Практическая работа «Программирование работы датчика расстояния»
Цели и задачи
- Цель урока по SMART: за 45 минут в парах составить, загрузить и протестировать программу, в которой датчик расстояния определяет приближение объекта и запускает заданную реакцию робота не менее чем в 3 испытаниях из 4.
- Познакомить учащихся с назначением датчика расстояния, принципом получения числового значения и условным оператором в программе.
- Научить подключать датчик к контроллеру, задавать порог расстояния и использовать условие «если — то — иначе».
- Развивать умение планировать эксперимент, фиксировать результаты измерений, находить ошибку в программе и корректировать её.
- Формировать ответственное отношение к безопасной работе с электронными устройствами и навыки сотрудничества в паре.
Планируемые результаты
Личностные
- Проявляют интерес к применению программирования в бытовых и технических системах автоматизации.
- Осознают значение точности, аккуратности и соблюдения правил безопасности при работе с электронными компонентами.
- Развивают ответственность за общий результат парной практической работы.
- Понимают связь программирования с созданием полезных устройств для человека.
Метапредметные
- Планируют последовательность действий по подключению датчика, созданию программы и проведению испытаний.
- Извлекают информацию из схемы подключения, интерфейса среды программирования и таблицы результатов.
- Сравнивают ожидаемое и фактическое поведение робота, формулируют причину ошибки и предлагают исправление.
- Распределяют роли в паре, аргументируют выбор порогового значения и соблюдают правила цифровой гигиены.
Предметные
- Знать назначение датчика расстояния и понятия «измеренное значение», «порог расстояния», «условие».
- Уметь подключать датчик к контроллеру по схеме и считывать его показания в среде программирования.
- Уметь составлять программу с условием: при расстоянии меньше заданного значения включается исполнительное действие.
- Уметь проводить серию испытаний, записывать результаты в таблицу и корректировать программу по результатам проверки.
Универсальные учебные действия (УУД)
Личностные УУД
- Определяют личный вклад в работу пары и принимают ответственность за аккуратность подключения устройства.
- Осознают практический смысл алгоритма обнаружения препятствий в робототехнических системах.
- Проявляют готовность спокойно исправлять ошибки и доводить эксперимент до результата.
- Соблюдают правила безопасного обращения с контроллером, проводами и компьютером.
Регулятивные УУД
- Формулируют цель испытания и составляют краткий план действий.
- Контролируют правильность подключения до запуска программы.
- Сопоставляют поведение робота с условием алгоритма и вносят коррекцию.
- Оценивают результат по количеству успешных испытаний и листу самооценки.
Познавательные УУД
- Выделяют входные данные датчика и выходное действие исполнительного устройства.
- Моделируют алгоритм в виде последовательности «измерить — сравнить — выполнить действие».
- Анализируют таблицу измерений и находят зависимость между расстоянием и реакцией робота.
- Используют знаково-символические средства: блоки программы, числа, условие и стрелочную схему.
Коммуникативные УУД
- Распределяют роли программиста и оператора, меняясь ролями после первого испытания.
- Задают уточняющие вопросы партнёру и объясняют назначение каждого блока программы.
- Договариваются о едином пороговом значении на основе результатов измерений.
- Представляют классу краткий вывод о работе программы и корректно обсуждают ошибки.
Подготовка учителя к уроку
- Подготовить рабочие места: компьютер или планшет с установленной средой программирования, контроллер, датчик расстояния и исполнительный модуль на каждую пару.
- Проверить заряд аккумуляторов, целостность проводов, корректность портов подключения и запуск среды программирования.
- Распечатать инструкцию с условием «если расстояние меньше порога — включить сигнал, иначе — выключить сигнал» — по одному экземпляру на пару.
- Распечатать карточки трёх уровней сложности — по одной на пару: базовая, с изменением порога, с дополнительной реакцией.
- Подготовить таблицу результатов испытаний с графами «Номер опыта», «Расстояние», «Ожидаемая реакция», «Фактическая реакция», «Вывод».
- Вывести на доску схему: «датчик → числовое значение → сравнение с порогом → действие» и памятку по безопасному подключению.
- Подготовить слайд с изображением датчика расстояния, единицами измерения и примером алгоритма.
- Организовать таймер на экране для парной работы и проверки программы.
- Подготовить лист самооценки и карточки «Светофор» по одной на каждого ученика.
- Разместить на каждом столе краткое правило: «Не подключать и не отключать элементы при включённом питании».
Ход урока
Этап 1. Организационный момент и мотивация (3 мин)
Цель этапа: включить учащихся в практическую деятельность, обозначить жизненную задачу и правила безопасной работы.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
1 мин | Учитель приветствует класс и показывает на экране изображение робота-пылесоса и автоматических дверей: "Ребята, сегодня мы будем программировать устройство, которое должно замечать препятствие. Представьте, что робот подъезжает к стене. Как он может понять, что пора остановиться?" Учитель принимает 2–3 версии и связывает их с датчиком расстояния. | Рассматривают изображения, предполагают: "Робот измеряет расстояние", "датчик передаёт значение контроллеру", "программа даёт команду остановиться". |
2 мин | Учитель объявляет практическую задачу: "Сегодня каждая пара создаст программу обнаружения препятствия. До начала работы вспомним правило безопасности: питание отключаем при изменении подключения, провода не тянем, корпус датчика не закрываем рукой. Работать будем в парах и после первого испытания поменяемся ролями." | Называют правила безопасной работы, распределяют роли «программист» и «оператор», записывают цель практической работы. |
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Мы определили, что датчик сообщает контроллеру расстояние до объекта. Теперь проверим, какие знания и действия понадобятся, чтобы превратить это измерение в команду роботу."
Этап 2. Инструктаж и актуализация знаний (5 мин)
Цель этапа: актуализировать понятия «датчик», «контроллер», «условие», «алгоритм» и подготовить учащихся к подключению оборудования.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
2 мин | Учитель показывает на экране датчик и контроллер: "Посмотрите на схему. Что является входом системы, а что — выходом? Датчик получает сведения об окружающем мире, контроллер обрабатывает их, а исполнительный модуль выполняет команду. Назовите такую цепочку на примере автоматических дверей." | Отвечают: "Датчик расстояния — вход, контроллер — обработка, мотор или сигнал — выход"; приводят пример работы автоматических дверей. |
3 мин | Учитель записывает на доске условие: «Если расстояние меньше порога, то включить сигнал, иначе выключить». Затем проводит приём «Подумай — обсуди в паре — поделись»: "Самостоятельно определите, что будет происходить при расстоянии 10 см и пороге 15 см. Обсудите с партнёром и сформулируйте ответ." | Сначала рассуждают индивидуально, затем обсуждают в паре и отвечают: "Так как 10 меньше 15, сигнал включится". Формулируют, что условие сравнивает показание датчика с порогом. |
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Мы вспомнили, что датчик выдаёт данные, а условие определяет действие программы. Теперь подключим устройство и проверим, как эта схема работает на практике."
Этап 3. Подключение оборудования и постановка задачи (5 мин)
Цель этапа: безопасно подключить датчик, проверить его распознавание программой и уточнить критерии успешного результата.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
2 мин | Учитель демонстрирует правильное подключение: "Сначала отключаем питание. Сверяем разъём датчика со схемой, проверяем, что провод вставлен до конца, и только потом включаем контроллер. На экране среды программирования должно появиться показание датчика. Если значения нет, не нажимайте всё подряд — сначала проверьте порт и соединение." | Отключают питание, подключают датчик по схеме, сверяют порт, включают контроллер и находят показание расстояния в программе. |
3 мин | Учитель раздаёт инструкцию и таблицу испытаний: "Ваше условие: при расстоянии менее 15 см включить световой или звуковой сигнал, при расстоянии 15 см и более сигнал выключить. Успешным будет результат, если программа правильно сработает минимум в трёх опытах из четырёх." | Читают инструкцию, записывают порог 15 см, проверяют отображение показаний и уточняют у учителя непонятные элементы задания. |
Посмотрите план целиком
Зарегистрируйтесь — и откройте план урока по этой теме полностью: цели, ход урока и рефлексия по ФГОС.
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Оборудование подключено, порог определён, критерий успеха понятен. Теперь перейдём от схемы к алгоритму и соберём программу."
Этап 4. Создание программы и первичная проверка (12 мин)
Цель этапа: составить и загрузить программу с условным оператором, распределяя действия между участниками пары.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
4 мин | Учитель выводит на экран алгоритм: "Сначала программа получает значение расстояния. Затем сравнивает его с числом 15. Если значение меньше 15, включается сигнал; иначе сигнал выключается. Не добавляйте пока движение робота — сначала проверим только реакцию датчика." Учитель показывает расположение блоков и напоминает: "Название переменной должно быть понятным, например Расстояние." | Программист собирает блоки чтения датчика, сравнения и условного действия; оператор сверяет порядок блоков с алгоритмом и проговаривает его вслух. |
4 мин | Учитель обходит пары и задаёт вопросы: "Какое значение получает программа? С чем оно сравнивается? В какой ветви находится включение сигнала? Что произойдёт при значении 20 см?" При необходимости указывает на ошибку, не исправляя её за учащихся. | Объясняют структуру программы: "Считываем расстояние, сравниваем с 15, при меньшем значении включаем сигнал". Проверяют ветви условия на примерах 10 см и 20 см. |
4 мин | Учитель даёт команду на загрузку: "Перед запуском ещё раз проверьте соединения. Загрузите программу и сначала поднесите объект к датчику на расстояние около 20 см, затем постепенно приблизьте его. Наблюдайте одновременно за числом на экране и сигналом." | Загружают программу, проводят первичную проверку на двух расстояниях, меняются ролями и фиксируют, сработало ли условие. |
Запись в тетрадях
Ученики записывают: «Алгоритм работы: 1) считать расстояние; 2) сравнить его с порогом 15 см; 3) если расстояние меньше 15 см — включить сигнал; 4) иначе — выключить сигнал». Ниже записывают: «Датчик — устройство, которое получает сведения об объекте; условие — проверка, от которой зависит дальнейшее действие программы».
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Первая версия программы создана. Но один запуск ещё не доказывает надёжность работы. Теперь проведём серию измерений и проверим программу как настоящие разработчики."
Этап 5. Практическое испытание в парах (10 мин)
Цель этапа: провести серию испытаний, зафиксировать результаты и выявить необходимость коррекции программы.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
2 мин | Учитель объясняет порядок работы: "Оператор устанавливает объект примерно на 10 см, 15 см и 20 см, а затем выполняет четвёртый опыт с произвольным расстоянием. Программист наблюдает значение на экране и отмечает ожидаемую и фактическую реакцию. После двух опытов поменяйтесь ролями. Не закрывайте датчик рукой и не толкайте конструкцию." | Распределяют четыре опыта, устанавливают объект на заданные расстояния, записывают показания датчика и реакцию сигнала. |
5 мин | Учитель напоминает: "Важна не только запись результата, но и сравнение. Если на 10 см сигнал не включился, найдите, какая ветвь условия или какой порт может быть задан неверно. Если показание колеблется около порога, запишите это как особенность измерения." Учитель помогает вопросами и контролирует соблюдение безопасности. | Сравнивают ожидаемую и фактическую реакцию, отмечают «верно» или «ошибка», меняются ролями, обсуждают причину несоответствия и при необходимости исправляют программу. |
3 мин | Учитель организует мини-соревнование «Точный датчик»: "Поднимите карточку зелёного цвета, если программа прошла все четыре испытания; жёлтого — если потребовалась коррекция; красного — если показания не отображаются. Две пары объяснят классу, какое исправление оказалось самым важным." | Показывают карточку, подсчитывают успешные испытания, две пары кратко объясняют исправление: «Мы выбрали правильный порт» или «Мы поменяли знак сравнения». |
Эталон решения
Алгоритм проверки: 1) получить значение $d$ от датчика; 2) сравнить $d$ с порогом $15$; 3) если $d < 15$, включить сигнал; 4) если $d \ge 15$, выключить сигнал. При $d=10$ условие истинно, сигнал включается. При $d=20$ условие ложно, выполняется ветвь «иначе», сигнал выключается. Если результат противоположный, нужно проверить знак сравнения и расположение команд в двух ветвях.
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Мы увидели, что программа должна проверяться несколькими опытами, а ошибка часто скрывается в порте, знаке сравнения или ветви условия. Сейчас каждый ученик отдельно покажет, насколько понял алгоритм и может объяснить результат."
Этап 6. Индивидуальная проверка понимания и коррекция (6 мин)
Цель этапа: проверить индивидуальное понимание работы датчика и условного оператора, отделив собственный результат от результата пары.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
3 мин | Учитель раздаёт индивидуальную карточку: "Выполните два задания. Первое: определите реакцию при расстоянии 12 см и пороге 15 см. Второе: найдите ошибку в алгоритме, где при расстоянии 8 см программа выключает сигнал, а при 20 см включает его. Работайте самостоятельно, затем сверим ответы." | Записывают: «при 12 см сигнал включится»; указывают, что перепутаны ветви условия или неверно задан знак сравнения. |
3 мин | Учитель показывает эталон на доске и проводит самопроверку: "Сверьте не только ответ, но и объяснение. Если ошибка есть, допишите, что именно нужно изменить. Поднимите зелёную карточку, если можете объяснить условие, жёлтую — если нужна помощь." | Сверяют ответы с эталоном, дописывают исправление, показывают карточку самооценки и формулируют вопрос при затруднении. |
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Индивидуальная проверка показала, что главное — не запомнить отдельный блок, а понять связь между показанием датчика, сравнением и действием. Завершим урок фиксацией результата и планом дальнейшего применения."
Этап 7. Рефлексия и подведение итогов (4 мин)
Цель этапа: осознать результат практической работы, оценить сотрудничество и определить следующий шаг в изучении робототехники.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
2 мин | Учитель раздаёт лист самооценки и говорит: "Закончите три фразы: «Я научился…», «Самой трудной частью было…», «Чтобы программа работала надёжнее, нужно…». Затем укажите количество успешных испытаний из четырёх и свою роль в паре." | Заполняют лист самооценки, пишут конкретные ответы: «научился задавать условие», «трудно было выбрать порт», «нужно проверять программу на разных расстояниях». |
2 мин | Учитель проводит приём «Билет на выход»: "На отдельной строке ответьте: почему датчик расстояния сам по себе не заставляет робота остановиться? Что добавляет программа? Передайте билет при выходе." | Пишут: «Датчик только измеряет и передаёт значение, а программа сравнивает его с порогом и задаёт действие». Сдают билет на выход. |
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Сегодня вы прошли полный цикл практической работы: подключили датчик, создали алгоритм, испытали программу, нашли и исправили ошибки. На следующем уроке мы усложним систему и добавим реакцию робота на несколько зон расстояния."
Критерии оценивания практической работы
- «5» — датчик подключён безопасно, программа с условием создана и объяснена, таблица заполнена полностью, получено не менее 3 успешных испытаний из 4, выявленная ошибка исправлена самостоятельно, работа в паре организована корректно.
- «4» — программа работает в большинстве испытаний, таблица заполнена с 1–2 неточностями, назначение условия объяснено после уточняющего вопроса учителя, правила безопасности соблюдены.
- «3» — программа собрана частично или работает нестабильно, в таблице есть пропуски, ученик с помощью учителя определяет назначение датчика и исправляет одну основную ошибку.
- Ниже «3» — подключение или алгоритм не завершены, результаты испытаний не зафиксированы, правила безопасной работы нарушались; требуется повторная практическая отработка.
Рефлексия
Вопрос для ученика | Цель вопроса |
|---|---|
Что нового вы узнали о работе датчика расстояния? | Выявление осознания назначения датчика и его связи с контроллером. |
Какое условие было записано в программе и что происходило в каждой его ветви? | Проверка понимания алгоритма и условного оператора. |
Какая ошибка встретилась в вашей паре и как вы её исправили? | Выявление умения анализировать результат и корректировать программу. |
Что помогло вашей паре получить успешный результат? | Оценка сотрудничества, распределения ролей и регулятивных действий. |
Завершающее слово учителя
"Сегодня вы убедились, что робототехническое устройство действует не случайно: датчик передаёт измерение, а программа превращает его в решение. Типичная ошибка — перепутать знак сравнения или ветви условия, поэтому каждую программу нужно проверять на нескольких расстояниях. Вы смогли не только собрать алгоритм, но и доказать его работу экспериментом. На следующем уроке мы используем несколько порогов и научим робота реагировать на разные зоны расстояния."
Домашнее задание
Уровень | Что задать | Зачем |
|---|---|---|
Базовый (обязательный) | Составить в тетради блок-схему алгоритма: датчик измеряет расстояние; при значении меньше 15 см включается сигнал; при значении 15 см и более сигнал выключается. Привести два примера входных значений. | Закрепляет последовательность алгоритма, смысл порога и работу двух ветвей условия. Проверить наличие стрелок, условия и корректно указанных действий. |
Средний (повышающий) | Разработать вариант программы для трёх зон: менее 10 см — красный сигнал, от 10 до 20 см — жёлтый, более 20 см — зелёный. Записать условия и ожидаемые реакции для четырёх расстояний. | Развивает использование нескольких условий и умение прогнозировать работу программы. Проверить границы диапазонов и отсутствие пересечений. |
Продвинутый (дополнительный) | Спроектировать идею устройства «Помощник парковки»: описать, как датчик расстояния и два исполнительных сигнала предупреждают пользователя о приближении к препятствию. Составить таблицу минимум из пяти расстояний и реакций. | Формирует проектное мышление и применение алгоритма в жизненном контексте. Проверить обоснованность порогов, полноту таблицы и понятность объяснения. |
Контрольные вопросы перед выходом: «Что измеряет датчик расстояния? Как программа получает это значение? Что такое порог? Что произойдёт при расстоянии 8 см и пороге 15 см? Почему важно проверить программу минимум в нескольких опытах?»
