Робототехнические и интеллектуальные системы (LEGO EV3)

Использование конструктора LEGO EV3 позволяет создать уникальную образовательную среду, которая способствует развитию инженерного, конструкторского мышления. В процессе работы с LEGO EV3 ученики приобретают опыт решения как типовых, так и нешаблонных задач по конструированию, программированию, сбору данных. Кроме того, работа в команде способствует формированию умения взаимодействовать с соучениками, формулировать, анализировать, критически оценивать, отстаивать свои идеи.

LEGO EV3 обеспечивает простоту при сборке начальных моделей, что позволяет ученикам получить результат в пределах одного или пары уроков. И при этом возможности в изменении моделей и программ – очень широкие, и такой подход позволяет учащимся усложнять модель и программу, проявлять самостоятельность в изучении темы. Программное обеспечение LEGO MINDSTORMS Education EV3 обладает очень широкими возможностями, в частности, позволяет вести рабочую тетрадь и представлять свои проекты прямо в среде программного обеспечения LEGO EV3.

Педагоги

Старший преподаватель кафедры высшей математики и информационных технологий Алатырского филиала ФГБОУ ВО «ЧГУ им. И.Н.Ульянова», Немкова Мария Павловна

Доцент кафедры высшей математики и информационных технологий, Алатырского филиала ФГБОУ ВО «ЧГУ им. И.Н.Ульянова», Федоров Роман Вадимович

Содержание программы

Тема 1: Введение. Правила поведения и ТБ в кабинете информатики  при работе с наборами, деталями, моделями конструктора LEGO.

Тема 2: Характеристики робота Lego Mindstorms EV3.Создание первого проекта.

Тема 3: Программирование робота в среде EV3.

Моторы. Программирование движений по различным траекториям. Работа с подсветкой, экраном и звуком. Работа с экраном. Работа с подсветкой кнопок на блоке EV3. Работа со звуком. Программные структуры. Цикл с постусловием. Структура «Переключатель». Работа с данными. Типы данных. Проводники. Переменные и константы. Математические операции с данными. Другие блоки работы с данными. Логические операции данными. Работа с датчиками. Датчик касания. Датчик цвета. Датчик гироскоп. Датчик ультразвука. Инфракрасный датчик. Датчик определения угла/ количества оборотов и мощности мотора. Работа с файлами. Совместная работа нескольких роботов. Создание подпрограмм.

Тема 4: Основные виды соревнований и элементы заданий.

Соревнование «Сумо». Робот – сканер штрих – кодов. Слалом (объезд препятствий). Программирование движения по линии. Калибровка датчиков. Алгоритм движения по линии «Зигзаг» (дискретная система управления). Алгоритм «Волна». Пропорциональное линейное управление. Нелинейное управление движением по косинусному закону. Поиск и подсчет перекрестков.  Проезд инверсии. 

Тема 5: Конструирование и программирование. Изучение среды управления и программирования. Загрузка готовых программ для управления роботом. Редактирование программ  и тестирование роботов. Регулирование параметров, при которых программы работают без ошибок. Создание робота «Погрузчик» по алгоритму "Лестница". Программирование робота высокой сложности: шагающий робот.

Тема 6: Проектная деятельность в группах.  Конструирование и программирование робота: сборка и программирование моделей для соревнований в формате «Лестница». Разработка творческих проектов. Проект автоматизированного устройства/установки или робота для трассы «Лабиринт». Разработка собственных моделей в группах, подготовка к мероприятиям, связанным с ЛЕГО. Выработка и утверждение темы, в рамках которой будет реализовываться проект. Конструирование модели, ее программирование группой разработчиков. Изучение полей  для тестирования моделей роботов. Презентация моделей. Выставки.  Соревнования.

Тема 7: Передовые направления в робототехнике XXI века.   Интернет материалы. Обзор образовательных сайтов по робототехнике.

Тема 8: Повторение изученного в течение  учебного года. Итоговое занятие. Выставка творческих работ обучающихся.

Цели программы

Изучение курса «Робототехнические и интеллектуальные системы 6 класс (LEGO EV3)» на уровне основного общеобразовательного общеразвивающего образования направлено на достижение следующей цели: развитие интереса школьников к технике и техническому творчеству.

Результат программы

В результате изучения курса обучающиеся будут:

 знать/понимать:

-      роль и место робототехники в жизни современного общества;

-      основные сведение из истории развития робототехники в России и мире;

-      основные понятия робототехники, основные технические термины, связанные с процессами конструирования и программирования роботов;

-      правила и меры безопасности при работе с электроинструментами;

-      общее устройство и принципы действия роботов;

-      основные характеристики основных классов роботов;

-      общую методику расчета основных кинематических схем;

-      порядок отыскания неисправностей в различных роботизированных системах;

-      методику проверки работоспособности отдельных узлов и деталей;

-      основы популярных языков программирования;

-      правила техники безопасности при работе в кабинете оснащенным электрооборудованием;

-      основные законы электрических цепей, правила безопасности при работе с электрическими цепями, основные радиоэлектронные компоненты;

-      определения робототехнического устройства, наиболее распространенные ситуации, в которых применяются роботы;

-      иметь представления о перспективах развития робототехники, основные компоненты программных сред;

-      основные принципы компьютерного управления, назначение и принципы работы цветового, ультразвукового датчика, датчика касания, различных исполнительных устройств;

-      различные способы передачи механического воздействия, различные виды шасси, виды и назначение механических захватов;

 уметь:

-      собирать простейшие модели с использованием EV3;

-      самостоятельно проектировать и собирать из готовых деталей манипуляторы и роботов различного назначения;

-      использовать для программирования микрокомпьютер EV3 (программировать на дисплее EV3).

-      владеть основными навыками работы в визуальной среде программирования, программировать собранные конструкции под задачи начального уровня сложности;

-      пользоваться компьютером, программными продуктами, необходимыми для обучения программе;

-      подбирать необходимые датчики и исполнительные устройства, собирать простейшие устройства с одним или несколькими датчиками, собирать и отлаживать конструкции базовых роботов

-      правильно выбирать вид передачи механического воздействия для различных технических ситуаций, собирать действующие модели роботов, а также их основные узлы и системы

вести индивидуальные и групповые исследовательские работы.

Особые условия проведения

Для обеспечения беспрепятственного доступа в учебный корпус, где расположена площадка ДНК, обучающимися, имеющих нарушения опорно-двигательного аппарата, имеются пандусы и расширенные дверные проемы. Вход в учебный корпус оборудован кнопкой-вызовом, выходящей на пост дежурных, ознакомленной с инструкцией по сопровождению лиц с ОВЗ в здание корпуса. Учебные группы в составе которых обучаются школьники с ОВЗ обучаются на 1 этаже, на котором также имеются санитарно-гигиенические помещения с возможностью использования обучающимися с ОВЗ. Оборудованы места, доступные для обучающихся с ограниченными возможностями здоровья, являющихся слепыми или слабовидящими, для размещения в адаптированной форме (с учетом их особых потребностей) справочной информации о расписании учебных занятий. В фойе установлены мониторы с возможностью трансляции субтитров.

Материально-техническая база

Столы; стулья; доска; проектор; экран; планшет Lenovo, электромеханический конструктор LEGO Education Mindstorms EV3, LEGO Education Mindstorms EV3, космические проекты EV3, базовый набор LEGO Education WeDo 2.0