Простые модели роботов с элементами управления
Цели и задачи
- Цель урока по SMART: к концу урока учащиеся объяснят назначение простого робота, соберут в парах модель с исполнительным механизмом и элементом управления, а также проверят её работу по заданному алгоритму.
- Познакомить учащихся с основными частями простой робототехнической модели: корпусом, источником питания, исполнительным механизмом и органом управления.
- Научить собирать модель по схеме и проверять последовательность её действий с использованием цифрового средства или учебного конструктора.
- Развивать умение планировать работу, распределять роли в паре, выявлять ошибки в соединениях и аргументированно предлагать исправления.
- Формировать ответственное отношение к технике, соблюдение правил безопасной работы и интерес к инженерному творчеству.
Планируемые результаты
Личностные
- Проявляют интерес к созданию технических объектов, связанных с реальными задачами человека.
- Осознают ценность аккуратности, ответственности и соблюдения правил безопасности при работе с электрическими и цифровыми устройствами.
- Развивают готовность доводить начатую конструкцию до работоспособного результата.
- Понимают значение сотрудничества и взаимопомощи при решении технической задачи.
Метапредметные
- Планируют последовательность сборки модели и распределяют обязанности в паре.
- Извлекают информацию из схемы, условных обозначений, инструкции и изображения на экране.
- Сравнивают ожидаемое и фактическое поведение модели, находят причину ошибки и корректируют действия.
- Используют цифровые средства для просмотра алгоритма, моделирования или фиксации результата.
- Формулируют вывод о связи между командой управления и действием исполнительного механизма.
Предметные
- Знать назначение корпуса, источника питания, исполнительного механизма и элемента управления в простой робототехнической модели.
- Уметь читать простую монтажную схему и соединять элементы модели в заданной последовательности.
- Уметь запускать и останавливать модель с помощью кнопки, переключателя или команды в цифровой среде.
- Уметь проверять работоспособность модели и объяснять обнаруженную неисправность.
- Владеть первоначальными навыками проектирования простого алгоритма движения или действия робота.
Универсальные учебные действия (УУД)
Личностные УУД
- Определяют личный вклад в общее дело пары и оценивают качество собственной работы.
- Проявляют познавательный интерес к робототехнике и самостоятельному конструированию.
- Осознают необходимость безопасного и бережного обращения с оборудованием.
- Связывают изучаемые элементы робота с бытовыми и производственными устройствами.
Регулятивные УУД
- Принимают учебную цель и формулируют план сборки модели.
- Контролируют последовательность соединения деталей по схеме.
- Сравнивают результат проверки с ожидаемым действием робота.
- Находят и исправляют ошибку в алгоритме или соединении.
- Оценивают работу пары по заранее объявленным критериям.
Познавательные УУД
- Выделяют существенные части робототехнической системы и устанавливают их функции.
- Читают и преобразуют графическую схему в последовательность практических действий.
- Моделируют поведение робота в виде алгоритма «команда — действие — результат».
- Анализируют причины отсутствия движения или неправильной реакции модели.
- Используют наблюдение, сравнение и простое техническое испытание для получения вывода.
Коммуникативные УУД
- Распределяют роли конструктора и оператора, затем меняются ролями.
- Задают уточняющие вопросы по схеме и инструкции.
- Объясняют партнёру назначение соединяемых элементов.
- Согласуют решение при выборе алгоритма действия модели.
- Аргументированно представляют результат работы пары классу.
Подготовка учителя к уроку
- Подготовить на каждую пару набор деталей учебного робототехнического конструктора: корпус, колёса или подвижные элементы, двигатель либо сервопривод, источник питания, кнопку или переключатель, провода и крепёж.
- Распечатать по одной на пару монтажной схемы простой модели и карточки с алгоритмами проверки.
- Подготовить карточки ролей «Конструктор» и «Оператор» — по две на пару.
- Вывести на экран изображения робота-пылесоса, автоматических дверей и шлагбаума для мотивационного сравнения.
- Подготовить слайд со схемой «источник питания — управление — исполнительный механизм» и краткой памяткой по безопасности.
- Подготовить ноутбук или интерактивную доску с простой цифровой моделью либо анимацией движения робота.
- Распечатать лист самооценки и чек-лист проверки модели — по одному комплекту на каждого ученика.
- Освободить рабочие столы, проверить заряд аккумуляторов и целостность проводов до начала урока.
- Подготовить таймер на экране и сигнальные карточки зелёного, жёлтого и красного цвета для быстрой обратной связи.
Ход урока
Этап 1. Организационный момент и мотивация (4 мин)
Цель этапа: включить учащихся в практическую деятельность и вызвать интерес к созданию управляемой модели.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
2 мин | Учитель приветствует класс и показывает на экране изображения робота-пылесоса, автоматических дверей и шлагбаума: "Ребята, посмотрите на экран. Все эти устройства выполняют действие не сами по себе: они получают команду и реагируют на неё. Как вы думаете, что общего у этих устройств? Сегодня мы попробуем собрать небольшую модель, которая тоже будет выполнять команду человека. Важно не просто соединить детали, а понять, почему модель действует." | Рассматривают изображения, называют знакомые устройства, предполагают: "У них есть источник питания, управление и механизм, который выполняет действие". |
2 мин | Учитель проводит приём «Проблемный вопрос»: "Представьте, что двигатель подключён к батарее, но кнопка не установлена. Сможем ли мы удобно управлять моделью? А если кнопка есть, но цепь разомкнута? Выскажите предположения и запомните вопрос: как связаны команда, соединение и действие робота?" | Обсуждают вопрос в парах 30 секунд, формулируют ответы: "Без замкнутой цепи двигатель не заработает", "Кнопка позволяет включать и выключать механизм". |
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Мы увидели, что робот отличается не только внешним видом, но и способом выполнения команды. Сейчас выясним, какие элементы необходимы простой управляемой модели и как их соединить безопасно."
Этап 2. Актуализация знаний и выявление затруднения (5 мин)
Цель этапа: актуализировать представления об электрической цепи, механизме и алгоритме действия.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
3 мин | Учитель показывает на экране четыре изображения: батарея, кнопка, мотор и колёса: "Назовите каждый элемент и предположите его функцию. Что произойдёт, если убрать батарею? Что произойдёт, если заменить кнопку постоянным соединением?" Учитель фиксирует ответы в виде схемы и уточняет: "Какая часть получает команду, а какая выполняет движение?" | Называют элементы: "Источник питания, кнопка, двигатель, колёса"; объясняют: "Батарея даёт энергию, кнопка управляет цепью, двигатель создаёт движение". |
2 мин | Учитель раздаёт парам карточку с ошибочной схемой, где кнопка подключена не в цепь двигателя: "Выполните приём «Подумай — обсуди в паре — поделись». Сначала каждый самостоятельно найдите возможную ошибку, затем обсудите её с партнёром и подготовьте одно объяснение классу." | Изучают карточку, отмечают предполагаемое место ошибки, обсуждают в паре и сообщают: "Кнопка должна размыкать или замыкать цепь двигателя, а не быть подключённой отдельно". |
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Мы вспомнили, что работа модели зависит от полного соединения элементов. Однако одной схемы недостаточно: нужно ещё определить, какие команды получит робот и в какой последовательности он их выполнит. Перейдём к постановке цели."
Этап 3. Постановка проблемы и цели урока (4 мин)
Посмотрите план целиком
Зарегистрируйтесь — и откройте план урока по этой теме полностью: цели, ход урока и рефлексия по ФГОС.
Цель этапа: сформулировать учебную задачу и критерии успешной сборки модели.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
2 мин | Учитель демонстрирует короткую цифровую анимацию: робот должен начать движение после нажатия кнопки, но останавливается сразу после отпускания. Учитель спрашивает: "Соответствует ли это нашей задаче? Какую команду нужно добавить, чтобы робот двигался заданное время? Какие элементы мы должны соединить?" | Сравнивают ожидаемое и фактическое поведение, отвечают: "Нужно задать продолжительность движения или использовать фиксированную команду остановки". |
2 мин | Учитель записывает на доске цель: "Собрать простую управляемую модель и проверить её действие по алгоритму". Затем предлагает критерии: "Модель собрана по схеме, безопасно включается, выполняет команду и может быть объяснена партнёру. Согласны ли вы с такими критериями? Что добавим?" | Предлагают критерий: "Нужно проверить модель несколько раз"; записывают цель и критерии в рабочем листе. |
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Цель определена: мы не просто соберём модель, а проверим её управляемое действие и объясним связь между деталями. Теперь приступаем к открытию нового знания через практическую сборку."
Этап 4. Открытие нового знания. Сборка модели в парах (12 мин)
Цель этапа: освоить назначение элементов робота и собрать простую модель по монтажной схеме.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
3 мин | Учитель показывает на доске схему и проговаривает: "Сначала определяем источник питания, затем элемент управления, после него исполнительный механизм. В нашей модели двигатель будет вращать колёса. Не подключайте и не отключайте провода при включённом питании. Конструктор читает схему и соединяет детали, оператор сверяет каждый шаг и называет следующий. Через пять минут вы поменяетесь ролями." | Рассматривают схему, распределяют роли, находят в наборе источник питания, кнопку, двигатель, провода и детали корпуса. |
6 мин | Учитель раздаёт наборы и сопровождает сборку: "Начните с корпуса. Закрепите двигатель, затем соедините его с исполнительной частью модели. Проверьте, что провода вставлены до упора, но не натянуты. Оператор не делает работу за партнёра: он сверяет схему и задаёт вопросы: «Какой элемент соединяем следующим? Что произойдёт после нажатия?»" | В парах собирают корпус и исполнительный механизм, соединяют элементы по схеме, оператор отмечает выполненные шаги в чек-листе и говорит: "Следующий элемент — кнопка". |
3 мин | Учитель даёт сигнал смены ролей и напоминает: "Теперь оператор становится конструктором, а конструктор — оператором. Проверьте соединения ещё раз. Включать питание можно только после моей команды. Если модель не заработала, не дёргайте провода, а начните поиск с источника питания и замкнутой цепи." | Меняются ролями, повторно проверяют схему, называют возможные причины неисправности: "Разряжен источник питания, провод вставлен не в тот разъём, цепь не замкнута". |
Запись в тетрадях
Ученики записывают схему работы модели: «Источник питания → элемент управления → исполнительный механизм → движение». Ниже фиксируют: «Робототехническая модель — устройство, которое выполняет действие по заданной команде».
Завершение этапа: учитель подводит итог: "У каждой пары есть собранная модель и понятная схема её элементов. Следующий шаг — проверить не только наличие соединений, но и соответствие действия заданной команде. Проведём первое испытание по алгоритму."
Этап 5. Первичное закрепление и испытание модели (7 мин)
Цель этапа: закрепить алгоритм проверки модели и научиться объяснять результат испытания.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
2 мин | Учитель выводит на экран алгоритм: "Первый шаг — проверить соединения. Второй — включить питание. Третий — подать команду кнопкой. Четвёртый — наблюдать действие. Пятый — выключить питание и сделать вывод. Не пропускайте шаги, потому что инженерная проверка должна быть последовательной." | Читают алгоритм, один ученик в паре проговаривает шаги, второй показывает соответствующие элементы модели. |
3 мин | Учитель даёт команду на испытание: "По сигналу нажмите кнопку один раз и определите, что делает модель. Затем проверьте, останавливается ли механизм после повторного действия. Запишите результат словами: «модель выполнила команду…» или «модель не выполнила команду, потому что…»" | Запускают модель, наблюдают движение, фиксируют результат: "После нажатия двигатель вращается, колёса начинают двигаться" или отмечают неисправность. |
2 мин | Учитель предлагает двум парам кратко представить результат: "Расскажите по формуле: команда — действие — результат. Если модель не сработала, назовите одну проверку, которую вы выполнили первой." | Представляют результат: "Нажали кнопку — замкнули цепь — двигатель начал вращаться"; называют проверку источника питания или соединений. |
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Мы проверили модель по алгоритму и увидели, что технический результат нужно описывать точно. Теперь каждая пара выполнит самостоятельное задание и сама найдёт причину возможной ошибки."
Этап 6. Самостоятельная работа с самопроверкой (8 мин)
Цель этапа: проверить индивидуальное понимание устройства модели и умение анализировать неисправность.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
4 мин | Учитель раздаёт карточки трёх уровней. Инструкция: "Выберите уровень по готовности. На базовой карточке подпишите функции четырёх элементов. На средней восстановите порядок сборки. На повышенной найдите ошибку в описании: «Кнопка соединена с корпусом, двигатель подключён к батарее отдельно, но модель должна запускаться кнопкой». Обоснуйте исправление." | Индивидуально выполняют выбранное задание: подписывают элементы, восстанавливают последовательность или анализируют ошибочное описание. |
2 мин | Учитель выводит эталон: "Проверьте себя. Правильная схема должна связывать источник питания, элемент управления и исполнительный механизм в одну управляемую цепь. Не исправляйте сразу — сначала подчеркните место, где возникло расхождение." | Сверяют ответы с эталоном, подчёркивают ошибки, формулируют исправление: "Кнопку нужно включить в цепь двигателя, чтобы она управляла его работой". |
2 мин | Учитель проводит приём «Светофор»: "Покажите зелёную карточку, если можете объяснить схему; жёлтую — если нужна помощь с алгоритмом; красную — если пока не понимаете, почему модель не запускается. По жёлтым и красным сигналам я дам короткую подсказку." | Показывают карточку, формулируют индивидуальный вопрос или записывают, какой шаг алгоритма требует повторения. |
Эталон решения
1. Определить источник энергии — батарейный блок или аккумулятор. 2. Найти элемент управления — кнопку или переключатель. 3. Проверить, что элемент управления включён в цепь двигателя. 4. Убедиться, что цепь замыкается при нажатии кнопки. 5. Проверить действие модели и записать результат. Если двигатель подключён к источнику питания отдельно, а кнопка не включена в цепь, модель может работать, но управляться кнопкой не будет.
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Вы проверили не только практическую сборку, но и собственное понимание схемы. Ошибку можно исправить, если рассуждать по цепочке «элемент — функция — результат». Осталось обобщить, где такие принципы встречаются в жизни, и оценить свою работу."
Этап 7. Межпредметная связь и рефлексия (5 мин)
Цель этапа: связать устройство робота с физикой, информатикой и реальными автоматизированными системами, осознать результат урока.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
2 мин | Учитель показывает на экране схему автоматических дверей и спрашивает: "С какой темой физики связана работа источника питания и цепи? С информатикой — составление последовательности команд? С математикой — измерение времени движения? Объясните одну связь на примере нашей модели." | Отвечают: "С физикой связана электрическая цепь", "С информатикой — алгоритм", "С математикой — измерение времени и расстояния". |
3 мин | Учитель раздаёт лист самооценки и проводит приём «Билет на выход»: "Допишите три фразы: «Сегодня я научился…», «Самая важная деталь модели — …, потому что…», «Чтобы улучшить модель, я бы…». Затем ответьте: «Почему робот не может выполнять команду без связи между управлением и исполнительным механизмом?" | Заполняют самооценку и билет на выход, формулируют ответ: "Потому что команда должна передаваться исполнительному механизму через управляемую цепь". |
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Сегодня вы прошли путь от схемы до работающей модели: определили элементы, собрали их в парах, проверили действие и нашли возможную ошибку. Теперь зафиксируем критерии оценки и домашнее задание, чтобы продолжить конструирование самостоятельно."
Критерии оценивания практической работы
- «5» — модель собрана по схеме, безопасно включается и выключается, выполняет команду не менее двух раз; ученик объясняет назначение всех четырёх основных элементов и участвует в поиске ошибки.
- «4» — модель собрана и выполняет команду, но допущена одна неточность в соединении или объяснении; после подсказки ученик исправляет её и формулирует вывод.
- «3» — модель собрана частично или запускается только с помощью учителя; ученик правильно называет не менее двух элементов, но затрудняется объяснить роль управления и источника питания.
Рефлексия
Вопрос для ученика | Цель вопроса |
|---|---|
Что нового вы узнали о связи между кнопкой, источником питания и двигателем? | Выявление осознания функциональной связи элементов модели. |
Какой шаг сборки или проверки оказался самым сложным? | Выявление точек затруднения в алгоритме практической работы. |
Что вы сделали в паре лично и какой вклад внёс партнёр? | Оценка сотрудничества и распределения ролей. |
Где в жизни можно применить такой принцип управления механизмом? | Проверка межпредметной и функциональной связи изученного материала. |
Завершающее слово учителя
"Сегодня вы убедились, что даже простая модель робота состоит из взаимосвязанных частей: источник питания даёт энергию, элемент управления передаёт команду, а исполнительный механизм выполняет действие. Типичная ошибка — проверять двигатель отдельно и забывать о роли кнопки в управляемой цепи. Вы работали как конструкторы: читали схему, собирали, испытывали и исправляли. На следующем уроке мы усложним алгоритм и попробуем сделать поведение модели более самостоятельным."
Домашнее задание
Уровень | Что задать | Зачем |
|---|---|---|
Базовый (обязательный) | Нарисовать схему простой робототехнической модели из источника питания, элемента управления и исполнительного механизма; подписать назначение каждого элемента. | Закрепляет строение модели и проверяет понимание функций деталей. |
Средний (повышающий) | Описать алгоритм из 5–7 шагов для модели, которая после нажатия кнопки начинает движение, выполняет действие и останавливается; указать два возможных неисправных соединения. | Развивает алгоритмическое мышление и умение анализировать технические ошибки. |
Продвинутый (дополнительный) | Предложить проект бытового робота-помощника: определить задачу, источник питания, элемент управления, исполнительный механизм и представить схему или цифровой эскиз с пояснением. | Формирует навыки проектирования, применения знаний в жизненном контексте и аргументации инженерного решения. |
Контрольные вопросы перед выходом из класса: «Какие четыре основные части есть в простой управляемой модели?», «Почему кнопка должна быть связана с исполнительным механизмом?», «Какой первый шаг нужно выполнить, если модель не запускается?», «Чем команда отличается от результата действия робота?»
