Робототехника: создание гоночного автомобиля из конструктора LEGO 9686
Цели и задачи
- Цель по SMART: за 45 минут спроектировать и собрать из элементов LEGO 9686 модель гоночного автомобиля, проверить её движение по прямой дистанции и объяснить, как конструкция влияет на устойчивость и скорость.
- Сформировать представление о последовательности инженерного проектирования: проблема — идея — модель — испытание — улучшение.
- Научить выбирать детали конструктора для создания рамы, осей, колёс и кузова автомобиля, соблюдая технологическую последовательность и правила безопасной работы.
- Развивать умение работать в команде, распределять роли, фиксировать результаты испытаний и аргументированно предлагать конструктивные изменения.
- Воспитывать ответственность за общий результат, аккуратность, интерес к техническому творчеству и уважение к идеям одноклассников.
Планируемые результаты
Личностные
- Проявляют устойчивый интерес к конструированию, робототехнике и инженерным профессиям.
- Осознают ценность сотрудничества и личного вклада в общий результат команды.
- Понимают необходимость аккуратности, соблюдения правил безопасности и ответственности за оборудование.
- Положительно относятся к испытаниям и рассматривают ошибку как источник для улучшения конструкции.
Метапредметные
- Планируют последовательность сборки и распределяют обязанности внутри группы.
- Извлекают информацию из схемы, визуальной инструкции и результатов испытаний.
- Сравнивают модели по критериям устойчивости, прочности, прямолинейности движения и скорости.
- Формулируют гипотезу, проверяют её практикой и корректируют конструкцию на основе полученных данных.
- Представляют результат группы, используют технические термины и аргументируют выбранное решение.
Предметные
- Знать назначение рамы, оси, колеса, втулки и крепёжных элементов в конструкции автомобиля.
- Уметь собирать простую модель гоночного автомобиля из LEGO 9686 по технологической карте.
- Уметь проверять свободное вращение колёс, симметричность конструкции и прочность соединений.
- Уметь проводить короткое испытание модели и фиксировать его результат в таблице.
- Владеть первоначальными навыками инженерного проектирования и технической диагностики модели.
Универсальные учебные действия (УУД)
Личностные УУД
- Осознают смысл учебной деятельности через создание работоспособной технической модели.
- Проявляют готовность доводить начатую конструкцию до результата.
- Оценивают собственный вклад в работу команды.
- Соблюдают нормы безопасного и бережного обращения с деталями конструктора.
Регулятивные УУД
- Принимают и уточняют цель конструкторской работы.
- Планируют сборку по этапам и контролируют соблюдение технологической последовательности.
- Сопоставляют результат испытания с критериями успеха.
- Находят причину неисправности и вносят одно обоснованное изменение в модель.
Познавательные УУД
- Выделяют основные элементы конструкции гоночного автомобиля.
- Устанавливают связь между симметрией, трением, устойчивостью и качеством движения.
- Моделируют техническое решение с помощью деталей LEGO 9686.
- Сравнивают результаты нескольких испытаний и делают вывод о влиянии изменений.
Коммуникативные УУД
- Распределяют роли конструктора, сборщика, испытателя и секретаря.
- Согласовывают проектное решение и задают уточняющие вопросы.
- Представляют модель и объясняют её особенности.
- Корректно обсуждают ошибки и предлагают улучшения без обесценивания работы товарищей.
Подготовка учителя к уроку
- Подготовить по одному набору LEGO 9686 на каждую группу из 3–4 учащихся, проверить наличие рам, осей, колёс, втулок, соединительных элементов и балок.
- Собрать заранее демонстрационную модель гоночного автомобиля с открытой частью конструкции.
- Распечатать технологические карты сборки и листы испытаний — по одному комплекту на группу.
- Подготовить карточки ролей: конструктор, сборщик, испытатель, секретарь — по одному набору на группу.
- Разметить на полу или столах прямые трассы длиной 2 м, подготовить стартовую и финишную линии.
- Вывести на доску критерии успешной модели: едет прямо, колёса вращаются свободно, соединения прочные, модель проходит дистанцию.
- Подготовить секундомер, рулетку, малярную ленту, маркеры, стикеры и таблицу командного соревнования.
- Разместить на доске памятку безопасности: не направлять детали в сторону людей, не вставать на трассе во время заезда, работать только с разрешения учителя.
- Подготовить слайд с фотографиями рамы, оси, колеса, втулки и примером симметричного крепления.
- Освободить рабочие поверхности и предусмотреть коробку для временного хранения мелких деталей.
Ход урока
Этап 1. Организационный момент и мотивация (3 мин)
Цель этапа: организовать команды, вызвать интерес к инженерной задаче и обозначить практический результат урока.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
1 мин | Учитель приветствует класс: "Здравствуйте, ребята. Сегодня мы будем не просто собирать модель, а выступим в роли инженеров-конструкторов. На экране вы видите гоночный автомобиль, но наша задача сложнее: создать модель из ограниченного набора деталей и добиться её устойчивого движения." Учитель показывает демонстрационную модель. | Рассматривают модель, называют знакомые детали: "Колёса", "оси", "балки", "рама"; формулируют предположение о назначении каждой детали. |
2 мин | Учитель организует приём "Инженерный вызов": "Представьте, что заказчик просит автомобиль, который проедет два метра по прямой. Что может помешать ему? Подумайте 30 секунд, обсудите ответ в паре и назовите одну возможную проблему." | Индивидуально формулируют гипотезы, обсуждают их в парах и предлагают варианты: "Колёса могут быть установлены криво", "Ось может заедать", "Модель будет слишком тяжёлой". |
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Мы увидели, что результат зависит не только от внешнего вида автомобиля, но и от точности конструкции. Сейчас распределим роли и выясним, какие элементы понадобятся для надёжной модели."
Этап 2. Актуализация знаний и техника безопасности (5 мин)
Цель этапа: актуализировать представления о деталях механизма и обеспечить безопасную организацию практической работы.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
2 мин | Учитель показывает на экране изображения деталей и спрашивает: "Как называется эта деталь? Какую работу она выполняет? Почему ось должна проходить ровно, а колёса — вращаться свободно?" Учитель фиксирует ответы в схеме «деталь — функция». | Определяют детали и объясняют их назначение: "Ось соединяет колёса и передаёт вращение", "Втулка удерживает колесо", "Рама является основанием". |
2 мин | Учитель демонстрирует безопасный приём работы: "Детали берём только со стола своей группы, мелкие элементы не кладём в рот и не бросаем. Во время заезда никто не пересекает трассу. Если нужна помощь, поднимаем карточку испытателя." Учитель показывает стартовую линию. | Повторяют правила безопасности, показывают жестом, когда можно выходить к трассе, назначают ответственного за порядок деталей. |
1 мин | Учитель раздаёт карточки ролей: "В каждой группе должны быть конструктор, сборщик, испытатель и секретарь. В конце этапа сборки роли можно поменять, чтобы каждый попробовал себя в разных действиях." | Распределяют роли, записывают имена участников на листе испытаний. |
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Теперь мы знаем назначение основных деталей и правила безопасной работы. Следующий шаг — превратить задачу в понятный план действий."
Этап 3. Постановка проблемы и планирование проекта (4 мин)
Цель этапа: сформулировать критерии успешной модели и спланировать технологическую последовательность сборки.
Посмотрите план целиком
Зарегистрируйтесь — и откройте план урока по этой теме полностью: цели, ход урока и рефлексия по ФГОС.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
2 мин | Учитель организует приём "Снежный ком": "Сначала каждый назовите один признак хорошего гоночного автомобиля. Затем объединитесь в парах и выберите два главных признака. После этого группа сформулирует общий список." На доске учитель записывает предложения. | Называют признаки, обсуждают их в парах и формулируют критерии: "модель прочная", "колёса вращаются свободно", "автомобиль движется прямо", "модель проходит всю трассу". |
2 мин | Учитель показывает технологическую карту и обращается к классу: "Посмотрите на порядок операций: подобрать детали, собрать раму, установить оси и колёса, проверить вращение, укрепить кузов, испытать модель. Почему нельзя сначала прикреплять декоративные детали, а потом исправлять раму?" | Располагают карточки операций в правильной последовательности и объясняют: "Сначала создают основу, затем устанавливают механизм, иначе придётся разбирать готовую модель". |
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Мы определили, какой результат будем считать успешным, и составили план. Теперь каждая команда приступает к созданию собственной модели."
Этап 4. Открытие нового знания и сборка модели (12 мин)
Цель этапа: освоить технологию сборки рамы, осей и колёс, применяя знания о симметрии и свободном вращении.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
3 мин | Учитель демонстрирует сборку основы: "Сначала выберите две продольные балки одинаковой длины. Соедините их поперечными элементами так, чтобы получилась жёсткая симметричная рама. Проверьте: если слегка нажать на угол, рама не должна складываться." | Подбирают одинаковые балки, собирают прямоугольную раму, проверяют её жёсткость и симметрию. |
4 мин | Учитель показывает установку осей: "Ось должна лежать параллельно переднему или заднему краю рамы. Установите втулки так, чтобы колёса не зажимались. Поверните каждое колесо пальцем и посмотрите, нет ли касания рамы." Учитель наблюдает и задаёт вопросы группам. | Устанавливают две оси, втулки и четыре колеса, поочерёдно прокручивают колёса, исправляют перекосы. |
3 мин | Учитель вводит проблемный вопрос: "Почему автомобиль может ехать по дуге, даже если колёса одинаковые? Сравните положение осей и расстояние между колёсами. Проверьте, параллельны ли оси друг другу." | Измеряют визуально параллельность осей, обсуждают причину отклонения и корректируют крепления. |
2 мин | Учитель предлагает добавить кузов: "Добавьте 2–3 детали, которые обозначат кабину или защиту, но не перегружайте модель. Помните: декоративная деталь не должна мешать вращению колёс и увеличивать трение." | Добавляют лёгкие элементы кузова, проверяют, не касаются ли они колёс и трассы. |
Запись в тетрадях
Ученики записывают технологическую последовательность: 1) собрать жёсткую раму; 2) установить параллельные оси; 3) закрепить колёса с небольшим свободным ходом; 4) проверить симметрию и вращение; 5) провести испытание; 6) внести улучшение.
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Модель собрана, но инженер не считает работу законченной сразу после сборки. Теперь проверим, как автомобиль ведёт себя на трассе, и будем опираться не на впечатление, а на наблюдаемые данные."
Этап 5. Первичное испытание и закрепление (7 мин)
Цель этапа: проверить работоспособность моделей и научиться фиксировать результат испытания по заданным критериям.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
2 мин | Учитель объясняет правила: "Испытатель ставит автомобиль передней осью за стартовой линией. После сигнала он отпускает модель, но не толкает её. Секретарь отмечает, проехала ли модель два метра, двигалась ли прямо и не отлетели ли детали." | Подготавливают модель, назначают испытателя и секретаря, проверяют готовность трассы. |
3 мин | Учитель организует по одному заезду каждой команды: "Команда первая готова? Назовите перед стартом одну гипотезу: что поможет вашей модели ехать прямо? После заезда сообщите результат классу." | Проводят заезд, измеряют пройденное расстояние, фиксируют результат словами «прошла трассу», «отклонилась», «остановилась»; называют предполагаемую причину. |
2 мин | Учитель задаёт вопросы для закрепления: "Что важнее исправить в первую очередь: внешний вид или свободное вращение колёс? Как вы это докажете?" | Отвечают: "Сначала механизм, потому что без свободного вращения автомобиль не поедет"; приводят наблюдения из испытания. |
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Первое испытание показало сильные стороны и проблемы конструкций. Сейчас каждая команда получит короткое время на инженерное улучшение и повторную проверку."
Этап 6. Самостоятельная работа: улучшение конструкции и повторное испытание (9 мин)
Цель этапа: применить результаты испытания для осознанной коррекции модели и оценить эффективность изменения.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
2 мин | Учитель предлагает выбор уровня сложности: "Минимальный вариант — исправьте один перекос оси или колеса. Базовый вариант — измените крепление и объясните, почему оно должно улучшить движение. Повышенный вариант — внесите изменение и сравните два заезда по расстоянию и времени." | Выбирают вариант задания, записывают в листе испытаний проблему, гипотезу и план изменения. |
4 мин | Учитель консультирует группы: "Не разбирайте всю модель сразу. Изменяйте только один существенный элемент, иначе вы не поймёте, что именно повлияло на результат. После изменения снова прокрутите колёса и проверьте прочность." | Меняют положение втулок, выравнивают оси, уменьшают трение или перераспределяют детали кузова; проверяют модель вручную. |
3 мин | Учитель проводит повторные заезды и организует взаимное наблюдение: "Секретарь сравнивает первый и второй результат. Соседняя группа отмечает один сильный конструктивный приём и задаёт один вопрос." | Проводят второй заезд, сравнивают результаты, заполняют строку «после улучшения», дают другой группе обратную связь по формуле «сильная сторона — вопрос — предложение». |
Эталон анализа результата
Если модель отклоняется в сторону, проверить параллельность осей и одинаковость положения колёс. Если колесо не вращается, ослабить втулку или устранить касание рамы. Если рама деформируется, добавить поперечный соединительный элемент. В листе испытаний записать: «Проблема — причина — изменение — результат». Например: «Автомобиль уходил вправо — правая ось была установлена под углом — выровняли ось — модель прошла трассу прямее». «Эталонным» считается не самое быстрое, а обоснованное улучшение конструкции.
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Вы сейчас прошли полный инженерный цикл: заметили проблему, выдвинули гипотезу, изменили модель и проверили результат. Осталось представить решение и оценить, чему научилась команда."
Этап 7. Рефлексия, оценивание и домашнее задание (5 мин)
Цель этапа: осмыслить результат проектирования, оценить командную работу и сформулировать следующий шаг развития модели.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
2 мин | Учитель проводит мини-защиту: "Каждая команда за 30 секунд назовёт конструктивную особенность модели, результат первого испытания и изменение, которое оказалось полезным. Говорит секретарь или выбранный представитель." | Представляют модель: "Мы усилили раму", "После выравнивания оси автомобиль стал двигаться прямее", "Наша гипотеза подтвердилась". |
1 мин | Учитель предлагает самооценку «Светофор»: "Зелёная карточка — могу собрать и проверить модель сам; жёлтая — могу с подсказкой; красная — пока нужна помощь. Поднимите карточку и назовите один вопрос, который остался." | Выбирают цвет карточки, формулируют вопрос или называют навык, который освоили. |
2 мин | Учитель подводит итог: "Сегодня победителем является не только самая быстрая модель. Важен путь от гипотезы к проверенному улучшению. Запишите домашнее задание и контрольные вопросы: из каких частей состоит автомобиль, почему оси должны быть параллельны, как определить причину отклонения?" | Записывают домашнее задание, отвечают на контрольные вопросы: "Рама, оси, колёса и крепления"; "Чтобы автомобиль ехал прямо"; "Нужно проверить положение осей и свободное вращение колёс". |
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Сегодня вы работали как настоящие инженеры: планировали, собирали, испытывали и улучшали. Сохраните свои листы испытаний — на следующем уроке они помогут спроектировать более сложную модель с дополнительным механизмом."
Критерии оценивания практической работы
- «5» — модель собрана аккуратно и прочно, все колёса вращаются свободно, автомобиль проходит двухметровую трассу, команда заполнила лист испытаний и обосновала внесённое улучшение.
- «4» — модель работоспособна и проходит большую часть трассы, допущена одна несущественная конструктивная неточность, результаты испытаний зафиксированы, объяснение улучшения в целом верное.
- «3» — модель собрана частично, автомобиль движется только после помощи учителя или не проходит трассу, лист испытаний заполнен неполностью, но учащиеся называют основные детали и правила безопасности.
Рефлексия
Вопрос для ученика | Цель вопроса |
|---|---|
Какая деталь конструкции сильнее всего повлияла на движение автомобиля? | Выявление понимания связи между элементом модели и его функцией. |
Что показало первое испытание и какое изменение вы внесли? | Проверка освоения инженерного цикла «проблема — гипотеза — изменение — проверка». |
Почему автомобиль мог отклоняться от прямой линии? | Выявление понимания роли симметрии, параллельности осей и трения. |
Какой вклад в работу команды был лично вашим? | Осознание личной ответственности и качества взаимодействия в группе. |
Завершающее слово учителя
"Сегодня вы не просто собрали автомобиль из LEGO 9686, а освоили способ работы инженера. Вы увидели, что даже небольшая неточность в положении оси влияет на движение всей модели. Важно не бояться первой ошибки, а наблюдать, находить причину и проверять улучшение. На следующем уроке мы усложним конструкцию и добавим к ней новый механизм, поэтому сохраните свои схемы и записи испытаний."
Домашнее задание
Уровень | Что задать | Зачем |
|---|---|---|
Базовый (обязательный) | Составить схему гоночного автомобиля и подписать не менее шести элементов: рама, ось, колесо, втулка, соединительная балка, кузов. К каждому элементу дописать его функцию. | Закрепляет знание частей модели и их назначения; при проверке обратить внимание на точность терминов и соответствие детали её функции. |
Средний (повышающий) | Описать в 6–8 предложениях одно испытание модели по плану: проблема, гипотеза, внесённое изменение, результат до и после улучшения. | Формирует умение фиксировать инженерный эксперимент и делать вывод на основе наблюдений. |
Продвинутый (дополнительный) | Предложить эскиз усовершенствованного гоночного автомобиля из деталей LEGO 9686: обозначить не менее двух изменений и объяснить, как каждое может повлиять на устойчивость или скорость. | Развивает проектное и критическое мышление; при проверке оценить реалистичность идеи и качество обоснования. |
Контрольные вопросы перед выходом из класса: «Какую функцию выполняет рама? Почему колёса должны вращаться свободно? Какие две причины могут вызвать отклонение автомобиля от прямой линии? В каком порядке выполняются этапы инженерного проектирования?»
