Программирование моделей роботов в компьютерно-управляемой среде
Цели и задачи
- Цель урока: к концу занятия научиться составлять и проверять простую программу движения робота по заданному маршруту в компьютерно-управляемой среде, используя последовательность команд, параметры движения и команду остановки.
- Сформировать представление о программе как последовательности команд, которые компьютер или контроллер передаёт исполнительному устройству.
- Научить составлять алгоритм движения робота по клеточному маршруту, выбирать команды движения и изменять их параметры.
- Развивать умение находить и исправлять ошибки в программе через парную проверку и тестирование модели.
- Воспитывать ответственность за результат совместной работы, интерес к инженерной деятельности и уважительное отношение к мнению партнёра.
Планируемые результаты
Личностные
- Проявляют интерес к программированию как способу управления реальным техническим объектом.
- Понимают ценность точности, последовательности и ответственности при создании программы.
- Осознают необходимость сотрудничества и распределения ролей при выполнении инженерной задачи.
- Проявляют готовность спокойно анализировать ошибку и использовать её для улучшения результата.
Метапредметные
- Формулируют цель практической работы и планируют последовательность действий для её достижения.
- Извлекают информацию из схемы маршрута, интерфейса среды и условных обозначений команд.
- Сравнивают предполагаемое и фактическое поведение модели, выявляют причину расхождения и предлагают исправление.
- Используют цифровые инструменты для создания, запуска, проверки и корректировки программы.
- Ведут диалог с партнёром, распределяют обязанности и аргументируют выбор команд.
Предметные
- Знать назначение алгоритма, программы, команды движения и параметра команды.
- Уметь составлять последовательность команд для движения робота вперёд, поворота и остановки.
- Уметь переводить маршрут на клетчатой схеме в программу для модели робота.
- Уметь запускать программу в компьютерно-управляемой среде и наблюдать результат её выполнения.
- Владеть приёмами пошаговой проверки и исправления простой программы.
Универсальные учебные действия (УУД)
Личностные УУД
- Определяют личный вклад в общее дело пары и стремятся довести практическую задачу до результата.
- Формируют смыслообразование через понимание связи программирования с работой роботов в быту и производстве.
- Проявляют настойчивость при повторном запуске программы после обнаружения ошибки.
- Оценивают соблюдение правил безопасной и ответственной работы за компьютером.
Регулятивные УУД
- Принимают и сохраняют учебную цель: провести робота по маршруту без столкновения и остановить его в заданной зоне.
- Планируют действия: прочитать маршрут, записать команды, проверить параметры, запустить и проанализировать результат.
- Осуществляют пошаговый самоконтроль после каждого фрагмента программы.
- Сравнивают результат с эталоном, находят ошибку и вносят обоснованное исправление.
- Оценивают успешность работы по критериям точности маршрута, корректности программы и взаимодействия в паре.
Познавательные УУД
- Выделяют в маршруте отдельные действия робота и представляют их в виде последовательности команд.
- Устанавливают причинно-следственную связь между изменением параметра команды и поведением модели.
- Моделируют движение робота на клетчатом поле до запуска программы.
- Анализируют ошибочную программу, сопоставляя команду, её параметр и фактический результат.
- Используют цифровую среду для поиска, проверки и корректировки решения.
Коммуникативные УУД
- Распределяют в паре роли программиста и оператора, затем меняются ролями при повторной попытке.
- Задают уточняющие вопросы о порядке команд и параметрах движения.
- Объясняют партнёру, почему выбранная команда необходима именно на данном шаге маршрута.
- Согласовывают исправление программы и аргументированно принимают общее решение.
- Оценивают работу партнёра по правилу «две сильные стороны и один совет».
Подготовка учителя к уроку
- Подготовить компьютерно-управляемую среду для программирования моделей роботов и проверить запуск проекта на каждом рабочем компьютере.
- Подготовить модели роботов или виртуальные модели в количестве, достаточном для работы каждой пары.
- Распечатать для каждой пары клетчатое поле с маршрутом, стартовой зоной, финишем и двумя препятствиями; подготовить один запасной комплект.
- Распечатать карточки команд для каждой пары: «движение вперёд», «поворот направо», «поворот налево», «остановка», а также карточки параметров расстояния и времени.
- Подготовить карточки трёх уровней: базовый маршрут из 4–5 действий, маршрут с препятствием и маршрут с необходимостью исправления ошибочной программы.
- Вывести на доску или экран памятку: «Прочитай маршрут — составь команды — проверь параметры — запусти — сравни результат — исправь».
- Подготовить демонстрационный маршрут и короткую ошибочную программу для коллективного разбора.
- Подготовить таймер, стикеры для рефлексии и лист самооценки на каждого ученика.
- Проверить наличие компьютеров, кабелей, контроллеров, зарядки моделей, проектора и устойчивого соединения с локальной средой.
- Освободить рабочие поверхности от лишних предметов и напомнить правила безопасной работы с проводами и движущимися моделями.
Ход урока
Этап 1. Организационный момент и мотивация (4 мин)
Цель этапа: включить учеников в практическую задачу и показать связь программирования с управлением реальным роботом.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
1 мин | Учитель приветствует класс и проверяет готовность рабочих мест: «Здравствуйте, ребята. Сегодня нам предстоит не просто написать команды, а заставить модель робота выполнить маршрут. Проверьте, что перед вами есть компьютер, карточки команд, клетчатое поле и тетрадь. Движущуюся модель пока не запускаем, чтобы все действия были безопасными и согласованными». | Проверяют оборудование, раскладывают карточки команд, открывают тетради и занимают места в парах. |
3 мин | Учитель показывает на экране модель робота и маршрут: «Представьте, что робот должен доставить небольшой груз из стартовой зоны в финишную, объехав препятствие. Сам робот не понимает человеческую просьбу “езжай туда”. Ему нужны точные команды. Как вы думаете, что произойдёт, если поменять местами две команды? А если забыть команду остановки?» Учитель принимает ответы и формулирует проблемный вопрос: «Как составить программу, чтобы робот выполнил маршрут точно?» | Рассматривают маршрут, предполагают: «Робот свернёт не туда», «может столкнуться с препятствием», «будет двигаться дальше без остановки». Формулируют проблему урока: «Нужно составить точную последовательность команд для робота». |
Завершение этапа: учитель подводит итог: «Мы увидели, что роботу недостаточно общего указания. Ему необходим алгоритм из точных команд. Сейчас проверим, какие знания помогут нам такой алгоритм построить».
Этап 2. Актуализация знаний и работа в парах (6 мин)
Цель этапа: актуализировать понятия алгоритма, исполнителя, команды и последовательности действий.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
2 мин | Учитель показывает на доске четыре карточки действий: «встать», «взять рюкзак», «надеть рюкзак», «выйти». «Посмотрите на последовательность. Можно ли поменять местами первые две карточки? Почему? Что в этой бытовой ситуации напоминает программу?» | Обсуждают в парах порядок действий и отвечают: «Нет, сначала нужно встать, затем взять рюкзак», «это алгоритм, а каждое действие — команда». |
2 мин | Учитель проводит приём «Подумай — обсуди в паре — поделись»: «Сначала за 30 секунд каждый самостоятельно запишите, какие команды может выполнять робот. Затем сравните записи с партнёром и выберите четыре наиболее важные команды». Учитель фиксирует ответы на доске. | Индивидуально записывают варианты, затем обсуждают их в паре и предлагают классу: «вперёд», «назад», «поворот направо», «поворот налево», «остановка». |
2 мин | Учитель задаёт вопросы: «Что произойдёт, если команда движения будет без параметра? Почему важно указать расстояние или время? Чем программа отличается от одной команды?» | Отвечают: «Робот может не знать, как долго ехать», «программа состоит из нескольких команд, записанных в порядке выполнения». |
Завершение этапа: учитель подводит итог: «Мы вспомнили, что алгоритм состоит из команд, выполняемых в определённом порядке. Теперь найдём место, где наших прежних знаний недостаточно для управления конкретной моделью».
Посмотрите план целиком
Зарегистрируйтесь — и откройте план урока по этой теме полностью: цели, ход урока и рефлексия по ФГОС.
Этап 3. Постановка проблемы и целеполагание (4 мин)
Цель этапа: обнаружить затруднение при переводе схемы маршрута в команды и сформулировать план открытия нового знания.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
2 мин | Учитель раздаёт парам карточку с маршрутом: робот должен проехать вперёд две клетки, повернуть направо, проехать одну клетку и остановиться. «Попробуйте без компьютерной среды записать программу. Что нужно указать кроме названия команды? Как понять, сколько именно двигаться?» | Раскладывают карточки команд по маршруту, замечают необходимость параметров и формулируют затруднение: «Нужно указать расстояние или время движения», «необходимо знать, как среда задаёт поворот». |
2 мин | Учитель организует «Снежный ком»: «Сначала каждый назовите один шаг решения, затем объединитесь в пары и составьте общий план. Кто готов представить его классу?» Учитель записывает план: «понять маршрут — выбрать команды — задать параметры — запустить — проверить — исправить». | Предлагают шаги, объединяют их в общий план и формулируют цель: «Научиться составлять и проверять программу движения робота по маршруту». |
Завершение этапа: учитель подводит итог: «Затруднение обнаружено: маршрут на бумаге нужно перевести в понятную среду команд и параметров. По намеченному плану мы сейчас откроем способ такого перевода».
Этап 4. Открытие нового знания и демонстрация в ИКТ-среде (9 мин)
Цель этапа: познакомить учеников с последовательностью создания программы и показать влияние параметров команд на движение модели.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
3 мин | Учитель демонстрирует на экране компьютерно-управляемую среду: «Посмотрите на рабочую область. Здесь размещаются команды, в панели параметров задаётся расстояние или время, а кнопка запуска передаёт программу модели. Для нашего маршрута первая команда — движение вперёд на две клетки. Затем нужен поворот направо, движение на одну клетку и остановка. Почему остановку мы ставим последней?» | Рассматривают интерфейс, называют области среды и отвечают: «Чтобы робот прекратил движение в финишной зоне». |
3 мин | Учитель создаёт программу по шагам и проговаривает действия: «Я сначала читаю маршрут слева направо. Добавляю движение вперёд и задаю параметр две клетки. Затем добавляю поворот направо без лишнего движения. После этого добавляю движение на одну клетку и команду остановки. Сейчас запускаю только после мысленной проверки всей последовательности». | Сверяют команды с бумажной схемой, проговаривают последовательность: «вперёд — две клетки, направо, вперёд — одна клетка, стоп». |
3 мин | Учитель специально изменяет параметр: «Посмотрите, что произойдёт, если вместо двух клеток задать три? Это не случайная ошибка, а пример отладки: мы меняем один параметр и сравниваем результат. Запомните правило: при ошибке проверяем не всю программу сразу, а команды по порядку». | Предсказывают результат: «Робот проедет дальше маршрута», фиксируют, что ошибка может быть в порядке команды или её параметре. |
Запись в тетрадях
Ученики записывают: «Программа — это последовательность команд для исполнителя. Алгоритм движения робота: 1) прочитать маршрут; 2) определить команды; 3) задать параметры; 4) запустить; 5) сравнить результат с маршрутом; 6) исправить ошибку. Пример: движение вперёд на 2 клетки → поворот направо → движение вперёд на 1 клетку → остановка».
Завершение этапа: учитель подводит итог: «Мы увидели, как схема маршрута превращается в программу. Теперь каждая пара попробует выполнить такой перевод самостоятельно и проверит его на модели».
Этап 5. Первичное закрепление: программирование по образцу (8 мин)
Цель этапа: закрепить составление программы по заданному маршруту с распределением ролей в паре.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
2 мин | Учитель раздаёт базовые маршрутные карточки: «В каждой паре один ученик становится программистом, второй — оператором. Программист раскладывает команды и задаёт параметры, оператор сверяет программу с маршрутом и задаёт контрольные вопросы: “Сколько клеток проедет робот?”, “Где он повернёт?”, “Есть ли остановка?” Через несколько минут роли изменятся». | Распределяют роли, читают маршрут, раскладывают карточки команд и проговаривают предполагаемый путь робота. |
3 мин | Учитель предлагает запустить программу: «Перед запуском используйте приём “Шпаргалка-напоминание”: проверьте порядок команд, параметры, направление поворота и наличие остановки. После проверки запускайте модель в свободной зоне». | Проверяют программу по четырём пунктам, запускают модель, наблюдают движение и отмечают результат на карточке: «маршрут выполнен» или «нужна отладка». |
3 мин | Учитель организует смену ролей и взаимопроверку: «Поменяйтесь ролями. Если робот не достиг финиша, не переписывайте программу целиком. Найдите первую команду, после которой движение стало неправильным, и исправьте только её». | Меняются ролями, находят первую ошибочную команду, изменяют её параметр или направление, повторно запускают программу и объясняют партнёру исправление. |
Завершение этапа: учитель подводит итог: «Вы составили первые программы и убедились, что точность зависит от каждой команды. Следующий шаг — проверить, сможете ли вы самостоятельно найти ошибку в готовой программе».
Этап 6. Самостоятельная работа с самопроверкой и физкультминуткой (9 мин)
Цель этапа: развить умение анализировать программу, исправлять ошибку и применять алгоритм в новом маршруте.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
1 мин | Учитель проводит короткую физкультминутку без выхода из рабочих зон: «Покажите движением команду “вперёд”, повернитесь направо по сигналу, повернитесь налево, а на слово “стоп” замрите. Это поможет запомнить, что команда всегда связана с действием исполнителя». | Выполняют движения по командам, реагируют на изменение последовательности и возвращаются к рабочему месту. |
5 мин | Учитель раздаёт карточки двух уровней. «Минимум: составьте программу для маршрута из пяти действий. Базовый уровень: объедьте препятствие и остановитесь в финишной зоне. Перед запуском нарисуйте путь стрелками. Работа индивидуальная, затем можно сравнить программу с соседом». Учитель консультирует вопросами: «После какой команды робот оказался не там? Какой параметр нужно изменить?» | Индивидуально составляют программу, рисуют маршрут стрелками, запускают модель или виртуальную модель, сравнивают результат с заданием и исправляют одну найденную ошибку. |
3 мин | Учитель показывает на экране эталон самопроверки: «Сверьте не только конечную точку, но и весь путь. Программа считается выполненной, если робот не пересёк препятствие, сделал правильный поворот, дошёл до финиша и остановился. Отметьте в листе самооценки три пункта: “получилось”, “исправил ошибку”, “нужна помощь”». | Сопоставляют выполнение с критериями, отмечают результаты в листе самооценки, формулируют причину ошибки одним предложением. |
Эталон решения
Для маршрута «вперёд на 2 клетки → поворот налево → вперёд на 1 клетку → остановка» эталонная последовательность такова: 1) выбрать команду движения вперёд и задать параметр 2 клетки; 2) добавить поворот налево; 3) добавить движение вперёд с параметром 1 клетка; 4) добавить остановку; 5) мысленно проследить путь по схеме; 6) запустить программу; 7) если робот проехал дальше финиша, уменьшить параметр первой или второй команды в соответствии с местом ошибки.
Завершение этапа: учитель подводит итог: «Самостоятельная проверка показала, что отладка начинается с поиска первой ошибки, а не с хаотичной замены всех команд. Осталось обобщить, чему научились, и связать это с задачами других предметов и профессий».
Этап 7. Межпредметное обобщение, рефлексия и домашнее задание (5 мин)
Цель этапа: осмыслить результат урока, установить межпредметные связи и определить направление дальнейшей работы.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
2 мин | Учитель задаёт межпредметный вопрос: «Где ещё встречается последовательность точных команд? В математике это порядок действий, в информатике — алгоритм, в физике — управление движением, в географии — маршрут по карте. Что общего у этих ситуаций?» | Приводят примеры и формулируют вывод: «Везде важно задать точные действия и их порядок», «изменение одного шага меняет результат». |
2 мин | Учитель проводит рефлексию «Светофор»: «Поднимите зелёную карточку, если можете составить и проверить программу; жёлтую — если умеете, но путаетесь в параметрах; красную — если нужна совместная тренировка. Запишите на стикере продолжение фразы: “Сегодня я научился…”» | Показывают цвет карточки, записывают на стикере личный результат: «составлять команды», «проверять маршрут», «находить ошибку в параметре». |
1 мин | Учитель объясняет домашнее задание: «Выберите обязательный уровень или более сложный вариант. Важно не просто записать команды, а нарисовать маршрут, объяснить параметры и указать, как вы проверите программу». | Записывают домашнее задание, задают уточняющие вопросы, сдают стикер рефлексии. |
Завершение этапа: учитель подводит итог: «Сегодня вы прошли путь от схемы маршрута до работающей программы, научились распределять роли и исправлять ошибки. На следующем уроке мы усложним программу: добавим повторяющиеся действия и обсудим, как сделать алгоритм короче и удобнее».
Критерии оценивания практической работы
- «5» — программа полностью соответствует заданному маршруту, робот объезжает препятствие, достигает финишной зоны и останавливается; ученик объясняет назначение команд и самостоятельно исправляет обнаруженную ошибку.
- «4» — маршрут выполнен с одной неточностью, которую ученик исправляет после подсказки; последовательность команд в целом верна, параметры объяснены частично.
- «3» — составлена основа программы минимум из трёх команд, но допущены ошибки в порядке, параметрах или направлении поворота; исправление выполняется с помощью учителя или партнёра.
Рефлексия
Вопрос для ученика | Цель вопроса |
|---|---|
Что нового вы узнали о программе управления роботом? | Выявление осознания понятия программы как последовательности команд. |
Какая команда или параметр оказались самыми важными для выполнения маршрута? | Проверка понимания роли порядка команд и их параметров. |
Как вы нашли первую ошибку в своей программе? | Выявление сформированности алгоритма отладки и самоконтроля. |
Что помогло вам договориться с партнёром при распределении ролей? | Оценка коммуникативных навыков и качества парного взаимодействия. |
Завершающее слово учителя
«Сегодня вы убедились, что робот выполняет не намерение человека, а точную последовательность команд. Мы научились переводить маршрут в программу, задавать параметры, запускать модель и искать первую ошибку. Помните: чаще всего проблема появляется из-за перепутанного порядка команд, неверного расстояния или отсутствия остановки. На следующем уроке мы научимся сокращать повторяющиеся действия и создавать более сложные алгоритмы движения».
Домашнее задание
Уровень | Что задать | Зачем |
|---|---|---|
Базовый (обязательный) | Составить на клетчатой бумаге маршрут робота из 5–6 действий с одним поворотом и остановкой. Записать последовательность команд и указать параметры движения. | Закрепить перевод схемы маршрута в алгоритм; при проверке обратить внимание на порядок команд и наличие остановки. |
Средний (повышающий) | Разработать маршрут с одним препятствием и двумя поворотами, записать программу, а затем намеренно изменить один параметр и описать предполагаемую ошибку движения. | Развить умение прогнозировать результат изменения команды и анализировать влияние параметра на поведение модели. |
Продвинутый (дополнительный) | Предложить два разных алгоритма для одного маршрута: короткий и подробный. Сравнить их по количеству команд и объяснить, какой удобнее проверять. | Формировать навыки оптимизации, сравнения алгоритмов и аргументированного выбора решения. |
Контрольные вопросы перед выходом из класса: «Что называют программой управления роботом? Зачем команде движения нужен параметр? Почему программу проверяют до запуска? Как найти первую ошибку в маршруте? Какая команда завершает движение робота?»
