Практическая работа «Программирование дополнительных механизмов»
Цели и задачи
- Цель по SMART: за 45 минут научиться составлять, загружать и тестировать программу для управления дополнительным механизмом робототехнической модели, самостоятельно устранить не менее одной ошибки и объяснить логику работы программы.
- Сформировать умение соединять программные команды с реальным движением дополнительного механизма: сервопривода, захвата, подъёмника или светового индикатора.
- Развивать алгоритмическое мышление, умение анализировать ошибки, планировать последовательность действий и проверять результат по заданным критериям.
- Формировать навыки парной работы: распределять роли программиста и оператора, аргументированно обсуждать изменения программы и корректно давать обратную связь.
- Воспитывать ответственное отношение к оборудованию, цифровую грамотность и интерес к инженерным и техническим профессиям.
Планируемые результаты
Личностные
- Осознают связь программирования с реальными задачами инженера, конструктора и специалиста по автоматизации.
- Проявляют самостоятельность при выборе дополнительного механизма и способа его программирования.
- Соблюдают правила безопасной работы с компьютером, робототехническим набором и источником питания.
- Понимают ценность последовательной проверки гипотез и спокойного отношения к технической ошибке.
Метапредметные
- Планируют этапы практической работы: анализ задачи, составление алгоритма, программирование, тестирование и коррекция.
- Извлекают информацию из схемы подключения, интерфейса среды программирования и инструкции к набору.
- Сравнивают ожидаемое и фактическое поведение модели, выявляют причину расхождения и предлагают исправление.
- Используют цифровые инструменты для создания, сохранения, запуска и демонстрации программы.
- Организуют сотрудничество в паре, распределяют роли и аргументируют выбранное решение.
Предметные
- Знать назначение дополнительного механизма и основные программные команды управления им.
- Уметь составлять линейный алгоритм работы механизма с учётом времени, угла поворота или другого параметра.
- Уметь подключать готовую программу к контроллеру, запускать её и наблюдать за работой модели.
- Уметь находить и исправлять одну или несколько ошибок в программе по результатам тестирования.
- Владеть навыком оформления краткого отчёта с алгоритмом, результатом испытания и предложением по улучшению.
Универсальные учебные действия (УУД)
Личностные УУД
- Определяют личный вклад в работу пары и оценивают собственную готовность к выполнению технического задания.
- Проявляют ответственное отношение к результату общей работы и сохранности оборудования.
- Связывают освоенное действие с возможным применением в автоматике, робототехнике и цифровом производстве.
- Принимают необходимость повторного тестирования как нормальную часть инженерной деятельности.
Регулятивные УУД
- Принимают практическую цель и формулируют ожидаемое поведение механизма.
- Планируют последовательность действий пары до начала запуска программы.
- Осуществляют пошаговый контроль: подключение, запуск, наблюдение, сравнение с эталоном.
- Вносят коррективы в программу после анализа ошибки и оценивают результат по критериям.
- Соблюдают временные ограничения и завершают работу организованно.
Познавательные УУД
- Выделяют входные данные, команды и ожидаемый результат в практической задаче.
- Моделируют работу механизма в виде блок-схемы или последовательности команд.
- Устанавливают причинно-следственную связь между изменением параметра программы и движением механизма.
- Анализируют журнал ошибок, наблюдения и результат испытания.
- Переносят алгоритм управления на новую задачу с другим механизмом или параметрами.
Коммуникативные УУД
- Распределяют в паре роли программиста и оператора, а затем меняются ролями.
- Формулируют уточняющие вопросы о подключении, командах и причинах ошибки.
- Согласовывают изменения программы до её повторного запуска.
- Представляют результат работы пары, используя точные технические термины.
- Дают партнёру обратную связь по модели «две сильные стороны и одно предложение».
Подготовка учителя к уроку
- Подготовить робототехнические наборы с контроллером, двигателями или сервоприводами и дополнительными механизмами: по одному комплекту на пару.
- Проверить заряд аккумуляторов, целостность проводов, креплений и разъёмов; заранее выполнить пробный запуск одной модели.
- Установить на компьютеры среду программирования, проверить соединение с контроллерами и возможность загрузки программы.
- Распечатать карточки практической работы трёх уровней — по одной на пару, всего по числу пар класса.
- Подготовить лист отчёта на каждого ученика: «механизм — алгоритм — параметры — результат — ошибка — исправление».
- Вывести на доску памятку: «Проверяю подключение → запускаю безопасно → наблюдаю → сравниваю → исправляю → тестирую повторно».
- Подготовить на экране схему типовой программы: включить механизм, выполнить движение, выдержать паузу, вернуть механизм в исходное положение.
- Распечатать правила техники безопасности — по одному листу на рабочее место или разместить один экземпляр рядом с каждым комплектом.
- Подготовить проектор или интерактивную доску для демонстрации интерфейса среды программирования и образца программы.
- Разложить стикеры трёх цветов для рефлексии: зелёный — «могу сам», жёлтый — «нужна небольшая помощь», красный — «нужно повторить».
Ход урока
Этап 1. Организационный момент и инструктаж по безопасности (4 мин)
Цель этапа: организовать рабочие места, распределить роли и обеспечить безопасное обращение с робототехническим оборудованием.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
1 мин | Учитель приветствует класс и обращается к ученикам: "Сегодня вы будете работать как инженеры-испытатели. На столах находятся контроллеры и дополнительные механизмы, а ваша задача — заставить выбранный механизм выполнить понятное действие по программе. Проверьте, что на столе есть компьютер, комплект деталей, лист отчёта и ручка." | Проверяют комплектность рабочего места, записывают фамилии участников пары и готовят лист отчёта. |
2 мин | Учитель показывает на доске правила: "Не подключаем и не отключаем провода при включённом питании, не удерживаем руками движущиеся детали, перед запуском освобождаем пространство вокруг модели. Если механизм ведёт себя необычно, сразу останавливаем программу и поднимаем руку. Сегодня роли такие: программист работает с кодом, оператор наблюдает за моделью и безопасностью; после первого теста роли меняются." | Называют правила безопасности, распределяют роли, освобождают зону движения модели и проверяют, что детали закреплены. |
1 мин | Учитель демонстрирует безопасное включение: "Сначала осматриваем соединения, затем подключаем контроллер, запускаем среду и только после этого загружаем программу. Не торопитесь: правильная последовательность важнее скорости." | По чек-листу выполняют внешний осмотр модели без подачи питания. |
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Рабочие места готовы, роли распределены, правила безопасности понятны. Теперь выясним, какие знания и команды понадобятся, чтобы программа управляла механизмом предсказуемо."
Этап 2. Актуализация знаний и постановка практической задачи (5 мин)
Цель этапа: актуализировать понятия «алгоритм», «команда», «параметр», «датчик» и сформулировать ожидаемый результат практической работы.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
2 мин | Учитель показывает на экране короткую последовательность: «механизм в исходном положении → движение на заданный угол → пауза → возврат». Учитель спрашивает: "Что здесь является алгоритмом? Какая команда отвечает за движение, а какой параметр определяет его величину? Почему одной команды может быть недостаточно для завершённого действия?" | Обсуждают вопросы в парах по приёму «Подумай — обсуди в паре — поделись» и формулируют ответы: «Алгоритм — последовательность действий», «параметр задаёт угол, скорость или время», «нужны команды движения, паузы и возврата». |
2 мин | Учитель демонстрирует фрагмент программы и намеренно изменяет один параметр: "Посмотрите, что произойдёт, если увеличить угол поворота сервопривода или время работы двигателя. Сделайте прогноз до запуска. Какой параметр вы будете менять первым, чтобы не потерять контроль над моделью?" | Записывают прогноз в лист отчёта, называют изменяемый параметр и ожидаемый результат. |
1 мин | Учитель формулирует задание: "Каждая пара выберет один механизм и запрограммирует цикл из трёх действий: движение из исходного положения, выполнение полезного действия и возврат. После запуска вы должны подтвердить результат наблюдением и исправить минимум одну обнаруженную неточность." | Выбирают механизм из предложенных вариантов, уточняют критерии результата и записывают рабочую цель. |
Посмотрите план целиком
Зарегистрируйтесь — и откройте план урока по этой теме полностью: цели, ход урока и рефлексия по ФГОС.
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Мы вспомнили, что программа состоит из команд и параметров, а результат нужно проверять экспериментом. Теперь составим собственный алгоритм до того, как откроем редактор."
Этап 3. Планирование алгоритма в паре (5 мин)
Цель этапа: спроектировать последовательность действий дополнительного механизма и распределить ответственность внутри пары.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
2 мин | Учитель раздаёт карточки трёх уровней и говорит: "Выберите уровень, который соответствует вашей готовности. Минимальный вариант — одно движение и возврат; базовый — два последовательных действия; повышенный — повтор цикла или реакция на условие. Запишите не название механизма, а точное действие: что он делает, сколько времени или на какой угол перемещается." | Выбирают карточку, записывают механизм, исходное положение, последовательность действий и параметры. |
2 мин | Учитель предлагает построить мини-схему: "Нарисуйте стрелками четыре узла: старт, действие 1, действие 2, завершение. Оператор задаёт вопрос: «Что я должен увидеть, чтобы признать этап выполненным?» Программист отвечает конкретно, например: «Захват закрывается на 60 градусов и возвращается через 2 секунды»." | Создают блок-схему, задают друг другу проверочные вопросы, уточняют критерии наблюдаемого результата. |
1 мин | Учитель напоминает: "Перед запуском каждый участник должен понимать весь алгоритм. Поставьте в листе отчёта подписи обоих участников рядом с планом — это означает, что вы согласовали программу." | Сверяют план, ставят подписи и меняются ролями перед переходом к программированию. |
Запись в тетрадях
Алгоритм практической работы: 1) выбрать механизм; 2) определить исходное положение; 3) задать команды и параметры; 4) загрузить программу; 5) провести безопасный тест; 6) сравнить результат с прогнозом; 7) исправить и повторно проверить.
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Планирование завершено: теперь у каждой пары есть не абстрактная идея, а последовательность наблюдаемых действий. Переходим к программированию и будем проверять наши гипотезы на реальной модели."
Этап 4. Выполнение практической работы с ИКТ (15 мин)
Цель этапа: создать, загрузить и протестировать программу управления дополнительным механизмом, используя компьютерную среду и робототехнический комплект.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
3 мин | Учитель показывает на экране порядок действий в среде программирования: "Создайте новый проект, выберите контроллер и найдите команду управления вашим механизмом. Назовите проект фамилиями участников и сохраните его. В первой строке программы задайте исходное положение, затем добавьте команду движения и паузу. Не загружайте проект, пока не проверили соединения." | Программист создаёт и сохраняет проект, выбирает контроллер и добавляет команды; оператор сверяет название механизма и соединения с планом. |
5 мин | Учитель проходит по рабочим местам и задаёт вопросы: "Какую команду вы используете? Какой параметр меняете? Что произойдёт, если увеличить его в два раза? Покажите мне последовательность команд на экране до загрузки. Если программа не запускается, сначала проверьте соединение и выбранный порт, а не переписывайте весь алгоритм." | Показывают учителю программу, объясняют назначение команд, проверяют порт и соединения, загружают программу после разрешения. |
4 мин | Учитель организует безопасное испытание: "Оператор освобождает зону движения, держит руки на расстоянии и запускает тест только после команды программиста. Наблюдайте не только за тем, работает ли механизм, но и за точностью: достиг ли он нужного положения, выдержал ли паузу, вернулся ли в исходное состояние. Зафиксируйте первый результат в листе отчёта." | Операторы запускают модель и наблюдают по трём критериям; программисты отмечают фактические значения и расхождения, не касаясь движущихся деталей. |
3 мин | Учитель предлагает отладку: "Выберите только один параметр для изменения и объясните партнёру, почему меняете именно его. После коррекции повторите тест. Если результат улучшился, запишите причину успеха; если нет — верните значение и проверьте следующий элемент алгоритма." | Меняют один параметр, повторно загружают программу, сравнивают два теста и фиксируют исправление. Затем меняются ролями и повторяют проверку ключевого действия. |
Эталон решения
Пример алгоритма для сервопривода-захвата: 1) установить исходное положение $0^\circ$; 2) повернуть сервопривод на $60^\circ$; 3) выдержать паузу $2$ с; 4) вернуть сервопривод в положение $0^\circ$; 5) повторить тест. Если захват не закрывается полностью, увеличить угол малыми шагами, например с $60^\circ$ до $70^\circ$, и проверить, не возникает ли упор. Если механизм возвращается слишком рано, увеличить длительность паузы. При любом изменении изменяют только один параметр и записывают результат сравнения.
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Каждая пара создала рабочую версию программы и проверила её на модели. Вы увидели, что отладка строится на наблюдении и одном обоснованном изменении, а не на случайном переборе команд. Теперь сравним результаты и закрепим общий алгоритм."
Этап 5. Анализ результатов и взаимная проверка в парах (7 мин)
Цель этапа: проанализировать качество программы, объяснить найденную ошибку и получить обратную связь от другой пары.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
3 мин | Учитель объединяет соседние пары и объясняет приём «Две звезды и пожелание»: "Сначала назовите два конкретных достоинства программы, затем одно улучшение. Нельзя говорить «всё хорошо» или «переделайте»: укажите команду, параметр или этап алгоритма. Спросите, какой результат считался целевым и совпал ли с ним фактический результат." | Пары по очереди демонстрируют короткий тест, называют цель и результат, записывают партнёрам две сильные стороны и одно предложение по улучшению. |
2 мин | Учитель выводит на экран критерии: «алгоритм читается; механизм выполняет действие; параметры обоснованы; ошибка исправлена; отчёт заполнен». Спрашивает: "Какой критерий у вашей пары подтверждён лучше всего? Какой требует доработки?" | Отмечают в чек-листе выполненные критерии, формулируют один недостающий шаг и при необходимости вносят небольшую коррекцию. |
2 мин | Учитель проводит межпредметную связь: "В физике и математике мы описываем движение величинами и зависимостями, а в информатике задаём его командами и условиями. Где в вашей работе использовались измерение времени, угла, скорости или расстояния? Как изменение величины повлияло на движение?" | Приводят связь с математикой, физикой и информатикой: сравнивают угол, время работы, скорость и положение механизма; формулируют причинно-следственный вывод. |
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Мы проверили программы не только по факту запуска, но и по качеству алгоритма, параметров и отчёта. Осталось оценить собственную работу, назвать затруднение и определить, какой навык нужно закрепить дома."
Этап 6. Рефлексия и подведение итогов (4 мин)
Цель этапа: осознать результат практической работы, выявить затруднения и зафиксировать индивидуальный уровень освоения навыка.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
2 мин | Учитель раздаёт или показывает стикеры: "Выберите цвет честно: зелёный — могу составить и проверить программу сам; жёлтый — могу, но нужна подсказка; красный — пока не понимаю последовательность действий. На обратной стороне допишите: «Мне помогло…» и «Мне нужно повторить…»." | Выбирают стикер, дописывают две фразы и прикрепляют его на доску рядом с названием навыка. |
2 мин | Учитель задаёт вопросы: "Какую команду и параметр вы сегодня использовали? Какую ошибку нашли? Почему исправление сработало или не сработало? Где подобный механизм может применяться в реальной технике?" | Отвечают устно или письменно в листе выхода, называют команду, параметр, ошибку, исправление и пример применения в автоматике или робототехнике. |
Критерии оценивания практической работы
- «5» — программа составлена и сохранена, механизм выполняет заданную последовательность без опасных действий, параметры обоснованы, обнаруженная ошибка исправлена, лист отчёта заполнен полностью, участники могут объяснить алгоритм.
- «4» — программа в основном выполняет задание, допущена одна неточность в параметре или оформлении отчёта, но ученик после подсказки находит и исправляет ошибку, правила безопасности соблюдены.
- «3» — запущена только часть алгоритма или результат достигается при существенной помощи учителя, отчёт заполнен неполностью, однако ученик называет назначение основной команды и соблюдает правила безопасности.
Рефлексия
Вопрос для ученика | Цель вопроса |
|---|---|
Какую последовательность команд вы использовали для управления механизмом? | Проверка понимания алгоритма и осознания структуры программы. |
Какую ошибку вы обнаружили при первом тесте и каким изменением её исправили? | Выявление навыка диагностики и осмысленной коррекции программы. |
Что оказалось самым трудным: подключение, составление алгоритма, подбор параметра или тестирование? | Выявление индивидуальных точек затруднения для последующей поддержки. |
Где такой механизм может применяться в реальной технике или будущей профессии? | Связь учебного действия с практическим и профессиональным контекстом. |
Завершающее слово учителя
"Сегодня вы работали не только с командами, но и с полным инженерным циклом: спроектировали алгоритм, создали программу, испытали модель и внесли исправление. Важно помнить, что запуск программы ещё не означает правильный результат: его нужно сравнить с целью и подтвердить наблюдением. Типичная ошибка — менять сразу несколько параметров, поэтому при отладке изменяйте только один. На следующем уроке мы усложним алгоритмы и рассмотрим управление механизмом по условию или сигналу датчика."
Домашнее задание
Уровень | Что задать | Зачем |
|---|---|---|
Базовый (обязательный) | Составить в тетради блок-схему из 5–7 шагов для выбранного на уроке дополнительного механизма: исходное положение, два действия, пауза, возврат и завершение. | Закрепляет структуру алгоритма; при проверке обратить внимание на порядок команд и наличие измеримых параметров. |
Средний (повышающий) | Разработать письменный алгоритм для другого механизма или другого сценария работы, указав не менее трёх параметров: угол, время, скорость или расстояние. | Развивает перенос способа действия и умение связывать команды с физическими величинами; проверить обоснованность параметров. |
Продвинутый (дополнительный) | Предложить улучшение программы: повтор цикла, остановку по условию или реакцию на датчик, описать ожидаемый результат и возможную ошибку при реализации. | Развивает проектное и алгоритмическое мышление; при проверке оценить реалистичность идеи, последовательность и прогноз результата. |
Контрольные вопросы перед выходом из класса: «Что такое параметр команды? Почему программу нужно тестировать по шагам? Как безопасно остановить модель при необычном движении? Какое одно изменение вы внесли в программу и к чему оно привело?»
