Практическая работа «Программирование роботов для совместной работы. Выполнение общей задачи»
Цели и задачи
- Цель: за 45 минут в парах разработать, загрузить и протестировать программу взаимодействия двух роботов, которые согласованно выполняют общую задачу, а также представить результат и объяснить внесённые изменения.
- Научиться распределять роли роботов, составлять алгоритм совместных действий и переводить его в программные команды.
- Отработать навыки парного программирования: планировать действия, обсуждать решения, находить и исправлять ошибки в программе.
- Развивать алгоритмическое, критическое и инженерное мышление через анализ условий успешного выполнения общей задачи.
- Воспитывать ответственность за общий результат, уважение к техническим решениям партнёра и интерес к профессиям в области робототехники и программирования.
Планируемые результаты
Личностные
- Осознают значение согласованной работы людей и технических устройств для решения практических задач.
- Проявляют самостоятельность при выборе способа программирования и настойчивость при отладке робота.
- Оценивают вклад каждого участника пары и соблюдают правила безопасной работы с оборудованием.
- Связывают опыт практической работы с возможностями будущего обучения и профессиями в сфере инженерии и информационных технологий.
Метапредметные
- Планируют последовательность действий, распределяют время и контролируют достижение критериев результата.
- Извлекают информацию из задания, схемы подключения и интерфейса среды программирования.
- Сотрудничают в паре, формулируют предложения, задают уточняющие вопросы и аргументируют выбор алгоритма.
- Анализируют ошибочное поведение роботов, выдвигают гипотезы о причине и проверяют их экспериментом.
- Используют цифровые инструменты для создания, загрузки, тестирования и корректировки программы.
Предметные
- Знать понятия «алгоритм взаимодействия», «событие», «условие», «датчик», «команда», «отладка».
- Уметь составлять алгоритм совместного движения двух роботов с учётом сигналов, расстояния или времени.
- Уметь создавать и загружать программу в среде робототехнического конструктора.
- Уметь проводить испытание, фиксировать результат и вносить изменения в программу.
- Владеть навыком объяснения роли каждого фрагмента программы и распределения функций между роботами.
Универсальные учебные действия (УУД)
Личностные УУД
- Определяют личный вклад в общий результат пары и принимают ответственность за порученную роль.
- Проявляют интерес к созданию работающего технического продукта.
- Соблюдают нормы безопасного и бережного обращения с робототехническим оборудованием.
- Оценивают трудность задания без отказа от поиска решения.
Регулятивные УУД
- Формулируют критерии успеха общей задачи до начала программирования.
- Планируют этапы работы: анализ условия, алгоритм, программирование, тестирование, исправление.
- Сверяют фактическое поведение роботов с ожидаемым результатом.
- Корректируют программу по результатам испытаний и оценивают качество совместной работы.
Познавательные УУД
- Преобразуют текстовое условие в блок-схему или последовательность команд.
- Устанавливают причинно-следственные связи между командой, сигналом датчика и движением робота.
- Сравнивают варианты синхронизации: одновременное начало, сигнал одного робота, заданная задержка.
- Моделируют поведение роботов до запуска и используют результаты эксперимента для уточнения модели.
Коммуникативные УУД
- Распределяют роли программиста, оператора испытаний и наблюдателя с последующей сменой ролей.
- Обсуждают алгоритм в паре, не перебивая партнёра и уточняя непонятные шаги.
- Аргументируют выбор команд и совместно принимают решение об изменении программы.
- Представляют результат другой паре и конструктивно воспринимают замечания.
Подготовка учителя к уроку
- Подготовить для каждой пары комплект из двух роботов, контроллеров, аккумуляторов, кабелей и деталей, необходимых для выполнения задания.
- Проверить заряд аккумуляторов, соединение моторов и датчиков, запуск среды программирования и возможность загрузки программ.
- Распечатать карточки с общей задачей и критериями успеха — по одной на пару; подготовить три варианта уровня сложности.
- Распечатать лист наблюдений и самооценки — по одному на каждого ученика.
- Разметить на полу или столах две стартовые зоны, маршрут, зону передачи сигнала и финишную область.
- Вывести на доску схему взаимодействия: «событие — команда — действие — проверка результата».
- Подготовить на экране памятку по безопасности: не тянуть за провода, не касаться движущихся механизмов, отключать питание перед изменением конструкции.
- Подготовить ноутбук или планшет на пару, проектор, таймер и несколько запасных комплектов батарей.
- Организовать карточки ролей: «алгоритмист», «программист», «оператор испытаний»; предусмотреть смену ролей в середине работы.
- Подготовить межпредметный вопрос о применении согласованных роботов на складе, в медицине и при исследовании опасных зон.
Ход урока
Этап 1. Организационный момент и инструктаж по безопасности (4 мин)
Цель этапа: организовать безопасную работу в парах и обозначить практический результат урока.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
1 мин | Учитель приветствует класс и показывает на экране два робота, расположенных на общей трассе: "Сегодня вы будете не просто программировать отдельные устройства, а создадите команду роботов. В конце они должны выполнить одну общую задачу согласованно. Посмотрите на оборудование и проверьте, что в комплекте есть два робота, контроллеры, кабели и заряженные аккумуляторы." | Проверяют комплект по перечню, называют недостающие элементы, занимают рабочие места по парам. |
2 мин | Учитель проводит инструктаж: "Работаем только по команде оператора испытаний. Не касаемся движущихся деталей, не тянем робота за провода, перед изменением конструкции отключаем питание. Если робот ведёт себя непредсказуемо, нажимаем остановку и сообщаем мне. Безопасность важнее скорости." | Показывают жестом кнопку остановки, повторяют два правила безопасной работы, назначают первого оператора. |
1 мин | Учитель объявляет формат парной работы: "В каждой паре один участник отвечает за алгоритм, второй — за программирование, затем вы поменяетесь ролями. Решение принимается только после обсуждения обоими участниками." | Распределяют роли, записывают фамилии участников и номер пары на листе работы. |
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Оборудование проверено, роли распределены, правила безопасности понятны. Теперь выясним, какие знания помогут нам заставить двух роботов действовать как одну систему."
Этап 2. Актуализация знаний и постановка проблемы (5 мин)
Цель этапа: актуализировать понятия алгоритма, условия, датчика и синхронизации, выявить проблему согласования действий.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
2 мин | Учитель показывает на доске короткую последовательность: «робот 1 движется — подаёт сигнал — робот 2 начинает движение». "Подумайте индивидуально 30 секунд: почему две программы, запущенные одновременно, могут дать разный результат? Обсудите ответ в паре и назовите одну причину." | Формулируют предположения: «роботы стартуют не одновременно», «скорость моторов различается», «один робот не получает сигнал», «датчик даёт ошибку». |
2 мин | Учитель проводит приём «Подумай — обсуди в паре — поделись»: "Что должно быть в алгоритме, чтобы роботы выполняли общую задачу, а не два независимых действия? Какие события могут служить сигналом?" Фиксирует на доске слова «время», «датчик», «сигнал», «условие». | Обсуждают варианты, предлагают: «робот 2 должен ждать сигнал робота 1», «нужно проверять расстояние датчиком», «нужно задать условие остановки». |
1 мин | Учитель формулирует проблемный вопрос: "Как запрограммировать двух роботов так, чтобы они согласованно переместили объект или одновременно достигли финиша, несмотря на возможную задержку?" | Записывают проблемный вопрос и предлагают критерий: «оба робота выполняют свои действия в правильной последовательности». |
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 увидели, что общего запуска недостаточно: роботам нужен понятный способ обмена информацией или согласованный порядок действий. Сейчас спроектируем такой алгоритм."
Этап 3. Проектирование алгоритма в парах (6 мин)
Цель этапа: разработать словесный алгоритм и распределить функции между двумя роботами до начала программирования.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
2 мин | Учитель раздаёт карточки трёх уровней и объясняет базовую задачу: "Робот 1 должен доставить лёгкий объект к зоне передачи, подать сигнал, после чего робот 2 перемещает объект в финишную зону. Ваша программа должна предусматривать остановку после выполнения действия. Выберите базовый, повышенный или творческий вариант." | Выбирают уровень, читают условие, отмечают старт, передачу и финиш на схеме. |
3 мин | Учитель предлагает шаблон алгоритма на доске: "Запишите: 1) старт; 2) действие робота 1; 3) событие или сигнал; 4) действие робота 2; 5) проверка; 6) остановка. Не переходите к блокам программы, пока не договорились о последовательности." | В парах составляют алгоритм из 6–8 шагов, назначают роли роботов и указывают сигнал синхронизации. |
1 мин | Учитель подходит к парам и задаёт вопросы: "Что произойдёт, если робот 1 не достигнет зоны? Как робот 2 поймёт, что пора начинать? Где программа завершится?" | Дополняют алгоритм условием остановки, называют возможную ошибку и способ её обнаружения. |
Завершение этапа: учитель подводит итог: "У каждой пары появился проект поведения двух роботов. Теперь переведём этот проект на язык команд и проверим его не на словах, а в действии."
Этап 4. Программирование и сборка рабочего решения (10 мин)
Цель этапа: создать в цифровой среде две согласованные программы и подготовить роботов к испытанию.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
3 мин | Учитель демонстрирует на экране общий принцип: "Сначала создайте отдельную программу для каждого робота. В программе робота 1 разместите команды движения, условие достижения зоны и сигнал. В программе робота 2 задайте ожидание сигнала, движение к финишу и остановку. Названия блоков могут отличаться, но логика должна сохраняться." | Открывают среду программирования, создают два проекта или два независимых фрагмента, подписывают их именами роботов. |
5 мин | Учитель консультирует: "Проверяйте направление вращения моторов, единицы времени и условие остановки. Если используете задержку, объясните, почему она нужна. Не копируйте чужую программу без понимания: каждый участник пары должен суметь объяснить одну часть алгоритма." | Собирают блоки команд, задают скорость и условие остановки, подключают контроллеры, загружают программы в роботов. |
2 мин | Учитель проводит промежуточную проверку: "Поднимите карточку зелёного цвета, если программа загружена, жёлтую — если есть ошибка, красную — если оборудование не подключается. Я сначала подхожу к красным карточкам, затем к жёлтым." | Проверяют загрузку программы, поднимают карточку цвета, фиксируют проблему в листе наблюдений. |
Запись в тетрадях
Ученики записывают: «Алгоритм совместной работы роботов включает распределение функций, событие синхронизации, последовательность команд, условие завершения и проверку результата». Ниже чертят краткую схему: «робот 1 → сигнал/условие → робот 2 → общий результат».
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Программы созданы, но программа считается готовой только после испытания. Сейчас каждая пара проведёт запуск, зафиксирует расхождения и найдёт причину первой ошибки."
Этап 5. Испытание, отладка и межпредметная связь (8 мин)
Цель этапа: проверить совместное выполнение задачи, использовать данные наблюдений и связать робототехнику с реальными системами автоматизации.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
4 мин | Учитель организует испытания по очереди: "Оператор размещает роботов на старте, программист запускает код, алгоритмист наблюдает и отмечает момент расхождения с планом. После запуска не меняйте программу до записи результата. В листе укажите: что должно было произойти, что произошло фактически, где возникла ошибка." | Запускают роботов на трассе, фиксируют время старта, момент сигнала, остановку и результат. Не вмешиваются в движение до команды остановки. |
2 мин | Учитель задаёт межпредметный вопрос: "Представьте автоматизированный склад. Один робот доставляет контейнер к зоне, второй перевозит его дальше. Какие датчики и сигналы нужны, чтобы роботы не столкнулись и не потеряли груз? Свяжите ответ с информатикой, физикой и математикой." | Формулируют ответы: «датчик расстояния предотвращает столкновение», «сигнал запускает следующий этап», «время и скорость влияют на точность прибытия», «нужна координатная схема маршрута». |
2 мин | Учитель предлагает отладку: "Выберите только одну причину ошибки и измените один параметр: скорость, задержку, условие или направление. Повторите запуск и сравните результат с первым испытанием." | Вносят одно изменение, повторяют тест, сравнивают два результата и записывают, помогло ли изменение. |
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Испытание показало, что инженерное решение рождается через измерение и корректировку, а не через случайный подбор команд. Теперь закрепим результат взаимной проверкой и короткой презентацией пары."
Этап 6. Представление результата и взаимная оценка (6 мин)
Цель этапа: объяснить логику программы, оценить выполнение критериев и получить обратную связь от другой пары.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
2 мин | Учитель объединяет пары в мини-группы по две и даёт инструкцию: "Одна пара за 60 секунд показывает запуск или схему алгоритма, вторая отмечает по чек-листу три пункта: есть ли сигнал синхронизации, выполнена ли общая задача, предусмотрена ли остановка. Затем поменяйтесь." | Представляют решение соседней паре, объясняют назначение ключевых команд, заполняют чек-лист наблюдателя. |
2 мин | Учитель вводит приём «Две звезды и пожелание»: "Назовите два конкретных сильных решения и одно улучшение. Не говорите просто «хорошо» или «плохо»: укажите, какая команда или действие привели к результату." | Формулируют обратную связь: «точно задан сигнал», «роботы остановились в зоне», «стоит уменьшить скорость перед финишем». |
2 мин | Учитель просит несколько пар дать краткий отчёт: "Назовите задачу, способ синхронизации и главное изменение после тестирования." | Отвечают: «Мы использовали сигнал датчика; после первого теста уменьшили скорость второго робота; это предотвратило выезд за границу». |
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Мы проверили не только движение роботов, но и качество инженерного объяснения. Осталось каждому оценить собственный вклад, назвать трудность и определить следующий шаг обучения."
Этап 7. Рефлексия и домашнее задание (6 мин)
Цель этапа: осмыслить освоенные способы синхронизации, выявить затруднения и зафиксировать дальнейшее направление работы.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
2 мин | Учитель раздаёт лист самооценки: "Отметьте, можете ли вы самостоятельно составить алгоритм двух роботов, объяснить сигнал синхронизации, загрузить программу и найти причину ошибки. Напротив затруднения запишите один конкретный вопрос." | Заполняют лист самооценки, отмечают уровни «могу сам», «могу с подсказкой», «нужна помощь». |
2 мин | Учитель проводит «Билет на выход»: "Ответьте письменно на три вопроса: какое событие синхронизировало роботов; какая ошибка возникла; какое изменение улучшило результат?" | Пишут ответы в трёх предложениях, сдают билет при выходе. |
2 мин | Учитель объясняет домашнее задание: "Дома вы спроектируете улучшение сегодняшней системы. Можно выбрать схему, блок-схему или текстовый алгоритм, но обязательно указать роли двух роботов, сигнал, условие остановки и способ проверки." | Записывают домашнее задание, задают уточняющие вопросы, называют выбранный формат. |
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Сегодня вы прошли полный инженерный цикл: поставили задачу, спроектировали алгоритм, запрограммировали, испытали и улучшили решение. Ошибка стала не неудачей, а источником данных для отладки."
Критерии оценивания практической работы
- «5» — пара составила понятный алгоритм, загрузила две согласованные программы, роботы выполнили общую задачу, предусмотрены сигнал синхронизации и остановка, участники объяснили роль основных команд и зафиксировали результат отладки.
- «4» — общая задача выполнена после одной корректировки, алгоритм и программы в целом верны, но объяснение сигнала, условия остановки или записи испытания содержит неточность.
- «3» — выполнена только часть общей задачи либо программа работает нестабильно, однако в алгоритме правильно указаны роли роботов и предпринята попытка тестирования и исправления.
- Ниже 3 баллов — отсутствует согласованный алгоритм или не соблюдены правила безопасной работы; результат требует повторной отладки с учителем.
Рефлексия
Вопрос для ученика | Цель вопроса |
|---|---|
Какой сигнал или условие обеспечило согласованную работу роботов? | Проверка понимания механизма синхронизации и осознания ключевого понятия урока. |
В какой момент испытания результат отличился от алгоритма и почему? | Выявление умения анализировать ошибку и устанавливать причинно-следственную связь. |
Что вы изменили в программе после первого запуска? | Оценка навыка отладки, экспериментальной проверки гипотезы и регулятивных действий. |
Какой вклад партнёра помог выполнить общую задачу? | Осмысление сотрудничества, распределения ответственности и личного вклада в общий результат. |
Завершающее слово учителя
"Сегодня вы работали как инженерная команда: не просто задавали роботу команды, а проектировали взаимодействие нескольких устройств. Важно помнить, что даже правильные команды могут привести к ошибке, если не предусмотрены сигнал, условие остановки и проверка результата. Вы показали, что отладка строится на наблюдении и доказательствах, а не на случайных изменениях. На следующем занятии мы усложним систему и рассмотрим обработку нескольких условий в одной программе."
Домашнее задание
Уровень | Что задать | Зачем |
|---|---|---|
Базовый (обязательный) | Составить блок-схему или текстовый алгоритм совместной работы двух роботов в новой ситуации: один робот обнаруживает объект, второй доставляет его в заданную зону. Указать 6–8 шагов, сигнал синхронизации и условие остановки. | Закрепляет структуру алгоритма и понимание ролей роботов; при проверке смотреть на последовательность, однозначность команд и наличие проверки результата. |
Средний (повышающий) | Разработать улучшение сегодняшней программы: добавить датчик расстояния, условие безопасной остановки или регулирование скорости. Описать ожидаемый эффект и возможную ошибку. | Развивает применение условий, анализ параметров и прогнозирование поведения системы; при проверке смотреть на связь изменения с конкретной проблемой. |
Продвинутый (дополнительный) | Спроектировать сценарий из трёх роботов для общей задачи «доставка — передача — сортировка»: представить схему связей, роли устройств, сигналы и последовательность действий. | Формирует системное и проектное мышление; при проверке смотреть на согласованность этапов, отсутствие конфликтующих команд и реалистичность решения. |
Контрольные вопросы перед выходом: «Чем отличается программа одного робота от алгоритма совместной работы? Как робот 2 узнаёт, что робот 1 завершил действие? Зачем нужна отладка после первого запуска? Какое правило безопасности обязательно соблюдать перед изменением конструкции?»
