close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

робототехника

код для вставкиСкачать
Муниципальное автономное учреждение дополнительного образования детей «Полазненский центр дополнительного образования детей «Школа технического резерва»
рр- ££ £ з = - -• V/j,f ^
М УТВЕРЖДЕНО:
Протокол педагогического
№ДУ0Т
1
вета г.
^ ^'- Гонтарь Э.Г.
ПРОГРАММА ДОПОЛНИТЕЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ ПО КУРСУ «ОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ РОБОТОТЕХНИКА» второй год обучения Программа рассчитана на 1 год обучения Для учащихся 6-8 классов (2 раза в неделю но 2 часа)
Педагог дополнительного образования Дектярёв Дмитрий Николаевич
Полазна 2013
Оглавление
Введение.....................................................................................................................................................................2
Пояснительная записка.................................................................................................. 3
Актуальность, новизна и необходимость разработки программы..................................... 3
Цель и задачи программы..................................................................................................................................3
Организация образовательного процесса.....................!...................................................................................4
Учет особенностей контингента......................................................................................................................4
Особенности реализации программы.............................................................................................................5
Критерии оценки эффективности реализации программы.......................................................................5
Учебно-методический план................................................... 6
Календарно-тематическое планирование..........................................................................................................7
Содержание программы........................................................................................................................................11
Список литературы...............................................................................................................................................20
Введение
Современное высокотехнологическое общество рождает новые проблемы. Технологии становятся все сложнее, а количество специалистов, готовых решать сложные задачи, к сожалению, не растет. Двадцать лет назад ребенок, разобрав будильник, видел шестеренки и пытался разобраться, как они взаимодействуют между собой и почему часы тикают. Все было наглядно и вызывало интерес. Сегодня, открыв пластиковый корпус часов, мы увидим лишь пластинку - микросхему. В детстве вместе с отцом будущий инженер мог чинить автомобиль в гараже, настраивать зажигание в карбюраторе, изучать устройство машины и задавать вопросы. Двигатель современных автомобилей скрыт под кожухом, и лишь единицы возьмутся сами настроить работу автомобиля - гораздо практичнее отдать его в руки специалистов. Чтобы в обществе появился серьезный специалист в области современных технологий, уже в детстве ему надо прививать любовь к механизмам, науке и технике. Внутренняя красота современной техники не доступна для понимания большинства людей и тем более скрыта от детей. Зажечь в детстве будущего инженера сегодня не простая задача, это проблема мирового масштаба.
На помощь может прийти современное инновационное образование. Так одним из решений обозначенной проблемы является ввод в образовательный процесс дисциплины «Робототехника». В России эта практика ведется с начала двухтысячных годов. В развитых странах история школьной робототехники насчитывает несколько десятилетий. Основной причиной небывалой популярности этой прикладной науки является ее универсальность, наглядность, практичность и постоянное развитие методического обеспечения. Когда ребенок приступает к изучению робототехники, ему предстоит соприкоснуться с целым рядом научных дисциплин: математикой, физикой, программированием, электроникой. Создание роботизированных систем требует широкого кругозора. Не стоит забывать и про прикладную сторону - все, что делает, он может увидеть, потрогать руками, показать друзьям. Если он пишет программный код, то этот код исполняется не на синем окне компьютера, а бегает по школьному кабинету. Если он проектирует зубчатую передачу, то он ее не просто рисует, а руками подсоединяет к двигателю и к колесу робота.
Также стоит отметить, что все современные материалы, на которых строится обучение робототехнике, очень близки к игрушкам и обладают невероятной притягательной способностью для детей всех возрастов и даже для большинства взрослых.
2
Пояснительная записка
Актуальность, новизна и необходимость разработки программы
Наука во все времена стремилась освободить человека от лишней трудовой деятельности, в особенности от монотонных физических операций. Сегодня большинство процессов на производстве автоматизировано. Робототехника крепко закрепилась как наиболее перспективное направление для исследований. Вероятнее всего, в ближайшее десятилетие оно станет основой современного общества.
Высокий темп развития информационных технологий, микроэлектроники и рост рынка технологичной продукции требуют от общества людей, способных легко и быстро изучать различные продукты этого рынка и на их базе создавать ликвидные высокотехнологичные товары. Способности к изучению этой сферы следует развивать со школьного возраста. Представленная программа использует конструкторы и программное обеспечение, позволяющие полностью смоделировать этот процесс, дать ребёнку технические, логические и социальные навыки, необходимые для успеха в этой сфере общества и рынка.
Новизна программы заключатся в выставлении акцентов на соревновательность в образовательном процессе (на каждом уроке проводится соревнование), публичной демонстрацией учениками результатов (открытые мероприятия с привлечением экспертов и прессы), сближения вуза и школы (привлечение аспирантов и сотрудников университетов в образовательный процесс).
Необходимость разработки программы обусловлено особыми условиями «Школы технического резерва». Участие в развитии направления «Робототехника» в школе позволило расширить формат традиционных академических занятий. Это потребовало разработки собственной образовательной программы.
Цель и задачи программы
Цель образовательной программы - развитие у ребёнка интереса, желания и умения преодоления трудностей современного технологического мира для достижения финансового и нематериального успеха, самореализации в технической сфере общества и рынка путём моделирования различных задач и проблем при создании робота.
Задачи образовательной программы:
- Зажечь в детях тягу к техническому творчеству, на примере педагогов образовательного учреждения, научных сотрудников университетов, специалистов в области информационных технологий и инженеров предприятий города показать перспективы занятий робототехникой, ее применимость в современном обществе. Заложить основу и направление будущего инженерного развития.
-Предоставить возможность для изучения робототехники: основ физики, программирования, электротехники. Заложить принципы самостоятельного обучения.
- Дать ученику полные сведения о современных способах производства технологичной продукции. Пройти путь от идеи и проектирования до воплощения робота в реальном мире.
- Познакомить с робототехническими системами, организовать экскурсии на предприятия города, встречи со специалистами и экспертами в области робототехники. Показать ученику, что его разработки близки к современным, сложным автоматизированным системам.
- Сформировать навыки работы со сложным оборудованием и программным обеспечением.
- Привить культуру командной работы и в то же время развить лидерские способности в соревнованиях между школьниками.
Организация образовательного процесса
Занятия проходят два раза в неделю по два академических часа. Программа реализуется в течение учебного года.
Учет особенностей контингента
Программа рассчитана на возраст детей от 12 до 17 лет, которые занимаются робототехникой второй год. Поэтому необходимо правильно выставлять приоритеты в реализации программы:
В этом возрасте ребята готовы к решению конкретных практических задач. Возможно внедрение принципов проектирования в разработке роботов. Ученик должен вначале реализовать свою идею на бумаге в виде чертежа или создать модель в специализированных программах, и только после этого приступить к реализации робота из деталей. В качестве конструкторов будут
выбраны Lego Mindstorms, Lego TETRIX и Arduino. Из программных продуктов следует больше уделить внимание RobotC и Arduino IDE.
Особенности реализации программы
Специфика предмета позволяет проводить занятия в различной форме. Могут быть использованы интерактивные игры, требующие технического творчества, соревнования для развития лидерских и командных навыков, научно-практические семинары могут быть полезны для привития ответственности и опыта выступления перед публикой. Данная программа позволяет использовать все перечисленные подходы в обучении детей.
Также следует учитывать, что прогресс не стоит на месте, особенно это касается информационных технологий и микроэлектроники. Е1оэтому педагог обязан постоянно следить за инновациями в области робототехники и стараться максимально внедрить новые подходы во время реализации программы. Так, например, обновление программного обеспечения позволит использовать самые передовые методики написания программного кода для роботов. А обновление элементной базы позволит роботам выполнять новые и более сложные операции.
Критерии оценки эффективности реализации программы
Каждое занятие состоит из изучения нового материала, работы над созданием робота, где ученики применяют полученные знания и небольших соревнований в конце урока. Такое построение урока дает понимание ценности потраченного времени и прививает ответственность за результат. Большие проекты также проверяются в форме соревнований и конференций, но на уровне школы. Поэтому рекомендуется как можно чаще участвовать в городских, краевых и российских соревнованиях. Проводить собственные мероприятия и форумы с привлечением экспертов, специалистов, прессы и высоких чинов нашего государственного аппарата. Чем больше важности будет оказано деятельности учеников, тем выше результаты будут получены в реализации программы. При подведении итогов следует отмечать удовлетворенность учениками от прохождения образовательной программы, активность и инициативность в образовательном процессе, желание публично демонстрировать результат.
Учебно-мегодический план
№
Темы
Всего часов, из них
Форма
контроля
теория практика
1.
Знакомство с языком RobotC
1 0
ответы на контрольные вопросы
2.
Программирование движения трибота
1
4
выполнение
контрольных
заданий
3.
Работа с экраном NXT блока
1
3
выполнение
контрольных
заданий
4.Сенсоры
2 6
выполнение
контрольных
заданий
5.Программирование роботов для конкретных задач
2 18
соревнования
роботов
6.
Знакомство с конструктором TETRIX
1 3
ответы на контрольные вопросы
7.
Программирование роботов, созданных на TETRIX
2 20
соревнования
роботов
8.Знакомство с платой Arduino
2
2
ответы на контрольные вопросы
9.
Эксперименты с электроникой образовательного набора «Амперка»
2 16
выполнение
контрольных
заданий
10.
Работа с двигателями
2 6
выполнение
контрольных
заданий
11.
Сенсоры для Arduino
2
8
выполнение
контрольных
заданий
12.Сборка и программирование роботов на базе Arduino для конкретных задач
2
20
соревнования
роботов
13.Экскурсии и открытые уроки
10
0
Опрос
Итого:
30
106
Календарно-тематическое планирование
№
Темы
Содержание
Всего часов, из них
Форма
теория
практика
контроля
1.
Знакомство с языком RobotC
1.1. Знакомство с программой
1
0
ответы на контрольные вопросы
1.2. Обзор основных компонентов языка.
2.
Программирование движения робота
2.1. Задание моторов в программе
1
4
выполнение
контрольных
заданий
2.2. Программирование движения
3.Работа с экраном NXT блока
3.1. Функции и процедуры для работы с экраном
1 3
выполнение
контрольных
3.2. Вывод изображения на экран NXT блока
заданий
4.Сенсоры 4.1. Задание сенсоров в программе
4.2. Датчик касания
выполнение
контрольных
заданий
4.3. Датчик расстояния
2 6
4.4. Датчик звука
4.5. Датчики освещенности и цвета
5.Программирование роботов для конкретных задач
5.1. Движение по линии с помощью датчиков освещенности
2 18
соревнования
роботов
7
5.2. Движение вдоль стены
5.3. Кегльринг. Обзор алгоритмов
5.4. Лабиринт. Обзор алгоритмов
5.5. Прохождение заданий FLL и WRO
6.
Знакомство с
конструктором
TETRIX
6.1. Обзор деталей конструктора TETRIX
1 3
ответы на контрольные вопросы
6.2. Сборка базовой модели
7.
Программирование роботов, созданных на TETRIX
7.1. Программирование движения робота
2 20
соревнования
роботов
7.2. Программирование сенсоров
7.3. Устройства захвата
7.4. Управление с пульта
ду
7.5. Выполнение заданий ЕТС
8.Знакомство с платой Arduino
8.1 Знакомство с платформой
2
2
ответы на контрольные вопросы
8.2. Знакомство с программированием на Arduino
8.3. Подключение внешнего светодиода
9.
Эксперименты с
электроникой
образовательного
9.1. Светофор
2 16
выполнение
контрольных
заданий
9.2. Пьезоэлемент
набора «Амперка»
9.3. Семисегментный индикатор
9.4. Таймер на основе семисегментного индикатора и CD4026
9.5. Работа с текстовым ЖК экраном
9.6. Фоторезистор
9.7. Связь Arduino и компьютера
10.
Работа с двигателями
10.1. Разновидности двигателей
10.2. Знакомство с сервоприводом
10.3. Биполярный транзистор. Подключение коллекторного мотора
10.4. Транзистор MOSFET. Управление скоростью мотора
10.5. Драйвер двигателя L293D
10.6. Использование Motor Shield
выполнение
контрольных
заданий
11.
Сенсоры для Arduino
11.1. Датчик нажатия
11.2. Гироскоп
11.3. Датчик расстояния
8
11.4. Датчик освещенности
выполнение
контрольных
заданий
9
11.5. Датчик температуры
12.
Сборка и программирование роботов на базе Arduino для конкретных задач
12.1. Сборка основы для мобильного двухколесного робота
2
20
соревнования
роботов
12.2. Программирование движения робота
12.3. Робот, ездящий по линии
12.4. Связь по радиоканалу с компьютером
12.5. Большие проектные задания
13.Экскурсии и открытые уроки
13.1. Организация экскурсий на предприятия города.
10 0
Опрос
13.2. Встречи с экспертами в области робототехники.
Итого:
30 106
Содержание программы Тема 1. Знакомство е языком RobotC
1.1 Знакомство с программой
- Прошивка блока NXT на систему RobotC.
- Выбор платформы для работы с NXT
1.2 Обзор основных компонентов языка.
- Знакомство с синтаксисом языка. Hello, world!
- Задание переменных
- Оператор условия, циклы
- Написание подпрограмм
Тема 2. Программирование движения робота
2.1. Задание моторов в программе
- Способы подключения моторов в программе
- Массив motor[]
- Задание скорости мотора
- Передвижение по времени
- Передвижение по оборотам двигателя
2.2. Программирование движения
- Выполнение задания «Кольцо».
- Выполнение задания «Петля».
- Выполнение задания «Восьмерка».
- Выполнение задания «Змейка».
- Выполнение задания «Треугольник»
- Выполнение задания «Песочные часы»
- Выполнение задания объезд препятствий
- Синхронизация двигателей.
Тема 3. Работа е экраном NXT блока
3.1. Функции и процедуры для работы с экраном
- Процедуры для вывода текста
- Процедуры и функции для вывода изображения на экран
3.2. Вывод изображения на экран NXT блока
- Вывод текста на экран
- Вывод скорости мотора на экран
- Вывод окружности на экран
- Вывод квадрата на экран
- Вывод смайла на экран
- Отображение показаний датчика оборотов двигателя Тема 4. Сенсоры
4.1. Задание сенсоров в программе
- Подключение сенсоров в программе
- Функции для получения показаний с сенсоров
4.2. Датчик касания
- Движение по нажатию кнопки
- Сбор и программирование пульта управления роботом
- Зависимость показаний датчика от направления движения
4.3. Датчик расстояния
*
- Движение по датчику расстояния
- Зависимость показаний датчика от скорости мотора
- Вывод показаний сенсора на экран в текстовом и графическом виде
4.4. Датчик звука
- Движение по датчику звука
- Зависимость показаний датчика от скорости мотора
- Вывод показаний сенсора на экран в текстовом и графическом виде
4.5. Датчики освещенности цвета
- Движение до края стола
- Определение цвета шарика
- Изменение скорости при изменении освещения
- Зависимость показаний датчика от скорости мотора
- Движение по линии с помощью датчика
Тема 5. Программирование роботов для конкретных задач
5.1. Движение по линии с помощью датчиков освещенности
- Обзор существующих алгоритмов
- Оператор условия. Движение по линии по двум датчикам освещенности
- Оператор условия. Движение по линии по трем датчикам освещенности
- Управление скоростью моторов с помощью датчиков освещенности для движения по линии
5.2. Движение вдоль стены
- Обзор алгоритмов
- Программирование движения вдоль стены
5.3. Кегльринг. Обзор алгоритмов
- Обзор существующих алгоритмов
- Программирование с датчиком расстояния
- Программирование алгоритма «звезда»
- Программирование алгоритма «треугольника»
- Программирование алгоритма «спираль»
5.4. Лабиринт. Обзор алгоритмов
- Обзор алгоритмов
- Правило левой руки. Программирование
- Правило правой руки. Программирование
- Сочетание алгоритмов для выхода из любого лабиринта
5.5. Прохождение заданий FLL и WRO
- Применение полученных навыков в соревнованиях FLL и WRO Тема 6. Знакомство с конструктором TETRIX
6.1. Обзор деталей конструктора TETRIX
- Обзор деталей и их предназначения
6.2. Сборка базовой модели
- Сборка тележки с двигателями
Тема 7. Программирование роботов, созданных на TETRIX
7.1. Программирование движения робота
- Выполнение задания «Кольцо».
- Выполнение задания «Петля».
- Выполнение задания «Восьмерка».
- Выполнение задания «Змейка».
- Выполнение задания «Треугольник»
- Выполнение задания «Песочные часы»
- Выполнение задания объезд препятствий
- Синхронизация двигателей.
1.2. Программирование сенсоров
- Программирование датчика касания.
- Программирование датчика звука
- Программирование датчика расстояния
- Программирования датчика освещенности
- Движение по линии на двух датчиках освещенности
7.3. Устройства захвата
- Обзор основных устройств захвата
- Сборка простейшего устройства захвата. Захват объекта.
7.4. Управление с пульта Д У
- Подключение пульта ДУ к роботу
- Управление движением робота с пульта ДУ
7.5. Выполнение заданий FTC
- Применение полученных навыков для заданий FTC
Тема 8. Знакомство с платой Arduino
8.1 Знакомство с платформой
- Устройство платы Arduino
- Знакомство с электронными компонентами. Светодиод. Резистор.
- Обзор вспомогательных элементов. Макетная плата, мультиметр
8.2. Знакомство с программированием на Arduino
- Установка драйвера Arduino. Выбор СОМ порта
- Основные процедуры языка: setup(), 1оор()
- Г1роцедуры pinMode, digitalWrite, delay
- Переменные в программе
8.3. Подключение внешнего светодиода
- Подключение светодиода к Arduino
- Программирование мигания светодиода
- Аналоговый выход. Плавное зажигание светодиода
Тема 9. Эксперименты с электроникой образовательного набора «Амиерка»
9.1. Светофор
- Сборка схемы «Светофора» на макетной плате
- Программирование «Светофора»
9.2. Пьезоэлемент
- Процедуры для программирования пьезоэлемента. Топе(), поТопе()
- Программирование пьезоэлемента.
- Использование таблицы частот октавной системы для программирования мелодии
9.3. Семисегментный индикатор
- Устройство семисегментного индикатора
- Включение индикатора
- Программирование индикатора
9.4. Таймер на основе семисегментного индикатора и CD4026
- Обзор микросхемы CD4026
- Сборка и программирование таймера на основе CD4026
9.5. Работа с текстовым ЖК экраном
- Устройство ЖК экрана
- Библиотека, класс, объект в программировании
- Вывод сообщения на экран
- Вывод надписи на русском языке
9.6. Фоторезистор
- Назначение фоторезистора
- Выключение и включение светодиода по значению фоторезистора
9.7. Связь Arduino и компьютера
- Последовательный порт, параллельный порт. UART
- Передача данных с компьютера на Arduino Тема 10. Работа с двигателями
10.1. Разновидности двигателей
- Коллекторные, бесколлекторные, шаговые, серводвигатели. Области их применения
10.2. Знакомство с сервоприводом
- Устройство сервопривода
- Разновидности сервоприводов
- Подключение сервопривода к Arduino
- Программирование сервопривода
10.3. Биполярный транзистор. Подключение коллекторного мотора
- Устройство транзистора
- Разновидности транзисторов
- Управление двигателем с помощью биполярного транзистора
10.4. Транзистор MOSFET. Управление скоростью мотора
- Отличие транзистора MOSFET от биполярного транзистора
- Области использования MOSFET транзисторов
- Управление скоростью мотора с помощью MOSFET транзистора
10.5. Драйвер двигателя L293D
- Обзор устройства и параметров микросхемы L293D
- Подключение 2 моторов к Arduino с помощью L293D
10.6. Использование Motor Shield
- Обзор существующих Motor Shield.
- Motor Shield на базе драйвера L298P
- Подключение моторов к Motor Shield
- Управление движением двигателей, подключенных через Motor Shield
Сенсоры для Arduino
11.1. Датчик нажатия
- Подключение кнопки к Arduino
- Включение светодиода по нажатию кнопки
11.2. Гироскоп
- Устройство гироскопа
- Подключение к Arduino
- Включение светодиода по положению датчика наклона
11.3. Датчик расстояния
- Устройство сонара
- Определение расстояния до объектов
11.4. Датчик освещенности
- Устройство датчика
- Движение робота по линии
11.5. Датчик температуры
- Устройство термистора
- Определение температуры в комнате
Тема 12. Сборка и программирование роботов на базе Arduino для конкретных задач
12.1. Сборка основы для мобильного двухколесного робота
- Сборка каркаса для мобильного робота
12.2. Программирование движения робота
- Выполнение задания «Кольцо».
- Выполнение задания «Петля».
- Выполнение задания «Восьмерка».
- Выполнение задания «Змейка».
- Выполнение задания «Треугольник»
- Выполнение задания «Песочные часы»
- Выполнение задания объезд препятствий
12.3. Робот, ездящий по линии
- Движение по линии по 2 датчикам освещенности.
- Применение изученных ранее алгоритмов для движения по линии
12.4. Связь по радиоканалу с компьютером
- Устройство радиомодуля
- Написание программы, которая управляет роботом через радиомодуль
12.5. Большие проектные задания
- Применение полученных знаний для решения практических задач.
Тема 13. Экскурсии и открытые уроки
13.1. Организация экскурсий на предприятия города.
- Сегодня многие предприятия готовы провести экскурсии. Для учеников представляет огромный интерес познакомиться с линиями автоматизированного производства, а также больше узнать об истории и перспективах развития техники.
13.2. Встречи с экспертами в области робототехники.
- Только пример успешных специалистов в области автоматизированных систем может позволить вырастить будущих инженеров. Очень важно проводить подобные встречи в рамках образовательной программы.
Список литературы
1. Филиппов С.А. - Робототехника для детей и родителей, 2011г.
2. Бачинин А. - Программирование микроконтроллеров, 2013 г.
3. Улли Соммер - Программирование микроконтроллерных плат Arduino, Freeduino - 2012
4. http://mindstorms.lego.com
5. http://roboforum.ru/
6. http://www.lego.com/education/
7. http://www.wroboto.org/
8. http://www.roboclub.ru/
9. http://robosport.ru/
10.http://legoclab.pbwiki.com/
11 .http://www.int-edu.ru/
12.http://do.rkc-74.ru/course/view.php?id=13
Автор
new-muk
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
404
Размер файла
463 Кб
Теги
робототехника
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа