Практическая работа «Сборка робота и программирование нескольких светодиодов»
Цели и задачи
- Цель урока по SMART: за 45 минут в парах собрать учебного робота по схеме, подключить не менее трёх светодиодов, создать и загрузить программу с двумя различными световыми сигналами, проверить её работу и объяснить назначение основных команд.
- Познакомить учащихся с последовательностью сборки робота, правилами подключения светодиодов и принципом управления цифровыми выходами контроллера.
- Научить собирать электрическую цепь по схеме, соблюдать полярность светодиода и использовать резисторы для ограничения тока.
- Развивать алгоритмическое мышление, навыки парной работы, поиска ошибки и корректировки программы.
- Воспитывать ответственное отношение к оборудованию, соблюдение правил электробезопасности и готовность распределять обязанности в команде.
Планируемые результаты
Личностные
- Проявляют интерес к созданию программируемых устройств и видят связь учебной работы с современными технологиями.
- Осознают ответственность за безопасное обращение с электронными компонентами и общим оборудованием.
- Проявляют готовность договариваться с партнёром, распределять роли и доводить практическую работу до результата.
- Понимают ценность аккуратности, проверки и исправления собственных ошибок.
Метапредметные
- Планируют последовательность сборки и программирования, соотносят результат с поставленной задачей.
- Извлекают информацию из электрической схемы, условных обозначений и фрагментов программного кода.
- Анализируют неисправность по наблюдаемому результату и предлагают способ её устранения.
- Работают в паре, распределяют функции, аргументируют выбор подключения и оценивают вклад каждого участника.
- Используют компьютер или планшет для создания, загрузки и проверки программы.
Предметные
- Знать назначение контроллера, цифрового выхода, светодиода, резистора и соединительных проводов.
- Уметь собирать простую цепь с несколькими светодиодами по электрической схеме.
- Уметь учитывать полярность светодиода и подключать общий провод к соответствующему контакту.
- Уметь составлять и изменять алгоритм последовательного и попеременного включения светодиодов.
- Уметь проверять работу устройства, находить ошибку в соединении или программе и исправлять её.
Универсальные учебные действия (УУД)
Личностные УУД
- Определяют личный вклад в общую работу пары и оценивают собственную готовность соблюдать правила безопасности.
- Формируют смысл учебной деятельности через создание работающего технического устройства.
- Проявляют настойчивость при поиске причины неисправности и не заменяют самостоятельную проверку случайным перебором соединений.
- Осознают значение цифровых технологий для решения практических задач.
Регулятивные УУД
- Принимают практическую цель и составляют последовательность действий: схема — сборка — программа — проверка.
- Контролируют правильность соединений до подачи питания.
- Сравнивают фактическую работу робота с заданным алгоритмом и фиксируют расхождения.
- Вносят коррективы в программу или схему после обнаружения ошибки.
- Оценивают результат по критериям работоспособности, безопасности и аккуратности.
Познавательные УУД
- Читают электрическую схему и преобразуют её в последовательность практических действий.
- Сравнивают последовательное и одновременное включение светодиодов.
- Устанавливают причинно-следственную связь между полярностью, подключением контакта и свечением светодиода.
- Моделируют работу устройства в виде алгоритма и программных команд.
- Используют наблюдение и тестирование как способы получения информации о работе конструкции.
Коммуникативные УУД
- Распределяют роли сборщика, программиста и контролёра, при необходимости меняются ролями.
- Задают партнёру уточняющие вопросы по схеме и комментируют выполняемые действия.
- Согласовывают решение при выборе порядка включения светодиодов.
- Аргументированно сообщают о найденной ошибке и предлагают способ её исправления.
- Представляют результат работы пары классу в кратком техническом сообщении.
Подготовка учителя к уроку
- Подготовить на каждую пару набор: учебная платформа или корпус робота, контроллер, макетная плата, три светодиода разных цветов, три резистора, соединительные провода и кабель USB.
- Проверить исправность контроллеров, светодиодов, резисторов, макетных плат и компьютеров; заранее зарядить оборудование при необходимости.
- Распечатать по одной на пару карточке со схемой подключения трёх светодиодов и по одной карте алгоритма проверки.
- Распечатать по одному на ученика листу самооценки с пунктами «собрал безопасно», «написал программу», «проверил результат», «исправил ошибку».
- Подготовить три варианта карточек-заданий: последовательное включение, попеременное мигание и собственный световой сигнал.
- Вывести на доску памятку: «Питание отключено — проверяем схему — подключаем USB — загружаем программу — наблюдаем — исправляем».
- Подготовить на экране изображения обозначений светодиода, резистора, цифрового выхода и общего провода.
- Организовать рабочие места так, чтобы провода не свисали со столов; назначить по одному комплекту оборудования на пару.
- Подготовить компьютер учителя и проектор для демонстрации среды программирования и образца работающей программы.
- Разместить на доске критерии оценивания: безопасность, правильность сборки, работа программы, объяснение алгоритма и команд.
Ход урока
Этап 1. Организационный момент и мотивация (3 мин)
Цель этапа: включить учащихся в практическую деятельность, связать тему урока с работой световых сигналов в реальных устройствах.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
1 мин | Учитель приветствует класс и показывает короткую последовательность из трёх световых сигналов на демонстрационном роботе: «Здравствуйте, ребята. Сегодня мы будем не просто собирать устройство, а научим его подавать понятный световой сигнал. Посмотрите на робота: он зажигает светодиоды по очереди. Где в жизни вы встречаете световые сигналы? Подумайте, какую информацию они могут передавать». | Наблюдают за роботом, называют примеры: «светофор», «индикатор зарядки», «сигнализация», «панель прибора». Объясняют, что разные цвета и последовательности могут означать разные состояния устройства. |
2 мин | Учитель объявляет практическую задачу: «Сегодня каждая пара соберёт цепь из трёх светодиодов и запрограммирует минимум два режима: последовательное включение и попеременное мигание. В конце вы покажете результат и объясните, какая команда управляет каждым светодиодом. Работать будем аккуратно: питание подключаем только после проверки схемы». | Формулируют ожидаемый результат: «Собрать робота, подключить три светодиода и написать программу». Распределяют предварительные роли: сборщик и программист. |
Завершение этапа: учитель подводит итог: «Мы увидели, что световой сигнал помогает устройству сообщать информацию. Теперь проверим, какие элементы и правила нужны, чтобы такой сигнал создать безопасно и точно».
Этап 2. Инструктаж по безопасности и актуализация знаний (6 мин)
Цель этапа: актуализировать знания об электрической цепи и закрепить правила безопасной работы с электронными компонентами.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
2 мин | Учитель показывает на экране светодиод, резистор, провод и контакт контроллера: «Назовите каждый элемент и его назначение. Почему светодиод нельзя подключать к выходу без ограничения тока? Посмотрите на ножки светодиода: длинная ножка обычно соединяется с положительным контактом, короткая — с общим проводом. Как поступим, если обозначения непонятны?» | По очереди называют элементы: «светодиод излучает свет», «резистор ограничивает ток», «провод соединяет контакты», «контроллер управляет выходами». Отвечают: «Нужно отключить питание и проверить обозначения по схеме». |
2 мин | Учитель проводит приём «Верно — неверно» и показывает карточки: «Питание можно подключать до проверки схемы. Светодиод имеет полярность. Все провода можно соединить в один контакт. Резистор защищает светодиод». Просит объяснить выбор, а не только поднять карточку. | Поднимают зелёную или красную карточку, формулируют исправления: «Питание подключаем после проверки», «У светодиода есть полярность», «Каждый светодиод подключается к своему выходу через резистор», «Резистор ограничивает ток». |
2 мин | Учитель демонстрирует порядок безопасной работы: «Сначала отключаем питание. Затем сверяем схему и цвет проводов. После этого подключаем USB, загружаем программу и наблюдаем. Не тянем провода за кабель и не касаемся контактов металлическими предметами. Если робот не работает, не меняем соединения под питанием — сначала отключаем его». | Повторяют порядок действий по цепочке и записывают в лист проверки два ключевых правила: «не менять схему под питанием» и «проверить полярность светодиода». |
Завершение этапа: учитель подводит итог: «Мы вспомнили назначение элементов и правило безопасной проверки. Теперь определим, как превратить желаемую последовательность сигналов в понятный алгоритм и программу».
Этап 3. Постановка практической задачи и планирование (4 мин)
Посмотрите план целиком
Зарегистрируйтесь — и откройте план урока по этой теме полностью: цели, ход урока и рефлексия по ФГОС.
Цель этапа: составить план сборки и программирования, распределить обязанности в парах.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
2 мин | Учитель показывает на доске запись: «красный — 1 с; жёлтый — 1 с; зелёный — 1 с; повторить». «Прочитайте этот алгоритм как инструкцию для робота. Какие действия должен выполнить контроллер? Что повторяется? Какие параметры нужно изменить, чтобы получить другой сигнал?» | Разбивают алгоритм на действия: включить светодиод, выдержать время, выключить, перейти к следующему. Отвечают: «Можно изменить порядок, длительность и количество повторов». |
2 мин | Учитель раздаёт карту ролей и говорит: «В первой части сборщик соединяет элементы по схеме, а программист открывает среду и готовит команды. Контролёр сверяет каждый шаг с карточкой. После загрузки программы роли меняются. Договоритесь, кто начинает, и назовите план из пяти шагов». | В парах распределяют роли и называют план: «изучить схему, собрать цепь, проверить соединения, написать программу, загрузить и протестировать». |
Завершение этапа: учитель подводит итог: «У каждой пары есть цель, роли и порядок действий. Переходим к практикуму: сначала собираем без питания, затем программируем и только после проверки запускаем робота».
Этап 4. Сборка робота и подключение светодиодов (10 мин)
Цель этапа: собрать электрическую часть робота по схеме и подготовить её к безопасному тестированию.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
3 мин | Учитель показывает схему крупным планом: «Начинаем с отключённого контроллера. Красный светодиод подключаем через резистор к цифровому выходу 1, жёлтый — к выходу 2, зелёный — к выходу 3; короткие ножки соединяем с общим проводом. Цвета проводов используйте одинаково во всех цепях. Сверяйте каждое соединение с картой». | Сборщик устанавливает светодиоды и резисторы на макетную плату, соединяет их с указанными выходами и общим проводом. Программист читает схему и вслух подтверждает каждый шаг: «выход 1 — красный», «выход 2 — жёлтый», «выход 3 — зелёный». |
4 мин | Учитель проходит по рабочим местам и задаёт проверочные вопросы: «Покажите, где у красного светодиода анод и катод. Через какой элемент он подключён? К какому выходу подключён зелёный? Почему нельзя соединить все три светодиода с одним цифровым выходом?» При необходимости учитель не исправляет сам, а просит пару найти место расхождения со схемой. | Пары показывают полярность и резисторы, сравнивают провода со схемой. Исправляют соединения только при отключённом питании. Отвечают: «Каждый светодиод должен управляться отдельно, поэтому используются разные выходы». |
3 мин | Учитель организует взаимопроверку: «Пары поменяйтесь местами на одну минуту и проверьте соседнюю схему по трём пунктам: есть резистор, соблюдена полярность, общий провод соединён правильно. Если нашли вопрос, сформулируйте его владельцам схемы, не переставляя детали самостоятельно». | Проверяют схему соседней пары по чек-листу, называют один подтверждённый пункт и один вопрос. Возвращаются к своему месту и вносят исправления. |
Запись в тетрадях
Ученики записывают: «Алгоритм сборки: 1) отключить питание; 2) установить светодиоды и резисторы; 3) соединить выходы 1, 2, 3 с соответствующими светодиодами; 4) соединить катоды с общим проводом; 5) проверить схему; 6) подключить контроллер».
Завершение этапа: учитель подводит итог: «Схема собрана и проверена без подачи питания. Теперь наша задача — описать те же действия на языке команд, чтобы контроллер смог выполнить их точно и повторяемо».
Этап 5. Программирование и загрузка алгоритма (9 мин)
Цель этапа: создать и загрузить программу последовательного и попеременного включения трёх светодиодов.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
3 мин | Учитель демонстрирует на экране структуру программы: «Сначала настроим выходы 1, 2 и 3 как цифровые. Затем в основном цикле включаем первый светодиод, ждём одну секунду, выключаем его и переходим ко второму. Команда ожидания задаёт длительность сигнала. Посмотрите, почему после включения светодиод нужно выключить перед следующим шагом». | Называют назначение команд настройки, включения, выключения и ожидания. Переносят структуру алгоритма в среду программирования и подписывают в комментариях, какой выход соответствует цвету. |
3 мин | Учитель раздаёт карточку с базовым заданием: «Соберите программу, в которой красный, жёлтый и зелёный светодиоды включаются по очереди на одну секунду. После этого все три выключаются на одну секунду, а цикл повторяется. Перед загрузкой ещё раз сравните номера выходов с вашей схемой». | В парах составляют программу, проверяют соответствие выходов и цветов, сохраняют проект. Программист вводит команды, сборщик читает программу по шагам и ищет несоответствия. |
3 мин | Учитель показывает способ запуска и напоминает: «Подключите USB только после визуальной проверки. Загрузите программу и наблюдайте не менее двух повторов. Если светодиод не горит, не делайте вывод сразу о поломке: проверьте выход, полярность, резистор и наличие команды включения. Затем отключите питание перед изменением схемы». | Загружают программу, наблюдают два цикла, фиксируют результат в листе проверки. При ошибке отключают питание, сравнивают схему и код, исправляют одну предполагаемую причину за раз и повторяют тест. |
Эталон решения
1. Настроить цифровые выходы 1, 2 и 3. 2. Включить выход 1, выдержать 1 секунду, выключить выход 1. 3. Включить выход 2, выдержать 1 секунду, выключить выход 2. 4. Включить выход 3, выдержать 1 секунду, выключить выход 3. 5. Выдержать 1 секунду и повторить цикл. Для попеременного режима в одном цикле включают выходы 1 и 3, выключают выход 2, выдерживают 1 секунду, затем включают выход 2, выключают выходы 1 и 3 и снова выдерживают 1 секунду.
Завершение этапа: учитель подводит итог: «Программа превратила схему в последовательность команд. Сейчас каждая пара проверит не только работоспособность, но и соответствие результата условию практической работы».
Этап 6. Тестирование и практическое задание в парах (8 мин)
Цель этапа: проверить работу робота, применить алгоритм в изменённой ситуации и развить навык поиска ошибки.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
3 мин | Учитель предлагает карточку выбора: «Выберите один уровень. Базовый — изменить длительность свечения на две секунды. Повышенный — создать попеременное мигание красного и зелёного с жёлтым. Творческий — придумать собственный сигнал из трёх цветов и объяснить, что он может означать. Перед изменением сохраните рабочую версию программы». | Пары выбирают уровень, записывают условие и изменяют программу. Проверяют не менее двух повторов, сравнивают результат с условием карточки и сохраняют исправленную версию. |
3 мин | Учитель проводит мини-соревнование «Точный сигнал»: «За одну минуту покажите соседней паре свой сигнал, а партнёры должны описать порядок включения и назвать, какой выход отвечает за каждый цвет. Если описание не совпало с программой, найдите причину вместе». | Демонстрируют сигнал соседней паре, слушают описание, задают уточняющие вопросы. Сверяют ответы с кодом и при необходимости исправляют подписи или порядок команд. |
2 мин | Учитель просит две пары кратко представить результат: «Назовите выбранный режим, длительность сигналов и одну трудность, которую вы преодолели. Говорите по схеме: задача — действие — результат». | Представляют работу: «Мы создали попеременное мигание. Изменили команды включения и ожидания. Ошибку нашли в перепутанных выходах». Остальные отмечают один удачный приём в работе выступающих. |
Завершение этапа: учитель подводит итог: «Вы убедились, что один и тот же робот может выполнять разные световые алгоритмы. Осталось проверить индивидуальное понимание: каждый покажет, что умеет читать схему и объяснять команду».
Этап 7. Индивидуальная проверка и рефлексия (5 мин)
Цель этапа: выявить индивидуальное понимание принципа подключения и осмыслить результат практической работы.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
2 мин | Учитель раздаёт мини-задание: «Индивидуально ответьте на три вопроса: какой элемент ограничивает ток; почему светодиод может не загореться при перепутанной полярности; что изменится в программе, если увеличить время ожидания с одной до двух секунд. Не подсказывайте друг другу — это проверка личного понимания». | Письменно отвечают: «резистор», «светодиод пропускает ток в определённом направлении», «сигнал будет длиться дольше». |
3 мин | Учитель проводит рефлексию «Светофор»: «Поднимите зелёную карточку, если вы можете самостоятельно собрать цепь и изменить программу; жёлтую — если нужна проверка одного шага; красную — если осталось существенное затруднение. Затем заполните лист самооценки и запишите один вопрос, который хотите уточнить». | Показывают карточку, отмечают пункты самооценки, формулируют затруднение: «путаю номера выходов», «нужно ещё потренироваться читать схему», либо отмечают самостоятельное выполнение всех шагов. |
Завершение этапа: учитель подводит итог: «Сегодня вы прошли полный инженерный цикл: прочитали схему, собрали устройство, написали программу, протестировали и исправили результат. Теперь зафиксируем критерии выполненной работы и домашнее задание».
Этап 8. Подведение итогов и домашнее задание (0 мин)
Цель этапа: обозначить результаты урока и дать задание для закрепления без увеличения времени занятия.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
0 мин | Учитель сообщает: «Оборудование отключаем и возвращаем по комплектам: сначала отсоединяем USB, затем аккуратно убираем провода и детали. Домашнее задание выберите по уровню. Перед выходом ответьте на контрольные вопросы на листе: зачем нужен резистор и какой порядок действий безопасен при поиске ошибки?» | Отключают оборудование, сверяют комплектность, сдают лист самооценки и устно отвечают: «Резистор ограничивает ток», «сначала отключить питание, затем проверить схему и программу». |
Критерии оценивания практической работы
- «5» — схема собрана безопасно и аккуратно, подключены три светодиода с резисторами, программа выполняет оба режима или выбранное усложнённое задание, ученик объясняет назначение основных команд и самостоятельно исправляет ошибку.
- «4» — робот работает, подключение в основном выполнено правильно, но допущена одна неточность в коде или объяснении; после наводящего вопроса ученик исправляет её.
- «3» — собрана рабочая цепь с помощью учителя, светятся не менее двух светодиодов, программа запускается частично, ученик с подсказкой называет резистор и правило отключения питания перед исправлением.
- Ниже базового уровня — оборудование использовалось небезопасно, схема не проверялась перед включением или ученик не может объяснить назначение подключённых элементов.
Рефлексия
Вопрос для ученика | Цель вопроса |
|---|---|
Что в последовательности сборки робота нужно сделать до подключения питания? | Проверить понимание безопасного алгоритма практической работы. |
Какой командой в программе задаётся длительность свечения светодиода? | Выявить понимание связи между временем ожидания и физическим результатом. |
Какую ошибку вы нашли или могли бы найти при проверке схемы? | Определить сформированность навыка анализа неисправности. |
Что вы теперь можете выполнить самостоятельно, а где нужна помощь? | Получить субъективную оценку освоения темы и определить последующую дифференциацию. |
Завершающее слово учителя
«Сегодня вы работали как настоящие инженеры: сначала изучили схему, затем собрали устройство, написали алгоритм и проверили его на практике. Важно помнить, что большинство ошибок возникает не из-за неисправности деталей, а из-за перепутанного выхода, полярности или отсутствующей команды выключения. Вы научились искать причину последовательно, а не менять всё сразу. На следующем уроке мы усложним поведение робота и свяжем световые сигналы с показаниями датчика».
Домашнее задание
Уровень | Что задать | Зачем |
|---|---|---|
Базовый (обязательный) | Составить в тетради алгоритм последовательного включения трёх светодиодов и подписать назначение команд включения, выключения и ожидания. Добавить схему соединения с тремя выходами и общим проводом. | Закрепляет чтение схемы и перевод практического действия в алгоритм; при проверке смотреть на порядок шагов, полярность и наличие резисторов. |
Средний (повышающий) | Разработать программу попеременного мигания двух светодиодов и кратко описать, как изменится результат при увеличении времени ожидания. Записать не менее двух способов проверки ошибки. | Развивает алгоритмическое мышление и понимание параметров программы; при проверке оценивать соответствие описания коду и логичность диагностики. |
Продвинутый (дополнительный) | Придумать световой сигнал из трёх цветов для реальной ситуации: предупреждение, готовность или ошибка. Описать его в виде блок-схемы из 6–8 шагов и указать, какие команды потребуются для реализации. | Формирует творческое применение знаний и связь технологии с жизнью; при проверке учитывать ясность назначения сигнала, последовательность и возможность собрать программу по описанию. |
Контрольные вопросы перед выходом: «Почему каждый светодиод подключается через резистор? Что произойдёт, если перепутать полярность? Какой первый шаг нужно выполнить перед изменением схемы или программы? Как проверить, что программа соответствует собранной цепи?»
