Робототехника: создание гоночного автомобиля
Цели и задачи
- Цель по SMART: к концу урока в парах собрать из предложенных деталей модель гоночного автомобиля, подключить электродвигатель и проверить её движение по трассе, объяснив назначение основных элементов конструкции.
- Сформировать представление о составе робототехнической модели: рама, колёса, оси, двигатель, источник питания и элементы управления.
- Научить планировать сборку по схеме, безопасно соединять детали и выявлять причину простейшей неисправности.
- Развивать умение работать в паре, распределять роли, сравнивать результаты испытаний и аргументированно предлагать улучшения.
- Воспитывать ответственность за безопасность, аккуратность при работе с оборудованием и интерес к инженерно-техническому творчеству.
Планируемые результаты
Личностные
- Проявляют интерес к созданию технического объекта, связанного с реальными транспортными средствами и соревнованиями.
- Понимают ценность аккуратности, ответственности и соблюдения правил безопасной работы с электронными наборами.
- Осознают значение сотрудничества и взаимопомощи при решении конструкторской задачи.
- Формируют готовность воспринимать ошибку в сборке как источник информации для улучшения модели.
Метапредметные
- Планируют последовательность сборки по изображению и словесной инструкции, соотносят результат с поставленной целью.
- Извлекают информацию из схемы, экранной демонстрации и таблицы испытаний.
- Сравнивают скорость и устойчивость моделей, выделяют причину затруднения и предлагают способ коррекции.
- Используют цифровую визуализацию и простую фиксацию результатов испытания в таблице.
- Ведут диалог в паре, распределяют обязанности и представляют общий результат.
Предметные
- Знать назначение рамы, колёс, осей, электродвигателя, источника питания и соединительных проводов.
- Уметь собирать простую модель автомобиля по схеме и проверять правильность соединений.
- Уметь объяснять, почему вращение вала двигателя передаётся колёсам и от чего зависит устойчивость модели.
- Уметь проводить пробный заезд, фиксировать результат и вносить одно конструктивное улучшение.
- Владеть базовыми навыками безопасной работы с деталями робототехнического набора.
Универсальные учебные действия (УУД)
Личностные УУД
- Определяют личный вклад в создание общей модели и оценивают, насколько ответственно выполнили свою роль.
- Проявляют познавательный интерес к инженерным решениям и стремление довести практическую работу до результата.
- Осознают необходимость соблюдения правил безопасности при работе с электрическими компонентами.
- Принимают конструктивную обратную связь от партнёра и используют её для улучшения модели.
Регулятивные УУД
- Формулируют цель сборки и составляют с партнёром последовательность действий.
- Контролируют соответствие модели схеме после каждого этапа сборки.
- Выявляют неисправность по внешнему признаку: модель не движется, движется рывками или отклоняется от траектории.
- Корректируют конструкцию после пробного заезда и оценивают эффективность изменения.
- Сопоставляют результат с критериями: движение, устойчивость, безопасность и объяснение конструкции.
Познавательные УУД
- Распознают детали набора и устанавливают соответствие между деталью и её функцией.
- Читают простую конструктивную схему и преобразуют её в последовательность практических действий.
- Анализируют связь между расположением колёс, массой модели и устойчивостью движения.
- Моделируют работу транспортного средства через сборку и испытание уменьшенной конструкции.
- Фиксируют результаты наблюдений в таблице и формулируют вывод на их основе.
Коммуникативные УУД
- Распределяют в паре роли конструктора и инженера-испытателя, затем меняются ролями.
- Задают уточняющие вопросы по схеме и формулируют предложения без отрицательной оценки партнёра.
- Согласовывают порядок действий и договариваются о едином варианте улучшения модели.
- Аргументированно представляют классу устройство автомобиля и результаты испытания.
- Разрешают разногласия с опорой на схему, критерии и фактический результат заезда.
Подготовка учителя к уроку
- Подготовить робототехнические наборы с рамой, колёсами, осями, креплениями, электродвигателем, держателем батарей и проводами — по одному комплекту на пару.
- Проверить заряд батарей и работоспособность каждого двигателя; отдельно подготовить 1–2 запасных комплекта деталей.
- Распечатать для каждой пары схему сборки гоночного автомобиля, карточку безопасности и лист испытаний.
- Подготовить карточки трёх уровней: базовая сборка, диагностика неисправности и конструкторское улучшение — по одной карточке на пару.
- Нанести на полу или на большом листе трассу: старт, финиш, две прямые и один поворот; подготовить рулетку или линейку для измерения результата.
- Вывести на экран фотографии гоночного автомобиля, схему модели, обозначения деталей и критерии успешного заезда.
- Разместить на доске памятку: «Сначала отключи питание — потом меняй соединение», «Не направляй автомобиль на людей», «Проверяй крепления».
- Подготовить таймер, проектор или интерактивную доску, ноутбук с короткой анимацией передачи вращения от двигателя к колёсам.
- Разложить на партах контейнеры для деталей, листы испытаний, карандаши и стикеры для рефлексии.
Ход урока
Этап 1. Организационный момент и мотивация (4 мин)
Цель этапа: включить учащихся в практическую деятельность и вызвать интерес к созданию движущейся модели.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
2 мин | Учитель приветствует класс и показывает на экране короткую анимацию движения гоночного автомобиля и фотографию робототехнической модели: "Ребята, сегодня мы будем не просто собирать набор деталей, а создадим транспортное средство, которое должно пройти трассу. Посмотрите на экран: какие части настоящего автомобиля помогают ему двигаться и сохранять устойчивость? Назовите не менее трёх элементов. Как вы думаете, сможет ли небольшая модель повторить эти функции?" | Рассматривают изображения, называют: "Колёса, двигатель, корпус, оси, источник энергии"; формулируют предположение: "Да, если правильно соединить детали и подать питание". |
2 мин | Учитель организует приём «Подумай — обсуди в паре — поделись»: "Сначала 30 секунд подумайте самостоятельно, затем обсудите с соседом, какой автомобиль можно назвать гоночным. Важно не только ехать быстро: он должен двигаться устойчиво и безопасно. Через минуту я попрошу несколько пар назвать общий признак." | Обсуждают в парах, формулируют признаки: "Автомобиль быстро движется, не разваливается, сохраняет направление и проходит трассу"; слушают ответы других пар. |
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Мы выяснили, что гоночная модель должна не только двигаться, но и быть устойчивой. Сейчас проверим, какие знания о деталях и электрической цепи помогут нам спроектировать такую модель."
Этап 2. Актуализация знаний и инструктаж по безопасности (6 мин)
Цель этапа: актуализировать знания о деталях конструкции и сформировать безопасный алгоритм работы.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
3 мин | Учитель раскладывает на демонстрационном столе раму, колесо, ось, двигатель, батарейный держатель и провод: "Перед вами детали будущего автомобиля. Назовите каждую и объясните её функцию. Что произойдёт, если колёса будут закреплены не на одной оси? Почему нельзя подключать и отключать элементы влажными руками?" Учитель фиксирует ответы в таблице «Деталь — назначение». | По очереди называют детали и функции: "Рама держит конструкцию, ось соединяет колёса, двигатель создаёт вращение, батарейный держатель подаёт энергию"; объясняют, что перекос вызовет отклонение, а влажные руки опасны при работе с электрическими контактами. |
3 мин | Учитель показывает на экране три правила и просит применить приём «Верно — неверно»: "Первое утверждение: можно менять провод, пока двигатель вращается. Второе: перед испытанием нужно убрать руки и посторонние предметы с трассы. Третье: если модель не едет, сначала проверяем соединения, а не толкаем её рукой. Поднимите зелёную карточку, если утверждение верно, и красную, если неверно." | Поднимают карточки и объясняют выбор: первое утверждение неверно, второе и третье верны; записывают краткое правило: «Питание отключаем перед изменением схемы». |
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Мы вспомнили функции основных деталей и договорились о безопасном алгоритме. Теперь определим, какую конструкцию нам предстоит собрать и по каким признакам мы поймём, что она получилась удачной."
Этап 3. Постановка проблемы и планирование работы (5 мин)
Посмотрите план целиком
Зарегистрируйтесь — и откройте план урока по этой теме полностью: цели, ход урока и рефлексия по ФГОС.
Цель этапа: сформулировать цель практической работы и спланировать действия пары.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
2 мин | Учитель демонстрирует две модели на изображении: у первой колёса стоят ровно, у второй одна ось смещена: "Обе модели собраны из одинаковых деталей, но одна движется прямо, а другая уходит в сторону. Почему так происходит? Какой вопрос мы должны решить сегодня?" | Сравнивают изображения, предполагают: "Колёса должны быть параллельны, оси — закреплены ровно, масса должна распределяться равномерно"; формулируют проблемный вопрос: "Как собрать автомобиль, который устойчиво проходит трассу?" |
3 мин | Учитель раздаёт схемы и листы испытаний: "Сформулируйте цель пары одним предложением. Затем распределите роли: конструктор читает схему и соединяет детали, инженер-испытатель проверяет симметрию, безопасность и результат заезда. После первой попытки роли меняются. План должен включать четыре шага: изучить схему, собрать раму и ходовую часть, подключить двигатель, испытать и улучшить." | В парах записывают цель, распределяют роли и проговаривают план из четырёх шагов; задают вопросы по схеме, если обозначение детали непонятно. |
Завершение этапа: учитель подводит итог: "У каждой пары есть цель, роли и план действий. Теперь переходим к главной части урока — по схеме превратим отдельные детали в работающую модель."
Этап 4. Открытие нового знания и сборка модели (12 мин)
Цель этапа: освоить принцип передачи движения и собрать базовую модель гоночного автомобиля по схеме.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
3 мин | Учитель показывает на экране увеличенную схему: "Сначала собираем жёсткую раму. Затем устанавливаем две оси так, чтобы они были параллельны. Колёса должны свободно вращаться и не задевать раму. Как проверить параллельность? Посмотрите спереди и сверху, сравните расстояние между колёсами." Учитель демонстрирует правильное и неправильное крепление. | Конструкторы собирают раму и устанавливают оси; инженеры-испытатели проверяют симметрию сверху и спереди, сообщают партнёру: "Левая ось закреплена выше, нужно выровнять". |
4 мин | Учитель продолжает демонстрацию: "Теперь установим двигатель так, чтобы его вал был направлен к ведущей оси. Соедините двигатель с держателем батарей только после проверки крепления. На экране показана цепочка: батареи — провода — двигатель — вращение оси — движение колёс. Не подключайте питание, пока я не дам сигнал." | Пары закрепляют двигатель, соединяют провода по схеме без включения питания, сверяют полярность и расположение элементов с изображением; объясняют цепочку: "Энергия батареи поступает в двигатель, вал вращается и приводит колёса в движение". |
5 мин | Учитель обходит пары и задаёт вопросы: "Почему раму нужно делать жёсткой? Что произойдёт, если одно колесо касается рамы? Как изменится движение, если ось установлена под углом? Проверьте модель по трём признакам: детали закреплены, провода не зажаты, колёса вращаются свободно. После проверки поднимите зелёную карточку." | Проверяют крепления и свободное вращение колёс, исправляют перекосы, поднимают зелёную карточку после взаимной проверки; формулируют вывод: "Ровные оси и свободное вращение помогают автомобилю двигаться прямо". |
Запись в тетрадях
- «Гоночный робот — модель транспортного средства, которая получает энергию от источника питания и преобразует её в движение колёс».
- «Последовательность сборки: рама → оси и колёса → двигатель → соединение проводов → проверка → испытание».
- «Устойчивость модели зависит от симметрии, жёсткости рамы и свободного вращения колёс».
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Мы увидели, что движение возникает не само по себе: энергия проходит через цепочку элементов, а качество движения зависит от точности сборки. Теперь проверим наши модели на общей трассе и зафиксируем результат, а не только впечатление от заезда."
Этап 5. Первичное закрепление: пробный заезд и межпредметная связь (7 мин)
Цель этапа: применить знание о конструкции в реальной ситуации, измерить результат и связать технологию с физикой и математикой.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
2 мин | Учитель показывает трассу и лист испытаний: "Каждая пара выполнит один пробный заезд. Запишите время или расстояние, если модель остановилась раньше финиша, и отметьте отклонение от линии. Вспомните физику: двигатель сообщает колёсам вращение, а сила трения между колёсами и поверхностью помогает модели двигаться. Вспомните математику: результат можно сравнивать по времени и длине пройденного пути." | Заполняют в листе название пары, прогноз и критерии наблюдения; называют величины: "Время, расстояние, отклонение от траектории". |
3 мин | Учитель по очереди запускает модели: "Перед стартом убедитесь, что трасса свободна. По команде включите питание и отпустите модель, не подталкивая её. Наблюдатели считают секунды и отмечают, где автомобиль отклонился. После остановки питание отключаем сразу." | По очереди запускают автомобили, измеряют время секундомером, отмечают пройденное расстояние и место отклонения; остальные пары наблюдают и записывают данные. |
2 мин | Учитель задаёт вопросы для анализа: "Какая модель прошла дальше? Какая двигалась прямее? Почему одинаковые детали дали разные результаты? Сравните данные в парах и назовите одну вероятную причину." | Сравнивают показатели, отвечают: "Модель отклонялась из-за перекоса оси или разного диаметра колёс"; формулируют одну гипотезу улучшения. |
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Измерение показало, что инженерное решение можно оценивать по данным. Сейчас каждый экипаж самостоятельно найдёт слабое место своей модели и внесёт одно обоснованное изменение."
Этап 6. Самостоятельная работа с взаимопроверкой (7 мин)
Цель этапа: развить умение диагностировать неисправность и улучшать конструкцию на основе результата испытания.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
2 мин | Учитель раздаёт карточки трёх уровней: "Выберите задание по готовности пары. Базовый уровень — проверить и исправить одну ошибку в креплении. Повышенный — изменить положение батарейного держателя или оси и объяснить результат. Дополнительный — предложить собственное улучшение, не нарушая безопасность. Перед изменением обязательно отключите питание." | Выбирают уровень, записывают предполагаемую причину неисправности и способ проверки; отключают питание перед разбором соединения. |
3 мин | Учитель консультирует: "Не заменяйте сразу несколько деталей: иначе вы не узнаете, какое изменение помогло. Измените только один параметр, например положение оси или крепление колеса. Сначала сделайте прогноз, затем проведите короткий заезд и сравните его с первым результатом." | Вносят одно изменение, проводят повторный заезд, фиксируют «до» и «после», указывают, стало ли движение прямее, быстрее или устойчивее. |
2 мин | Учитель организует взаимопроверку по чек-листу: "Партнёрская пара проверяет четыре пункта: схема соблюдена, питание отключается безопасно, изменение описано, вывод подтверждён наблюдением. Напишите друг другу две сильные стороны и одно пожелание." | Обмениваются листами, ставят отметки по четырём пунктам, записывают партнёру две сильные стороны и одно конкретное пожелание; при необходимости исправляют формулировку вывода. |
Эталон решения
Если модель отклоняется вправо, алгоритм диагностики такой: 1) отключить питание; 2) проверить, параллельны ли оси; 3) проверить, одинаково ли закреплены колёса; 4) убедиться, что колесо не касается рамы; 5) исправить только один обнаруженный дефект; 6) повторить заезд и сравнить результат с первым испытанием. Вывод формулируется по данным: «После выравнивания задней оси автомобиль стал двигаться прямее, поэтому причиной отклонения был перекос крепления».
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Вы не просто исправили модель, а прошли инженерный цикл: наблюдение, гипотеза, изменение, испытание и вывод. Осталось оценить, чему каждый из вас научился и что ещё можно улучшить в следующей версии автомобиля."
Этап 7. Рефлексия и подведение итогов (4 мин)
Цель этапа: осмыслить результат, оценить вклад каждого участника и зафиксировать следующий шаг развития модели.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
2 мин | Учитель раздаёт стикеры и предлагает приём «Билет на выход»: "Запишите три коротких ответа: какую функцию выполняет двигатель, что помогло модели ехать прямо, какое улучшение вы внесли. Внизу поставьте цвет: зелёный — могу собрать и объяснить, жёлтый — нужна тренировка, красный — нужна помощь." | Пишут ответы на стикере, выбирают цвет самооценки, прикрепляют стикер в соответствующую колонку на доске. |
2 мин | Учитель обращается к классу: "Поднимите руку, кто сегодня был конструктором, а кто испытателем. Что оказалось самым трудным? Какая ошибка помогла вам понять устройство автомобиля? На следующем уроке мы сможем сравнить разные варианты конструкции и обсудить, как увеличить устойчивость или скорость." | Называют выполненную роль, формулируют затруднение и вывод: "Нужно точно выровнять оси"; слушают варианты одноклассников и называют личный вклад в работу пары. |
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Сегодня вы прошли путь от идеи и схемы до работающего гоночного автомобиля. Вы увидели, что скорость и устойчивость зависят от точности конструкции, а улучшение требует проверки и доказательств. На следующем уроке мы сравним инженерные решения и разработаем более эффективную модель."
Критерии оценивания практической работы
- «5» — модель собрана по схеме, безопасно подключена, проходит трассу или большую её часть, пара зафиксировала результаты двух испытаний, объяснила назначение деталей и обосновала внесённое улучшение.
- «4» — модель собрана в основном правильно, движется после небольшой коррекции, допущена одна неточность в оформлении листа испытаний или объяснении причины отклонения.
- «3» — модель собрана частично и начинает движение только после помощи учителя, зафиксирован хотя бы один результат испытания, названы не менее трёх основных деталей.
- Ниже базового уровня — не соблюдены правила безопасности, отсутствует проверка соединений или учащийся не может объяснить назначение ключевых элементов; работу необходимо доработать.
Рефлексия
Вопрос для ученика | Цель вопроса |
|---|---|
Какую функцию выполняют рама, ось, двигатель и источник питания? | Проверка осознания устройства модели и назначения основных деталей. |
Что помогло вашему автомобилю двигаться прямо? | Выявление понимания связи между точностью сборки и результатом движения. |
Какое изменение вы внесли и подтвердилось ли ваше предположение? | Оценка умения проводить инженерный цикл: гипотеза — действие — испытание — вывод. |
Что было самым трудным и какая помощь нужна на следующем уроке? | Выявление индивидуальных затруднений и планирование дифференцированной поддержки. |
Завершающее слово учителя
"Сегодня вы создали не просто игрушечную машину, а модель, в которой энергия источника питания превращается во вращение колёс и движение по трассе. Мы установили, что даже небольшое смещение оси или колеса влияет на результат. Важно не бояться ошибки, а проверять её причину и менять конструкцию осознанно. На следующем уроке мы сравним модели и попробуем спроектировать автомобиль, который будет двигаться ещё устойчивее и быстрее."
Домашнее задание
Уровень | Что задать | Зачем |
|---|---|---|
Базовый (обязательный) | Составить в тетради схему из шести элементов модели: рама, оси, колёса, двигатель, источник питания, провода; подписать назначение каждого элемента и сформулировать четыре правила безопасной работы. | Закрепляет знание устройства робота и правил безопасности; при проверке обратить внимание на точность функций и последовательность действий. |
Средний (повышающий) | Описать один пробный заезд по плану: прогноз, результат, обнаруженная проблема, внесённое изменение, итоговая оценка. Привести два способа сделать модель устойчивее. | Развивает умение анализировать данные испытания и объяснять конструктивное решение; проверить наличие причинно-следственной связи. |
Продвинутый (дополнительный) | Разработать эскиз улучшенного гоночного автомобиля с указанием расположения двигателя, батарейного держателя, осей и колёс; предложить два изменения и спрогнозировать их влияние на скорость или устойчивость. | Формирует навыки проектирования и моделирования; при проверке оценить реалистичность схемы, аргументацию и соблюдение требований безопасности. |
Контрольные вопросы перед выходом: «Какая деталь создаёт вращение?», «Почему оси должны быть параллельны?», «Что нужно сделать перед изменением соединений?», «Как доказать, что улучшение действительно помогло модели?»
