Мобильная робототехника: транспортные роботы и общее устройство робота
Цели и задачи
- Цель урока по SMART: к концу урока учащиеся объяснят назначение мобильных и транспортных роботов, назовут не менее пяти основных элементов их устройства и в группе создадут модель робота для заданной транспортной задачи.
- Сформировать представление о мобильной робототехнике, способах перемещения робототехнических устройств и назначении транспортных роботов.
- Научить различать основные элементы робота: корпус, привод, движитель, источник питания, датчики и устройство управления.
- Развивать умение исследовать учебный материал, устанавливать связь между задачей робота и его конструкцией, моделировать устройство робота.
- Воспитывать ответственное отношение к технике, культуру командной работы, интерес к инженерно-техническому творчеству.
Планируемые результаты
Личностные
- Проявляют познавательный интерес к робототехнике и современным технологиям.
- Понимают значение инженерных решений для помощи человеку в быту, производстве и исследовательской деятельности.
- Осознают необходимость безопасного и ответственного использования робототехнических устройств.
- Принимают правила сотрудничества и оценивают собственный вклад в командную работу.
Метапредметные
- Извлекают информацию из текста учебника, схемы, изображения и электронного образовательного ресурса.
- Сравнивают способы перемещения роботов и устанавливают соответствие между задачей, средой и конструкцией устройства.
- Планируют выполнение группового задания, распределяют роли и представляют результат.
- Используют цифровые материалы для поиска, проверки и визуализации информации.
- Формулируют выводы, аргументируют выбор конструкции и осуществляют самооценку.
Предметные
- Знать понятия «мобильная робототехника», «транспортный робот», «движитель», «привод», «датчик», «контроллер».
- Уметь объяснять, как робот перемещается по поверхности, и различать колёсный, гусеничный и шагающий способы движения.
- Уметь называть основные части робота и объяснять функцию каждой части.
- Уметь подбирать тип движителя и набор элементов под конкретную транспортную задачу.
- Владеть приёмами графического моделирования простого транспортного робота.
Универсальные учебные действия (УУД)
Личностные УУД
- Осмысливают личную значимость технических знаний через связь робототехники с профессиями и повседневной жизнью.
- Проявляют готовность доводить групповое задание до результата.
- Оценивают собственное отношение к безопасному применению роботов.
- Выбирают посильную роль в команде с учётом своих возможностей.
Регулятивные УУД
- Принимают учебную задачу, сформулированную в проблемном диалоге.
- Планируют последовательность исследования и моделирования конструкции.
- Проверяют соответствие предложенной модели поставленной транспортной задаче.
- Исправляют модель после обсуждения замечаний и оценивают результат по критериям.
Познавательные УУД
- Выделяют главное в тексте учебника и подписывают элементы схемы робота.
- Классифицируют роботов по назначению, среде работы и способу перемещения.
- Устанавливают причинно-следственную связь между конструкцией движителя и возможностями робота.
- Создают условную модель транспортного робота и объясняют её устройство.
- Используют ЭОР для наблюдения за движением робототехнических устройств.
Коммуникативные УУД
- Слушают мнение одноклассников и задают уточняющие вопросы.
- Распределяют обязанности в группе: аналитик, конструктор, оформитель, докладчик.
- Аргументируют выбор конструкции с опорой на условия задачи.
- Согласуют общий вариант модели и корректно дают обратную связь другой группе.
Подготовка учителя к уроку
- Подготовить презентацию с фотографиями колёсного, гусеничного, шагающего и плавучего роботов, а также со схемой общего устройства робота.
- Подготовить короткую интерактивную демонстрацию или видео из ЭОР о движении транспортного робота; заранее проверить звук, интернет и открытие ресурса.
- Подготовить фрагмент текста учебника по теме мобильной робототехники и общего устройства робота для работы с пометками.
- Распечатать по одному комплекту на группу из карточек с транспортными задачами: склад, спасательная операция, доставка посылок, исследование Марса.
- Распечатать по одной карточке на каждого ученика с изображениями элементов робота и их названиями.
- Подготовить на каждую группу лист А3, цветные маркеры, клей, ножницы и набор бумажных пиктограмм корпуса, колёс, гусениц, датчиков, батареи и контроллера.
- Вывести на доску или слайд схему «Задача — среда — движитель — датчики — источник питания — управление».
- Подготовить таблицу самооценки и карточки трёх уровней сложности: базовые, повышающие и творческие.
- Организовать 4–5 рабочих мест групп, обеспечить свободное пространство для демонстрации движения модели.
- Оборудование: компьютер, проектор или интерактивная доска, колонки, доступ к ЭОР, учебники, раздаточные карточки, бумажные материалы для моделирования.
Ход урока
Этап 1. Организационный момент и мотивация (3 мин)
Цель этапа: включить учащихся в учебную деятельность и вызвать интерес к проблеме перемещения роботов.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
1 мин | Учитель приветствует класс и показывает на экране два изображения: робота-доставщика на колёсах и робота-исследователя на гусеницах. «Здравствуйте, ребята. Сегодня мы будем не просто изучать роботов, а попробуем мыслить как инженеры. Посмотрите на изображения и определите, что общего у этих устройств и чем они отличаются». | Рассматривают изображения, называют общее: «Оба робота выполняют задачу и могут перемещаться», отмечают различия в форме и движителях. |
2 мин | Учитель проводит приём «Проблемный вопрос»: «Представьте, что роботу нужно доставить груз по ровному складу, а затем проехать по камням и песку. Подойдёт ли одна и та же конструкция? Почему? Запишите первое предположение». | Индивидуально записывают предположение, затем обсуждают его с соседом и формулируют ответы: «Для разных поверхностей нужны разные движители и датчики» или «Гусеницы устойчивее на неровной поверхности». |
Завершение этапа: учитель подводит итог: «Мы увидели, что робот выбирает способ движения не случайно. Чтобы объяснить этот выбор и спроектировать собственную модель, сначала вспомним, что уже знаем о роботах и их элементах».
Этап 2. Актуализация знаний. Игра «Робототехнический детектив» (5 мин)
Цель этапа: актуализировать знания об управляемых устройствах, датчиках и исполнительных механизмах.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
2 мин | Учитель раздаёт карточки с изображениями батареи, мотора, датчика расстояния, корпуса, колеса и контроллера. «Работаем в парах. Назовите каждый элемент и предположите, какую функцию он выполняет. Не стремитесь сразу угадать всё — обоснуйте каждое решение». | В парах подписывают изображения и составляют устные объяснения: «Мотор создаёт движение», «датчик получает информацию», «контроллер обрабатывает команды». |
3 мин | Учитель организует быструю игру «Верно — неверно» и показывает на экране утверждения: «Датчик сам толкает робота», «колёса являются движителем», «батарея нужна для питания», «корпус объединяет детали». «Поднимите зелёную карточку, если согласны, красную — если не согласны, и приготовьте объяснение». | Показывают карточки, исправляют ошибочные утверждения: «Датчик не толкает робота, а передаёт информацию», подтверждают функции колёс, батареи и корпуса. |
Завершение этапа: учитель подводит итог: «Мы вспомнили отдельные элементы робота и их функции. Но пока не ответили на главный вопрос: как соединить эти элементы в систему, способную перемещаться и выполнять транспортную задачу?»
Этап 3. Постановка проблемы и целеполагание (4 мин)
Цель этапа: сформулировать учебную проблему, цель и план исследования.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
2 мин | Учитель показывает на экране схему: робот с мотором, но без движителя; робот с колёсами, но без источника питания; робот с датчиком, но без контроллера. «Кажется, все детали есть, но сможет ли такой робот выполнить задачу? Какого элемента или связи между элементами ему не хватает?». Учитель ведёт проблемный диалог вопросами: «Что заставляет робота двигаться? Что помогает ему понять обстановку? Что связывает детали в систему?». | Анализируют схемы и отвечают: «Нужны правильно соединённые элементы», «движение создаёт привод», «датчики дают информацию», «контроллер управляет». Формулируют затруднение: «Нужно понять общее устройство робота и подобрать движитель под задачу». |
2 мин | Учитель предлагает составить план урока: «Какие шаги помогут нам разобраться? Выберите пункты, которые должны появиться на доске». Учитель фиксирует предложения: изучить виды перемещения, прочитать материал, разобрать части робота, создать модель, защитить выбор. | Предлагают и записывают план: «узнать способы перемещения; исследовать назначение транспортных роботов; изучить устройство; создать и объяснить модель». |
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: мы выясним, как организуется перемещение робота, из каких частей он состоит и как создать конструкцию для конкретной задачи. Переходим к исследованию материала».
Этап 4. Открытие нового знания. Исследование по учебнику и ЭОР (9 мин)
Цель этапа: сформировать представление о мобильной робототехнике, транспортных роботах и способах перемещения.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
3 мин | Учитель предлагает работу с учебником: «Откройте материал по теме мобильной робототехники. Прочитайте фрагмент с описанием транспортных роботов и используйте пометки: галочка — уже знаем, плюс — новое, вопрос — непонятно. Найдите ответ на вопрос: какую задачу решает транспортный робот?». | Читают фрагмент с пометками, выделяют определение и записывают: «Транспортный робот перемещает грузы, материалы или объекты без постоянного непосредственного управления человеком». |
3 мин | Учитель демонстрирует короткий фрагмент ЭОР о движении робота по ровной и неровной поверхности. «Смотрите не только на робота, но и на среду. Что изменилось в конструкции? Какой движитель обеспечивает устойчивость?». | Наблюдают, сравнивают движение, формулируют вывод: «Колёсный движитель удобен на ровной поверхности, гусеничный лучше преодолевает неровности». |
3 мин | Учитель показывает на доске схему «Корпус — привод — движитель — питание — управление — датчики» и объясняет: «Корпус удерживает детали. Источник питания обеспечивает энергию. Привод передаёт движение движителю. Движитель перемещает робота. Датчики собирают сведения, а контроллер обрабатывает их и задаёт действия». Учитель задаёт вопросы: «Что произойдёт, если убрать батарею? А датчик?». | Заполняют в тетради таблицу «Элемент — функция», отвечают: «Без батареи робот не получит энергию», «без датчика робот может двигаться, но не сможет реагировать на препятствия». |
Запись в тетрадях
- Мобильная робототехника — область робототехники, связанная с созданием роботов, способных перемещаться в пространстве.
- Транспортный робот — робот, предназначенный для перемещения грузов, материалов или объектов.
- Основные элементы робота: корпус, источник питания, привод, движитель, датчики и устройство управления.
- Способы перемещения: колёсный, гусеничный, шагающий, плавучий или летающий; выбор зависит от среды и задачи.
Завершение этапа: учитель подводит итог: «Теперь у нас есть ключевая схема: задача определяет среду, среда влияет на выбор движителя, а работа робота невозможна без согласованной системы элементов. Проверим понимание на конкретных ситуациях».
Этап 5. Первичное закрепление. Игра «Конструктор решения» (6 мин)
Цель этапа: закрепить классификацию роботов и научиться соотносить задачу, среду и конструкцию.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
2 мин | Учитель делит класс на группы и раздаёт карточки с ситуациями: склад с ровным полом, пересечённая местность, подводное исследование, доставка по лестнице. «За две минуты подберите способ перемещения и назовите минимум два элемента, которые особенно важны для вашей задачи». | В группах выбирают колёсный, гусеничный, плавучий или шагающий способ, записывают аргументы: «Для склада нужны колёса и датчик препятствий», «для каменистой местности — гусеницы и прочный корпус». |
2 мин | Учитель проводит взаимопроверку: «Передайте карточку соседней группе. Проверьте, есть ли в ответе задача, среда, движитель и объяснение выбора. Поставьте знак согласия или запишите один вопрос». | Проверяют карточку другой группы, отмечают полноту ответа, задают вопрос: «Почему вы выбрали гусеницы, а не большие колёса?». |
2 мин | Учитель просит две группы озвучить решения и уточняет: «Можно ли считать устройство транспортным роботом, если оно передвигается, но не перевозит объект? Обоснуйте». | Представляют решения, формулируют вывод: «Не всякий мобильный робот транспортный; важны назначение и перевозка объекта или груза». |
Завершение этапа: учитель подводит итог: «Вы научились выбирать движитель не по внешнему виду, а по условиям работы. Теперь каждая команда спроектирует собственный транспортный робот и докажет, что его модель соответствует задаче».
Этап 6. Творческое моделирование «Спроектируй транспортного робота» (10 мин)
Цель этапа: применить знания при создании модели транспортного робота с учётом дифференциации и командного взаимодействия.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
2 мин | Учитель раздаёт группам карточки задач и материалы для моделирования. «Выберите уровень задания. Базовый уровень — изобразить робота и подписать пять элементов. Повышающий — добавить условия среды и объяснить выбор движителя. Творческий — придумать необычного робота, который решает проблему человека, и указать ограничения его конструкции». Учитель напоминает роли и критерии: соответствие задаче, наличие элементов, объяснение выбора, оригинальность. | Распределяют роли в группе, выбирают уровень задания, читают карточку транспортной задачи и планируют модель. |
5 мин | Учитель консультирует группы вопросами исследовательского метода: «Какой груз перевозит робот? По какой поверхности он движется? Что произойдёт при встрече с препятствием? Какой датчик понадобится? Где расположены источник питания и контроллер?». Учитель предлагает использовать метод моделирования: сначала схема, затем условное изображение корпуса, движителя и функциональных узлов. | Создают на листе А3 схему робота, приклеивают или рисуют корпус, движитель, привод, аккумулятор, датчики и контроллер; подписывают функции деталей. Для творческого уровня добавляют название, маршрут и ограничение модели. |
3 мин | Учитель проводит мини-защиту: «У каждой группы одна минута. Назовите задачу, среду, способ перемещения и три главных конструктивных решения. Остальные группы после выступления задают один уточняющий вопрос». | Представляют модели: «Наш робот “Курьер” перевозит коробки по складу. Мы выбрали колёса, датчик расстояния и контроллер, потому что роботу нужно объезжать препятствия». Задают вопросы и дают краткую обратную связь. |
Завершение этапа: учитель подводит итог: «Модель становится инженерным решением только тогда, когда каждая деталь связана с задачей. Вы показали, что умеете объяснять не только что изображено на схеме, но и зачем это нужно».
Этап 7. Самостоятельная работа и самопроверка (5 мин)
Цель этапа: проверить индивидуальное понимание основных понятий и обеспечить возможность коррекции ошибок.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
3 мин | Учитель раздаёт карточки трёх уровней. «Выберите посильный вариант. Выполните задания самостоятельно: 1) соотнесите элемент и функцию; 2) выберите движитель для заданной среды; 3) объясните, почему транспортный робот нуждается в датчиках». Учитель напоминает: «Сначала прочитайте всё задание, затем проверьте, есть ли в ответе объяснение». | Индивидуально выполняют карточку. Базовый вариант: соединяют корпус, батарею, датчик, привод и движитель с функциями. Повышающий: выбирают конструкцию для склада и карьера. Творческий: предлагают усовершенствование робота. |
2 мин | Учитель выводит эталон на экран: «Сверьте ответы по пунктам, не исправляйте молча: подчеркните место ошибки и рядом запишите правильный вариант». Учитель использует приём «Светофор»: «Зелёный — уверен, жёлтый — нужна тренировка, красный — требуется объяснение». | Проверяют работу по эталону, исправляют ошибки, показывают цвет карточки и отмечают в листе самооценки, какой элемент темы требует повторения. |
Завершение этапа: учитель подводит итог: «Индивидуальная проверка показала, что вы уже можете объяснить устройство робота без помощи команды. Осталось зафиксировать главное и оценить, насколько мы приблизились к цели урока».
Этап 8. Рефлексия и домашнее задание (3 мин)
Цель этапа: осознать результат учебной деятельности, выявить затруднения и принять домашнее задание.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
2 мин | Учитель предлагает приём «Билет на выход»: «На стикере завершите три фразы: “Мобильный робот — это…”, “Для выбора движителя важно учитывать…”, “В модели моей группы особенно важен элемент…”. Затем поставьте знак рядом с утверждением “Я могу объяснить устройство транспортного робота”». | Заполняют стикер, формулируют личный вывод, прикрепляют его к доске в зоне «могу», «тренируюсь» или «нужна помощь». |
1 мин | Учитель сообщает домашнее задание и задаёт контрольные вопросы: «Чем транспортный робот отличается от любого мобильного робота? Какой движитель вы выберете для песка и почему? Какую функцию выполняет датчик?». | Отвечают: «Транспортный робот перевозит объект», «для песка возможны гусеницы, потому что они устойчивее», «датчик собирает информацию о среде». Записывают выбранный уровень домашнего задания. |
Завершение этапа: учитель подводит итог: «Сегодня мы выяснили, что мобильность робота определяется согласованной работой движителя, привода, питания, датчиков и управления. Вы научились выбирать конструкцию под задачу и представили собственные модели. На следующем уроке мы рассмотрим, как программные команды превращают такую модель в управляемое устройство».
Критерии оценивания практической работы
- «5» — модель содержит не менее пяти правильно названных элементов, соответствует транспортной задаче, включает обоснованный выбор движителя и датчиков; группа ясно представила решение и ответила на вопрос одноклассников.
- «4» — модель в целом соответствует задаче, правильно обозначены не менее четырёх элементов, объяснение выбора конструкции неполное или содержит одну неточность.
- «3» — изображён транспортный робот и названы не менее трёх элементов, но связь между задачей, средой и конструкцией объяснена частично.
- Ниже базового уровня — модель не связана с поставленной задачей или функции основных элементов названы неверно; учащемуся предлагается исправить работу по карточке-подсказке.
Рефлексия
Вопрос для ученика | Цель вопроса |
|---|---|
Что нового вы узнали о мобильных и транспортных роботах? | Выявление осознания ключевых понятий и предметного результата. |
Какой элемент общего устройства робота вы теперь можете объяснить лучше всего? | Проверка понимания функций конструктивных элементов. |
Почему для разных поверхностей нужны разные движители? | Выявление умения устанавливать связь между средой и конструкцией. |
Что было самым сложным при создании модели и как вы преодолели затруднение? | Оценка регулятивных и коммуникативных действий, выявление точек поддержки. |
Завершающее слово учителя
«Сегодня вы работали как начинающие инженеры: исследовали материал, сравнивали конструкции и создавали модель под конкретную задачу. Мы выяснили, что робот не может быть набором случайных деталей — все элементы должны работать как единая система. Типичная ошибка — выбирать движитель только по внешнему виду, не учитывая поверхность и груз. На следующем уроке мы узнаем, как задавать роботу последовательность действий с помощью программы».
Домашнее задание
Уровень | Что задать | Зачем |
|---|---|---|
Базовый (обязательный) | Составить в тетради таблицу из шести строк «Элемент робота — его функция» и привести по одному примеру колёсного и гусеничного транспортного робота. | Закрепляет термины и функции основных частей; при проверке обратить внимание на точность объяснений. |
Средний (повышающий) | Решить 3 ситуационные задачи: выбрать движитель и необходимые элементы для доставки груза по складу, движения по гравию и исследования водоёма; каждый выбор обосновать двумя предложениями. | Развивает умение применять знания к реальным условиям; проверять связь между средой, задачей и конструкцией. |
Продвинутый (дополнительный) | Разработать эскиз необычного транспортного робота для школы, дома или города: указать назначение, маршрут, движитель, источник питания, два датчика, контроллер и возможное ограничение конструкции. | Развивает творческое мышление и моделирование; проверять полноту схемы, реалистичность решения и аргументацию. |
Контрольные вопросы перед выходом: «Что называют мобильной робототехникой? Какова главная задача транспортного робота? Какие элементы обеспечивают движение, питание, восприятие среды и управление? От чего зависит выбор движителя?»
