Практическая работа «Конструирование робота. Программирование поворотов робота»
Цели и задачи
- Цель: за 45 минут собрать из набора конструктора мобильного робота, запрограммировать его движение вперёд и поворот на заданный угол, провести испытание и скорректировать программу.
- Научить собирать устойчивую конструкцию робота по технической схеме и проверять надёжность соединений.
- Сформировать умение составлять последовательность команд движения и поворота в визуальной среде программирования.
- Развивать пространственное мышление, навыки парного сотрудничества, анализа ошибки и корректировки алгоритма.
- Воспитывать ответственность за безопасную работу с оборудованием и бережное отношение к цифровым устройствам.
Планируемые результаты
Личностные
- Проявляют интерес к робототехнике как к области, связанной с реальными инженерными задачами.
- Осознают значение точности, ответственности и соблюдения правил безопасной работы.
- Принимают необходимость доведения практической работы до проверенного результата.
- Уважительно распределяют роли и учитывают вклад партнёра.
Метапредметные
- Планируют последовательность сборки и программирования, распределяют время и роли в паре.
- Извлекают информацию из схемы, пиктограмм команд и результатов испытания.
- Сравнивают ожидаемую и фактическую траектории, находят причину отклонения и предлагают исправление.
- Формулируют вывод о связи конструкции робота, параметров программы и результата движения.
- Используют компьютерную среду программирования для создания, запуска и корректировки алгоритма.
Предметные
- Знать назначение контроллера, моторов, колёс и элементов крепления мобильного робота.
- Уметь собирать устойчивую модель робота по технической схеме и проверять свободное вращение колёс.
- Уметь составлять программу из команд движения вперёд, остановки и поворота.
- Уметь изменять длительность движения или угол поворота для получения заданной траектории.
- Владеть навыком безопасного запуска, наблюдения за роботом и фиксации результата испытания.
Универсальные учебные действия (УУД)
Личностные УУД
- Определяют личный вклад в общий результат парной инженерной задачи.
- Проявляют готовность спокойно воспринимать ошибку как источник новой информации.
- Осознают практическую ценность алгоритмов и автоматизации в повседневной жизни.
- Соблюдают правила безопасного и бережного обращения с конструктором и компьютером.
Регулятивные УУД
- Принимают учебную задачу: добиться движения робота по заданной траектории.
- Планируют сборку, написание программы и испытание по предложенному чек-листу.
- Сверяют фактическое движение с образцом, фиксируют отклонение и вносят коррективы.
- Оценивают результат по критериям устойчивости конструкции, правильности программы и точности поворота.
Познавательные УУД
- Анализируют техническую схему и соотносят графические обозначения с деталями конструктора.
- Устанавливают причинно-следственную связь между длительностью работы моторов и пройденным расстоянием.
- Моделируют траекторию робота в виде последовательности команд.
- Сравнивают несколько вариантов программы и выбирают более точный.
- Используют данные испытания для уточнения алгоритма.
Коммуникативные УУД
- Распределяют роли конструктора и программиста, затем меняются ролями.
- Обсуждают техническое решение и аргументируют выбор параметров программы.
- Задают партнёру уточняющие вопросы по схеме и результатам испытания.
- Согласованно исправляют ошибку, не заменяя совместную работу действиями одного ученика.
Подготовка учителя к уроку
- Подготовить один комплект робототехнического конструктора на пару: контроллер, два мотора, колёса, опорный элемент, балки, оси и крепления.
- Заранее зарядить контроллеры и проверить соединение с компьютерами или планшетами.
- Распечатать на каждую пару техническую схему сборки, карточку алгоритма и лист испытаний.
- Подготовить карточки трёх уровней: базовая траектория с одним поворотом, квадратная траектория, свободное усложнение маршрута.
- Вывести на доску памятку: «собери — проверь — запрограммируй — запусти — измерь — исправь».
- Подготовить на полу или столах разметку траекторий: прямая линия длиной 1 м, маршрут с поворотом и квадрат со стороной 50 см.
- Раздать каждой паре чек-лист безопасности и таблицу для записи параметров движения и поворота.
- Подготовить ноутбук или планшет с установленной средой программирования, проектор и таймер.
- Освободить испытательную зону, обозначить места запуска и финиша, проверить отсутствие мелких предметов на пути роботов.
Ход урока
Этап 1. Организационный момент и мотивация (3 мин)
Цель этапа: организовать безопасную работу в парах и вызвать интерес к созданию робота, который самостоятельно меняет направление.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
1 мин | Учитель приветствует класс и показывает на экране короткую схему маршрута робота: прямая, поворот, остановка. «Здравствуйте, ребята. Сегодня вы будете не просто собирать модель, а выступите в роли инженеров и программистов. Робот должен выполнить команду точно, поэтому нам понадобятся внимательность, согласованность и готовность проверять свои решения». | Рассаживаются по парам, проверяют наличие конструктора, компьютера и тетради, формулируют ожидание: «Соберём робота и заставим его повернуть». |
2 мин | Учитель объявляет приём «Инженерная команда»: «В каждой паре один ученик начинает как конструктор, второй — как программист и оператор. После сборки вы поменяетесь ролями. Договоритесь о правилах: детали не бросаем, робота запускаем только в зоне испытания, руки не подносим к вращающимся колёсам». | Распределяют роли, проговаривают правило безопасного запуска и отмечают готовность пары в чек-листе. |
Завершение этапа: учитель подводит итог: «Сегодня нам важно получить не случайное движение, а управляемую траекторию. Сначала вспомним, из каких частей состоит робот и что уже умеет делать программа».
Этап 2. Актуализация знаний и инструктаж по безопасности (5 мин)
Цель этапа: восстановить знания о деталях робота, командах движения и безопасном порядке испытания.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
2 мин | Учитель показывает на доске изображения контроллера, мотора, колеса и опоры. «Назовите назначение каждой детали. Что произойдёт, если мотор закреплён с перекосом? Почему колёса должны вращаться свободно? Вспомните, какая команда заставляет робота двигаться вперёд, а какая завершает движение». | По очереди называют детали и их функции; отвечают: «Мотор создаёт вращение», «Контроллер управляет программой», «Перекос вызовет отклонение», «После движения нужна остановка». |
3 мин | Учитель проводит мини-инструктаж и показывает безопасный запуск. «Перед включением уберите руки от колёс, поставьте робота на линию старта и убедитесь, что путь свободен. Если робот движется не туда, не удерживайте его руками: остановите программу, выясните причину и только потом запускайте снова». Учитель демонстрирует чек-лист. | Отмечают в чек-листе пункты: детали закреплены, провода не натянуты, колёса свободны, зона свободна, запуск выполняется по команде оператора. |
Завершение этапа: учитель подводит итог: «Мы вспомнили устройство робота и безопасный порядок работы. Теперь определим, какую именно проблему должны решить ваши пары».
Этап 3. Постановка практической задачи и планирование (4 мин)
Цель этапа: сформулировать критерии результата и составить план практической работы.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
2 мин | Учитель показывает маршрут с поворотом. «Представьте, что робот доставляет предмет по коридору и должен повернуть к нужной станции. Как мы поймём, что программа работает? Назовите измеримые признаки результата». Учитель фиксирует ответы на доске: устойчивость, движение по линии, поворот, остановка. | В парах обсуждают 30 секунд и формулируют критерии: «Робот не разваливается», «движется вперёд», «поворачивает в нужную сторону», «останавливается после маршрута». |
2 мин | Учитель предлагает план: «Запишите шесть шагов: собрать модель, проверить соединения, создать программу, запустить, записать результат, исправить ошибку. Сначала используйте базовые параметры, затем изменяйте только один параметр за раз — так легче понять причину результата». | Записывают план, назначают ответственного за сборку и программирование, выбирают базовую траекторию с одним поворотом. |
Посмотрите план целиком
Зарегистрируйтесь — и откройте план урока по этой теме полностью: цели, ход урока и рефлексия по ФГОС.
Завершение этапа: учитель подводит итог: «У каждой пары есть понятная цель и порядок действий. Переходим к сборке: качество конструкции определит качество дальнейшего программирования».
Этап 4. Конструирование робота (10 мин)
Цель этапа: собрать устойчивую мобильную модель и проверить её механическую готовность к программированию.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
2 мин | Учитель раздаёт схемы. «Рассмотрите рисунок целиком, а затем выделите три узла: основание, привод с моторами и опору. Не начинайте с отдельных деталей наугад. Сначала найдите элементы, которые задают симметрию модели». | Рассматривают схему, раскладывают детали по группам, называют узлы конструкции партнёру. |
6 мин | Учитель сопровождает сборку: «Сверяйте правую и левую стороны, не затягивайте крепления с чрезмерным усилием. Провода подключайте по обозначениям портов, чтобы программа управляла нужными моторами. Конструктор проверяет соединения, программист читает схему и задаёт контрольные вопросы». | Собирают основание, закрепляют моторы и колёса, подключают контроллер. Конструктор устанавливает детали, программист сверяет симметрию и отмечает выполненные пункты схемы. |
2 мин | Учитель проводит контроль готовности. «Поднимите робота на несколько сантиметров и осторожно поверните колёса пальцами. Они должны вращаться свободно и не задевать корпус. Поставьте модель на ровную поверхность: она не должна качаться. Если есть проблема, исправьте её до подключения программы». | Проверяют свободное вращение колёс, устойчивость корпуса и надёжность проводов, исправляют перекосы, меняются ролями. |
Завершение этапа: учитель подводит итог: «Модель собрана и механически проверена. Теперь превратим маршрут на полу в алгоритм, где каждая команда имеет своё назначение».
Этап 5. Программирование поворота и испытание (11 мин)
Цель этапа: создать и запустить программу движения робота с поворотом, используя цифровую среду программирования.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
3 мин | Учитель демонстрирует на экране последовательность блоков: движение вперёд, остановка, поворот, остановка. «Соберём базовый алгоритм. Сначала робот движется прямо заданное время, затем останавливается, выполняет поворот и снова останавливается. Для поворота одно колесо может вращаться быстрее другого или моторы могут вращаться в противоположных направлениях. Выберите способ, который поддерживает ваша среда». | Открывают среду программирования, размещают блоки в заданной последовательности, задают начальное время движения и скорость поворота, сохраняют проект с названием пары. |
5 мин | Учитель организует первый запуск. «Поставьте робота на стартовую отметку. Оператор объявляет запуск, второй участник наблюдает сбоку и не касается модели. После остановки не говорите сразу “не получилось”: сначала сравните фактическую траекторию с планом — расстояние, направление, угол поворота». | Запускают робота в испытательной зоне, наблюдают за траекторией, записывают в лист испытаний: «проехал дальше/ближе», «повернул вправо/влево», «остановился/не остановился». |
3 мин | Учитель предлагает приём «Один параметр за раз». «Если робот не доехал, увеличьте только время движения. Если повернул мало или слишком сильно, измените только длительность поворота или скорость одного мотора. После каждой правки снова прогнозируйте результат и проверяйте его запуском». | Вносят одну корректировку, повторно запускают робота, сравнивают два результата и записывают, какое изменение улучшило траекторию. |
Запись в тетрадях
Ученики записывают алгоритм: «1. Движение вперёд. 2. Остановка. 3. Поворот. 4. Остановка. 5. Проверка траектории. 6. Коррекция одного параметра». В лист испытаний заносят начальные и изменённые параметры программы.
Завершение этапа: учитель подводит итог: «Вы увидели, что программа — это точная последовательность команд, а результат зависит от параметров. Теперь закрепим алгоритм и проверим, можете ли вы объяснить причину найденной ошибки».
Этап 6. Парное закрепление и мини-соревнование (7 мин)
Цель этапа: закрепить умение анализировать траекторию и применять алгоритм в новой задаче.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
3 мин | Учитель раздаёт карточки маршрутов. «Выберите один вариант: базовый поворот на 90 градусов или маршрут в форме буквы Г. Перед запуском объясните партнёру, какие команды будут выполнены и какой параметр отвечает за точность поворота». | В парах выбирают маршрут, рисуют его стрелками, проговаривают последовательность команд и прогнозируют место остановки. |
3 мин | Учитель проводит мини-соревнование «Точная траектория». «Побеждает не самый быстрый робот, а тот, кто ближе всего остановился к финишной отметке и сохранил устойчивость. Наблюдатели отмечают сильную сторону другой пары и один совет по улучшению». | Запускают робота, измеряют расстояние до финиша условной мерной лентой, сравнивают результат с другими парами, дают соседней паре комментарий: «Сильная сторона — устойчивое движение; совет — уменьшить время поворота». |
1 мин | Учитель задаёт вопрос для анализа: «Почему одинаковая программа у разных роботов может дать разный результат? Назовите не менее двух причин». | Отвечают: «Разный вес и трение», «колёса закреплены несимметрично», «разный заряд батареи», «скорость моторов отличается». |
Завершение этапа: учитель подводит итог: «Мы не только запустили роботов, но и научились объяснять расхождение между планом и результатом. Осталось оценить собственную работу и безопасно завершить занятие».
Этап 7. Рефлексия, уборка и домашнее задание (5 мин)
Цель этапа: осознать освоенные действия, оценить результат по критериям и организованно завершить практическую работу.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
2 мин | Учитель проводит рефлексию «Светофор». «Поднимите зелёную карточку, если вы можете собрать модель и объяснить программу; жёлтую — если результат получен с помощью партнёра; красную — если остался вопрос. На стикере допишите: “Лучше всего у нас получилось…” и “В следующий раз мы изменим…”». | Показывают цвет карточки, заполняют стикер двумя фразами, называют конкретное действие: «Научились менять время поворота». |
2 мин | Учитель организует сдачу оборудования. «Остановите программу, отключите питание, разберите модель по группам деталей и пересчитайте крупные элементы. Проверьте, что на столе нет проводов и деталей, затем сдайте лист испытаний». | Останавливают программу, отключают контроллер, разбирают робота, сортируют детали, сдают лист испытаний и чек-лист. |
1 мин | Учитель объявляет домашнее задание и контрольный вопрос. «Перед выходом ответьте письменно: какая команда отвечает за изменение направления, почему нельзя менять несколько параметров сразу и что нужно проверить перед запуском?». | Записывают домашнее задание, отвечают на контрольные вопросы в тетради, выходят после проверки рабочего места. |
Завершение этапа: учитель подводит итог: «Сегодня вы прошли полный инженерный цикл: собрали конструкцию, создали алгоритм, испытали робота и улучшили результат. На следующем уроке мы усложним маршрут и обсудим, как использовать датчики для более самостоятельного движения робота».
Критерии оценивания практической работы
- «5» — робот собран устойчиво, программа содержит корректное движение и поворот, модель выполняет выбранную траекторию, пара фиксирует результат испытания и объясняет внесённую коррекцию.
- «4» — робот собран правильно, программа запускается и выполняет основные команды, но есть небольшая погрешность расстояния или угла поворота; ученик самостоятельно называет способ исправления.
- «3» — модель собрана с помощью учителя или партнёра, программа запускается частично, поворот выполнен неточно, однако ученик соблюдает безопасность и может назвать назначение основных команд.
Рефлексия
Вопрос для ученика | Цель вопроса |
|---|---|
Какие детали обеспечивают движение робота и управление им? | Проверка понимания устройства конструктора и назначения основных узлов. |
Какой параметр вы изменяли при коррекции поворота и почему? | Выявление умения связывать параметр программы с результатом движения. |
Что оказалось причиной отклонения робота от маршрута? | Диагностика навыка анализа технической ошибки. |
Какой вклад вы внесли в работу пары и чему хотите научиться дальше? | Осознание личного результата, сотрудничества и зоны дальнейшего развития. |
Завершающее слово учителя
«Сегодня вы работали как настоящая инженерная команда: сначала создали конструкцию, затем описали её поведение алгоритмом и проверили результат на практике. Важно помнить, что ошибка поворота может быть связана не только с программой, но и с креплением колёс, трением или зарядом батареи. Поэтому хороший программист всегда наблюдает, измеряет и изменяет один параметр за раз. На следующем уроке мы добавим в маршрут новые условия и попробуем сделать движение робота более самостоятельным».
Домашнее задание
Уровень | Что задать | Зачем |
|---|---|---|
Базовый (обязательный) | Составить в тетради алгоритм движения робота по маршруту: вперёд — поворот вправо — вперёд — остановка. Подписать назначение каждой команды. | Закрепляет последовательность команд и умение переводить маршрут в алгоритм; при проверке обратить внимание на порядок действий и наличие остановки. |
Средний (повышающий) | Предложить два варианта изменения программы, если робот поворачивает слишком рано или слишком поздно. Для каждого варианта указать изменяемый параметр и ожидаемый результат. | Развивает анализ ошибок и прогнозирование результата; проверить, изменяется ли только один параметр за один шаг. |
Продвинутый (дополнительный) | Спроектировать маршрут робота в форме буквы «П» или квадрата, изобразить его стрелками и записать последовательность команд с остановками после каждого поворота. | Развивает пространственное мышление и проектирование алгоритма; проверить соответствие рисунка, последовательности команд и направления поворотов. |
Контрольные вопросы перед выходом: «Какие части робота отвечают за движение? Почему перед запуском нужно проверить колёса и зону движения? Как понять, какой параметр следует изменить при неточном повороте? Почему при коррекции изменяют только один параметр?»
