Роботы на колёсном ходу: устройство, принцип действия и управление
Цели и задачи
- Цель урока по SMART: к концу урока учащиеся назовут основные узлы колёсного робота, объяснят их назначение и в паре разработают схему движения робота по заданному маршруту, обосновав выбор датчиков и исполнительных механизмов.
- Сформировать представление о колёсных роботах, их конструктивных элементах и областях применения.
- Научить различать контроллер, датчик, двигатель, колёса, источник питания и корпус робота.
- Развивать умение анализировать техническую задачу, составлять алгоритм действий и представлять его в виде блок-схемы.
- Формировать ответственное отношение к безопасной работе с электронными устройствами и навыки сотрудничества в паре.
Планируемые результаты
Личностные
- Проявляют интерес к робототехнике как области, связанной с решением практических задач человека.
- Осознают значение точности, ответственности и соблюдения правил безопасности при создании технических устройств.
- Понимают ценность сотрудничества и распределения ролей при выполнении инженерной задачи.
- Оценивают собственный вклад в работу пары и готовность совершенствовать результат.
Метапредметные
- Извлекают информацию из изображения конструкции, короткого технического текста и демонстрации цифровой модели.
- Составляют последовательность действий робота и переводят словесное описание в алгоритм.
- Сравнивают варианты конструкции по критериям устойчивости, управляемости и назначения.
- Работают в паре, аргументируют выбор и представляют результат с использованием ИКТ.
- Осуществляют самопроверку по критериям и корректируют предложенный алгоритм.
Предметные
- Знать назначение контроллера, датчиков, двигателей, колёс, корпуса и источника питания.
- Уметь объяснять, как вращение вала двигателя передаётся колесу и как изменяется направление движения робота.
- Уметь выбирать элементы робота для выполнения простой задачи: движение вперёд, остановка, поворот, объезд препятствия.
- Уметь составлять простую блок-схему алгоритма движения колёсного робота.
- Владеть правилами безопасной работы с робототехническим набором и компьютером.
Универсальные учебные действия (УУД)
Личностные УУД
- Формируют внутреннюю позицию исследователя, готового проверять гипотезы и исправлять ошибки.
- Осознают личную ответственность за безопасное обращение с электрическими и электронными компонентами.
- Проявляют уважение к мнению партнёра и принимают общий результат пары.
- Связывают изучение робототехники с будущими профессиями и повседневными задачами.
Регулятивные УУД
- Принимают учебную задачу и формулируют цель работы пары.
- Планируют последовательность сборки схемы и алгоритма движения.
- Контролируют соответствие результата условиям задания.
- Находят ошибку в алгоритме, предлагают исправление и проверяют его.
- Оценивают работу по заданным критериям и формулируют следующий шаг.
Познавательные УУД
- Выделяют существенные признаки колёсного робота и классифицируют его узлы.
- Устанавливают причинно-следственную связь между сигналом датчика, командой контроллера и движением двигателя.
- Моделируют маршрут робота с помощью условных обозначений и блок-схемы.
- Сравнивают ручное и автоматическое управление движением.
- Используют цифровую модель или презентацию для анализа конструкции.
Коммуникативные УУД
- Распределяют роли в паре: аналитик и проектировщик, затем меняются ролями.
- Задают уточняющие вопросы по условию задачи и технической схеме.
- Аргументируют выбор датчика, двигателя и алгоритма.
- Согласуют общее решение и корректно оценивают предложение партнёра.
- Представляют результат пары в кратком устном сообщении.
Подготовка учителя к уроку
- Подготовить исправный учебный колёсный робот или демонстрационную модель, чтобы показать движение вперёд, поворот и остановку.
- Подготовить презентацию с фотографиями робота, схемой его узлов, примерами применения и простой блок-схемой алгоритма.
- Распечатать карточки с изображениями шести узлов робота — по одной на пару, всего 15 комплектов.
- Распечатать маршрутные карточки трёх уровней: движение к цели, остановка перед препятствием, объезд препятствия — по одной на пару.
- Распечатать лист самооценки и критерии проектной работы — по одному экземпляру на каждого ученика.
- Подготовить на каждую пару лист А4, маркер, набор стрелок и условных обозначений для составления алгоритма.
- Подготовить ноутбук учителя, проектор или интерактивную доску; при наличии набора — один комплект робототехнических деталей на демонстрацию.
- Вывести на доску или слайд памятку: «датчик — получает информацию; контроллер — обрабатывает; двигатель — выполняет действие».
- Проверить заряд аккумулятора, исправность соединительных проводов и отсутствие открытых повреждённых контактов.
- Подготовить таймер на 3 минуты для парной работы и цветные карточки для приёма «Светофор».
Ход урока
Этап 1. Организационный момент и мотивация (4 мин)
Цель этапа: включить учащихся в практическую проблему и создать мотивацию к изучению устройства колёсного робота.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
1 мин | Учитель приветствует класс и показывает короткую демонстрацию: робот движется вперёд, останавливается у препятствия и поворачивает. «Здравствуйте, ребята. Сегодня мы будем работать как инженеры. Посмотрите на робота: он не просто движется, а выполняет последовательность команд. Как вы думаете, что помогает ему понимать окружающий мир и выбирать действие?» | Наблюдают за демонстрацией, называют предположения: «датчики», «программа», «двигатели», «контроллер». Мысленно фиксируют проблему. |
2 мин | Учитель применяет приём «Подумай — обсуди в паре — поделись». «Сначала 30 секунд подумайте самостоятельно, затем обсудите с соседом, какие детали необходимы роботу для движения. Назовите не менее трёх элементов и объясните назначение одного из них». | Записывают или проговаривают три элемента, обсуждают ответ в паре одну минуту, предлагают варианты классу. |
1 мин | Учитель формулирует проблемный вопрос: «Как устроен колёсный робот и как составить для него понятный алгоритм движения?» Объявляет тему и показывает её на доске. | Формулируют ожидаемый результат: «узнать части робота и составить маршрут его движения». Записывают тему урока. |
Завершение этапа: учитель подводит итог: «Мы увидели, что движение робота — это результат совместной работы нескольких узлов. Теперь выясним, какую роль выполняет каждый из них и почему без одного элемента система может не работать».
Этап 2. Актуализация знаний и выявление затруднения (6 мин)
Цель этапа: актуализировать знания о механизмах, электрической цепи, информации и алгоритмах, обнаружить недостаток знаний для объяснения работы робота.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
2 мин | Учитель выводит на экран изображения колеса, батареи, кнопки, двигателя, датчика и контроллера. «Рассмотрите изображения. Какие устройства преобразуют электрическую энергию в движение? Какой элемент может получать информацию о препятствии? Какой элемент должен обрабатывать эту информацию?» | Распределяют изображения по функциям, отвечают: «двигатель создаёт движение», «датчик получает информацию», «контроллер обрабатывает сигнал». |
2 мин | Учитель предлагает мини-задание «Верно — неверно»: «Колёса сами принимают решение о повороте. Датчик может измерять расстояние. Контроллер передаёт команды двигателям. Для движения достаточно одного только аккумулятора». Просит обосновывать ответы. | Поднимают карточки «верно» или «неверно», объясняют: «решение принимает программа через контроллер», «аккумулятор даёт энергию, но не управляет движением». |
2 мин | Учитель предлагает ситуацию: «Представьте, что робот должен подъехать к стене и остановиться. Какие сведения он должен получить? Какое действие выполнить после получения сигнала?» Фиксирует на доске слова «информация — обработка — действие». | В парах составляют цепочку: «датчик обнаруживает стену — контроллер получает сигнал — двигатели останавливаются». Называют место затруднения: «не знаем, как связаны детали и как записать команды». |
Завершение этапа: учитель подводит итог: «Мы вспомнили, что техническая система получает энергию и информацию, обрабатывает её и выполняет действие. Чтобы перейти от отдельных слов к инженерному решению, поставим цель и составим план работы».
Этап 3. Постановка цели и проектирование выхода из затруднения (4 мин)
Посмотрите план целиком
Зарегистрируйтесь — и откройте план урока по этой теме полностью: цели, ход урока и рефлексия по ФГОС.
Цель этапа: совместно определить план изучения конструкции робота и критерии успешной парной работы.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
2 мин | Учитель организует «Снежный ком». «Каждый назовите один шаг, который поможет решить нашу задачу. Затем объединитесь в пары, выберите наиболее важные шаги, а после этого мы составим общий план». На доске фиксирует предложения. | Предлагают шаги: «изучить узлы», «определить функции», «разобрать маршрут», «записать команды», «проверить алгоритм». В парах выбирают и объединяют предложения. |
2 мин | Учитель формулирует общий план: «Первое — узнаём назначение узлов. Второе — связываем узлы в систему. Третье — составляем алгоритм движения. Четвёртое — проверяем решение по критериям: логичность, полнота, безопасность». Распределяет роли в парах. | Записывают план, распределяют роли «аналитик» и «проектировщик», задают уточняющие вопросы и формулируют цель: «создать понятный алгоритм для робота». |
Завершение этапа: учитель подводит итог: «План работы определён, а критерии известны заранее. Теперь исследуем конструкцию робота и выясним, как отдельные элементы превращаются в единую систему».
Этап 4. Открытие нового знания. Устройство колёсного робота (10 мин)
Цель этапа: сформировать представление об основных узлах колёсного робота и их взаимодействии.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
3 мин | Учитель показывает модель и схему на экране. «Посмотрите на робота сверху и сбоку. Корпус удерживает детали. Колёса обеспечивают перемещение. Двигатели вращают колёса. Источник питания снабжает систему энергией. Контроллер получает программу и передаёт команды, а датчики сообщают роботу сведения об окружающей среде». Учитель поочерёдно указывает на детали. | Рассматривают модель, соотносят детали с названиями, заполняют в карточке таблицу «узел — назначение», задают вопросы о проводах и соединениях. |
3 мин | Учитель раздаёт карточки для приёма «Мозаика». «В каждой паре один ученик получает карточку об исполнительных элементах, другой — о датчиках и контроллере. Прочитайте описание, выделите главное и объясните его партнёру». | Индивидуально изучают карточку, затем объясняют партнёру назначение узла. Формулируют: «датчик сообщает», «контроллер сравнивает условие с программой», «двигатель выполняет команду». |
2 мин | Учитель связывает технологию с другими предметами: «В физике вы изучаете энергию и электрическую цепь, в информатике — алгоритмы и условия, в математике — направление, расстояние и измерение. Робототехника объединяет эти знания в одной задаче». | Называют межпредметные связи: «энергия нужна двигателю», «условие задаёт датчик», «расстояние можно измерить», «маршрут можно представить схемой». |
2 мин | Учитель показывает на экране цепочку «датчик → контроллер → двигатель → движение». «Если робот подъезжает к препятствию, датчик передаёт сигнал, контроллер анализирует его, программа выбирает команду, а двигатель изменяет движение. Повторите эту цепочку и приведите собственный пример». | Повторяют цепочку, приводят пример: «датчик линии видит границу, контроллер сравнивает цвет, двигатель уменьшает скорость одного колеса, робот поворачивает». |
Запись в тетрадях
- Колёсный робот — программируемое устройство, которое перемещается с помощью колёс и двигателей.
- Основные узлы: корпус, колёса, двигатели, контроллер, датчики, источник питания.
- Схема взаимодействия: датчик получает информацию → контроллер обрабатывает сигнал → двигатель выполняет действие.
Завершение этапа: учитель подводит итог: «Теперь мы можем объяснить, из чего состоит робот и как связаны его узлы. Следующий шаг — превратить объяснение в последовательность команд, которую робот сможет выполнить без подсказок человека».
Этап 5. Первичное закрепление. Алгоритм движения (7 мин)
Цель этапа: научить составлять простой алгоритм движения колёсного робота и проверять его логичность.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
3 мин | Учитель демонстрирует маршрут на листе: старт, свободный участок, препятствие, поворот направо, финиш. «Составим алгоритм вместе. Какие команды будут первыми? Что произойдёт после обнаружения препятствия? Обратите внимание: команда должна быть конкретной — не просто “двигаться”, а “двигаться вперёд 3 секунды” или “двигаться до сигнала датчика”». | Предлагают последовательность: «старт — ехать вперёд — обнаружить препятствие — остановиться — повернуть направо — ехать к финишу». Объясняют, почему порядок команд нельзя менять. |
2 мин | Учитель показывает два алгоритма, один из которых содержит ошибку: «Алгоритм А: ехать вперёд — обнаружить препятствие — остановиться — повернуть. Алгоритм Б: ехать вперёд — повернуть — обнаружить препятствие — остановиться. Какой алгоритм соответствует маршруту и почему?» | Сравнивают варианты, выбирают алгоритм А, находят ошибку в алгоритме Б: поворот выполняется до реакции на препятствие. |
2 мин | Учитель раздаёт каждой паре маршрутную карточку и просит из стрелок составить схему. «За две минуты создайте алгоритм, используя минимум четыре шага. Затем обменяйтесь схемой с соседней парой и проверьте её по трём вопросам: есть ли старт, есть ли условие или сигнал, есть ли завершение?» | В парах составляют схему маршрута, обмениваются с другой парой, отмечают сильную сторону и один вопрос к алгоритму. |
Завершение этапа: учитель подводит итог: «Алгоритм становится рабочим, когда в нём есть порядок действий, условие и понятный результат. Сейчас каждый самостоятельно проверит, умеет ли он применить эту модель к новой ситуации».
Этап 6. Самостоятельная работа с самопроверкой (8 мин)
Цель этапа: индивидуально проверить понимание устройства робота и умение применять знания при проектировании маршрута.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
5 мин | Учитель раздаёт индивидуальные карточки трёх уровней. «Выберите уровень, с которым готовы работать. Минимальный уровень: подпишите шесть узлов робота и их функции. Базовый уровень: составьте алгоритм движения к финишу с остановкой перед препятствием. Повышенный уровень: предложите алгоритм объезда препятствия и укажите, какой датчик нужен». Учитель напоминает о самостоятельности и критериях. | Индивидуально выполняют выбранное задание, подписывают узлы, составляют блок-схему или объясняют выбор датчика. |
2 мин | Учитель выводит эталон: «Проверьте работу по пунктам: все узлы названы, функции не перепутаны, команды идут в правильной последовательности, алгоритм имеет завершение». Организует самопроверку зелёной и жёлтой карточками. | Сверяют работу с эталоном, отмечают исправленные места, поднимают зелёную карточку при полном понимании или жёлтую при наличии вопроса. |
1 мин | Учитель адресно разбирает типичную ошибку: «Некоторые записали “робот видит препятствие и поворачивает”. Уточните, какой узел видит препятствие, кто принимает решение и что именно делает двигатель». | Исправляют формулировку: «датчик обнаруживает препятствие, контроллер обрабатывает сигнал, двигатель изменяет направление движения». |
Завершение этапа: учитель подводит итог: «Вы проверили себя не только по правильности ответа, но и по полноте объяснения. Осталось обобщить, где такие роботы применяются и почему человеку важно уметь задавать им точные инструкции».
Этап 7. Рефлексия, межпредметное обобщение и домашнее задание (6 мин)
Цель этапа: осмыслить новый способ действия, установить связь с другими предметами и определить дальнейшую работу.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
2 мин | Учитель возвращается к проблемному вопросу. «Как устроен колёсный робот и как составить для него алгоритм? Назовите ответ по цепочке: конструкция, информация, команда, движение». | Формулируют вывод: «робот состоит из узлов; датчики получают информацию; контроллер обрабатывает её; двигатели выполняют команду». |
2 мин | Учитель проводит рефлексию «Светофор» и «Одноминутку». «Зелёный цвет — могу назвать узлы и объяснить их функции; жёлтый — понимаю основу, но путаюсь в алгоритме; красный — нужна помощь. На стикере допишите: “Сегодня я научился…” и “Мне нужно повторить…”» | Выбирают цвет, заполняют стикер, формулируют личный результат и вопрос, прикрепляют стикеры на доску. |
1 мин | Учитель показывает межпредметную схему: «Информатика даёт алгоритм, физика объясняет энергию и движение, математика помогает измерять расстояние и время, технология объединяет эти знания в проекте». | Называют одну связь: «без алгоритма робот не знает порядок действий», «время движения влияет на расстояние», «энергия нужна двигателю». |
1 мин | Учитель объясняет домашнее задание и контрольные вопросы: «Перед выходом ответьте письменно: какой узел получает информацию, какой принимает решение, какой выполняет движение?» | Записывают домашнее задание, отвечают на контрольные вопросы, сдают стикеры для обратной связи. |
Завершение этапа: учитель подводит итог: «Сегодня вы разобрали конструкцию колёсного робота и создали алгоритм его движения. На следующем уроке мы продолжим проектирование и попробуем уточнить программу так, чтобы робот реагировал на изменение условий».
Критерии оценивания практической работы
- «5» — правильно названы не менее шести узлов робота, верно указаны их функции, алгоритм содержит старт, последовательность команд, реакцию на препятствие и завершение; объяснение дано самостоятельно и аргументированно.
- «4» — правильно названы пять–шесть узлов, допущена одна неточность в функции или алгоритме, но общий принцип взаимодействия датчика, контроллера и двигателя объяснён верно.
- «3» — названы не менее трёх узлов и составлен неполный алгоритм, при этом ученик с помощью учителя объясняет хотя бы одну связь между датчиком и движением.
- Ниже «3» — узлы и команды существенно перепутаны, алгоритм не отражает условие задачи; требуется индивидуальная отработка с опорной схемой.
Рефлексия
Вопрос для ученика | Цель вопроса |
|---|---|
Что нового вы узнали об устройстве колёсного робота? | Выявление осознания основных узлов и их функций. |
Как датчик, контроллер и двигатель связаны в единую систему? | Проверка понимания причинно-следственной цепочки управления. |
На каком шаге составления алгоритма возникло затруднение? | Выявление точек затруднения в проектировании алгоритма. |
Какой элемент работы пары помог вам лучше понять тему? | Оценка эффективности сотрудничества и парного обсуждения. |
Завершающее слово учителя
«Сегодня мы выяснили, что колёсный робот — это не просто машина с колёсами, а система, в которой датчики получают информацию, контроллер принимает решение, а двигатели выполняют команду. Важно не путать датчик, который сообщает о ситуации, и двигатель, который совершает действие. Вы составили первые алгоритмы движения и проверили их по критериям. На следующем уроке мы усложним задачу и научимся проектировать реакцию робота на несколько условий».
Домашнее задание
Уровень | Что задать | Зачем |
|---|---|---|
Базовый (обязательный) | Составить таблицу из шести узлов колёсного робота: название, назначение, пример действия. Дополнительно записать алгоритм движения вперёд до препятствия и остановки. | Закрепляет терминологию и последовательность «датчик — контроллер — двигатель». При проверке смотреть на точность функций и наличие условия остановки. |
Средний (повышающий) | Разработать блок-схему маршрута робота: старт, движение вперёд, обнаружение препятствия, остановка, поворот налево, движение к финишу. Использовать не менее шести шагов. | Формирует умение переводить задачу в алгоритм. При проверке смотреть на порядок команд, условие и завершение маршрута. |
Продвинутый (дополнительный) | Предложить проект робота для одной жизненной задачи: уборка помещения, доставка предметов или движение по линии. Описать назначение робота, необходимые узлы и алгоритм из 8–10 шагов. | Развивает инженерное и креативное мышление. При проверке смотреть на соответствие конструкции задаче, обоснованность выбора датчика и реалистичность алгоритма. |
Контрольные вопросы перед выходом: «Какой узел получает информацию об окружающей среде? Какой узел обрабатывает сигнал и выбирает команду? Как двигатель связан с движением колеса? Почему алгоритм должен содержать условие и завершение?»
