Практическая работа «Программирование работы датчика линии»
Цели и задачи
- Цель по SMART: за 45 минут научиться составлять, загружать и отлаживать программу движения робота по чёрной линии с использованием датчика линии, добившись прохождения роботом контрольного участка не менее чем в двух попытках из трёх.
- Сформировать умение подключать датчик линии, определять условие обнаружения линии и использовать условный оператор для управления моторами.
- Развивать алгоритмическое мышление, умение анализировать ошибки программы и вносить адресные изменения в код.
- Формировать навыки парной работы, распределения ролей, аргументированного обсуждения решений и соблюдения правил безопасной работы с робототехническим оборудованием.
- Показать связь программирования с автоматизацией транспорта, навигацией роботов и задачами инженерного проектирования.
Планируемые результаты
Личностные
- Проявляют интерес к созданию управляемого устройства и понимают практическую ценность программирования в технике.
- Осознают ответственность за безопасное обращение с робототехническим набором и цифровым оборудованием.
- Развивают настойчивость при поиске и исправлении ошибки в программе.
- Принимают необходимость сотрудничества и уважительного обсуждения различных вариантов алгоритма.
Метапредметные
- Планируют последовательность действий: подключение, написание программы, запуск, наблюдение, фиксация результата и коррекция.
- Извлекают информацию из схемы подключения, показаний датчика и результатов испытания.
- Сравнивают ожидаемое и фактическое поведение робота, выявляют причину расхождения и предлагают исправление.
- Используют компьютерную среду программирования для ввода, загрузки и тестирования алгоритма.
- Ведут конструктивный диалог в паре и представляют классу краткое объяснение принятого решения.
Предметные
- Знать назначение датчика линии и принцип различения светлой и тёмной поверхности.
- Уметь подключать датчик линии к контроллеру и определять значение его показания на выбранной поверхности.
- Уметь составлять программу движения робота по линии с использованием условия и управления скоростью моторов.
- Уметь загружать программу в контроллер, проводить испытание и корректировать параметры порога, скорости или поворота.
- Владеть приёмами пошаговой отладки программы и фиксации результатов практического эксперимента.
Универсальные учебные действия (УУД)
Личностные УУД
- Определяют личный вклад в работу пары и оценивают собственную готовность довести алгоритм до рабочего результата.
- Связывают учебную задачу с реальными роботами, которые следуют по маршруту и работают в автоматических системах.
- Сохраняют доброжелательное отношение к партнёру при несовпадении мнений о причине ошибки.
- Формируют ответственное отношение к цифровой технике и результатам коллективной работы.
Регулятивные УУД
- Принимают цель практической работы и составляют план испытания робота.
- Распределяют время между написанием программы, запуском и коррекцией.
- Сверяют результат с критериями: датчик реагирует на линию, робот движется по маршруту, программа объяснима.
- Осуществляют самоконтроль по чек-листу и вносят одно обоснованное изменение за один цикл отладки.
- Оценивают результат пары и формулируют, что следует улучшить при следующем запуске.
Познавательные УУД
- Выделяют входные данные алгоритма: показание датчика линии и положение робота относительно дорожки.
- Строят логическую модель «если датчик обнаружил линию — выполнить действие, иначе — выполнить другое действие».
- Анализируют таблицу показаний на светлой и тёмной поверхности и выбирают рабочий порог.
- Моделируют движение робота с помощью блок-схемы или последовательности команд.
- Находят ошибку в алгоритме по наблюдаемому поведению робота, а не методом случайной замены команд.
Коммуникативные УУД
- Распределяют роли программиста и оператора-испытателя, затем меняются ролями.
- Формулируют уточняющие вопросы о подключении датчика и работе условия.
- Объясняют партнёру смысл каждой ключевой команды программы.
- Договариваются о едином варианте изменения алгоритма и фиксируют результат испытания.
- Представляют классу краткий вывод о том, какой параметр сильнее всего повлиял на движение робота.
Подготовка учителя к уроку
- Подготовить один робототехнический комплект на пару: контроллер, два мотора, датчик линии, провода, корпус робота и источник питания.
- Собрать на полу или на столах трассы с контрастной чёрной линией на светлом фоне; подготовить по одному контрольному участку на пару.
- Проверить заряд аккумуляторов, исправность датчиков, моторов, кабелей и соединение компьютеров с контроллерами.
- Подготовить компьютеры с установленной средой программирования и заранее открыть пустой проект для каждой пары.
- Распечатать по одной на пару карточке-памятке со схемой подключения, логикой условия и чек-листом отладки.
- Распечатать по одному на ученика лист наблюдений с таблицей: «Попытка», «Порог», «Скорость», «Что сделал робот», «Что изменили».
- Вывести на экран схему: «датчик → условие → моторы → результат» и краткие правила безопасной работы.
- Подготовить демонстрационный робот, белый лист, чёрную полоску, проектор или интерактивную доску.
- Разместить на доске критерии успеха: датчик подключён правильно, программа запускается, робот реагирует на линию, результат зафиксирован.
- Подготовить стикеры трёх цветов для рефлексии и таймер на 3 минуты для этапов испытания.
Ход урока
Этап 1. Организационный момент и инструктаж по безопасности (4 мин)
Цель этапа: организовать пары, проверить готовность оборудования и обеспечить безопасное выполнение практической работы.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
1 мин | Учитель приветствует класс: "Сегодня вы будете не просто писать команды, а проверять, как алгоритм управляет настоящим роботом. Посмотрите на рабочие места: у каждой пары есть компьютер, робот и трасса. Сначала назначьте программиста и оператора-испытателя, а после первой попытки поменяйтесь ролями." | Ученики садятся парами, проверяют наличие компьютера и комплекта, назначают роли и записывают их на листе наблюдений. |
2 мин | Учитель показывает демонстрационный робот и напоминает правила: "Не подключаем и не отключаем провода при включённом питании. Не удерживаем колёса руками во время запуска. Перед испытанием освобождаем трассу. Если робот ведёт себя неожиданно, сразу нажимаем остановку и сообщаем учителю." | Ученики повторяют два правила безопасности, показывают на комплекте датчик, контроллер и моторы. |
1 мин | Учитель показывает на экране критерии успеха и говорит: "К концу работы программа должна запускаться без ошибок, робот — реагировать на чёрную линию, а вы — объяснять, почему выбрали именно такое условие. Результат каждой попытки заносится в таблицу, даже если робот ошибся." | Ученики читают критерии, открывают лист наблюдений и готовят тетради и рабочую среду. |
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Оборудование проверено, роли распределены, правила безопасности вспомнили. Теперь выясним, какие данные даёт датчик и как по ним построить условие программы."
Этап 2. Исследование показаний датчика линии (6 мин)
Цель этапа: определить различие показаний датчика на светлой поверхности и на чёрной линии.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
2 мин | Учитель демонстрирует датчик: "Датчик линии не понимает слово «чёрный», он получает числовое показание отражённого света. Поднесём его к белой поверхности, затем к чёрной полоске. Смотрите на монитор и запишите оба значения. Почему они различаются?" | Программист запускает окно показаний, оператор по очереди помещает датчик над белой поверхностью и линией. Пара записывает два значения и предполагает: "Поверхность отражает разное количество света". |
2 мин | Учитель задаёт вопросы: "Какое показание будем считать обнаружением линии? Где расположить порог между двумя измерениями? Почему нельзя выбирать порог наугад?" Учитель фиксирует на доске условную запись: «если показание меньше порога — линия обнаружена». | Ученики сравнивают полученные числа, предлагают порог между ними и объясняют выбор: "Порог должен разделять два диапазона показаний". |
2 мин | Учитель организует приём «Подумай — обсуди в паре — поделись»: "Сначала каждый за 30 секунд сформулируйте, что должен сделать робот при обнаружении линии. Затем обсудите в паре и назовите один вариант действия." | Ученики индивидуально формулируют действие, обсуждают его в паре и сообщают варианты: "Замедлить один мотор", "Повернуть к линии", "Изменить скорость левого и правого колеса". |
Запись в тетрадях
Ученики записывают: «Датчик линии определяет различие отражения света. Алгоритм использует показание датчика, порог и условие. Порог выбирают по результатам измерений на светлой поверхности и чёрной линии».
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Мы получили числовые данные и выбрали осмысленный порог. Теперь превратим наблюдение «линия обнаружена» в условие, которое сможет выполнить контроллер."
Посмотрите план целиком
Зарегистрируйтесь — и откройте план урока по этой теме полностью: цели, ход урока и рефлексия по ФГОС.
Этап 3. Инструктаж по алгоритму и планирование программы (6 мин)
Цель этапа: спланировать программу движения робота и распределить действия внутри пары.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
2 мин | Учитель выводит на экран схему: «Старт → считать датчик → проверить условие → изменить скорость моторов → повторять». Реплика учителя: "Программа должна постоянно проверять датчик, поэтому после действия возвращается к считыванию. Если условие выполнено, робот корректирует направление; если нет, продолжает движение или выполняет противоположную коррекцию. Не копируйте команды вслепую — объясните каждую." | Ученики рассматривают схему, проговаривают последовательность и показывают стрелками, куда возвращается алгоритм после выполнения действия. |
2 мин | Учитель разбирает модель: "Предположим, датчик расположен перед левым колесом. Если он увидел чёрную линию, левое колесо замедляется, а правое ускоряется — робот поворачивает в сторону линии. Если линия потеряна, скорости нужно изменить наоборот. Конкретные числа подберите после испытания." | Ученики в парах распределяют команды между датчиком и моторами, составляют на черновике псевдокод: «считать показание; если ...; иначе ...; повторять». |
2 мин | Учитель даёт инструкцию: "Программист вводит команды, оператор сверяет подключение и следит за трассой. Перед загрузкой вместе проверьте три пункта: порт датчика, направление моторов, значение порога. Затем поменяйтесь ролями после первой попытки." | Ученики заполняют план работы, называют партнёру три пункта проверки и готовят проект к вводу. |
Завершение этапа: учитель подводит итог: "У каждой пары есть схема алгоритма и критерии проверки. Сейчас вы реализуете план в среде программирования и впервые запустите робота на трассе."
Этап 4. Сборка и программирование робота (9 мин)
Цель этапа: подключить датчик и создать рабочую программу циклического движения с условием.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
3 мин | Учитель раздаёт карточки-памятки и говорит: "Сначала найдите на схеме порт датчика и порт каждого мотора. Проверьте соединения глазами и только затем включите питание. На экране создайте программу: старт, чтение датчика, условие, управление левым и правым мотором, повторение. Если в вашей среде используются блоки, соедините их в эту же логическую последовательность." | Ученики по схеме подключают датчик и моторы, называют партнёру номера портов, создают программу и не включают питание до взаимной проверки. |
3 мин | Учитель проходит по парам и задаёт вопросы: "Как контроллер поймёт, что линия обнаружена? Где в программе указан порог? Что произойдёт в ветви «иначе»? Покажите цикл, который повторяет измерение." При необходимости учитель демонстрирует на одном компьютере, как исправить незамкнутую последовательность блоков. | Программист показывает код или блоки, оператор объясняет условие и цикл. Пары исправляют незадействованный порт, неверный знак сравнения или отсутствие повторения. |
3 мин | Учитель даёт команду: "Сохраните проект с названием пары, загрузите программу и пока не ставьте робота на трассу. Поднимите руку, если программа загрузилась без сообщения об ошибке. После разрешения установите робота перед началом линии." | Ученики сохраняют проект, загружают его в контроллер, сообщают о результате и устанавливают робота на стартовую позицию. |
Эталон алгоритма
В общем виде алгоритм: «запустить моторы; постоянно считывать показание датчика; если показание меньше выбранного порога, уменьшить скорость одного мотора и увеличить скорость другого; иначе выполнить противоположную коррекцию; повторять до остановки». Названия портов и диапазон скорости ученики берут из своей среды программирования и памятки к комплекту.
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Программа загружена, но код ещё не считается готовым только потому, что он не выдал ошибку. Настоящая проверка начинается на трассе: наблюдаем поведение, фиксируем результат и изменяем только один параметр за раз."
Этап 5. Испытание и отладка в парах (12 мин)
Цель этапа: проверить работу алгоритма на трассе и выполнить осмысленную коррекцию программы по результатам наблюдений.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
3 мин | Учитель запускает таймер и говорит: "Первая попытка — диагностическая. Не переписывайте сразу всю программу. Смотрите, где именно робот отклоняется: уходит с линии, поворачивает слишком резко, останавливается или движется в правильную сторону. Оператор держит руку рядом с кнопкой остановки и заносит наблюдение в таблицу." | Пары запускают робота на трассе, оператор наблюдает за первым отклонением, программист не меняет код во время движения. Ученики записывают результат первой попытки и предполагаемую причину. |
3 мин | Учитель проводит консультацию: "Если робот всё время поворачивает не туда, проверьте соответствие моторов сторонам и направление вращения. Если реагирует слишком поздно, проверьте положение датчика и порог. Если дёргается, уменьшите разницу скоростей. Выберите только одну гипотезу и объясните её партнёру." | Пары выбирают одну причину, изменяют один параметр, подписывают изменение в таблице и меняются ролями. |
3 мин | Учитель говорит: "Вторая попытка — проверка гипотезы. До запуска каждый должен закончить фразу: «Мы изменили ..., потому что робот ...». После запуска сравните результат с первой попыткой." | Ученики проговаривают гипотезу, запускают робота повторно, сравнивают длину пройденного участка и характер движения, фиксируют данные. |
3 мин | Учитель организует мини-соревнование «Точный маршрут»: "Теперь задача не просто проехать дальше, а пройти контрольный участок с наименьшим числом сходов. Успех засчитывается, если пара может объяснить, какой параметр улучшил результат. Третья попытка выполняется после взаимной проверки другой пары." | Пары обмениваются краткой проверкой чек-листа, выполняют третью попытку, считают сходы и записывают итог: «робот прошёл участок», «частично прошёл» или «нужна дополнительная настройка». |
Запись в рабочем листе
После каждой попытки ученики фиксируют порог, скорость, наблюдаемое поведение робота и конкретное изменение. Пример формулировки: «Робот резко уходил вправо; уменьшили скорость правого мотора; на второй попытке прошёл более длинный участок».
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Вы прошли полный цикл инженерной работы: предположение, запуск, наблюдение, изменение и повторную проверку. Осталось оценить не только то, доехал ли робот, но и насколько вы понимаете собственный алгоритм."
Этап 6. Анализ результатов и межпредметная связь (4 мин)
Цель этапа: связать практический результат с математической обработкой данных и инженерным проектированием.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
2 мин | Учитель выводит на экран сводную таблицу и говорит: "Посмотрите, как изменение одного параметра повлияло на результат. В математике мы сравниваем числа и ищем зависимость, в физике наблюдаем отражение света, а в информатике переводим наблюдение в условие. Какой параметр у вашей пары оказался самым важным: порог, скорость или положение датчика?" | Пары сравнивают две попытки, называют параметр и приводят доказательство из листа наблюдений: «После изменения порога робот стал чаще распознавать линию». |
2 мин | Учитель задаёт проблемный вопрос: "Почему один и тот же алгоритм может работать на одной трассе и ошибаться на другой? Какие условия окружающей среды нужно учитывать при проектировании настоящего робота?" | Ученики формулируют ответы: «Меняется освещение, ширина линии, цвет поверхности, положение датчика, заряд аккумулятора». Две пары кратко представляют вывод. |
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Программа зависит не только от команд, но и от условий, в которых работает устройство. Теперь каждый оценит собственный результат и сформулирует следующий шаг улучшения."
Этап 7. Рефлексия, оценивание и домашнее задание (4 мин)
Цель этапа: осмыслить способ действия, оценить достижение результата и получить задание для закрепления.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
2 мин | Учитель раздаёт стикеры и говорит: "Выберите цвет: зелёный — могу объяснить алгоритм и настроить датчик; жёлтый — программа запускается, но нужна помощь с отладкой; красный — пока не понимаю условие или подключение. На обратной стороне допишите один параметр, который вы изменили, и его результат." | Ученики выбирают стикер, записывают самооценку и прикрепляют её к доске под одной из трёх колонок. |
1 мин | Учитель проводит «Билет на выход»: "Ответьте письменно на два вопроса: что делает датчик линии и почему при отладке важно менять один параметр за раз?" | Ученики записывают ответы: «Датчик определяет различие отражения света»; «Так можно понять, какое изменение повлияло на результат». |
1 мин | Учитель сообщает домашнее задание и напоминает: "Сохраните проект и лист наблюдений. Проверьте, чтобы рабочее место было выключено и провода уложены. На следующем занятии мы попробуем улучшить движение робота на поворотах." | Ученики сохраняют файлы в указанную папку, выключают питание, сдают лист наблюдений или фотографируют его по инструкции учителя. |
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Сегодня вы увидели, как показание датчика превращается в условие, а условие — в движение робота. Важно не бояться ошибки: при правильной фиксации она становится данными для улучшения алгоритма."
Критерии оценивания практической работы
- «5» — датчик и моторы подключены корректно, программа запускается, робот проходит контрольный участок не менее чем в двух попытках из трёх, лист наблюдений заполнен, ученик объясняет назначение порога и внесённой коррекции.
- «4» — программа запускается, робот распознаёт линию и проходит большую часть участка, допущена одна неточность в настройке или записи результатов, но ученик может объяснить основную логику алгоритма.
- «3» — программа частично работает или запускается только после помощи учителя, робот реагирует на датчик нестабильно, лист наблюдений заполнен неполностью, но ученик называет датчик, условие и одно направление исправления.
- Ниже «3» — соединения, алгоритм или правила безопасности не освоены; ученик не может объяснить связь между показанием датчика и действием моторов даже после подсказки.
Рефлексия
Вопрос для ученика | Цель вопроса |
|---|---|
Что делает датчик линии и какие два показания вы сравнивали? | Проверка понимания назначения датчика и основы выбора порога. |
Какое изменение помогло вашей паре улучшить движение робота? | Выявление умения связывать изменение параметра с результатом испытания. |
В какой момент алгоритма возникло затруднение: подключение, условие, цикл или настройка моторов? | Выявление конкретной точки затруднения для последующей коррекции. |
Что вы объясните партнёру или другой паре на следующем уроке? | Оценка осознанности результата и коммуникативного вклада ученика. |
Завершающее слово учителя
"Сегодня вы построили полный путь от измерения до работающего устройства: получили показание датчика, записали условие, управляли моторами и проверили программу на трассе. Типичная ошибка — менять сразу несколько параметров, поэтому становится непонятно, что именно улучшило или ухудшило результат. Вы работали как инженеры: наблюдали, выдвигали гипотезу и проверяли её запуском. На следующем уроке мы настроим прохождение поворотов и попробуем сделать движение робота более плавным."
Домашнее задание
Уровень | Что задать | Зачем |
|---|---|---|
Базовый (обязательный) | Составить в тетради блок-схему алгоритма движения робота по линии с датчиком: старт, считывание, условие, две ветви действий моторов, повторение. Подписать, что происходит при обнаружении линии. | Закрепляет структуру циклического алгоритма и смысл условного оператора; при проверке смотреть на наличие двух ветвей и возврата к считыванию датчика. |
Средний (повышающий) | Проанализировать два описания поведения робота: «робот постоянно уходит вправо» и «робот дёргается около линии». Для каждого предложить по две возможные причины и одно изменение программы или настройки. | Развивает алгоритмический анализ и умение связывать наблюдаемую ошибку с параметрами датчика и моторов. |
Продвинутый (дополнительный) | Спроектировать улучшение алгоритма для плавного прохождения поворота: описать, как изменять скорость моторов при разных показаниях датчика, и привести пример таблицы из трёх режимов движения. | Формирует навыки проектирования и создания алгоритма; при проверке смотреть на связь диапазонов показаний, скорости и направления поворота. |
Контрольные вопросы перед выходом из класса: «Для чего нужен порог датчика?», «Почему программа должна повторно считывать показание?», «Как определить причину схода робота с линии?», «Какое правило безопасности вы считаете самым важным?»
