Практическая работа «Управление несколькими сервомоторами»
Цели и задачи
- Цель по SMART: за 45 минут научиться подключать и программно управлять двумя сервомоторами, задавая каждому угол поворота, и продемонстрировать безопасную работу собранной схемы.
- Научиться различать сигнальный, питающий и общий провода сервомотора, правильно подключать два сервомотора к контроллеру.
- Составить или скорректировать программу, в которой два сервомотора получают независимые команды управления.
- Развивать умение работать в паре по распределённым ролям, проверять гипотезы и находить ошибки в соединениях и коде.
- Формировать ответственное отношение к электронному оборудованию, соблюдение правил безопасной работы и взаимопомощь.
Планируемые результаты
Личностные
- Проявляют интерес к созданию автоматизированных устройств и связывают результат практической работы с реальными робототехническими системами.
- Осознают ценность аккуратности, ответственности и соблюдения правил безопасности при работе с электрооборудованием.
- Развивают готовность доводить техническое задание до результата и спокойно исправлять ошибки.
- Проявляют уважение к мнению партнёра и ответственное отношение к общей работе.
Метапредметные
- Планируют последовательность сборки, прогнозируют результат изменения угла поворота и проверяют его экспериментально.
- Извлекают информацию из схемы подключения и фрагмента программы, сопоставляют обозначения контактов и проводов.
- Фиксируют результаты наблюдений в таблице и формулируют вывод о независимом управлении двумя исполнительными устройствами.
- Распределяют роли в паре, задают уточняющие вопросы и аргументированно объясняют найденную ошибку.
- Используют компьютерную среду программирования для ввода, запуска и корректировки программы.
Предметные
- Знать назначение сервомотора, особенности его трёхпроводного подключения и диапазон задаваемого угла поворота.
- Уметь подключать два сервомотора к контроллеру по схеме, не допуская короткого замыкания и перепутывания контактов.
- Уметь составлять программу для задания разных углов двум сервомоторам.
- Уметь изменять программу по условию практического задания и проверять работу устройства.
- Владеть алгоритмом поиска простых ошибок в соединениях и программном коде.
Универсальные учебные действия (УУД)
Личностные УУД
- Определяют личный вклад в общий результат пары и оценивают значимость аккуратной технической работы.
- Формируют ответственное отношение к оборудованию и соблюдению инструкций.
- Осознают практическую ценность программирования для управления механизмами.
- Проявляют настойчивость при повторной проверке неработающей схемы.
Регулятивные УУД
- Принимают практическую цель и составляют последовательность действий по чек-листу.
- Контролируют правильность подключения перед подачей питания.
- Сравнивают фактический угол поворота с заданным в программе.
- Находят причину ошибки, вносят коррекцию и повторно проверяют результат.
Познавательные УУД
- Читают электрическую схему и выделяют соответствие между проводом, контактом и его функцией.
- Сравнивают команды для первого и второго сервомотора.
- Моделируют последовательность движения механизмов до запуска программы.
- Анализируют результат эксперимента и формулируют вывод о независимом управлении.
Коммуникативные УУД
- Распределяют в паре роли сборщика, программиста и контролёра с последующей сменой ролей.
- Согласуют действия перед подачей питания и проговаривают этапы проверки.
- Аргументированно объясняют партнёру обнаруженную ошибку.
- Представляют результат пары и отвечают на вопросы одноклассников.
Подготовка учителя к уроку
- Подготовить на каждую пару контроллер, два сервомотора, макетную плату или набор соединительных проводов и USB-кабель.
- Проверить исправность всех сервомоторов и заранее загрузить на компьютеры рабочую среду программирования.
- Распечатать по одному комплекту на пару: схему подключения, карточку алгоритма и практическое задание трёх уровней.
- Подготовить по одному чек-листу безопасности и листу наблюдений на каждого ученика.
- Вывести на доску схему: сигнальный провод — управляющий контакт, красный — питание, коричневый или чёрный — общий провод.
- Подготовить на экране краткую памятку с командами создания объектов сервомоторов, подключения и задания угла.
- Организовать рабочие места так, чтобы оборудование каждой пары лежало в отдельном пронумерованном контейнере.
- Подготовить таймер на 8 минут и стикеры для рефлексии.
- Проверить наличие исправных компьютеров, свободных USB-портов и безопасного низковольтного питания.
- Подготовить карточки с типичными ошибками: перепутана полярность, не указан контакт, задан угол вне допустимого диапазона.
Ход урока
Этап 1. Организационный момент и инструктаж по безопасности (4 мин)
Цель этапа: организовать безопасную работу пар и сформировать готовность к практическому заданию.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
1 мин | Учитель приветствует класс и показывает на экране изображение роботизированной руки: "Здравствуйте, ребята. Сегодня мы будем управлять сразу двумя сервомоторами. Представьте, что один мотор отвечает за поворот основания, а второй — за движение захвата. В конце урока каждая пара должна получить предсказуемое движение двух механизмов." | Проверяют наличие оборудования, садятся парами и называют возможное применение двух сервомоторов: "робот", "шлагбаум", "манипулятор". |
2 мин | Учитель проводит инструктаж: "Не подключаем и не отключаем провода при включённом питании. Перед запуском проверяем полярность и соответствие контактов схеме. Не прикладываем усилие к валу сервомотора и не удерживаем его рукой во время работы. При нагреве, запахе или необычном звуке сразу отключаем питание и поднимаем руку." | Повторяют правило по цепочке, отмечают три ключевых запрета в чек-листе безопасности. |
1 мин | Учитель распределяет роли: "В первой части один ученик будет сборщиком, второй — программистом и контролёром. Перед второй проверкой роли поменяются. Контролёр не молчит: он сверяет каждый провод со схемой до запуска." | Распределяют роли в парах и записывают фамилии участников в листе практической работы. |
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Мы организовали безопасное рабочее место и распределили ответственность. Теперь выясним, какие знания о сервомоторе помогут нам собрать схему без ошибок."
Этап 2. Актуализация знаний и постановка практической задачи (5 мин)
Цель этапа: актуализировать устройство сервомотора и определить условие успешного выполнения практической работы.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
2 мин | Учитель показывает сервомотор крупным планом: "Рассмотрите устройство. Сколько проводов вы видите и какую функцию выполняет каждый? Почему нельзя подключать их наугад?" Учитель фиксирует ответы в виде схемы на доске. | Рассматривают сервомотор и отвечают: "Есть питание, общий провод и сигнальный провод"; объясняют, что неправильное подключение может привести к неработающей схеме или повреждению оборудования. |
2 мин | Учитель задаёт проблемный вопрос: "Если один сервомотор подключён к контакту 9, а второй — к контакту 10, как программа сможет управлять ими независимо? Что нужно изменить в командах?" Учитель принимает гипотезы без немедленной оценки. | Обсуждают вопрос в парах 30 секунд, затем формулируют гипотезы: "Нужно создать два объекта и указать разные контакты"; "Каждому мотору задаётся свой угол". |
1 мин | Учитель демонстрирует карточку задания: "Сегодня вы соберёте схему двух сервомоторов, зададите им положения 30° и 120°, а затем измените программу так, чтобы моторы двигались в противоположных направлениях. Успех — это работа обоих моторов и заполненный лист наблюдений." | Записывают условие практической работы и называют критерии успеха: правильное подключение, рабочая программа, объяснение результата. |
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Мы выяснили, что независимое управление требует отдельных контактов и отдельных команд. Сейчас по схеме соберём рабочую систему и проверим нашу гипотезу на практике."
Этап 3. Сборка схемы и первичный запуск (9 мин)
Цель этапа: безопасно подключить два сервомотора и проверить готовность схемы к программированию.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
3 мин | Учитель выводит на экран схему подключения и проговаривает: "Сначала найдите на каждом сервомоторе общий провод, питание и сигнальный провод. Подключите оба общих провода к общему контакту, питание — к линии питания, сигнальные провода — к разным управляющим контактам. В нашем примере первый сигнал идёт на контакт 9, второй — на контакт 10. Питание пока не включаем." | Сборщик соединяет провода по схеме, контролёр сверяет цвет и назначение каждого провода, затем ставит отметки в чек-листе. |
2 мин | Учитель организует взаимопроверку: "Пара не запускает схему самостоятельно. Сначала покажите мне или соседней паре соединения и назовите вслух путь каждого сигнала. Если нашли несоответствие, исправьте его только после отключения кабеля." | Пары взаимно проверяют схемы, проговаривают: "Сигнал первого мотора — контакт 9, сигнал второго — контакт 10", исправляют найденные ошибки. |
2 мин | Учитель даёт команду: "Подключите USB-кабель, но не запускайте программу до моей проверки. Посмотрите, не нагреваются ли элементы, нет ли необычного звука. Если всё спокойно, переходите к вводу программы." | Подключают контроллер, визуально проверяют оборудование и сообщают учителю о готовности. |
2 мин | Учитель показывает на экране заготовку программы и поясняет: "В программе должны быть два независимых объекта управления. Для первого мотора задаём контакт 9 и угол 30°, для второго — контакт 10 и угол 120°. Сначала найдите в заготовке места, где эти значения должны появиться." | Находят в заготовке два объекта, два контакта и два угла, называют их назначение. |
Посмотрите план целиком
Зарегистрируйтесь — и откройте план урока по этой теме полностью: цели, ход урока и рефлексия по ФГОС.
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Схема собрана и проверена без подачи опасных для оборудования команд. Теперь перенесём условие задачи в программу и посмотрим, совпадёт ли движение моторов с нашим прогнозом."
Этап 4. Программирование и демонстрация результата (10 мин)
Цель этапа: составить программу независимого управления двумя сервомоторами и проверить её работу.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
3 мин | Учитель обращается к классу: "Откройте среду программирования и внесите команды из памятки. Создайте объект для первого сервомотора, подключите его к контакту 9 и задайте положение 30°. Затем создайте второй объект, подключите его к контакту 10 и задайте положение 120°. Проверьте, что команды относятся к разным объектам, а затем загрузите программу." | Программист вводит команды, сборщик читает их вслух и сверяет с карточкой: первый мотор — 9 и 30°, второй — 10 и 120°. Пары запускают программу после взаимной проверки. |
3 мин | Учитель наблюдает и задаёт вопросы: "Как вы определили, какой мотор является первым? Почему оба мотора не должны получать одну и ту же переменную? Что произойдёт, если заменить 30° на 90°?" | Наблюдают движение валов, фиксируют в листе фактическое положение, отвечают: "Каждый объект связан со своим контактом"; прогнозируют изменение положения при замене угла. |
2 мин | Учитель проводит мини-соревнование: "За две минуты найдите самое точное соответствие между заданным и наблюдаемым положением. Побеждает не самая быстрая пара, а та, которая аккуратно проверила схему, код и может объяснить результат." | Сравнивают заданные и наблюдаемые углы, уточняют измерение по шкале на карточке, готовят короткое объяснение результата. |
2 мин | Учитель предлагает сменить роли: "Теперь программист становится контролёром, а сборщик вносит изменение: первый мотор должен перейти к 120°, второй — к 30°. Перед новым запуском ещё раз проверьте соответствие контактов и углов." | Меняются ролями, изменяют значения углов, повторно проверяют программу и запускают её. |
Запись в тетрадях
- Сервомотор — исполнительное устройство, положение вала которого задаётся программно.
- Для независимого управления каждому сервомотору назначают отдельный управляющий контакт и отдельную команду задания угла.
- В практической работе первый сервомотор подключён к контакту 9, второй — к контакту 10.
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Вы увидели, что изменение одной команды влияет на один назначенный мотор, а не на всю систему. Теперь закрепим алгоритм на небольшом задании и проверим, умеете ли вы объяснять не только результат, но и причину ошибки."
Этап 5. Практическое задание в парах и поиск ошибок (8 мин)
Цель этапа: закрепить алгоритм подключения и программирования через выполнение задания с диагностикой типичных ошибок.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
2 мин | Учитель раздаёт карточки трёх уровней и говорит: "Выберите уровень по готовности пары. Обязательный минимум — получить положения 45° и 135°. Базовый уровень — выполнить три последовательных положения 45°, 90°, 135°. Повышенный уровень — запрограммировать зеркальное движение: когда первый мотор получает 45°, второй получает 135°, затем наоборот." | Пары выбирают уровень, записывают выбранное задание и распределяют действия: один меняет программу, второй проверяет условия и результаты. |
3 мин | Учитель раздаёт карточки с ошибками: "На каждой карточке описана одна неисправность. Не исправляйте её сразу. Сначала назовите признак ошибки, предположите причину и только потом внесите одно изменение." | Анализируют карточку, например: при перепутанном сигнальном проводе мотор не реагирует; при одинаковом контакте команды влияют на один канал; при неверном значении угла движение не соответствует условию. |
2 мин | Учитель организует взаимную проверку: "Объясните соседней паре, что изменили и почему. Соседи задают один уточняющий вопрос: какой контакт, какая команда или какое значение угла были проверены?" | Представляют соседней паре результат, отвечают на уточняющий вопрос, отмечают в листе наблюдений исправленную ошибку. |
1 мин | Учитель просит две пары кратко продемонстрировать решение и напоминает: "Важно не только заставить мотор двигаться, но и доказать, что вы понимаете связь между проводом, контактом и командой." | Две пары демонстрируют работу, остальные формулируют по одному критерию правильной программы. |
Эталон решения
Алгоритм проверки: 1) отключить питание; 2) проверить общий провод и питание обоих сервомоторов; 3) проверить, что сигнальные провода подключены к разным контактам; 4) найти в программе два объекта управления; 5) сверить контакт первого мотора с первой командой, а второго — со второй; 6) проверить допустимость углов; 7) включить питание и повторить запуск. Например, при условии «первый мотор — 45°, второй — 135°» ожидаемая пара значений: $45^\circ$ и $135^\circ$. При зеркальном движении после изменения команд ожидаем: первый мотор — $135^\circ$, второй — $45^\circ$.
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Вы прошли полный инженерный цикл: собрали, запрограммировали, проверили и исправили. Осталось оценить собственную работу, назвать затруднение и зафиксировать, чему научилась ваша пара."
Этап 6. Рефлексия и подведение итогов (5 мин)
Цель этапа: осознать освоенные действия, выявить затруднения и оценить вклад каждого участника.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
2 мин | Учитель предлагает приём «Светофор»: "Поднимите зелёную карточку, если можете самостоятельно подключить два сервомотора и объяснить две команды; жёлтую — если нужна тренировка; красную — если пока требуется помощь. Цвет не является оценкой, он показывает, что повторить." | Поднимают карточки, называют конкретное затруднение: "Мне нужно ещё раз проверить провода" или "Мне трудно отличать контакт от угла". |
2 мин | Учитель раздаёт стикеры для приёма «Билет на выход»: "Запишите три коротких ответа: что делает сервомотор, как управлять двумя моторами независимо, какую ошибку вы сегодня научились находить." | Индивидуально записывают ответы и прикрепляют стикеры на доску в колонках «Умею», «Нужно повторить», «Хочу узнать». |
1 мин | Учитель просит пары завершить самооценку: "Поставьте себе отметку за соблюдение безопасности, вклад в работу пары и точность результата. Рядом запишите одно действие, которое в следующий раз выполните лучше." | Заполняют самооценку, формулируют личный следующий шаг. |
Этап 7. Домашнее задание и завершение урока (4 мин)
Цель этапа: закрепить алгоритм управления несколькими сервомоторами и проверить понимание ключевых понятий.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
2 мин | Учитель объявляет домашнее задание: "Выберите один из трёх уровней в таблице. В записи обязательно укажите назначение трёх проводов, два управляющих контакта и ожидаемые углы поворота. Не переписывайте команды без объяснения — подпишите, какой объект управляет каким мотором." | Записывают выбранный уровень и уточняют объём задания. |
1 мин | Учитель задаёт контрольные вопросы: "Почему двум сервомоторам нужны разные управляющие контакты? Что проверяем до подачи питания? Что изменится, если поменять только угол второго мотора?" | Отвечают: "Разные контакты обеспечивают независимое управление"; "Сначала проверяем схему и полярность"; "Изменится положение второго мотора". |
1 мин | Учитель завершает урок: "Спасибо за аккуратную инженерную работу. Перед сдачей места отключите питание, отсоедините USB-кабель и верните оборудование в контейнер по комплектам." | Отключают питание, отсоединяют кабели, пересчитывают детали и сдают комплект оборудования. |
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Сегодня вы научились управлять несколькими сервомоторами независимо и увидели, что результат зависит одновременно от схемы и программы. На следующем уроке мы усложним систему и рассмотрим взаимодействие сервомоторов с датчиком или кнопкой."
Критерии оценивания практической работы
- «5» — схема двух сервомоторов собрана без ошибок, программа задаёт независимые углы, выполнено основное и выбранное дополнительное задание, ученик объясняет назначение проводов и исправленную ошибку.
- «4» — схема работает, но допущена одна неточность в записи или объяснении; программа после небольшой подсказки задаёт требуемые углы, лист наблюдений заполнен.
- «3» — выполнено подключение и получено движение хотя бы одного сервомотора, однако требуется помощь при настройке второго канала или объяснении алгоритма; правила безопасности соблюдены.
- Ниже базового уровня — отсутствует безопасная сборка, не заполнен чек-лист или ученик запускает оборудование без проверки соединений; работа подлежит обязательной доработке.
Рефлексия
Вопрос для ученика | Цель вопроса |
|---|---|
Что нового вы узнали о независимом управлении двумя сервомоторами? | Выявление осознания связи между отдельным контактом, объектом программы и углом поворота. |
Какую проверку нужно выполнить до подачи питания? | Контроль понимания алгоритма безопасной сборки. |
Какая ошибка оказалась для вас самой сложной и как вы её нашли? | Выявление точек затруднения в диагностике схемы и программы. |
Какой вклад в работу пары вы внесли и что улучшите в следующий раз? | Развитие самооценки, ответственности и навыков сотрудничества. |
Завершающее слово учителя
"Сегодня вы работали как инженеры: сначала изучили схему, затем собрали устройство, написали программу и проверили результат. Главное правило урока — каждый сервомотор должен иметь свой управляющий контакт и свою команду. Типичная ошибка — перепутать контакт и угол, поэтому всегда проверяйте их отдельно. На следующем уроке мы добавим к системе условие или сигнал от датчика и научимся запускать движение не только по заданной последовательности, но и по событию."
Домашнее задание
Уровень | Что задать | Зачем |
|---|---|---|
Базовый (обязательный) | Составить в тетради схему подключения двух сервомоторов и описать алгоритм из 6–7 шагов: от проверки проводов до запуска программы. Указать два разных управляющих контакта и ожидаемые углы 45° и 135° для двух моторов. | Закрепляет безопасный алгоритм сборки и понимание назначения контактов; при проверке смотреть на правильность последовательности и соответствие контакта мотору. |
Средний (повышающий) | Составить или подобрать программу, в которой два сервомотора последовательно принимают положения 30°, 90° и 150°. В таблице записать ожидаемое положение каждого мотора после каждого шага. | Развивает умение описывать последовательность команд и прогнозировать результат; при проверке смотреть на независимость управления и точность таблицы. |
Продвинутый (дополнительный) | Спроектировать идею устройства с двумя сервомоторами, например шлагбаума, захвата или указателя. Описать, какое событие запускает каждый мотор, какие углы ему задаются и какая ошибка может возникнуть при подключении. | Формирует проектное мышление и перенос знаний в жизненный контекст; при проверке смотреть на реалистичность схемы, ясность алгоритма и объяснение возможной ошибки. |
Контрольные вопросы перед выходом: «Назовите три провода сервомотора и их функции. Почему сигнальные провода двух моторов подключаются к разным контактам? Что нужно проверить перед включением питания? Как изменить положение только второго сервомотора?»
