Министерство Просвещения Российской Федерации Министерство образования и спорта Республики Карелия Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение «Средняя общеобразовательная школа №1» Кемского муниципального района (МБОУ СОШ №1) Принята на заседании Утверждена методического совета приказом № 294 от 14 сентября 2023 года протокол № 1 от 31 августа 2023 года директор МБОУ СОШ №1 Е.Е. Куроптева РАБОЧАЯ ПРОГРАММА учебного курса «Робототехника» для обучающихся 10-11 классов Разработчик: Ярынчак Никита Андреевич, учитель технологии и ОБЖ г. Кемь 2023 Пояснительная записка Концепция модернизации российского образования определяет цели общего образования как ориентацию образования не только на усвоение обучающимися определенной суммы знаний, но и на развитие его личности, его познавательных и созидательных способностей. Необходимость полного цикла образования в школьном возрасте обусловлена новыми требованиями к образованности человека, в полной мере заявившими о себе на рубеже веков. Современный образовательный процесс должен быть направлен не только на передачу определенных знаний, умений и навыков, но и на разноплановое развитие ребенка, раскрытие его творческих возможностей, способностей, таких качеств личности как инициативность, самодеятельность, фантазия, самобытность, то есть всего того, что относится к индивидуальности человека. Практика показывает, что указанные требования к образованности человека не могут быть удовлетворены только школьным образованием: формализованное базовое образование все больше нуждается в дополнительном неформальном, которое было и остается одним из определяющих факторов развития склонностей, способностей и интересов человека, его социального и профессионального самоопределения. Общая характеристика учебного курса «Робототехника» Программа учебного курса «Робототехника» удовлетворяет творческие, познавательные потребности заказчиков: детей (а именно мальчиков) и их родителей. Досуговые потребности, обусловленные стремлением к содержательной организации свободного времени реализуются в практической деятельности учащихся. Программа включает в себя изучение ряда направлений в области конструирования и моделирования, программирования и решения различных технических задач. Программа рассчитана на 2 года обучения и дает объем технических и естественнонаучных компетенций, которыми вполне может овладеть современный школьник, ориентированный на научно-техническое и/или технологическое направление дальнейшего образования и сферу профессиональной деятельности. Программа ориентирована в первую очередь на ребят, желающих основательно изучить сферу применения роботизированных технологий и получить практические навыки в конструировании и программировании робототехнических устройств. Интенсивное проникновение робототехнических устройств практически во все сферы деятельности человека – новый этап в развитии общества. Очевидно, что он требует своевременного образования, обеспечивающего базу для естественного и осмысленного использования соответствующих устройств и технологий, профессиональной ориентации и обеспечения непрерывного образовательного процесса. Фактически программа призвана решить две взаимосвязанные задачи: профессиональная ориентация ребят в технически сложной сфере робототехники и формирование адекватного способа мышления. Педагогическая целесообразность заключается не только в развитии технических способностей и возможностей средствами конструктивно-технологического подхода, гармонизации отношений ребенка и окружающего мира, но и в развитии созидательных способностей, устойчивого противостояния любым негативным социальным и социотехническим проявлениям. В основе предлагаемой программы лежит идея использования в обучении собственной активности учащихся. Концепция данной программы - теория развивающего обучения в канве критического мышления. В основе сознательного акта учения в системе развивающего обучения лежит способность к продуктивному творческому воображению и мышлению. Более того, без высокого уровня развитие этих процессов вообще невозможно ни успешное обучение, ни самообучение. Именно они определяют развитие творческого потенциала человека. Готовность к творчеству формируется на основе таких качеств как внимание и наблюдательность, воображение и фантазия, смелость и находчивость, умение ориентироваться в окружающем мире, произвольная память и др. Использование программы позволяет стимулировать способность детей к образному и свободному восприятию окружающего мира (людей, природы, культурных ценностей), его анализу и конструктивному синтезу. Учебный курс отражает и расширяет содержание четырёх тематических разделов информатики на уровне основного общего образования: 1) цифровая грамотность; 2) теоретические основы информатики; 3) алгоритмы и программирование; 4) информационные технологии. Цели учебного курса «Робототехника» Цель курса: - развитие творческих и научно-технических компетенций, обучающихся в неразрывном единстве с воспитанием коммуникативных качеств и целенаправленности личности через систему практико-ориентированных групповых занятий, консультаций и самостоятельной деятельности воспитанников по созданию робототехнических устройств, решающих поставленные задачи. Задачи курса: – развивать научно-технические способности (критический, конструктивистский и алгоритмический стили мышления, фантазию, зрительно-образную память, рациональное восприятие действительности); – расширять знания о науке и технике как способе рационально-практического освоения окружающего мира; – обучить решению практических задач, используя набор технических и интеллектуальных умений на уровне свободного использования; – формировать устойчивый интерес робототехнике, способность воспринимать их исторические и общекультурные особенности; – воспитывать уважительное отношение к труду. Место учебного курса «Робототехника» в учебном плане Программа курса рассчитана на 68 учебных часа, по 1 ч в неделю в 10 и 11 классе (по 34 часа в каждом классе). Планируемые результаты Личностные результаты Патриотическое воспитание: – ценностное отношение к отечественному культурному, историческому и научному наследию; – понимание значения информатики как науки в жизни современного общества. Духовно-нравственное воспитание: – ориентация на моральные ценности и нормы в ситуациях нравственного выбора; – готовность оценивать своё поведение и поступки, а также поведение и поступки других людей с позиции нравственных и правовых норм с учётом осознания последствий поступков; – активное неприятие асоциальных поступков, в том числе в Интернете. – Гражданское воспитание: – представление о социальных нормах и правилах межличностных отношений в коллективе, в том числе в социальных сообществах; – соблюдение правил безопасности, в том числе навыков безопасного поведения в интернет-среде; – ориентация на совместную деятельность при выполнении учебных и познавательных задач, создании учебных проектов; – – – – – – – – – – – стремление оценивать своё поведение и поступки своих товарищей с позиции нравственных и правовых норм с учётом осознания последствий поступков. Ценность научного познания: наличие представлений об информации, информационных процессах и информационных технологиях, соответствующих современному уровню развития науки и общественной практики; интерес к обучению и познанию; любознательность; стремление к самообразованию; овладение начальными навыками исследовательской деятельности, установка на осмысление опыта, наблюдений, поступков и стремление совершенствовать пути достижения индивидуального и коллективного благополучия; наличие базовых навыков самостоятельной работы с учебными текстами, справочной литературой, разнообразными средствами информационных технологий, а также умения самостоятельно определять цели своего обучения, ставить и формулировать для себя новые задачи в учёбе и познавательной деятельности, развивать мотивы и интересы своей познавательной деятельности. Формирование культуры здоровья: установка на здоровый образ жизни, в том числе и за счёт освоения и соблюдения требований безопасной эксплуатации средств ИКТ. Трудовое воспитание: интерес к практическому изучению профессий и труда в сферах деятельности, связанных с информатикой, программированием и информационными технологиями, основанными на достижениях науки информатики и научно-технического прогресса. Экологическое воспитание: наличие представлений о глобальном характере экологических проблем и путей их решения, в том числе с учётом возможностей ИКТ. Адаптация обучающегося к изменяющимся условиям социальной среды: освоение обучающимися социального опыта, основных социальных ролей, соответствующих ведущей деятельности возраста, норм и правил общественного поведения, форм социальной жизни в группах и сообществах, в том числе в виртуальном пространстве. Метапредметные результаты Универсальные познавательные действия Базовые логические действия: – умение определять понятия, создавать обобщения, устанавливать аналогии, классифицировать, самостоятельно выбирать основания и критерии для классификации, устанавливать причинно-следственные связи, строить логические рассуждения, делать умозаключения (индуктивные, дедуктивные и по аналогии) и выводы; – умение создавать, применять и преобразовывать знаки и символы, модели и схемы для решения учебных и познавательных задач; – самостоятельно выбирать способ решения учебной задачи (сравнивать несколько вариантов решения, выбирать наиболее подходящий с учётом самостоятельно выделенных критериев). Базовые исследовательские действия: – формулировать вопросы, фиксирующие разрыв между реальным и желательным состоянием ситуации, объекта, и самостоятельно устанавливать искомое и данное; – оценивать применимость и достоверность информации, полученной в ходе исследования; – – – – – – прогнозировать возможное дальнейшее развитие процессов, событий и их последствия в аналогичных или сходных ситуациях, а также выдвигать предположения об их развитии в новых условиях и контекстах. Работа с информацией: выявлять дефицит информации, данных, необходимых для решения поставленной задачи; 6 применять основные методы и инструменты при поиске и отборе информации из источников с учётом предложенной учебной задачи и заданных критериев; выбирать, анализировать, систематизировать и интерпретировать информацию различных видов и форм представления; выбирать оптимальную форму представления информации и иллюстрировать решаемые задачи несложными схемами, диаграммами, иными графическими объектами и их комбинациями; оценивать достоверность информации по критериям, предложенным учителем или сформулированным самостоятельно; запоминать и систематизировать информацию. Универсальные коммуникативные действия Общение: – сопоставлять свои суждения с суждениями других участников диалога, обнаруживать различие и сходство позиций; – публично представлять результаты выполненного опыта (исследования, проекта); – выбирать формат выступления с учётом задач презентации и особенностей аудитории и в соответствии с ним составлять устные и письменные тексты с использованием иллюстративных материалов. Совместная деятельность (сотрудничество): – понимать и использовать преимущества командной и индивидуальной работы при решении конкретной проблемы, в том числе при создании информационного продукта; – принимать цель совместной информационной деятельности по сбору, обработке, передаче, формализации информации; коллективно строить действия по её достижению: распределять роли, договариваться, обсуждать процесс и результат совместной работы; – выполнять свою часть работы с информацией или информационным продуктом, достигая качественного результата по своему направлению и координируя свои действия с другими членами команды; 6 оценивать качество своего вклада в общий информационный продукт по критериям, самостоятельно сформулированным участниками взаимодействия; – сравнивать результаты с исходной задачей и вклад каждого члена команды в достижение результатов, разделять сферу ответственности и проявлять готовность к предоставлению отчёта перед группой. Универсальные регулятивные действия Самоорганизация: – выявлять в жизненных и учебных ситуациях проблемы, требующие решения; – составлять алгоритм решения задачи (или его часть), выбирать способ решения учебной задачи с учётом имеющихся ресурсов и собственных возможностей, аргументировать выбор варианта решения задачи; – составлять план действий (план реализации намеченного алгоритма решения), корректировать предложенный алгоритм с учётом получения новых знаний об изучаемом объекте. Самоконтроль (рефлексия): – владеть способами самоконтроля, самомотивации и рефлексии; – – – – – – учитывать контекст и предвидеть трудности, которые могут возникнуть при решении учебной задачи, адаптировать решение к меняющимся обстоятельствам; вносить коррективы в деятельность на основе новых обстоятельств, изменившихся ситуаций, установленных ошибок, возникших трудностей; оценивать соответствие результата цели и условиям. Эмоциональный интеллект: ставить себя на место другого человека, понимать мотивы и намерения другого. Принятие себя и других: осознавать невозможность контролировать всё вокруг даже в условиях открытого доступа к любым объёмам информации; осознанно относиться к другому человеку, его мнению. Предметные результаты после освоения данной программы воспитанник - получит знания о: - науке и технике как способе рационально-практического освоения окружающего мира; - роботах, как об автономных модулях, предназначенных для решения сложных практических задач; - истории и перспективах развития робототехники; - робоспорте, как одном из направлений технических видов спорта; - физических, математических и логических теориях, положенных в основу проектирования и управления роботами; - философских и культурных особенностях робототехники, как части общечеловеческой культуры; - овладеет: - критическим, конструктивистским и алгоритмическим стилями мышления; - техническими компетенциями в сфере робототехники, достаточными для получения высшего образования по данному направлению; - набором коммуникативных компетенций, позволяющих безболезненно войти и функционировать без напряжения в команде, собранной для решения некоторой технической проблемы; - разовьет фантазию, зрительно-образную память, рациональное восприятие действительности; - научится решать практические задачи, используя набор технических и интеллектуальных умений на уровне их свободного использования; - приобретет уважительное отношение к труду как к обязательному этапу реализации любой интеллектуальной идеи. Уровень освоенности программы микросоревнование, соревнование. контролируется в соревновательных формах: Содержание учебного курса 10 КЛАСС Курс основан на использовании простых комплектов, идентичных Lego Mindstorms NXT 2.0 и визуальной среды программирования для обучения робототехнике LEGO MINDSTORMS Education NXT. Если используется комплект другого производителя, Legoкомпоненты программно-аппаратного конструктора заменяются в соответствии с их функциональной идентичностью, но общая структура плана не изменяется. Таким образом допускается использование программы на любой доступной функционально-полной платформе. Это особенно важно для планирования, поскольку даже среди Lego-комплектов наблюдается значительная разница как в исполнении, так и в комплектации. Основная ориентация программы 1 года обучения на усвоение центральных понятий робототехники с их непосредственной реализацией и проверкой. Акцент на робототехнические соревнования самых разных уровней, анализ моделей-лидеров, спецификации соревновательных полей и преамбул. Наряду с этим самостоятельную роль играет профориентационное собеседование в группах и персонально. Изменение регламента и спецификаций робототехнических соревнований городского (и выше) уровня может привести к изменению порядка следования тем в целях обеспечения адекватной подготовки, учащихся к заданным срокам. Теоретическая часть Введение в робототехнику. Робоспорт. Понятие «робот», «робототехника», «робоспорт». Применение роботов в различных сферах жизни человека, значение робототехники. Просмотр видеофильма о роботизированных системах. Показ действующей модели робота и его программ: на основе датчика освещения, ультразвукового датчика, датчика касания. Понятие «программа», «алгоритм». Алгоритм движения робота по кругу, впередназад, «восьмеркой» и пр. Ознакомление с визуальной средой программирования. Понятие «среда программирования», «логические блоки». Показ написания простейшей программы для робота. Робот в движении. Написание линейной программы. Понятие «мощность мотора», «калибровка». Зубчатая передача. Применение блока «движение» в программе. Понятие «цикл». Первая программа с циклом. Написание программ с циклом. Робот-танцор. Понятие «генератор случайных чисел». Использование блока «случайное число» для управления движением робота. Робот рисует. Теория движения робота по сложной траектории. Робот, повторяющий воспроизведенные действия. Промышленные манипуляторы и их отладка. Блок «записи/воспроизведения». Робот, определяющий расстояние до препятствия. Ультразвуковой датчик. Робот, останавливающийся на определенном расстоянии до препятствия. Робот-охранник. Роботы – пылесосы, роботы-уборщики. Цикл и прерывания. Робот-прилипала. Программа с вложенным циклом. Подпрограмма. Использование нижнего датчика освещенности. Яркость объекта, отраженный свет, освещенность, распознавание цветов роботом. Движение вдоль линии. Калибровка датчика освещенности. Робот с несколькими датчиками. Датчик касания, типы касания. Ускоренное движение по криволинейной траектории. Принципы дифференциального управления. Движение по прерывистой линии. Принципы интегрального управления. Манипулятор робота. Определение касания – рычаг, определение цвета предмета. Определение наклонной поверхности. Датчик наклона на сонаре, на датчике освещенности, на контактных датчиках. Конструкции роботов для поворота в ограниченном пространстве. Циркуляция гусеничной и колесной платформ. Платформа на шаре. Программирование и создание робота. Создание своей программы. Практическая часть Ознакомление с комплектом деталей для изучения робототехники: контроллер, сервоприводы, соединительные кабели, датчики-касания, ультразвуковой, освещения. Порты подключения. Создание колесной базы на гусеницах. Написание программы для движения по кругу через меню контроллера. Запуск и отладка программы. Написание других простых программ на выбор учащихся и их самостоятельная отладка. Интерфейс программы LEGO MINDSTORMS Education NXT и работа с ним. Написание программы для воспроизведения звуков и изображения по образцу. Создание и отладка программы для движения с ускорением, вперед-назад. «Роботволчок». Плавный поворот, движение по кривой. Использование блока «цикл» в программе. Создание и отладка программы для движения робота по «восьмерке». Написание программы для движения по контуру. Робот, записывающий траекторию движения и потом точно её воспроизводящий. Робот, выдерживающий расстояние от препятствия. Создание и отладка программы для движения робота внутри помещения и самостоятельно огибающего препятствия. Робот, следящий за протянутой рукой и выдерживающий требуемое расстояние в динамике. Настройка иных действий в зависимости от показаний ультразвукового датчика. Робот, останавливающийся на черной линии. Робот, начинающий двигаться по комнате, когда включается свет. Создание робота и его программы с задним датчиком касания и передним ультразвуковым. Робот, движущийся вдоль черной линии. Робот для квадро-кегельринга. Робот, выбирающий дорогу по пандусам. Эксперименты с платформами. 11 КЛАСС Курс основан на использовании функциональных робототехнических платформ (возможно продолжать использовать комплект Lego Mindstorms NXT, но стандартного комплекта уже может не хватать для полноценного эксперимента) и визуальных сред программирования для обучения робототехнике (LabView, RobotC и аналогичных). Глобальная подзадача второго года – формирование у обучаемых компетенций технологического программирования, включающих в себя компетенции общего программирования и программирования микроконтроллеров. Обучаемые, проявившие склонность и необходимые способности уже в рамках второго года обучения могут перейти к построению роботов на основе открытой платформы Arduino (аналогичных) и программирования на С в не визуальной среде. Такой переход дает воспитаннику новые технологические возможности, но не меняет теоретическую канву курса. Теоретическая часть Обзор современных робототехнических устройств. Техника безопасности. Презентация и видеофильмы о современных роботизированных системах. Понятие о программировании робота: среды MindStorm, LabView, RobotC и другие. Лекция и демонстрация сред программирования. С - как основной язык программирования роботов, история языка, введение. Лекция и презентация по истории и современному значению языка С. Тренировочная среда Scratch: программирование без написания кода. Возможности среды. Методы и приемы работы со средой. Язык С. Линейные алгоритмы, переменные. Язык С. Программы с ветвлением. Язык С. Циклические программы. Язык С. Проверка значений датчиков. Язык С. Установка внешних управляющих сигналов. Демонстрация и разбор соответствующих программных конструктов. Библиотечные функции управления устройствами. Контактный датчик: робот, разворачивающийся у стены, робот на пандусе. Цветной датчик: движение по черной полосе. Библиотечные функции получения информации с датчиков. Мостовые и полноприводные схемы. Колесные и гусеничные механизмы. Специальные (шаровые, шнековые, вибро, пневматические) механизмы. Шагающие механизмы. Летающие роботы. Физическое поведение изучаемой схемы, ее плюсы и минусы, приемы оптимального управления. Технологическая карта: калибровка датчиков. Технологическая карта: распределение мощности и скорости. Методика программно-аппаратного проектирования при помощи технологических карт. Математические основы робототехнического программирования. Математические основы алгоритмов: нечеткая логика, размытые множества, нейронные сети. Практическая часть Знакомство и сборка новой базовой платформы. Программирование идеального робота-исполнителя и коротких роликов. Линейные алгоритмы, переменные. Программы с ветвлением. Циклические программы. Практическое программирование. Установка внешних управляющих сигналов. Проверка значений датчиков. Практическое программирование. Программирование движения. Движение по кругу. Разворот и движение назад. Практическое программирование движения и отработка на базовой модели. Цветной датчик: движение по черной полосе. Датчик расстояния: робот для «Кегельринга», «Тенниса». Дополнение базовой модели датчиками и программирование автономного модуля для заданной функции. Сборка и программирование изучаемой схемы. Исследование ее поведения в различных ситуациях. Практическое составление карт для различных наборов датчиков и механики. Определение оптимальных режимов. Оптимизация освоенных алгоритмов управления. Усложненное использование датчиков. Тематическое планирование 10 класс №п/п Наименование темы Вводное занятие Первичные знания о роботах из конструктора 3 Использование датчиков при управлении роботом 4 Автономные роботы, выполняющие определенную функцию 5 Часы, выделенные на самостоятельную и соревновательную деятельность воспитанников ИТОГО 1 2 11 класс №п/п 1 2 3 4 5 6 7 ИТОГО Количество часов Всего Теория Практика 2 1,5 0,5 12 6,5 5,5 8 4 4 8 4 4 4 2 2 34 18 16 Наименование темы Техника безопасности Введение в практическую робототехнику Конструктивное программирование Классическое программирование Технологическое программирование Управление различными платформами Основы профессионального робототехнического программирования Всего 1 4 Количество часов Теория Практика 1 2 2 2 7 8 9 3 1 5 3,5 5 1,5 1 2 4,5 4 1,5 34 19 15 Приложение №1 Поурочное планирование 10 класс № 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. 17. 18. 19. 20. 21. 22. 23. 24. 25. 26. 27. 28. 29. 30. 31. 32. 33. 34. Тема занятия Введение в робототехнику. Робоспорт. Техника безопасности Первая программа Первая программа Ознакомление с визуальной средой программирования Робот в движении Робот в движении Понятие «цикл» Понятие «цикл» Робот-танцор Робот рисует Робот рисует Робот, повторяющий воспроизведенные действия Робот, повторяющий воспроизведенные действия Робот, определяющий расстояние до препятствия Ультразвуковой датчик Робот, определяющий расстояние до препятствия Ультразвуковой датчик Ультразвуковой датчик управляет роботом Робот-прилипала Использование нижнего датчика освещенности Использование нижнего датчика освещенности Движение вдоль линии Робот с несколькими датчиками Робот с несколькими датчиками Ускоренное движение по криволинейной траектории Ускоренное движение по криволинейной траектории Движение по прерывистой линии Движение по прерывистой линии Манипулятор робота Определение наклонной поверхности Определение наклонной поверхности Конструкции роботов для поворота в ограниченном пространстве Конструкции роботов для поворота в ограниченном пространстве Программирование и создание робота «Защита» робота Подведение итогов. Итого: Количество часов 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 34 11 класс № Тема занятия Количество часов 1 20 Обзор современных робототехнических устройств. Техника безопасности. Сборка робота для экспериментов Сборка робота для экспериментов Понятие о программировании робота: среды MindStorm, LabView, RobotC и другие С как основной язык программирования роботов, история языка, введение Тренировочная среда Scratch: программирование без написания кода Тренировочная среда Scratch: программирование без написания кода Язык С. Линейные алгоритмы, переменные Язык С. Программы с ветвлением Язык С. Циклические программы Язык С. Проверка значений датчиков Язык С. Установка внешних управляющих сигналов Линейные алгоритмы, переменные. Программы с ветвлением. Циклические программы Установка внешних управляющих сигналов. Проверка значений датчиков Программирование движения Движение по кругу Разворот и движение назад Контактный датчик: робот, разворачивающийся у стены, робот на пандусе Контактный датчик: робот, разворачивающийся у стены, робот на пандусе Цветной датчик: движение по черной полосе 21 Цветной датчик: движение по черной полосе 1 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 Датчик расстояния: робот для «Кегельринга», «Тенниса» Мостовые и полноприводные схемы Мостовые и полноприводные схемы Колесные и гусеничные механизмы Колесные и гусеничные механизмы Специальные (шаровые, шнековые, вибро, пневматические) механизмы Специальные (шаровые, шнековые, вибро, пневматические) механизмы Шагающие механизмы Шагающие механизмы Летающие роботы Технологическая карта: калибровка датчиков Технологическая карта: распределение мощности и скорости Математические основы робототехнического программирования Итого: 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 34 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 ДОКУМЕНТ ПОДПИСАН ЭЛЕКТРОННОЙ ПОДПИСЬЮ МУНИЦИПАЛЬНОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ "СРЕДНЯЯ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ШКОЛА №1" КЕМСКОГО МУНИЦИПАЛЬНОГО РАЙОНА, Куроптева Елена Ервандовна, директор 18.10.23 11:43 (MSK) Сертификат FC922D35C9C87E15412473DA2336F687