Мобильная робототехника. Транспортные роботы
Цели и задачи
- Цель: к концу урока учащиеся объяснят назначение транспортных роботов, назовут не менее четырёх их элементов и спроектируют в тетради модель транспортного робота с указанием маршрута, датчиков и алгоритма движения.
- Сформировать представление о мобильной робототехнике и сферах применения транспортных роботов.
- Научить выделять основные элементы транспортного робота: платформу, привод, источник питания, датчики и рабочий модуль.
- Развивать умение анализировать жизненную ситуацию, выбирать конструктивное решение и представлять его в виде эскиза и алгоритма.
- Воспитывать ответственное отношение к технике, культуру безопасного поведения рядом с автоматизированным транспортом и навыки сотрудничества.
Планируемые результаты
Личностные
- Проявляют интерес к инженерным решениям, связанным с перемещением грузов и людей.
- Понимают значение безопасного и ответственного использования робототехнических систем.
- Осознают ценность сотрудничества, распределения ролей и уважения к техническим идеям одноклассников.
- Проявляют готовность оценивать собственное решение и принимать конструктивные предложения.
Метапредметные
- Извлекают информацию из схемы, рисунка и описания робототехнической системы.
- Составляют последовательный алгоритм движения робота по заданному маршруту.
- Сравнивают варианты конструкции по критериям назначения, устойчивости, безопасности и управляемости.
- Планируют практическую работу в тетради, распределяют время и проводят самопроверку результата.
Предметные
- Знать понятия «мобильная робототехника», «транспортный робот», «датчик», «привод», «рабочий модуль».
- Уметь объяснять, чем транспортный робот отличается от стационарного устройства.
- Уметь определять назначение основных элементов мобильного робота по схеме.
- Уметь создавать в тетради эскиз транспортного робота, обозначать его элементы и записывать алгоритм движения.
- Владеть навыком выбора датчиков и рабочих модулей под конкретную транспортную задачу.
Универсальные учебные действия (УУД)
Личностные УУД
- Определяют личный интерес к проектированию роботов для реальных жизненных задач.
- Осознают необходимость соблюдения правил безопасности при взаимодействии с движущимися механизмами.
- Оценивают вклад каждого участника группы в общий технический проект.
- Формируют ответственное отношение к последствиям применения робототехники.
Регулятивные УУД
- Принимают учебную задачу и формулируют ожидаемый результат практической работы.
- Планируют последовательность создания эскиза и алгоритма движения робота.
- Контролируют соответствие модели назначению, маршруту и выбранным датчикам.
- Находят неточности в схеме, исправляют их и оценивают работу по критериям.
Познавательные УУД
- Выделяют существенные признаки транспортного робота.
- Классифицируют роботов по назначению и способу перемещения.
- Устанавливают связь между условием задачи, датчиком, приводом и действием робота.
- Моделируют техническую систему с помощью рисунка, условных обозначений и пошагового алгоритма.
Коммуникативные УУД
- Распределяют роли в паре или мини-группе: аналитик, конструктор, алгоритмист, докладчик.
- Формулируют вопросы о назначении и работе транспортного робота.
- Аргументируют выбор конструкции и датчиков.
- Слушают ответы одноклассников и корректно предлагают улучшения проекта.
Подготовка учителя к уроку
- Подготовить на доске или слайде изображения трёх транспортных роботов: складской тележки, робота-доставщика и марсохода.
- Распечатать карточки с описаниями четырёх ситуаций: доставка груза на складе, перевозка лекарств, исследование поверхности планеты, уборка помещения — по одной карточке на группу из 4 человек.
- Распечатать карточки с названиями элементов: «колёса», «гусеницы», «датчик расстояния», «датчик линии», «аккумулятор», «мотор», «контейнер», «манипулятор» — по одному комплекту на группу.
- Подготовить листы формата А4 с контуром маршрута: старт, прямая дорожка, поворот, препятствие, финиш — по одному листу на пару.
- Подготовить памятку с условными обозначениями: прямоугольник — корпус, круг — колесо, стрелка — направление движения, молния — источник питания, волнистая линия — сигнал датчика.
- Вывести на доску схему «Задача → конструкция → датчики → алгоритм → проверка».
- Подготовить тетради, простые и цветные карандаши, линейки, ластики и стикеры для взаимной оценки.
- Подготовить таймер на 3 и 5 минут; оборудование для подключения компьютеров не требуется.
- Заранее организовать парты для работы в группах по 4 человека и проверить, чтобы проходы были свободны.
Ход урока
Этап 1. Организационный момент и мотивация (4 мин)
Цель этапа: включить учащихся в тему через связь транспортных роботов с реальными задачами и сформировать интерес к практической работе.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
1 мин | Учитель приветствует класс и показывает изображения робота-доставщика, складской тележки и марсохода: "Здравствуйте, ребята. Проверьте, всё ли готово для работы: тетрадь, ручка, карандаш и линейка должны лежать перед вами. Посмотрите на изображения на доске. Что объединяет эти устройства? Подумайте, где они могут пригодиться человеку." | Проверяют готовность к уроку, рассматривают изображения, формулируют предположения: "Они перемещаются", "Они перевозят грузы", "Они выполняют работу без постоянного участия человека". |
3 мин | Учитель организует приём «Подумай — обсуди в паре — поделись»: "Сначала двадцать секунд подумайте самостоятельно, затем обсудите с соседом, какую задачу вы поручили бы транспортному роботу. Важно назвать не только место работы, но и груз или объект перемещения. Через минуту я попрошу несколько пар поделиться идеями." Учитель фиксирует на доске ключевые слова: «перевезти», «найти маршрут», «объехать препятствие», «доставить безопасно». | Индивидуально выбирают задачу, обсуждают её в парах и представляют классу варианты: "Робот может доставлять коробки на складе", "Робот может перевозить лекарства в больнице", "Робот может доставлять приборы на другой планете". |
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Мы увидели, что мобильный робот нужен не ради самого движения. Он должен решить конкретную транспортную задачу: перевезти объект, выбрать маршрут и не столкнуться с препятствием. Сегодня мы разберём, из чего состоит такой робот и спроектируем его в тетради."
Этап 2. Актуализация знаний (5 мин)
Цель этапа: актуализировать представления о механизмах, источниках энергии, управлении и алгоритмах действий.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
2 мин | Учитель показывает на доске незаполненную схему робота и задаёт вопросы: "Что заставляет механизм двигаться? Как робот понимает, что перед ним стена? Какая часть передаёт движение колёсам? Что нужно роботу, если он должен выполнить несколько действий по порядку?" Учитель принимает короткие ответы без исправления формулировок. | Называют предполагаемые элементы: "Батарея или аккумулятор", "датчик", "мотор", "программа или алгоритм". Записывают на стикерах известные им элементы и прикрепляют их к схеме. |
3 мин | Учитель проводит мини-игру «Верно — неверно»: "Поднимите зелёный стикер, если согласны, и красный, если не согласны. Первое: любой робот обязательно имеет колёса. Второе: датчик помогает получить информацию об окружающей среде. Третье: аккумулятор является источником энергии. Четвёртое: алгоритм — это случайный набор действий." После каждого ответа просит назвать основание. | Отмечают ответы: первое утверждение — "неверно", второе — "верно", третье — "верно", четвёртое — "неверно". Объясняют: "Робот может двигаться на гусеницах", "датчик передаёт сведения", "алгоритм задаёт порядок действий". |
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Мы вспомнили движение, энергию, датчики и алгоритмы. Но пока не ответили на главный вопрос: как связать эти элементы с конкретной задачей перевозки? Сейчас найдём место затруднения и поставим цель нашего проектирования."
Этап 3. Постановка проблемы и целеполагание (4 мин)
Цель этапа: сформулировать проблему урока и совместно определить план проектирования транспортного робота.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
2 мин | Учитель раздаёт группе карточку ситуации: "Представьте склад, где робот должен доставить коробку от зоны погрузки к месту хранения. На пути есть поворот и неподвижное препятствие. Компьютера у нас нет, поэтому все решения мы зафиксируем в тетради. Как понять, какие детали и действия понадобятся роботу?" Учитель задаёт проблемный вопрос: "Можно ли выбрать датчики и маршрут, не зная задачи?" | Читают карточку, обсуждают в группе и отвечают: "Нет, сначала нужно понять задачу", "Датчик выбирают по тому, что робот должен обнаружить", "Нужно заранее составить маршрут и порядок действий". |
2 мин | Учитель записывает на доске план: "1. Определить задачу. 2. Выбрать способ движения. 3. Подобрать датчики и рабочий модуль. 4. Нарисовать модель. 5. Записать алгоритм. 6. Проверить безопасность." Учитель спрашивает: "Какой результат мы должны получить к концу урока?" | Формулируют цель: "Создать в тетради проект транспортного робота для конкретной задачи и объяснить, как он будет двигаться". Записывают тему и цель урока в тетради. |
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Цель определена: мы не просто нарисуем красивую машину, а обоснуем её устройство и порядок действий. Начнём с небольшого технического словаря, чтобы все группы использовали точные понятия."
Посмотрите план целиком
Зарегистрируйтесь — и откройте план урока по этой теме полностью: цели, ход урока и рефлексия по ФГОС.
Этап 4. Открытие нового знания (9 мин)
Цель этапа: сформировать представление о мобильной робототехнике и функциях основных элементов транспортного робота.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
3 мин | Учитель показывает схему и объясняет: "Мобильная робототехника — это область, в которой создают роботов, способных перемещаться в пространстве и выполнять задачи. Транспортный робот предназначен для перемещения грузов, оборудования или других объектов. Посмотрите на схему. Платформа является основой конструкции. Привод создаёт движение. Источник питания даёт энергию. Датчики получают сведения о маршруте и препятствиях. Рабочий модуль взаимодействует с грузом: удерживает, поднимает или перевозит его." | Рассматривают схему, соотносят элементы с их функциями, записывают в тетради пять элементов: платформа, привод, источник питания, датчики, рабочий модуль. |
3 мин | Учитель проводит приём «Мозаика» в сокращённом формате: каждой группе выдаёт комплект карточек элементов и просит распределить их по функциям: "За три минуты разложите карточки в пять колонок. В первой будет то, что создаёт движение, во второй — то, что питает систему, в третьей — то, что воспринимает окружающую среду, в четвёртой — основа конструкции, в пятой — то, что взаимодействует с грузом. После этого докладчик объяснит один спорный выбор." | В группах раскладывают карточки и объясняют классификацию: "Мотор относится к приводу", "аккумулятор даёт энергию", "датчик расстояния обнаруживает препятствие", "контейнер относится к рабочему модулю". |
3 мин | Учитель уточняет: "Датчик линии нужен, если робот должен следовать по нанесённой линии. Датчик расстояния нужен, если требуется обнаружить препятствие. Камера или другой сенсор может помочь распознавать объекты, но выбор всегда зависит от задачи. Почему для перевозки хрупкого груза важны устойчивость платформы и плавность движения? Почему контейнер должен быть закреплён?" | Отвечают: "Чтобы груз не упал", "чтобы робот не опрокинулся", "чтобы движение было безопасным". Составляют устную связь: "условие задачи — элемент конструкции — действие робота". |
Запись в тетрадях
Мобильная робототехника — создание и применение роботов, способных перемещаться и действовать в пространстве. Транспортный робот — мобильный робот, предназначенный для перемещения грузов, оборудования или объектов. Основные элементы: платформа, привод, источник питания, датчики, рабочий модуль.
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Теперь у нас есть технический словарь и правило выбора: сначала определяем задачу, затем подбираем конструкцию, датчики и рабочий модуль. Переходим к практической работе — каждый проект будет выполнен без компьютера, но должен содержать все необходимые инженерные решения."
Этап 5. Практическая работа в тетради «Спроектируй транспортного робота» (10 мин)
Цель этапа: применить новые знания при создании эскиза транспортного робота и алгоритма его движения.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
2 мин | Учитель раздаёт группам карточки ситуаций и объясняет задание: "Выберите или получите одну задачу. В тетради оформите проект на развороте. В верхней части запишите название робота и его назначение. В центре нарисуйте вид сверху или сбоку. Подпишите платформу, привод, источник питания, датчики и рабочий модуль. Пользуйтесь условными обозначениями на доске." | Получают ситуацию: склад, больница, планета или уборка. Записывают назначение робота и распределяют роли: конструктор, специалист по датчикам, алгоритмист, докладчик. |
5 мин | Учитель напоминает критерии: "В эскизе обязательно покажите направление движения стрелками, место груза, минимум один датчик и способ преодоления препятствия. Если робот перевозит коробку, обозначьте контейнер или платформу. Подумайте, нужны ли колёса или гусеницы. Не стремитесь к сложному рисунку — важнее понятные подписи и связь с задачей." Учитель консультирует группы вопросами: "Что робот должен обнаружить? Как он поймёт, что достиг финиша? Что произойдёт при встрече с препятствием?" | Создают эскиз в тетради, подписывают элементы, выбирают колёса или гусеницы, обозначают датчик линии или расстояния, рисуют груз и маршрут. |
3 мин | Учитель даёт инструкцию по алгоритму: "Под рисунком запишите не менее шести шагов. Начните с команды старта, затем укажите движение, обнаружение условия, действие при препятствии, доставку груза и возвращение или остановку. Используйте форму: «Если ..., то ...». Одна группа зачитывает пример, остальные проверяют, есть ли в нём условие и действие." | Записывают алгоритм, например: "1. Включить питание. 2. Двигаться прямо по линии. 3. Если датчик обнаружил препятствие, остановиться. 4. Объехать препятствие справа. 5. Продолжить движение до зоны хранения. 6. Остановиться и подать сигнал о доставке." Проверяют наличие последовательности и условия. |
Эталон выполнения практической работы
Пример для робота-доставщика: 1) определить платформу с контейнером; 2) выбрать колёсный привод; 3) установить аккумулятор; 4) использовать датчик расстояния для обнаружения препятствия; 5) двигаться к зоне доставки; 6) при обнаружении препятствия остановиться и объехать его; 7) остановиться в зоне доставки; 8) включить световой или звуковой сигнал. При проверке учитель устанавливает соответствие между задачей, элементами эскиза и командами алгоритма.
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Каждый проект уже отвечает на три вопроса: что перевозит робот, как он получает информацию и какие действия выполняет. Теперь проверим проекты друг друга и попробуем обнаружить технические ошибки до публичной защиты."
Этап 6. Первичное закрепление и взаимопроверка (6 мин)
Цель этапа: закрепить понятия и выявить соответствие между транспортной задачей, конструкцией и алгоритмом.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
3 мин | Учитель организует взаимопроверку по приёму «Две звезды и пожелание»: "Обменяйтесь тетрадями с соседней парой. Найдите в проекте две сильные стороны и запишите их на стикере: например, «удачно выбран датчик» или «понятно показан маршрут». Затем добавьте одно пожелание, которое сделает проект надёжнее. Не оценивайте рисунок по красоте — оценивайте техническое решение." | Проверяют чужой проект по трём позициям, записывают две сильные стороны и одно пожелание: "Есть датчик препятствия", "алгоритм записан по шагам", "нужно указать, где находится груз". |
3 мин | Учитель проводит устное закрепление: "Поднимите руку, если в вашем проекте есть датчик расстояния. Объясните, какое действие он запускает. Чем привод отличается от источника питания? Почему робот не должен продолжать движение после доставки груза?" Учитель корректирует ответы и выделяет точные формулировки. | Представляют решения: "Датчик расстояния обнаруживает препятствие и подаёт команду остановиться", "привод создаёт движение, а аккумулятор даёт энергию", "после доставки нужно остановиться для безопасности". Вносят одну правку в собственный проект. |
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Взаимопроверка показала, что хороший проект можно проверить по логике, а не только по внешнему виду. Сейчас каждый самостоятельно выполнит короткое задание и убедится, что умеет выбирать элементы робота без подсказки группы."
Этап 7. Самостоятельная работа с самопроверкой (4 мин)
Цель этапа: проверить индивидуальное понимание функций элементов и принципов выбора транспортной конструкции.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
3 мин | Учитель раздаёт индивидуальную карточку: "Выполните три задания. Первое: соедините элемент и его функцию. Второе: выберите датчик для обнаружения стены. Третье: исправьте ошибку в алгоритме «Робот едет, встречает препятствие, продолжает ехать, доставляет груз». Запишите исправленный вариант. Работайте самостоятельно, время — три минуты." | Индивидуально выполняют задания: соединяют «мотор — движение», «аккумулятор — энергия», «датчик — информация»; выбирают датчик расстояния; исправляют алгоритм: «при обнаружении препятствия остановиться и объехать его». |
1 мин | Учитель показывает эталон на доске: "Проверьте себя. За каждый правильный ответ поставьте один знак в листе. Если ошибка есть, не стирайте её молча, а рядом запишите правильное решение." | Сверяют ответы, подсчитывают результат, отмечают затруднение знаком вопроса и формулируют, что нужно уточнить. |
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Мы индивидуально проверили главное: назначение элементов и реакцию робота на препятствие. Осталось подвести итог урока, оценить собственную работу и ответить на вопрос, который мы поставили в начале."
Этап 8. Рефлексия и домашнее задание (3 мин)
Цель этапа: осмыслить результат проектирования, зафиксировать трудности и определить дальнейшее направление работы.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
2 мин | Учитель использует приём «Светофор»: "Поднимите зелёный стикер, если вы можете объяснить назначение пяти основных элементов; жёлтый — если можете объяснить только часть; красный — если нужна помощь. Теперь завершите фразу: «Транспортный робот отличается от обычного механизма тем, что ...»." | Показывают цветовой сигнал, завершают фразу: "...может перемещаться и выполнять задачу по алгоритму", называют личную трудность: "Мне сложно выбрать датчик", "Мне нужно точнее записывать условие". |
1 мин | Учитель даёт домашнее задание: "Выберите базовый, средний или продвинутый уровень. Перед выходом ответьте на два контрольных вопроса: какой элемент отвечает за получение информации и почему алгоритм должен учитывать препятствие?" | Записывают выбранный уровень домашнего задания, отвечают: "За информацию отвечает датчик", "иначе робот может столкнуться или не выполнить доставку". |
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Сегодня вы работали как инженеры: начинали с задачи, выбирали элементы, рисовали конструкцию и составляли алгоритм. Проект без компьютера тоже может быть настоящей моделью, если в нём есть назначение, устройство и логика действий."
Критерии оценивания практической работы
- «5» — эскиз соответствует транспортной задаче, подписаны не менее пяти основных элементов, корректно выбран датчик, показан маршрут и записан последовательный алгоритм минимум из шести шагов с условием реакции на препятствие.
- «4» — задача и конструкция связаны, подписаны основные элементы, алгоритм в целом верный, но отсутствует одна существенная деталь: рабочий модуль, условие остановки или точное обозначение маршрута.
- «3» — изображён транспортный робот и указано его назначение, но подписи неполные или алгоритм содержит до двух логических ошибок; ученик может исправить их после подсказки.
- Ниже отметки «3» — проект не связан с указанной транспортной задачей, отсутствуют подписи элементов и последовательность действий; требуется повторное выполнение с опорой на схему.
Рефлексия
Вопрос для ученика | Цель вопроса |
|---|---|
Что нового вы узнали о транспортных роботах? | Выявление осознания ключевых понятий и назначения мобильной робототехники. |
Какой элемент робота вы выбрали первым и почему? | Проверка понимания связи между транспортной задачей и конструкцией. |
Что произойдёт с роботом при встрече с препятствием в вашем алгоритме? | Выявление точек затруднения в построении алгоритма с условием. |
Что вы улучшили бы в своём эскизе после взаимопроверки? | Формирование навыка самооценки, коррекции и инженерного анализа. |
Завершающее слово учителя
"Сегодня мы выяснили, что транспортный робот — это не просто движущаяся машина, а система, созданная для конкретной задачи. Вы научились связывать груз и маршрут с платформой, приводом, источником питания, датчиками и рабочим модулем. Типичная ошибка — нарисовать робота, но забыть объяснить, как он обнаруживает препятствие и понимает, что достиг цели. На следующем уроке мы продолжим проектирование и рассмотрим, как сделать движение робота более точным и безопасным."
Домашнее задание
Уровень | Что задать | Зачем |
|---|---|---|
Базовый (обязательный) | Повторить определения «мобильная робототехника», «транспортный робот», «датчик», «привод»; составить в тетради таблицу из пяти элементов робота и их функций. | Закрепляет терминологию и проверяется по точности определения функций элементов. |
Средний (повышающий) | Разработать второй вариант транспортного робота для другой задачи: выполнить эскиз, подписать не менее пяти элементов и записать алгоритм из 6–8 шагов с реакцией на препятствие. | Развивает перенос знаний в новую ситуацию; проверяется соответствие конструкции, датчика и алгоритма выбранной задаче. |
Продвинутый (дополнительный) | Сравнить колёсную и гусеничную платформы для перевозки груза по ровной площадке и участку с неровностями. Заполнить таблицу «Преимущество — ограничение — подходящая задача» и обосновать выбор одной платформы. | Формирует умение оценивать технические решения по критериям устойчивости, проходимости и назначения. |
Контрольные вопросы перед выходом из класса: «Какую задачу решает транспортный робот? Какие пять основных элементов входят в его модель? Чем датчик отличается от привода? Как робот должен действовать при обнаружении препятствия?»
