной работы. |
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Мы выяснили, что роботу нужен специальный датчик. Теперь проверим, какие показания он выдаёт и как превратить эти показания в команду для движения."
Этап 2. Актуализация знаний и выявление затруднения (5 мин)
Цель этапа: актуализировать знания об алгоритме, условии и исполнительных устройствах.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
2 мин | Учитель выводит на экран схему: «ввод данных — обработка — действие» и спрашивает: "Что в роботе является источником данных? Что выполняет действие? Почему одной команды «ехать вперёд» недостаточно для движения по линии?" | Отвечают: "датчик", "моторы"; формулируют: "роботу нужно иногда менять направление". |
3 мин | Учитель предлагает мысленный эксперимент: "Если датчик увидел чёрную полосу, робот должен повернуть налево, а если увидел белое поле — направо. Как записать это в программе? Какая часть алгоритма отвечает за выбор?" Учитель фиксирует ответы на доске. | В парах составляют словами алгоритм: "если условие выполняется — сделать действие, иначе — другое действие"; называют условный оператор. |
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Мы умеем описывать выбор словами, но пока не знаем, какие числа выдаёт датчик. Следующий шаг — провести измерение и открыть правило работы датчика."
Этап 3. Постановка цели и открытие принципа работы датчика (6 мин)
Цель этапа: установить связь между цветом поверхности, показанием датчика и условием программы.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
3 мин | Учитель запускает ЭОР с показаниями датчика и говорит: "Посмотрите на экран. Я поочерёдно подношу датчик к белому и чёрному полю. Запишите два наблюдения: какое значение появляется на светлой поверхности и какое — на тёмной. Не стремитесь угадать число заранее: важна разница." | Наблюдают за изменением показаний, записывают в лист наблюдений два значения или диапазона, сравнивают их в группе. |
3 мин | Учитель показывает на доске шаблон: «если показание меньше порога — …, иначе — …» и спрашивает: "Как выбрать порог? Что произойдёт, если поставить его слишком близко к одному из измеренных значений?" Учитель вместе с классом выбирает примерный порог между двумя диапазонами. | Формулируют вывод: "порог должен находиться между значениями для белого и чёрного"; предлагают порог, например 50, если показания находятся около 20 и 80; записывают правило. |
Посмотрите план целиком
Зарегистрируйтесь — и откройте план урока по этой теме полностью: цели, ход урока и рефлексия по ФГОС.
Запись в тетрадях
- Датчик линии — устройство, определяющее различие между светлой и тёмной поверхностью.
- Алгоритм работы: получить показание датчика → сравнить его с порогом → выбрать действие моторов.
- Условие: если показание соответствует тёмной линии, робот выполняет поворот; иначе продолжает или корректирует движение.
- Пороговое значение выбирают по результатам измерений на конкретном поле.
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Теперь у нас есть не только название датчика, но и рабочая схема: измерение, сравнение, действие. Проверим её на настоящем роботе."
Этап 4. Практическая работа: измерение и программирование (12 мин)
Цель этапа: подключить датчик, получить показания и создать первую программу с условием.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
3 мин | Учитель демонстрирует подключение: "Найдите порт датчика на контроллере и соедините его кабелем по схеме на экране. Проверьте, что разъём вставлен ровно, без усилия. После подключения не включайте моторы: сначала считываем данные." | По схеме подключают датчик, проверяют кабель, запускают режим отображения показаний, фиксируют значения над белым полем и над чёрной линией. |
4 мин | Учитель раздаёт карточку задания: "Внесите в программу чтение датчика. Затем добавьте условие: если показание меньше выбранного порога, робот поворачивает вправо на короткое время, иначе едет прямо. Порог возьмите из собственных измерений и запишите рядом с программой." | Программист собирает команды чтения, сравнения и движения; оператор проверяет правильность подключения; наблюдатель сверяет программу с алгоритмом и предлагает исправления. |
5 мин | Учитель подходит к группам и задаёт вопросы: "Какое показание вы получили? Почему выбрали именно этот порог? Какое действие выполняет робот при обнаружении линии? Запустите робота сначала на низкой скорости и держите руку рядом с кнопкой остановки." | Загружают программу, ставят робота перед линией, запускают на малой скорости, наблюдают поворот, останавливают при необходимости, записывают результат теста и одну обнаруженную ошибку. |
Эталон алгоритма
«1. Получить показание датчика линии. 2. Сравнить его с порогом. 3. Если обнаружена тёмная линия, изменить скорость левого и правого мотора так, чтобы робот повернул. 4. Если линия не обнаружена, продолжить движение прямо. 5. Повторять проверку в цикле. При ошибке сначала проверить порт датчика, направление моторов, порог и скорость.»
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Первая программа готова, но один запуск ещё не доказывает её устойчивость. Теперь проведём серию коротких испытаний и улучшим алгоритм по результатам наблюдений."
Этап 5. Практическое испытание и отладка программы (8 мин)
Цель этапа: проверить программу на трассе, выявить ошибку и внести обоснованное изменение.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
2 мин | Учитель объявляет мини-соревнование: "Каждая группа получает две попытки. Засчитывается не скорость, а качество алгоритма: робот должен пройти максимально длинный участок линии без ручной помощи. После первой попытки обязательно назовите причину сбоя, а не просто меняйте команды случайно." | Размещают робота на стартовой отметке, запускают первую попытку, измеряют пройденный участок, фиксируют: «робот не увидел линию», «поворачивает слишком резко» или «съезжает с трассы». |
3 мин | Учитель предлагает выбрать одно изменение: "Можно изменить порог, скорость одного мотора или время поворота. Меняем только один параметр, чтобы понять его влияние. Перед запуском объясните партнёру, что именно изменится." | Обсуждают изменение, корректируют один параметр, записывают его в листе испытаний, запускают вторую попытку. |
3 мин | Учитель организует краткое представление: "Назовите исходные показания, выбранный порог, результат первой попытки и изменение, которое помогло. Если результат не улучшился, объясните, что проверите следующим." | Представляют результат группы, сравнивают стратегии, формулируют вывод: «изменение порога помогло» или «нужно проверить положение датчика». |
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Мы увидели, что программирование — это не угадывание команд, а цикл измерения, проверки и улучшения. Осталось индивидуально показать, что каждый из вас понимает назначение датчика и условие программы."
Этап 6. Самостоятельная проверка с самоконтролем (6 мин)
Цель этапа: проверить индивидуальное понимание принципа работы датчика и алгоритма.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
4 мин | Учитель раздаёт индивидуальную карточку: "Выполните три задания. Первое: подпишите назначение датчика линии. Второе: вставьте пропущенные слова в алгоритм «считать показание — сравнить с … — выполнить …». Третье: объясните, почему робот может съехать с линии, если порог выбран неправильно." | Индивидуально выполняют задания: «порог», «действие»; указывают возможные причины сбоя — неверный порог, неправильный порт, высокая скорость или ошибочное направление моторов. |
2 мин | Учитель выводит эталон на экран и предлагает самопроверку: "Проверьте не только ответ, но и объяснение. Поставьте плюс за верный пункт, вопрос — за место, которое нужно уточнить." | Сверяют ответы с эталоном, исправляют ошибки другим цветом, формулируют вопрос по затруднению. |
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Теперь каждый проверил собственное понимание. Завершим урок короткой рефлексией и определим, какой навык нужно закрепить дома."
Этап 7. Рефлексия и домашнее задание (4 мин)
Цель этапа: осознать результат практической работы, оценить собственные действия и получить задание для закрепления.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
2 мин | Учитель проводит приём «Светофор»: "Покажите зелёную карточку, если можете объяснить назначение датчика и собрать условие; жёлтую — если получается с подсказкой; красную — если пока трудно. Затем завершите фразу: «Сегодня я научился…»" | Поднимают карточки, завершают фразу: «считывать показания», «выбирать порог», «отлаживать программу», называют оставшееся затруднение. |
2 мин | Учитель сообщает домашнее задание и говорит: "Перед уходом проверьте, что детали возвращены в контейнер, провода отсоединены, рабочее место свободно. На следующем уроке мы усложним поведение робота и добавим более точное следование линии." | Записывают домашнее задание, сдают листы испытаний, разбирают рабочее место, возвращают детали по комплектам. |
Критерии оценивания практической работы
- «5» — датчик подключён правильно, программа содержит считывание показания, условие и действие моторов; робот проходит участок линии без ручной помощи; учащийся объясняет выбор порога и результат отладки.
- «4» — подключение и основная программа выполнены верно, робот реагирует на линию, но требуется небольшая корректировка порога, скорости или времени поворота; объяснение содержит одну неточность.
- «3» — датчик подключён с помощью учителя, условие составлено частично, робот выполняет отдельную реакцию на линию, но устойчивого движения нет; учащийся называет назначение датчика и одну причину ошибки.
Рефлексия
Вопрос для ученика | Цель вопроса |
|---|---|
Что делает датчик линии и какие поверхности он различает? | Проверка осознания назначения датчика и принципа получения данных. |
Как вы выбрали пороговое значение? | Выявление понимания связи между экспериментальными показаниями и условием программы. |
Какую ошибку обнаружила ваша группа и какое изменение помогло её исправить? | Оценка навыка анализа результата и осмысленной отладки. |
Что было самым сложным: подключение, программа или испытание робота? | Определение индивидуальных точек затруднения и планирование поддержки. |
Завершающее слово учителя
"Сегодня мы выяснили, что датчик линии превращает различие между светлой и тёмной поверхностью в данные для программы. Вы научились связывать показание датчика, пороговое значение и действие моторов. Помните: если робот движется неправильно, не следует менять сразу все команды — сначала проверьте подключение, показания и только потом один параметр программы. На следующем уроке мы продолжим отладку и попробуем сделать движение робота по линии более плавным."
Домашнее задание
Уровень | Что задать | Зачем |
|---|---|---|
Базовый (обязательный) | Составить в тетради алгоритм из 6–8 шагов для робота, который обнаруживает тёмную линию на светлом поле и изменяет направление движения. | Закрепляет назначение датчика и последовательность «измерение — условие — действие»; проверить наличие порога и двух вариантов поведения. |
Средний (повышающий) | Разработать блок-схему программы следования по линии с условием и циклическим повторением; отдельно указать действия робота при обнаружении линии и при её отсутствии. | Развивает умение представлять алгоритм графически и использовать условие в цикле; проверить логичность переходов. |
Продвинутый (дополнительный) | Предложить способ улучшить движение робота: изменить порог, скорость или длительность поворота; записать гипотезу, ожидаемый результат и способ проверки. | Формирует исследовательский подход и навык планирования эксперимента; проверить, что изменяется только один параметр. |
Контрольные вопросы перед выходом: «Для чего нужен датчик линии? Что такое пороговое значение? Какая команда выполняется при обнаружении тёмной поверхности? Почему при отладке важно менять только один параметр за раз?»
