Знакомство с контроллером и сборка мобильного робота
Цели и задачи
- Цель урока по SMART: к концу урока собрать простую модель мобильного робота на колёсном ходу, подключить контроллер, моторы и светодиоды, а также составить и проверить программу поворота и последовательного включения нескольких светодиодов.
- Познакомить учащихся с назначением контроллера, моторов, датчиков, светодиодов и правилами их подключения к робототехнической платформе.
- Сформировать умение собирать мобильного робота по схеме, проверять правильность соединений и находить простые ошибки в сборке.
- Научить составлять алгоритм поворота робота и программу последовательного включения нескольких светодиодов.
- Развивать навыки сотрудничества, исследовательского поведения, моделирования и безопасной работы с электронным оборудованием.
Планируемые результаты
Личностные
- Проявляют интерес к робототехнике как области, связанной с решением практических задач и созданием полезных устройств.
- Осознают ценность аккуратности, ответственности и соблюдения правил безопасности при работе с электронными компонентами.
- Развивают готовность доводить техническую задачу до результата и спокойно исправлять обнаруженные ошибки.
- Понимают значение командной работы и уважительного отношения к идеям и результатам одноклассников.
Метапредметные
- Формулируют цель и план действий при сборке и программировании робота.
- Читают схему подключения, извлекают информацию из учебника, экранной инструкции и условных обозначений.
- Сравнивают предполагаемое и фактическое поведение модели, выявляют причину ошибки и предлагают способ коррекции.
- Распределяют роли в группе, аргументируют выбор алгоритма и представляют результат с использованием ИКТ.
- Применяют элементы алгоритмического и исследовательского мышления при проверке гипотез о движении робота.
Предметные
- Знать назначение контроллера, мотора, датчика, светодиода и источника питания в робототехнической системе.
- Уметь собирать мобильную модель робота на колёсном ходу по схеме и проверять полярность и надёжность соединений.
- Уметь описывать поворот робота как последовательность действий: движение, остановка одного мотора или изменение направления вращения.
- Уметь создавать и запускать программу последовательного включения нескольких светодиодов.
- Владеть навыком безопасной работы с контроллером, проводами, моторами и источником питания.
Универсальные учебные действия (УУД)
Личностные УУД
- Осознают личную ответственность за сохранность оборудования и результат общей работы.
- Проявляют познавательный интерес к тому, как программа превращается в движение реального устройства.
- Оценивают собственный вклад в работу группы и готовность помогать партнёрам.
- Формируют положительное отношение к техническому творчеству и экспериментированию.
Регулятивные УУД
- Принимают учебную задачу и формулируют ожидаемый результат сборки.
- Планируют последовательность подключения деталей и этапы проверки программы.
- Используют самоконтроль по чек-листу перед включением питания.
- Сравнивают результат с заданным алгоритмом, находят отклонение и вносят исправление.
- Оценивают качество своей работы по критериям: безопасность, работоспособность, точность алгоритма и аккуратность.
Познавательные УУД
- Выделяют существенные признаки контроллера, мотора, датчика и светодиода.
- Устанавливают причинно-следственную связь между командой программы и движением робота.
- Моделируют маршрут робота с помощью стрелок и условных обозначений.
- Проводят простое исследование: изменяют один параметр программы и наблюдают результат.
- Работают с текстом учебника, схемой подключения и электронными материалами.
Коммуникативные УУД
- Распределяют роли сборщика, программиста, контролёра безопасности и докладчика.
- Задают уточняющие вопросы о назначении деталей и последовательности команд.
- Обсуждают гипотезы о причине ошибки и аргументируют выбранный способ исправления.
- Согласуют действия при сборке и корректно оценивают результат другой группы.
- Представляют модель и кратко объясняют принцип её работы.
Подготовка учителя к уроку
- Подготовить на каждую группу комплект робототехнических деталей: контроллер, два мотора, колёса, шасси, провода, держатель питания, несколько светодиодов и необходимые соединительные элементы.
- Распечатать по одной на группу схему сборки мобильного робота, карту портов контроллера и чек-лист безопасного подключения.
- Распечатать карточки трёх уровней сложности: базовые — собрать и запустить робота; повышенные — запрограммировать поворот; творческие — придумать световой сигнал или маршрут.
- Подготовить карточки ролей: сборщик, программист, инженер по безопасности, докладчик; по одному комплекту на группу.
- Вывести на экран изображения контроллера, мотора, датчика и светодиода с подписями, а также алгоритм проверки перед включением питания.
- Подготовить в среде программирования учебный проект с блоками движения, остановки, поворота и управления светодиодами.
- Проверить заряд источников питания, исправность кабелей, моторов и светодиодов; разложить оборудование по пронумерованным лоткам.
- Подготовить короткий видеоролик или интерактивную демонстрацию движения мобильного робота как ЭОР.
- Подготовить маршрутную ленту на полу: старт, поворот, финиш; предусмотреть свободное пространство для испытаний.
- Организовать доступ к компьютеру или планшету на каждую группу, проектору и интерактивной доске.
Ход урока
Этап 1. Организационный момент и мотивация (3 мин)
Цель этапа: включить учащихся в практическую деятельность и создать проблемную ситуацию, связанную с управлением роботом.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
1 мин | Учитель приветствует класс и показывает на экране короткую демонстрацию мобильного робота, который останавливается, поворачивает и подаёт световой сигнал. «Здравствуйте, ребята. Сегодня мы будем не просто наблюдать за роботом, а соберём его и заставим выполнить команды. Посмотрите на экран: робот движется по маршруту, поворачивает и меняет свет. Как вы думаете, что необходимо роботу, чтобы он мог так действовать?» | Смотрят демонстрацию, называют предполагаемые элементы: «контроллер», «моторы», «колёса», «программа», «источник питания», «светодиоды». |
2 мин | Учитель организует приём «Проблемный диалог»: «Представьте, что робот должен доехать до препятствия, повернуть направо и включить сначала красный, а затем зелёный свет. Какая команда должна появиться первой? Как робот поймёт, что делать дальше? Сегодня мы проверим наши предположения на собранной модели». | Формулируют гипотезы, обсуждают их с соседом 30 секунд, предлагают варианты последовательности команд. |
Завершение этапа: учитель подводит итог: «Мы выяснили, что одного корпуса недостаточно: роботу нужны исполнительные устройства, контроллер и программа. Теперь разберёмся, какую роль выполняет каждая деталь и как безопасно соединить их в систему».
Этап 2. Актуализация знаний и знакомство с компонентами (6 мин)
Цель этапа: актуализировать представления об алгоритме и познакомить учащихся с основными компонентами робототехнической системы.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
2 мин | Учитель показывает на экране контроллер, мотор, датчик, светодиод и источник питания. «Рассмотрите изображения и назовите детали. Контроллер можно сравнить с управляющим центром: он получает информацию, выполняет программу и передаёт команды. Мотор превращает электрический сигнал в движение, светодиод — в световой сигнал, а датчик сообщает программе о состоянии окружающей среды». | Называют детали, соотносят изображения с назначением, записывают в мини-таблице «деталь — функция» четыре соответствия. |
2 мин | Учитель предлагает игру «Угадай компонент»: «Я называю действие, а вы поднимаете карточку с соответствующей деталью. Что вращает колесо? Что выполняет программу? Что может сообщить о препятствии? Что создаёт световой сигнал?» | Поднимают карточки и отвечают: «мотор», «контроллер», «датчик», «светодиод». |
2 мин | Учитель обращается к тексту учебника и схеме подключения: «Найдите в тексте признаки контроллера и правила подключения. Почему нельзя соединять детали наугад? Что произойдёт, если перепутать порт или включить питание до проверки?» | Читают небольшой фрагмент учебника, отмечают два правила безопасности, формулируют ответы: «модель может не работать», «можно повредить оборудование», «нужно проверить соединения». |
Завершение этапа: учитель подводит итог: «Теперь мы различаем управляющую, исполнительную и информационную части системы. Перейдём от слов и схемы к сборке реальной модели».
Этап 3. Постановка задачи и планирование сборки (4 мин)
Цель этапа: сформулировать общий алгоритм сборки и распределить обязанности в группе.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
2 мин | Учитель демонстрирует лоток с деталями и схему модели. «Сегодня каждая группа должна собрать мобильного робота на двух колёсах, подключить два мотора к контроллеру, проверить движение, а затем выполнить программное задание. Работать будем по методу моделирования: сначала представим конструкцию на схеме, потом соберём её из деталей. В группе распределите роли: сборщик, программист, инженер по безопасности и докладчик». | Рассматривают схему, распределяют роли, называют ответственных за каждый участок работы. |
2 мин | Учитель фиксирует на доске план: «Первое — изучить схему. Второе — собрать шасси. Третье — подключить моторы и питание. Четвёртое — проверить соединения. Пятое — загрузить программу и испытать модель. Если робот не движется, не обвиняем детали, а проверяем гипотезы по порядку». | Переписывают план в рабочий лист, задают уточняющие вопросы, формулируют ожидаемый результат: «робот движется по команде и выполняет поворот». |
Посмотрите план целиком
Зарегистрируйтесь — и откройте план урока по этой теме полностью: цели, ход урока и рефлексия по ФГОС.
Завершение этапа: учитель подводит итог: «План и роли определены. Сейчас каждая группа приступит к сборке, а инженер по безопасности будет проверять каждый шаг до подачи питания».
Этап 4. Сборка мобильного робота и исследование компонентов (10 мин)
Цель этапа: собрать работоспособную модель робота и установить связь между компонентом и его функцией.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
3 мин | Учитель раздаёт лотки и сопровождает сборку: «Сначала соедините элементы шасси, затем закрепите левый и правый моторы. Не тяните за провод, держите разъём за корпус. Сверяйте расположение деталей со схемой. Если у группы возникло сомнение, остановитесь и покажите место соединения инженеру по безопасности». | Собирают шасси, закрепляют моторы и колёса, сверяют конструкцию со схемой, называют партнёрам назначение каждой детали. |
3 мин | Учитель показывает на доске карту портов: «Подключите левый мотор к первому моторному порту, правый — ко второму, контроллер соедините с компьютером или планшетом. Пока питание не включаем. Проверьте, чтобы разъёмы вошли до конца, а провода не попадали в колёса». | Подключают моторы и контроллер, инженер по безопасности отмечает пункты чек-листа: моторы закреплены, провода не натянуты, колёса вращаются свободно, питание выключено. |
2 мин | Учитель предлагает исследовательское задание: «Сделайте прогноз: если изменить направление вращения только одного мотора, что произойдёт с роботом? Запишите гипотезу до испытания. Затем кратко проверьте её после разрешения учителя». | Записывают гипотезу: «робот начнёт поворачивать», выполняют безопасное краткое испытание и фиксируют наблюдение. |
2 мин | Учитель проводит игру «Технический инспектор»: «Каждая группа за 30 секунд показывает соседней группе три места: где находится контроллер, какой провод идёт к левому мотору и где расположен источник питания. Соседняя группа задаёт один вопрос и находит один сильный момент сборки». | Показывают компоненты, задают вопросы, называют сильные стороны конструкции и одно возможное улучшение. |
Запись в тетрадях
- Контроллер — устройство, которое выполняет программу и управляет подключёнными компонентами.
- Мотор преобразует электрический сигнал во вращательное движение.
- Датчик передаёт контроллеру информацию о состоянии окружающей среды.
- Светодиод используется для формирования светового сигнала.
- Перед включением питания необходимо проверить схему, крепление деталей и отсутствие повреждённых проводов.
Завершение этапа: учитель подводит итог: «Модель собрана, а наши гипотезы проверены практикой. Теперь заставим робота выполнить не случайное движение, а точно заданный алгоритм поворота».
Этап 5. Открытие нового знания: программирование поворота и светодиодов (8 мин)
Цель этапа: вывести алгоритм поворота робота и последовательного включения нескольких светодиодов через моделирование и демонстрацию программы.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
3 мин | Учитель рисует на доске маршрут: движение вперёд — остановка — поворот направо — остановка. «Робот не понимает слово “поверни направо” само по себе. Программе нужно разложить действие на команды. Один из вариантов — остановить левый мотор и оставить правый включённым. Другой вариант — запустить моторы в противоположных направлениях. Какой вариант удобнее для нашей модели? Почему?» | Строят стрелочную модель алгоритма, обсуждают варианты и формулируют вывод: «для плавного поворота можно изменить скорость моторов, а для резкого — направить их в разные стороны». |
3 мин | Учитель показывает в среде программирования блоки движения и поясняет: «Соберите последовательность: движение вперёд две секунды, остановка, поворот вправо одну секунду, остановка. Время — это параметр, который придётся подобрать экспериментально. Затем добавьте команды: включить красный светодиод, подождать, выключить его, включить зелёный». | Перетаскивают блоки в рабочей среде, называют команды вслух, проверяют соответствие программы нарисованному маршруту. |
2 мин | Учитель демонстрирует на экране правило последовательности: «Команды выполняются сверху вниз. Если поменять местами включение красного и зелёного светодиода, изменится сигнал. Предскажите результат до запуска, затем выполните пробный запуск на поднятой платформе или свободном участке». | Предсказывают порядок сигналов, запускают программу, сравнивают результат с прогнозом и фиксируют, какая команда отвечает за поворот и какая — за световой сигнал. |
Запись в тетрадях
Алгоритм поворота: 1) двигаться вперёд; 2) остановиться; 3) изменить направление или скорость вращения моторов; 4) выдержать заданное время; 5) остановиться. Алгоритм светового сигнала: включить светодиод — выдержать паузу — выключить светодиод — включить следующий светодиод.
Завершение этапа: учитель подводит итог: «Мы увидели, что программа является точной последовательностью команд, а параметры времени и скорости влияют на результат. Сейчас каждая группа самостоятельно выполнит базовое задание и выберет усложнение».
Этап 6. Практическая работа по уровням сложности (9 мин)
Цель этапа: закрепить умение программировать движение и световые сигналы с учётом индивидуального уровня подготовки.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
3 мин | Учитель раздаёт карточки уровней. «Базовый уровень: соберите программу движения вперёд, остановки и одного поворота. Повышенный уровень: добавьте возвращение на исходную линию и два световых сигнала. Творческий уровень: придумайте собственный короткий маршрут или световую сигнализацию робота. Выберите посильный уровень, но после выполнения базового задания можно перейти выше». | Выбирают карточку, составляют программу, подписывают ожидаемый результат и запускают робота на маршрутной ленте. |
3 мин | Учитель использует приём «Исследовательская лаборатория»: «Измените только один параметр — время поворота, скорость одного мотора или длительность светового сигнала. Запишите, что изменили, и сравните результат. Не меняйте сразу несколько параметров, иначе будет трудно установить причину». | Проводят один контролируемый эксперимент, заполняют строку «изменили — наблюдали — сделали вывод», например: «увеличили время поворота — робот повернул сильнее — нужно подобрать время под длину маршрута». |
3 мин | Учитель организует мини-соревнование «Робот-курьер»: «Задача — пройти от старта до финиша, выполнить поворот и подать два разных световых сигнала. Оцениваем не скорость, а точность алгоритма, безопасность и объяснение результата. После испытания группа кратко сообщает, какая команда оказалась самой важной». | Запускают модели по очереди, наблюдают за движением, отмечают выполнение поворота и порядок сигналов, объясняют результат классу. |
Эталон решения
Для базового маршрута порядок действий такой: 1) задать движение обоих моторов вперёд; 2) установить время движения, например 2 секунды; 3) остановить оба мотора; 4) изменить направление одного мотора или остановить один мотор; 5) выдержать время поворота, например 1 секунду; 6) остановить робота; 7) включить красный светодиод на короткую паузу; 8) выключить красный и включить зелёный. Если робот поворачивает слишком сильно, уменьшают время поворота; если не достигает нужного направления, увеличивают его.
Завершение этапа: учитель подводит итог: «Вы не только собрали модель, но и исследовали влияние параметров на её движение. Осталось оценить результат, назвать трудности и определить, что можно улучшить в следующей версии программы».
Этап 7. Рефлексия и подведение итогов (5 мин)
Цель этапа: осмыслить освоенные действия, выявить затруднения и оценить вклад каждого участника.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
2 мин | Учитель предлагает приём «Светофор»: «Поднимите зелёную карточку, если вы можете объяснить назначение контроллера и собрать схему; жёлтую — если нужна помощь; красную — если действие пока не получается. Теперь в одном предложении объясните свой цвет». | Поднимают карточки, формулируют самооценку: «могу подключить моторы», «путаю порты», «понимаю алгоритм, но не всегда подбираю время». |
2 мин | Учитель раздаёт мини-билет на выход: «Запишите три ответа: какую роль выполняет контроллер; из каких шагов состоит поворот; как включить несколько светодиодов по очереди. Четвёртым пунктом укажите одну ошибку, которую вы сегодня научились находить». | Индивидуально заполняют билет на выход, приводят конкретные ответы и сдают лист при выходе. |
1 мин | Учитель предлагает группам кратко завершить фразу: «Наш робот умеет…, а в следующий раз мы хотим…». | Докладчики представляют итог группы, называют выполненное действие и одно направление улучшения. |
Завершение этапа: учитель подводит итог: «Сегодня вы прошли полный путь от схемы и гипотезы до работающей модели. Вы научились видеть в роботе систему из контроллера, исполнительных устройств и программы, а также проверять результат экспериментом».
Критерии оценивания практической работы
- «5» — модель собрана безопасно и аккуратно, моторы и светодиоды подключены правильно, робот выполняет движение и поворот, светодиоды включаются в заданной последовательности, ученик объясняет алгоритм и результат эксперимента.
- «4» — модель работает, выполнены поворот и световой сигнал, но допущена одна неточность во времени, скорости, объяснении или оформлении алгоритма; ошибка исправлена после подсказки.
- «3» — собрана основная конструкция и выполнено базовое движение, но поворот или последовательность светодиодов работают неполностью; ученик объясняет назначение хотя бы трёх компонентов с помощью учителя.
- Ниже базового уровня — сборка или программа не доведены до работоспособного состояния, правила безопасности нарушаются или ученик не может объяснить назначение основных компонентов даже после повторной инструкции.
Рефлексия
Вопрос для ученика | Цель вопроса |
|---|---|
Что нового вы узнали о роли контроллера, моторов, датчиков и светодиодов? | Проверка осознания функций основных компонентов робототехнической системы. |
Какой шаг алгоритма поворота оказался самым важным или сложным? | Выявление точек затруднения при переводе движения в последовательность команд. |
Что изменилось после изменения времени или скорости мотора? | Проверка исследовательского понимания зависимости результата от параметров программы. |
Что вы улучшили бы в конструкции или программе робота? | Развитие навыков оценки результата и постановки новой технической задачи. |
Завершающее слово учителя
«Сегодня мы собрали мобильного робота и убедились, что его поведение зависит от точной связи между конструкцией и программой. Вы научились различать контроллер, моторы, датчики и светодиоды, а также описывать поворот как последовательность команд. Типичная ошибка — включать питание до проверки соединений или сразу менять несколько параметров программы. На следующем уроке мы продолжим совершенствовать управление роботом и попробуем использовать датчики для принятия решений в программе».
Домашнее задание
Уровень | Что задать | Зачем |
|---|---|---|
Базовый (обязательный) | Составить в тетради схему мобильного робота с обозначением контроллера, двух моторов, колёс, источника питания и двух светодиодов. Записать алгоритм движения вперёд, поворота и остановки в 6–8 шагов. | Закрепляет знание компонентов, чтение схемы и умение представлять алгоритм в словесной форме; при проверке обратить внимание на последовательность действий и назначение деталей. |
Средний (повышающий) | Разработать программу-маршрут из трёх действий: движение вперёд, поворот, возвращение к стартовой линии. Добавить последовательное включение трёх светодиодов с разными паузами. | Развивает алгоритмическое мышление и умение связывать движение с временными параметрами; проверить полноту команд, порядок световых сигналов и наличие остановок. |
Продвинутый (дополнительный) | Спроектировать творческую модель «Робот-сигнализатор»: описать её назначение, нарисовать маршрут, предложить не менее двух условий с использованием датчика и составить перечень команд для движения и световой индикации. | Формирует навыки моделирования, проектирования и создания собственного решения; при проверке учитывать реалистичность идеи, связь датчика с действием и ясность алгоритма. |
Контрольные вопросы перед выходом: «Какую роль выполняет контроллер? Что произойдёт, если изменить направление только одного мотора? Почему перед включением питания необходимо проверить соединения? Как составить последовательность включения трёх светодиодов?»
