Практическая работа «Применение основных алгоритмических структур. Контроль движения при помощи датчиков»
Цели и задачи
- Цель урока по SMART: к концу урока учащиеся классифицируют основные алгоритмические структуры, определяют роль датчиков, контроллера и исполнительных устройств, а также по блок-схеме объясняют управление движением робота и выполняют не менее 8 из 10 заданий рабочего листа.
- Закрепить понимание линейной структуры, ветвления и цикла на примерах команд управления роботом.
- Научиться устанавливать связь между сигналом датчика, обработкой сигнала контроллером и действием исполнительного устройства.
- Развивать умение читать блок-схемы, систематизировать команды и аргументированно объяснять выбор ответа.
- Формировать ответственное отношение к точности алгоритма, взаимопроверке и безопасной работе с робототехническим оборудованием.
Планируемые результаты
Личностные
- Проявляют интерес к управлению роботами и связывают изучаемые алгоритмы с инженерными и техническими профессиями.
- Осознают значение точности команд и проверки результата при создании автоматизированных систем.
- Принимают ответственность за собственный результат и корректно обсуждают решения одноклассников.
- Проявляют готовность выбирать уровень сложности задания и доводить практическую работу до результата.
Метапредметные
- Читают схему управления роботом и извлекают из неё информацию о направлении сигнала.
- Сравнивают алгоритмы, выделяют условие, действие и повторяющуюся часть.
- Планируют последовательность выполнения заданий рабочего листа и осуществляют самопроверку.
- Работают в паре, аргументируют классификацию объектов и используют цифровые или графические модели.
Предметные
- Знать признаки линейной структуры, ветвления и цикла.
- Уметь распределять команды по основным алгоритмическим структурам.
- Уметь определять действие робота по сигналу датчика и по блок-схеме движения.
- Различать датчики, контроллер и исполнительные устройства.
- Уметь описывать путь сигнала: датчик — контроллер — исполнительное устройство.
Универсальные учебные действия (УУД)
Личностные УУД
- Определяют личную учебную цель: научиться объяснять, как робот реагирует на препятствие.
- Осознают практическую ценность алгоритмического мышления для создания управляемых устройств.
- Проявляют самостоятельность при выборе порядка выполнения заданий и уровня дополнительной сложности.
- Оценивают собственную уверенность в чтении алгоритмов и работе с датчиками.
Регулятивные УУД
- Принимают и уточняют цель практической работы.
- Планируют выполнение десяти заданий, распределяя время между классификацией, анализом схем и заполнением таблиц.
- Проверяют ответы по критериям и исправляют ошибки после обсуждения.
- Оценивают степень достижения цели по количеству выполненных и объяснённых заданий.
Познавательные УУД
- Выделяют существенные признаки трёх алгоритмических структур.
- Классифицируют устройства робота по их функции в системе управления.
- Строят причинно-следственную цепочку «сигнал — обработка — команда — движение».
- Моделируют условие остановки или изменения направления движения робота.
Коммуникативные УУД
- Формулируют полный ответ с указанием основания выбора.
- Распределяют роли в паре: читатель задания, аналитик схемы, проверяющий и докладчик.
- Задают уточняющие вопросы о роли датчика, контроллера и мотора.
- Согласуют общий ответ и корректно аргументируют несогласие.
Подготовка учителя к уроку
- Распечатать рабочие листы с десятью заданиями — по одному экземпляру на каждого ученика, всего по числу учащихся в классе плюс два резервных.
- Подготовить карточки для задания №1 с командами «включить мотор», «если обнаружено препятствие», «повторять проверку расстояния», «повернуть направо» и другими примерами.
- Подготовить карточки для задания №7 с отдельными элементами ветвления: условие, действие при выполнении условия, действие при невыполнении условия.
- Вывести на доску или экран схему «датчик → контроллер → исполнительное устройство» и краткую памятку по трём структурам.
- Подготовить изображения датчика расстояния, контроллера, мотора, колеса, кнопки и объекта, не относящегося к системе управления движением.
- Подготовить для каждой пары один комплект карточек и один маркер; на каждой парте оставить свободное место для сортировки.
- При наличии оборудования подготовить одного учебного робота или демонстрационную модель с датчиком расстояния и двумя моторами; практическая работа может выполняться по изображениям и схемам.
- Подготовить таймер на экране и таблицу критериев: правильность ответа, объяснение выбора, аккуратность заполнения.
- Разделить задания рабочего листа на зоны: структуры алгоритмов — №1, №7, №8; датчики и устройства — №2, №4, №5, №6, №9, №10; чтение алгоритма — №3.
Ход урока
Этап 1. Организационный момент и мотивация (3 мин)
Цель этапа: включить учащихся в практическую деятельность и показать связь темы с реальным управлением роботом.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
1 мин | Учитель приветствует класс и показывает на экране изображение мобильного робота перед препятствием: "Сегодня мы будем рассуждать как разработчики роботов. Представьте, что робот движется по коридору и должен остановиться перед стеной. Сам по себе мотор не знает, где находится препятствие. Как робот получает эту информацию и что происходит дальше?" | Рассматривают изображение, формулируют предположения: "Робот измеряет расстояние датчиком", "Сигнал обрабатывает контроллер", "Мотор получает команду остановиться". |
2 мин | Учитель объявляет тему и объясняет приём «Прогноз»: "В течение урока вы будете решать рабочий лист из десяти заданий. Отметьте для себя, какие задания кажутся простыми, а какие потребуют анализа схемы. Сегодня важен не только правильный вариант, но и объяснение, почему вы его выбрали." | Записывают тему, отмечают знаком вопроса наиболее сложные задания рабочего листа и формулируют личную цель: "Научиться читать алгоритм движения робота". |
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Мы выяснили, что робот действует не случайно: он получает сигнал, обрабатывает его и выполняет команду. Сначала вспомним, какие структуры позволяют записать такой алгоритм."
Этап 2. Актуализация знаний. «Снежный ком» (5 мин)
Цель этапа: актуализировать признаки линейной структуры, ветвления и цикла.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
2 мин | Учитель раздаёт каждой паре карточки с командами и говорит: "Разложите команды на три предварительные группы. Пока не стремитесь сразу к идеальной формулировке: сначала обсудите, что происходит с последовательностью команд. Вспомните: выполняются ли команды один раз, выбирается ли вариант или действие повторяется?" | В парах сортируют карточки, обсуждают признаки и называют предварительные категории. |
3 мин | Учитель организует «Снежный ком»: "Сначала сравните решение с соседней парой, затем выберите по одной спорной карточке и объясните классу свой выбор. На доске я зафиксирую признаки трёх структур." Учитель записывает: последовательность; условие выбора; повторение. | Сравнивают решения, доказывают варианты: "Повторять проверку расстояния — цикл, потому что команда выполняется многократно"; "Если есть препятствие — ветвление, потому что проверяется условие". |
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Мы вспомнили три способа организации команд: последовательное выполнение, выбор по условию и повторение. Теперь проверим, достаточно ли этих признаков, чтобы решить задания рабочего листа."
Этап 3. Постановка проблемы и целеполагание (4 мин)
Цель этапа: выявить затруднение при объяснении полного пути сигнала от датчика к движению.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
2 мин | Учитель показывает схему с пропусками: «датчик расстояния → ? → мотор» и задаёт проблемный вопрос: "Датчик обнаружил стену. Может ли он сам повернуть колёса? Какое устройство должно принять сигнал, сравнить его с условием и передать команду мотору?" | Обсуждают в парах и отвечают: "Датчик только получает информацию", "Нужен контроллер", "Мотор выполняет команду". |
2 мин | Учитель связывает проблему с рабочим листом: "Задания №2, №3, №6, №8 и №9 требуют именно такого рассуждения. Сформулируйте цель урока одним предложением. Какие действия помогут её достичь?" | Формулируют цель: "Научиться по сигналу и схеме определять действие робота"; называют план: повторить структуры, разобрать путь сигнала, выполнить задания и проверить ответы. |
Посмотрите план целиком
Зарегистрируйтесь — и откройте план урока по этой теме полностью: цели, ход урока и рефлексия по ФГОС.
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Проблема сформулирована: нужно научиться видеть за отдельными элементами целую систему управления. Переходим к открытию правила, которое поможет решить задания с датчиками и алгоритмами."
Этап 4. Открытие нового знания. «Шпаргалка-напоминание» (8 мин)
Цель этапа: сформировать модель взаимодействия датчика, контроллера и исполнительного устройства и связать её с алгоритмическими структурами.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
3 мин | Учитель демонстрирует схему: «датчик → контроллер → исполнительное устройство» и объясняет: "Датчик воспринимает величину: расстояние, свет, нажатие или касание. Контроллер принимает сигнал и сравнивает его с условием программы. Исполнительное устройство — например мотор — выполняет команду. Поэтому путь сигнала нельзя читать наоборот: мотор не сообщает контроллеру о препятствии, это делает датчик." | Записывают в тетрадь схему, подписывают функции элементов: "датчик — получает сигнал; контроллер — обрабатывает; мотор — выполняет". |
3 мин | Учитель показывает три мини-алгоритма: "Первый: включить мотор, проехать, остановиться — это линейная структура. Второй: если расстояние меньше заданного, остановиться, иначе продолжать движение — ветвление. Третий: пока путь свободен, проверять расстояние и управлять моторами — цикл. Обратите внимание, что в реальном роботе ветвление часто находится внутри цикла." | Сравнивают мини-алгоритмы, определяют структуры и отвечают: "Проверка повторяется, поэтому общий алгоритм содержит цикл; внутри цикла есть условие". |
2 мин | Учитель разбирает пример, близкий к заданиям №2 и №3: "Условие такое: датчик расстояния обнаружил препятствие ближе 20 сантиметров. Команда при выполнении условия — остановить моторы и повернуть. При невыполнении — продолжать движение вперёд. Что будет действием, а что условием?" | Выделяют условие и действия, формулируют: "Условие — расстояние меньше 20 сантиметров; действие — остановиться и повернуть; иначе — ехать вперёд". |
Запись в тетрадях
- Линейная структура — команды выполняются последовательно.
- Ветвление — выбирается действие в зависимости от условия.
- Цикл — группа команд выполняется многократно.
- Путь сигнала: датчик → контроллер → исполнительное устройство.
- Пример: если расстояние меньше 20 см, остановить моторы и повернуть, иначе продолжать движение.
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Теперь у нас есть модель для чтения схемы и алгоритма. Используем её сначала вместе на двух заданиях, а затем вы самостоятельно примените правило ко всему рабочему листу."
Этап 5. Первичное закрепление. Разбор заданий №1 и №3 (6 мин)
Цель этапа: отработать классификацию команд и чтение действия робота по условию в блок-схеме.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
3 мин | Учитель выводит карточки задания №1 и говорит: "Разберём одну команду подробно: «повторять проверку пути, пока впереди свободно». Найдите слово, которое указывает на повторение. Теперь распределите остальные команды по трём категориям и обязательно объясните спорный выбор." | Распределяют карточки по категориям, проговаривают: "Повторять — цикл; если — ветвление; включить мотор и проехать прямо — линейная последовательность". |
3 мин | Учитель показывает блок-схему задания №3: старт — проверка расстояния — условие «обнаружено препятствие?» — две стрелки. Учитель спрашивает: "По какой ветви движется алгоритм, если препятствие обнаружено? Какое действие выполняет робот? Где в схеме указано условие?" | Прослеживают стрелку на схеме и отвечают: "При обнаружении препятствия робот останавливается или меняет направление; это действие при выполнении условия. Условие — факт обнаружения препятствия". |
Эталон решения
Для задания №3: 1) найти блок проверки сигнала датчика расстояния; 2) прочитать условие «обнаружено препятствие?»; 3) выбрать ветвь «да»; 4) назвать действие из следующего блока — остановка, поворот или объезд в соответствии с изображённой блок-схемой; 5) объяснить, что при ответе «нет» робот продолжает движение по другой ветви.
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Мы научились не угадывать ответ по картинке, а читать алгоритм по условию и направлению стрелки. Теперь вы примените этот способ к десяти заданиям рабочего листа."
Этап 6. Практическая работа по рабочему листу (12 мин)
Цель этапа: самостоятельно применить знания о структурах алгоритмов, датчиках и элементах системы управления.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
2 мин | Учитель объясняет порядок: "Работайте индивидуально первые две минуты, чтобы каждый зафиксировал собственное понимание. Затем можно обсудить спорные задания в паре. Выполняйте задания последовательно или выберите сначала блок, который кажется вам более понятным. Помечайте звездочкой ответы, в которых уверены, и вопросительным знаком те, которые нужно проверить." | Просматривают все десять заданий, выбирают порядок выполнения, ставят условные пометки на рабочем листе. |
7 мин | Учитель организует работу и напоминает опорные вопросы: "Для №1, №7 и №8 спросите себя, что происходит с командой: выполняется, выбирается или повторяется. Для №2, №3 и №9 восстановите путь сигнала. Для №4, №5, №6 и №10 определите роль каждого объекта, а не выбирайте по внешнему виду. Я подхожу к парам и задаю уточняющие вопросы, не сообщая готовый ответ." | Выполняют задания №1–10: сортируют карточки, заполняют таблицу сигналов, читают блок-схему, находят лишние объекты, определяют роли датчиков, контроллера и моторов, восстанавливают путь сигнала. |
3 мин | Учитель проводит взаимопроверку по ключевым признакам: "Обменяйтесь листами с соседом. Проверьте не только выбранный вариант, но и наличие объяснения в заданиях №3, №5, №6 и №9. Если ответ отличается, поставьте рядом знак вопроса и обсудите основание выбора." | Проверяют лист партнёра, ставят отметки, формулируют вопросы и исправляют очевидные ошибки после обсуждения. |
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Практическая часть показала, где правило работает уверенно, а где требуется ещё один пример. Сейчас систематизируем самый важный участок — цикл, внутри которого робот постоянно проверяет путь и управляет мотором."
Этап 7. Систематизация и мини-задача по заданию №8 (4 мин)
Цель этапа: закрепить понимание цикла контроля движения и последовательности команд внутри него.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
2 мин | Учитель записывает на доске: "Пока путь свободен: измерить расстояние → сравнить с условием → включить моторы. Если препятствие обнаружено: остановить моторы → изменить направление." Учитель спрашивает: "Какая команда повторяется? Где находится условие? Что произойдёт, если из алгоритма убрать проверку датчика?" | Восстанавливают порядок команд в таблице задания №8, отвечают: "Повторяется проверка пути", "Условие находится внутри цикла", "Робот не сможет вовремя остановиться и столкнётся с препятствием". |
2 мин | Учитель предлагает выбор: "Кто готов, добавьте к алгоритму безопасное действие: после остановки выдержать паузу и только затем повернуть. Объясните, зачем нужна такая команда." | Выполняют дополнительный вариант, объясняют: "Пауза снижает риск поворота во время движения и даёт системе время обработать сигнал". |
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Мы увидели, что цикл делает управление непрерывным, а условие позволяет роботу реагировать на изменение обстановки. Осталось самостоятельно оценить результат и зафиксировать, что нужно доработать."
Этап 8. Рефлексия и домашнее задание (3 мин)
Цель этапа: оценить достижение цели, выявить затруднения и объяснить дальнейшее задание.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
2 мин | Учитель раздаёт или предлагает заполнить «Билет на выход»: "Запишите три коротких ответа: 1) чем датчик отличается от исполнительного устройства; 2) какая структура нужна для повторной проверки пути; 3) что делает контроллер. Затем поставьте рядом с целью урока знак: достиг, почти достиг или нужна помощь." | Письменно отвечают: "Датчик получает информацию, мотор выполняет команду"; "Цикл"; "Контроллер обрабатывает сигнал и передаёт команду". Отмечают собственный уровень освоения. |
1 мин | Учитель сообщает домашнее задание: "Выберите обязательный уровень. Если рабочий лист выполнен уверенно, возьмите повышающий или дополнительный вариант. На следующем уроке мы будем превращать словесное описание движения в блок-схему с условием и циклом." | Записывают домашнее задание, задают уточняющие вопросы, сдают рабочие листы или билеты на выход. |
Критерии оценивания практической работы
- «5» — верно выполнены 9–10 заданий рабочего листа, правильно определены структуры алгоритмов и путь сигнала, ответы на задания №3, №5, №6 и №9 дополнены кратким объяснением.
- «4» — верно выполнены 7–8 заданий, допущены не более двух ошибок в классификации или определении роли устройств, основная логика управления роботом объяснена.
- «3» — верно выполнены 5–6 заданий, различены хотя бы две алгоритмические структуры и названы датчик, контроллер и исполнительное устройство, но объяснения неполные.
- Работа, в которой указаны только варианты без объяснения в заданиях по схемам, требует доработки даже при большом количестве совпавших ответов.
Рефлексия
Вопрос для ученика | Цель вопроса |
|---|---|
Что нового вы узнали о пути сигнала от датчика к мотору? | Выявление осознания структуры системы управления роботом. |
Как определить, что алгоритм содержит цикл? | Проверка понимания признака повторения команд. |
Какое задание рабочего листа оказалось самым сложным и почему? | Выявление точек затруднения в чтении схем и классификации устройств. |
Что вы исправили после взаимопроверки? | Формирование навыка самоконтроля и анализа ошибки. |
Завершающее слово учителя
"Сегодня вы работали не только с отдельными командами, но и с полной системой управления роботом. Мы установили, что датчик получает информацию, контроллер принимает решение, а исполнительное устройство выполняет команду. Типичная ошибка — путать условие с действием или считать любой повторяющийся рисунок циклом без проверки алгоритма. На следующем уроке мы построим собственные блок-схемы движения робота и проверим их на новых ситуациях."
Домашнее задание
Уровень | Что задать | Зачем |
|---|---|---|
Базовый (обязательный) | Выполнить 4–5 заданий по теме рабочего листа: распределить команды по линейной структуре, ветвлению и циклу, определить роли датчика, контроллера и мотора, восстановить путь сигнала в системе управления. | Закрепляет основные понятия; при проверке обратить внимание на точность терминов и правильность последовательности «датчик — контроллер — исполнительное устройство». |
Средний (повышающий) | Составить словесный алгоритм движения робота по коридору из 6–8 команд. Обязательно включить цикл проверки пути и ветвление: если препятствие обнаружено — остановиться и повернуть, иначе — продолжить движение. | Развивает умение самостоятельно применять структуры алгоритмов; проверить наличие условия, двух вариантов действия и повторяющейся команды. |
Продвинутый (дополнительный) | Построить блок-схему алгоритма движения робота, который едет вперёд, измеряет расстояние, при препятствии останавливается, выбирает направление поворота и продолжает движение. Подписать роль датчика, контроллера и моторов. | Развивает моделирование и проектирование алгоритма; при проверке оценить корректность стрелок, условий, ветвей и возврата к повторной проверке. |
Контрольные вопросы перед выходом: «Какое устройство получает сигнал о препятствии? Какое устройство обрабатывает этот сигнал? Чем ветвление отличается от цикла? Что произойдёт, если убрать проверку датчика из алгоритма движения?»
