Техническое задание на конструкторы лего

Обновлено: 16.04.2024

Занимаясь на спецкурсе «Конструирование» мне приходилось собирать разные модели из конструктора Лего, но модель манипулятора я не собирал. За последнее время появилось много видеороликов про такие устройства, можно увидеть, как они устроены и как работают. Но всегда интереснее увидеть работу такого устройства вживую, поэтому я решил собрать эту модель.

Актуальность темы.

На уроках технологии в 7 классе при изучении технологических систем рассматривают разные механизмы и электротехнические устройства, в том числе на примере манипулятора. Этот материал подробно изложен в учебниках, при выполнении заданий учащиеся пользуются теоретической информацией. Если построить модель манипулятора, то урок будет проходить интереснее и более наглядно.

Постановка проблемы.

Хотелось, чтобы для проведения уроков технологии по изучению механизмов и электротехнических устройств в технологических системах использовалась рабочая модель манипулятора, но в настоящее время такой модели нет.

Цель проекта.

Разработать и построить действующую модель манипулятора в форме руки из конструктора Лего на основе микропроцессора EV–3.

План работы над проектом.

  • Проанализировать существующие решения.
  • Составить техническое задание на проектирование.
  • Разработать и описать конструкцию манипулятора.
  • Написать программу управления конструкцией.
  • Протестировать модель.
  • Оценить получившиеся результаты.

I. Исследование по проблеме.

1.1 Анализ существующих решений.

Манипулятор — механизм для управления пространственным положением орудий, объектов труда и конструкционных узлов и элементов. Это значение закрепилось за словом с середины XX века , благодаря применению сложных механизмов для манипулирования опасными объектами в атомной промышленности. Используется для перемещения различных грузов, получил широкое развитие в современном обществе. Дело в том, что многие материалы, с которыми приходится иметь дело в этой области науки, обладают радиоактивностью – свойством выделять в окружающее пространство опасные для здоровья человека лучи. Механические руки стали устанавливать там, куда доступ человека нежелателен, а сам он, управляющий руками, располагался в другом, безопасном помещении. Сейчас манипуляторы используют в разных производствах.



Рисунок 1. Манипулятор в металлургии

Кран-манипулятор — кран стрелового типа, установленный на автомобильном шасси и служащий для его загрузки и разгрузки одиночными и сыпучими грузами в контейнерах и их транспортировки.


Рисунок 2. Передвижной кран-манипулятор

Для людей с ампутированной конечностью существует Бионический протез.

Bebionic —биоэлектрическая искусственная кисть с приводом электромеханическим и микропроцессорным контролем, созданная для восстановления функции ампутированной конечности.


Рисунок 3. Бионический протез

Принцип действия бионического протеза:

После травмы или в ходе болезни конечность ампутируют. Оставшаяся культя состоит из множества тканей: кожи, мышц, костей, сосудов и нервов. Хирург во время операции выводит сохранившийся двигательный нерв на остающуюся крупную мышцу. После заживления операционной раны нерв может передавать двигательный сигнал. Этот сигнал воспринимает датчик, установленный на протезе. В процессе восприятия нервного импульса участвует сложная компьютерная программа.

Минусы такого протеза:

У такого протеза единственный минус. Это его стоимость.Стоимость бионического протезирования пока высока и может достигать в сложных случаях миллионов рублей. Однако возврат к полноценной жизни трудно оценить в материальном исчислении. По сути, установка бионических протезов – единственная возможность для инвалида вернуться к нормальной жизни: строить и осуществлять планы, содержать семью, добиваться карьерных вершин.

NiryoOne – это 6-осевой манипулятор, созданный специально для производителей, системы обучения и небольших компаний. Согласно Niryo, имеющий шесть осей перемещения манипулятор позволяет выполнять задачи, которые до сих пор были доступны исключительно промышленным роботам. Манипулятор может выбрать и положить на место предметы с помощью вакуумного насоса, захвата или электромагнита. Он поможет автоматизировать 3D-принтер, позволит сверлить отверстия в изделиях. Он может выполнять необходимые домашние работы и даже творчески развлекать детей.


Рисунок 4. Манипулятор серии NiryoOne

Минусом такого манипулятора является его большая стоимость, его можно приобрести за сумму 20000 – 200000 долларов.

1.2 Техническое задание на проектирование.

Проведя анализ существующих манипуляторов, делаем вывод, что форма устройства напоминает руку человека, движения осуществляются с помощью механизмов, таких как рычаг, зубчатые передачи.

Необходимо спроектировать и собрать механическую руку из конструктора ЛЕГО. Манипулятор должен захватывать предметы и перемещать их в нужное место. Для обеспечения автоматической работы устройства необходимо программное обеспечение.

II. Практическое решение проблемы.

2.1 Разработка и описание конструкции манипулятора.

1 ) Для создания самой руки требуется основание, которое могло бы удержать эту руку. После сборки основания на него нужно установить Миникомпьютер Lego MINDSTORMS EV3 и Большой Сервомотор Lego MINDSTORMS EV3 с зубчатым механизмом, которые приводили бы в движение руку, а также датчик касания, при нажатии на который рука бы останавливалась в нужном месте.


2) После сборки основания создаем саму руку. Для того, чтобы рука могла подниматься или опускаться, ставим на конструкцию руки Большой Сервомотор Lego MINDSTORMS EV3 с зубчатым механизмом и датчиком цвета, для того чтобы рука поднималось на определенную высоту.



3) После сборки конструкции руки нужно собрать захватывающий механизм из Среднего Сервомотора Lego MINDSTORMS EV3, с зубчатым механизмом выполняющий роль пальцев.






4 ) После сборки захватывающего механизма устанавливаем его на конструкцию руки и подключаем все сервомоторы и датчики к Миникомпьютеру.



2.2 Разработка и описание ПО.

Прежде чем приступать к составлению компьютерной программы, необходимо составить логическую последовательность действий манипулятора.

Сомкнуть захват, захватив предмет.

Повернуть манипулятор на определенный угол.

Повернуть манипулятор в исходное положение.

Повторить программу необходимое число раз.

В системе ПО записывается подпрограмма для калибровки и синхронизации моторов:


Затем записываем основную программу. Для этого мы должны в программе запрограммировать две кнопки, при нажатии одной из них рука повернулась в определенную сторону, в зависимости от того, где находится предмет:


Потом мы должны запрограммировать средний и большой сервомотор, находящиеся на конструкции руки для того, чтобы рука опустилась с помощью большого сервомотора и захватила предмет с помощью среднего сервомотора:


После того, как рука захватила предмет, мы записываем в программе для большого сервомотора на основании программу для возращения руки в то же положение, в котором она была изначальна. И для среднего, и большого сервомотора находящиеся на конструкции руки мы записываем программу для того, чтобы рука опустилась и отпустила предмет:


1.Оценка проекта.

Мне все же удалось достичь цели проектирования, потому что моя модель манипулятора соответствует техническому заданию на проектирование. Манипулятор выполняет следующие действия: захватывает предмет, осуществляет подъем предмета, затем поворачивается на заданный угол, опускает предмет и раскрывает захват, долее поднимается и возвращается в исходное положение. Работа манипулятора выполняется по заданной программе.

Полученная модель будет являться хорошим наглядным пособием для уроков технологии в 7 классе при изучении механизмов и электротехнических устройств в технологических систем.

Работая над этим проектом, мне потребовались такие умения, как: находить и обрабатывать информацию, читать схемы, чертежи, моделировать и конструировать устройства из конструктора Лего, составлять компьютерную программу, используя язык объектно-ориентированного программирования, работать с текстовым редактором, создавать презентацию в приложении Power point.



AR2T2 Arkhangelsk Regional Robotics Team Tournament

  1. Набор конструктора Lego Mindstorm Education EV3 (45544) (или Lego Mindstorm NXT (9797, 8547, 8527)) - 1 штука.
  2. Кегли цилиндрической формы - 24 штуки ( шаблон-развёртка). В качестве кеглей могут выступать стандартные алюминиевые банки объёмом 0,33 л., шаблон-развёртка, может быть использован как чехол. Размеры кегли: диаметр 66 мм, высота 115 мм (±1 мм).
  3. Поле представляет собой горизонтально расположенную ровную поверхность белого цвета размером не менее 1,8х1,8 метра. Для поля может быть использована любая ровная поверхность (столы, пол). В качестве покрытия могут быть использованы обои с ровной белой поверхностью (оборотной), листы ватмана, белый пластик и т.п. На поле необходимо нанести следующую (в векторном формате SVGЧто это? ). Для открытия рекомендуем InkScape.


Для разметки может применяться изоляционная лента (изолента) чёрного цвета шириной 15 мм.

Программное обеспечение для просмотра модели (Lego Digital Designer)





Программное обеспечение для просмотра модели (Lego Digital Designer)





  1. Подключение моторов осуществляетс к ближайшим поратм A и C
  2. Подключение датчика освещённости осуществляется к порту 1
  3. Подключение датчика нажатия осуществляется к порту 2
  4. Подключение ультразвукового датчика осуществляется к порту 3

Для программирования возможно использовать одну из следующих сред

  1. LEGO Mindstorms Education EV3;
  2. LEGO NXT Software.

Вопросы по техническому заданию могут быть заданы на форуме турнира сайта robot.onedu.ru. Организаторы оставляют за собой право давать ответ "Без комментариев".

Необходимые инструменты и материалы Инструкция по сборке робота (Lego Mindstorm Education EV3) Инструкция по сборке робота (Lego Mindstorm NXT) Подключение датчиков и моторов Среды программирования

Лего-конструирование

С помощью лего-конструктора малыши могут создавать свой уникальный мир, попутно осваивая сложнейшие математические знания, развивая двигательную координацию, мелкую моторику, тренируя глазомер. Занятия по конструированию стимулируют любознательность, развивают образное и пространственное мышление, активизируют фантазию и воображение, пробуждают инициативность и самостоятельность, а также интерес к изобретательству и творчеству. Перед педагогом стоит важнейшая задача — создать необходимые условия для вовлечения детей в увлекательный вид деятельности, позволяющий раскрыть потенциальные способности своих воспитанников.

Цели обучения Лего-конструированию в детском саду, конкретные задачи и приёмы

Лего-конструирование — вид продуктивной деятельности, основанный на творческом моделировании (строительные игры) с использованием широкого диапазона универсальных Лего-элементов. Использование Лего-конструкторов помогает реализовать серьёзные образовательные задачи, поскольку в процессе увлекательной творческой и познавательной игры создаются благоприятные условия, стимулирующие всестороннее развитие дошкольника в соответствии с требованиями ФГОС.

Дети, разбившись на группы, собирают конструктор

В процессе конструирования создаются благоприятные условия, способствующие всестороннему развитию дошкольников

Лего-технология — пример интеграции всех образовательных областей как в организованной образовательной деятельности, так и в самостоятельной деятельности детей. Приведём пример пересечения образовательных и воспитательных направлений в процессе детского конструирования:

  • Развитие математических способностей — ребёнок отбирает, отсчитывает необходимые по размеру, цвету, конфигурации детали.
  • Развитие речевых и коммуникационных навыков — ребёнок пополняет словарь новыми словами, в процессе конструирования общается со взрослыми, задаёт конкретные вопросы о различных предметах, уточняет их свойства.
  • Коррекционная работа — оказывает благотворное воздействие на развитие ребёнка в целом (развивается мелкая моторика, память, внимание, логическое и пространственное мышление, творческие способности и т. д.).
  • Воспитательная работа — совместная игра с другими детьми и со взрослыми помогает малышу стать более организованным, дисциплинированным, целеустремлённым, эмоционально стабильным и работоспособным, таким образом, играет позитивную роль в процессе подготовки ребёнка к школе.

Видео: логопедическое занятие с использованием Лего

Задачи Лего-методики

Младший дошкольный возраст (2–4 года):

  • учить различать и правильно называть детали Лего-конструктора «Дупло» (кирпичик, клювик, мостик, основа машины, полукруг, овал и т. д.);
  • знакомить с элементарными умственными операциями анализа построек по таким параметрам: форма, величина, цвет деталей, учить сравнивать предметы;
  • создавать простейшую конструкцию по образцу и оговорённым условиям, например, забор для фермы, гараж для машинки;
  • пополнять словарь новыми словосочетаниями: длинная (короткая), широкая (узкая) дорожка синего цвета;
  • развивать мелкую моторику и зрительную координацию в процессе крепления деталей конструктора.

Конструирование с малышами

С малышами 3–4 лет используются Лего-наборы с крупными элементами и простыми соединениями деталей

Средний дошкольный возраст (4–5 лет):

  • формировать знания о симметрии, пропорциях, понятии части и целого;
  • учить конструированию с использованием Лего-карточек;
  • запоминать и свободно использовать в речи названия Лего-деталей.

Конструирование в средней группе

В средней группе используются элементы конструктора среднего размера, применяются схемы, фото и картинки с изображениями моделей

Старшая и подготовительная группы:

  • стимулировать детское техническое творчество;
  • обучать моделированию по чертежу и собственному замыслу;
  • формировать умение самостоятельно решать технические задачи;
  • познакомить с основами компьютерного моделирования.

Конструирование в старшей группе

В работе со старшими дошкольниками можно использовать усложнённые модели из мелких деталей

Базовые идеи Лего-технологии:

  • от простого к сложному;
  • учёт возрастных и индивидуальных особенностей;
  • созидательность и результативность;
  • развитие творческих способностей;
  • комплексный подход, который предусматривает синтез обучающей, игровой, развивающей деятельности.

Особенности практического использования с учётом возраста детей:

  • С малышами 3–4 лет используются Лего-наборы с крупными элементами и простыми соединениями деталей.
  • С детьми 4–5 лет конструирование усложняется, используются элементы среднего размера, применяются более сложные варианты соединения деталей. В средней группе используются цветные фото и картинки с изображениями моделей, по которым дети должны выполнить постройку. Созидательная деятельность осуществляется по теме, образцу, замыслу и простейшим условиям.
  • В 6–7 лет для технического творчества предлагаются разнообразные виды Лего-конструкторов, от крупных с простыми соединениями элементов до самых миниатюрных со сложной техникой исполнения. В работе со старшими дошкольниками можно использовать задания в виде графических схем, усложнённые модели будущих построек, работу по замыслу, условиям, разнообразные тематические задания.

Фестиваль по конструированию

Одной из форм реализации Лего-методики является фестиваль

Формы реализации Лего-методики в детском саду:

  • Плановые занятия (10–15 минут в младшей группе, 20 минут в средней, 25–30 минут в старшей и подготовительной).
  • Индивидуальная работа педагога в паре с ребёнком или с подгруппой детей (1 раз в неделю не более 40 минут):
    • подготовка ребёнка к конкурсу;
    • работа с одарёнными или отстающими детьми.
    • воспитатель;
    • дети и родители.

    Свободная игра с конструктором

    Театрализованная игра развивает фантазию и творческие способности

    Приёмы работы с детьми на занятиях по конструированию из блочного конструктора

    В процессе обучения используются такие педагогические приёмы:

    • Вступительная беседа, с помощью которой педагог привлекает внимание к теме занятия. Например, в начале занятия в подготовительной группе педагог рассказывает увлекательную сказку о доброй птичке, с которой никто не хотел дружить из-за её большого клюва. Птичка долго печалилась, но потом узнала, что существует на свете удивительная страна под названием Лего, в которой все животные и птицы живут очень дружно. В этой чудесной стране все предметы и даже жители сделаны из маленьких деталей. Попасть туда можно только одним способом — нужно пройти через волшебный мост, который превращает любого, ступившего на него, в горсть мелких кубиков и кирпичиков. Если дети правильно соберут фигурку птички по схеме, то помогут ей ожить и преодолеть все испытания на пути в страну дружбы и счастья, в которой она сможет подружиться с крокодильчиком и обезьянкой.
    • Проблемная ситуация, которая заинтересует, активизирует мышление и вовлечёт детей в активную конструктивную деятельность. Например, под звуки музыки на воздушном шаре спускается Лего-космонавт, он приветствует детей и рассказывает свою удивительную историю. Дети узнают, что он прилетел с далёкой Лего-планеты. Во время посадки на Землю его космический корабль потерпел крушение, и теперь он не может вернуться домой. Лего-человечек просит ребят помочь ему смоделировать новую ракету, которая доставит его на родную планету.
    • Сюжетно-ролевая игра. Как правило, Лего-конструирование переходит в игровую деятельность: дети используют построенные ими модели железнодорожных станций, кораблей, машин и т. д. в ролевых играх, а также играх-театрализациях, когда ребята сначала строят декорации, создают сказочных персонажей из конструктора. Разыгрывание мини-спектаклей на Лего-сцене помогает ребёнку глубже осознать сюжетную линию, отработать навыки пересказа или коммуникации.

    Сюжетно-ролевая игра с конструктором

    Лего-конструирование часто переходит в игровую деятельность: дети используют построенные ими модели в ролевых играх

    Программа «ЛЕГО» направлена на обучение детей младшего школьного возраста основным практическим умениям и навыкам работы с конструктором « LEGO ». Она предполагает развитие у обучающихся мелкой моторики, умственных способностей, логического и творческого мышления, навыков конструирования. Объединяет в себе элементы игры и экспериментирования. Программа «ЛЕГО» относится к технической направленности. Программа соответствует стартовому уровню.

    Отличительные особенности дополнительной общеразвивающей программы

    - использование игровых приёмов на занятиях:

    контроль ЗУН посредством игровых приёмов.

    Актуальность

    Дополнительная общеразвивающая программа «ЛЕГО» актуальна тем, что раскрывает для младших школьников мир техники, способствует развитию технических способностей обучающихся, активизирует мыслительно-речевую деятельность, развивает конструкторские способности, мышление, воображение. Обучение детей легоконструированию будет способствовать начальному обучению технологии проектирования и конструирования различных механизмов и машин. В процессе обучения будет происходить тренировка мелких и точечных движений, ребята по предложенным инструкциям и схемам будут учиться анализировать, логически рассуждать.

    Программа предусматривает начальный уровень освоения конструктора «LEGO», она не требует специальной подготовки детей. По ней могут заниматься все желающие в возрасте 7-11 лет, не имеющие медицинских противопоказаний и желающие получить простейшие навыки легоконструирования.

    Педагогическая целесообразность

    Педагогическая целесообразность дополнительной общеразвивающей программы « ЛЕГО » обусловлена развитием конструкторских способностей детей через практическое мастерство. Целый ряд специальных заданий на наблюдение, сравнение, осмысление, фантазирование будут сложить для этого.

    Цель дополнительной общеразвивающей программы

    Цель : развитие интереса к техническому творчеству и формирование научно-технической ориентации у детей младшего школьного возраста средствами конструктора « LEGO ».

    Задачи дополнительной общеразвивающей программы

    - воспитать интерес к легоконструированию , сохранению личного здоровья;

    - воспитать бережное отношение к материальному имуществу учреждения;

    - воспитывать элементарные навыки общения в коллективе, взаимопомощи;

    - создать условия для формирования детского коллектива.

    - развивать у обучающихся навыки логического и конструкторского мышления, память, внимание, наблюдательность, воображение, умение творчески выполнять задания;

    - развивать коммуникативные навыки.

    - научить грамотному использованию обучающимися основных технических терминов;

    - научить навыкам легоконструирования, технологической последовательности изготовления несложных конструкций;

    - научить использовать приобретенные знания и умения для творческого решения несложных конструкторских технологических задач, правил техники безопасности;

    - научить решать развивающие головоломки: ребусы, кроссворды, шарады, анаграммы и т.д.

    Возраст обучающихся

    Программа «ЛЕГО» предназначена для детей в возрасте от 7 до 11 лет.

    В творческое объединение принимаются дети по свободному набору.

    Сроки реализации дополнительной общеразвивающей программы

    Содержание программы реализуется за 1 год обучения, что составляет в общем объеме 36 часов.

    Формы и режим занятий

    Форма обучения: очная.

    Форма проведения занятий: аудиторная.

    Форма организации занятий: групповая.

    Режим занятий: занятия проводятся 1 раз в неделю по 1 академическому часу.

    Продолжительность занятия: 45 минут.

    Ожидаемые результаты и способы их проверки

    - формирование позитивного интереса к легоконструированию, сохранению личного здоровья;

    - формирование детского коллектива, взаимопомощи.

    - развитие навыков логического и конструкторского мышления, наблюдательности, воображения, умения творчески выполнять задания;

    - овладение способностью понимать цели и задачи учебной деятельности;

    - формирование умения рационального строить самостоятельную деятельность.

    - овладение простейшими навыками легоконструирования.

    К концу обучения по данной программе обучающиеся должны знать:

    правила безопасного поведения в кабинете при работе с конструкторами;

    правила включения и выключения компьютера;

    название и значение основных клавиш клавиатуры;

    правила запуска и завершения работы компьютерной программы « Lego Wedo »;

    правила правильной посадки за рабочим местом;

    виды конструкторов, название деталей;

    простейшие основы легоконструирования и механики;

    технологическую последовательность изготовления несложных конструкций.

    К концу обучения по данной программе учащиеся должны уметь:

    -правильно сидеть за рабочим местом;

    - включать и выключать компьютер;

    - пользоваться мышью, основными клавишами клавиатуры;

    - запускать и завершать работу компьютерной программы « Lego Wedo »;

    - самостоятельно, в том числе по схемам, собирать конструкции моделей, определять количество деталей;

    - использовать приобретенные знания и умения для творческого решения несложных конструкторских задач.

    Формы подведения итогов реализации дополнительной общеразвивающей программы

    Подведение итогов реализации программы проходит в конце каждого полугодия. Итоги первого полугодия отражаются в Новогодней выставке, итоги второго – в отчетной выставке, на которых обучающиеся выставляют свои творческие конструкторские работы.

    t1604054802aa.jpg

    Дополнительная общеобразовательная общеразвивающая программа разработана в соответствии с Федеральным законом от 29.12.12 г. №273-ФЗ «Об образовании в Российской Федерации»; приказом Министерства образования и науки Российской Федерации (Минобрнауки России) от 09 ноября 2018 г. № 196 г. Москва «Об утверждении Порядка организации и осуществления образовательной деятельности по дополнительным общеобразовательным программам»; Концепцией развития дополнительного образования детей в Российской Федерации, утвержденной распоряжением Правительства РФ от 4.09.2014 г. № 1726-р; санитарно-эпидемиологическими правилами и нормативами 2.4.4.3172-14 «Требования к устройству, содержанию и организации режима работы образовательных организаций дополнительного образования детей (утв. Главным государственным санитарным врачом РФ от 04.07.2014 г. № 41); Государственной программой РФ «Развитие образования на 2013-2020 годы, утвержденной постановлением Правительства РФ от 15.04.2014 г. № 295; Стратегией инновационного развития Российской Федерации на период до 2020 года, утвержденным распоряжением Правительства РФ от 08.12.2011 года № 2227-р; Федеральной целевой программой развития образования на 2016-2020 годы, утвержденной Постановлением Правительства РФ от 23.05.2015 года № 497; Уставом ГОАУ ДО ЯО Центра детско-юношеского технического творчества.

    Современный период развития общества характеризуется масштабными изменениями в окружающем мире, влекущими за собой пересмотр социальных требований к образованию, предполагающими его ориентацию не только на усвоение обучающимся определенной суммы знаний, но и на развитие его личности, а также овладение метапредметными компетенциями. Большими возможностями в развитии личностных ресурсов школьников обладает подготовка в области робототехники.

    Эволюция современного общества и производства обусловила возникновение и развитие нового класса машин – роботов, и соответствующего научного направления – робототехники. Робототехника –интенсивно развивающаяся научно-техническая дисциплина, изучающая не только теорию, методы расчета и конструирования роботов, их систем и элементов, но и проблемы комплексной автоматизации производства и научных исследований с применением роботов.

    Настоящая дополнительная общеобразовательная общеразвивающая программа имеет техническую направленность и предусматривает развитие не только профессиональных компетенций (hard-компетенций), таких как навыки начального технического конструирования и программирования, ознакомление с основами алгоритмизации, развитие абстрактного мышления, но и универсальных компетенций (soft-компетенций) – навыков, не связанных с конкретной предметной областью, таких как развитие творческих способностей детей, изобретательности, умение работать в команде, работать с информацией.

    Вид программы: модифицированная, комплексная.

    Категория обучающихся: программа предназначена для работы с обучающимися 9-14 лет (3-7 классы общеобразовательной школы).

    Актуальность программы обусловлена социальным заказом общества на технически грамотных специалистов в области робототехники, максимальной эффективностью развития технических навыков со школьного возраста; передачей обучающимся сложного технического материала в простой доступной форме; реализацией личностных потребностей и жизненных планов; реализацией проектной деятельности школьниками на базе современного оборудования, а также повышенным интересом детей школьного возраста к робототехнике.

    Использование современных педагогических технологий, методов и приемов; различных техник и способов работы; современного оборудования, позволяющего исследовать, создавать и моделировать различные объекты и системы из области робототехники, машинного обучения и компьютерных наук, обеспечивает новизну программы.

    Педагогическая целесообразность программы.

    В процессе конструирования и программирования управляемых моделей обучающиеся получат дополнительные знания в области физики, механики и информатики, что, в конечном итоге, изменит картину восприятия ими технических дисциплин, переводя их из разряда умозрительных в разряд прикладных.

    Основные принципы конструирования простейших механических систем и алгоритмы их автоматического функционирования под управлением программируемых контроллеров, послужат хорошей почвой для последующего освоения более сложного теоретического материала.

    Отличительные особенности программы

    Занятия по данной программе могут проводиться как в очной форме, так и с применением дистанционных технологий и (или) электронного обучения.

    По данной программе в летний период может быть организована работа с обучающимися, которые проходят подготовку для участия в массовых мероприятиях, работают над индивидуальными или командными проектами, а также проявляют особый интерес к выбранному виду деятельности.

    Образовательный процесс по данной программе ведется в соответствии с годовым календарным учебным графиком на текущий учебный год, утвержденным приказом директора ГОАУ ДО ЯО ЦДЮТТ.

    1.1. Цель и задачи

    Цель: развивать технические, познавательные и творческие способности обучающихся в процессе изучения основ робототехники и проектно-исследовательской деятельности.

    1. Обучающие:

    изучить состояние и перспективы робототехники в настоящее время;

    изучить принципы работы робототехнических элементов;

    обучить владению технической терминологией, технической грамотности;

    обучить основам проектирования, моделирования, конструирования робототехнических устройств;

    изучить приемы и технологии разработки простейших алгоритмов и программирования на конструкторе LEGO MINDSTORMS Education EV3 и TETRIX;

    формировать умение пользоваться технической литературой, работать с информацией;

    обучить основам 3 D технологий.

    2. Развивающие:

    формировать интерес к техническим знаниям;

    стимулировать познавательную и творческую активность обучающихся посредством включения их в различные виды соревновательной и конкурсной деятельности;

    развивать навыки исследовательской и проектной деятельности;

    развивать у обучающихся память, внимание, логическое, пространственное и аналитическое мышление, в том числе посредством игры в шахматы и занятий прикладной математикой.

    3. Воспитательные:

    воспитывать дисциплинированность, ответственность, самоорганизацию;

    формировать чувство коллективизма и взаимопомощи, навыки командного взаимодействия.

    1.2. Ожидаемые результаты

    Первый год обучения

    В результате освоения первого года программы обучающиеся должны знать:

    правила безопасного пользования оборудованием,

    основную техническую терминологию в области робототехники и программирования;

    оборудование, используемое в области робототехники;

    основные принципы работы с робототехническими наборами и компьютерной техникой;

    основные сферы применения робототехники, мехатроники;

    соблюдать технику безопасности;

    организовывать рабочее место;

    разрабатывать простейшие системы с использованием электронных компонентов и робототехнических элементов;

    разрабатывать простейшие алгоритмы и системы управления робототехническими устройствами;

    разбивать задачи на подзадачи;

    работать в команде;

    искать, анализировать и обобщать необходимую информацию, проводить её верификацию;

    подготовить и представить грамотную презентацию для защиты проектной работы.

    Второй год обучения

    По окончании обучения по программе обучающиеся должны знать:

    теоретические основы создания сложных робототехнических устройств;

    порядок взаимодействия механических узлов робота с электронными и оптическими устройствами;

    программирование робототехнических средств;

    правила техники безопасности при работе с инструментом и электрическими приборами;

    основные технологии черчения, 3D моделирования и 3D печати.

    проводить сборку робототехнических средств с применением LEGO конструкторов и аппаратных средств на платформе Tetrix;

    создавать программы для робототехнических средств при помощи специализированных визуальных конструкторов.

    работать в команде;

    построить простейший чертеж, 3D модель детали, выполнить изделие с помощью 3D печати;

    искать, анализировать и обобщать необходимую информацию, проводить её верификацию, работать с англоязычными информационными источниками;

    подготовить и представить грамотную презентацию для защиты проектной работы, в том числе на английском языке.

    Результатом усвоения обучающимися программы по развивающему и воспитательному аспектам являются:

    устойчивый интерес к занятиям робототехникой,

    положительная динамика показателей развития познавательных способностей обучающихся (внимания, памяти, изобретательности, логического и пространственного мышления и т.д.);

    создание обучающимися творческих работ;

    активное участие в проектной и исследовательской деятельности, включенность в командные проекты;

    активное участие в соревновательной и конкурсной деятельности;

    достижения в массовых мероприятиях различного уровня;

    развитие волевых качеств личности (дисциплинированности, ответственности, самоорганизации, целеустремлённости, настойчивости в достижении поставленной цели и т.д.);

    способность продуктивно общаться в коллективе, работать в команде.

    1.3. Особенности организации образовательного процесса

    Срок реализации программы : программа рассчитана на 2 года обучения, 216 академических часов в год, из которых 144 часа посвящены занятиям в предметной области, 72 часа отводятся на развивающий блок программы.

    Режим реализации: занятия по робототехнике проводятся 2 раза в неделю по 2 академических часа (45 минут) с перерывом 5-10 минут. Занятия носят гибкий характер с учетом предпочтений, способностей и возрастных особенностей обучающихся. 1 занятие в неделю отводится на развивающий блок программы.

    Форма организации деятельности детей: творческое объединение.

    Группа обучающихся формируется из расчета не более 12 человек в первый год обучения, не более 10 человек во второй год обучения. Набор обучающихся проводится без предварительного отбора детей.

    Занятия проводятся в кабинете, оборудованном согласно санитарно-эпидемиологическим правилам и нормативам СанПиН 2.4.4.3172-14 "Санитарно-эпидемиологические требования к устройству, содержанию и организации режима работы образовательных организаций дополнительного образования детей".

    Принципы организации образовательной деятельности:

    Доступность. Предусматривает соответствие объема и глубины учебного материала уровню общего развития учащихся в данный период, благодаря чему, знания и навыки могут быть сознательно и прочно усвоены.

    Связь теории с практикой. Обязывает вести обучение так, чтобы обучаемые могли сознательно применять приобретенные ими знания на практике.

    Сознательность и активность обучения. В процессе обучения все действия, которые отрабатывает ученик, должны быть обоснованы. Нужно учить школьников критически осмысливать, и оценивать факты, делая выводы, разрешать все сомнения с тем, чтобы процесс усвоения и наработки необходимых навыков происходили сознательно, с полной убежденностью в правильности обучения. Активность в обучении предполагает самостоятельность, которая достигается хорошей теоретической и практической подготовкой и работой педагога.

    Наглядность. Объяснение техники сборки робототехнических средств на конкретных изделиях и программных продукта. Для наглядности применяются существующие видео материалы, а также материалы своего изготовления.

    Систематичность и последовательность. Учебный материал дается по определенной системе и в логической последовательности с целью лучшего его освоения. Как правило этот принцип предусматривает изучение предмета от простого к сложному, от частного к общему.

    Прочность закрепления знаний, умений и навыков. Качество обучения зависит от того, насколько прочно закрепляются знания, умения и навыки учащихся, поэтому закрепление умений и навыков должно достигаться неоднократным целенаправленным повторением и тренировкой.

    Индивидуальный подход в обучении. В процессе обучения педагог исходит из индивидуальных особенностей детей и опираясь на сильные стороны учащегося, доводит его подготовленность до уровня общих требований.

    Отличительные особенности программы

    Программа является базовой и не предполагает наличия у обучающихся навыков в области робототехники и программирования. Уровень подготовки учащихся может быть разным.

    Формирование групп первого года обучения происходит в соответствии с образовательными линиями Робоквантума:

    Линия 1 «Основы робототехники», 9-11 лет

    В конце младшего школьного возраста (и позже) проявляются индивидуальные различия: среди детей. Психологами выделяются группы "теоретиков" или "мыслителей", которые легко решают учебные задачи в словесном плане, "практиков", которым нужна опора на наглядность и практические действия, и "художников" с ярким образным мышлением. У большинства детей наблюдается относительное равновесие между разными видами мышления. Теоретическое мышление позволяет обучающемуся решать задачи, ориентируясь не на внешние, наглядные признаки и связи объектов, а на внутренние, существенные свойства и отношения.

    На данной линии необходимо ввести больше индивидуальной и групповой работы с дифференцированным подходом. Все еще преобладают наглядно-образные и практические методы преподавания с опорой на опыт ребенка.

    Линия 2 «Мехатронные робототехнические системы», 11-14 лет

    Это время самоутверждения, бурного роста самосознания, активного осмысления будущего, пора поисков. Практически все учащиеся в этом возрасте стремятся проникнуть в сущность явлений природы и общественной жизни, объяснить их взаимосвязи и взаимозависимости. Почти всегда этому сопутствует стремление выработать собственную точку зрения, дать свою оценку происходящим событиям. Самостоятельность мышления в этом возрасте приобретает определяющий характер и крайне необходима для самоутверждения личности.

    При подборе материалов и планировании занятия необходимо максимально учитывать особенности группы, включать поисковые и исследовательские методы, обязательно обучать вести диалог, дискуссию.

    Первый год обучения построен на базе образовательной программы для платформы LEGO MINDSTORMS EV3. Конструктор LEGO MINDSTORMS EV3 предоставляет обучающимся возможность приобретать важные знания, умения и навыки в процессе создания, программирования и тестирования роботов. Конструктор LEGO MINDSTORMS EV3 и программное обеспечение к нему предоставляет прекрасную возможность учиться ребенку на собственном опыте. Программное обеспечение отличается дружественным интерфейсом, позволяющим самостоятельно или с помощью встроенных уроков осваивать программирование. Важно, что при этом ребенок сам строит свои знания, а учитель в образовательном процессе выступает тьютором.

    Платформа EV3 включает в себя набор настраиваемых учебных заданий. Они поставляются в цифровом виде и легко инсталлируются в программную среду LEGO Education MINDSTORMS. Низкий порог вхождения в программную среду LEGO Education MINDSTORMS, позволяет программировать робота уже на первом занятии по робототехнике, даже самому неподготовленному учащемуся, а интуитивно понятный интерфейс облегчает эту задачу.

    Теоретическая часть обучения включает в себя знакомство с назначением, структурой и устройством роботов, с технологическими основами сборки и монтажа, основами вычислительной техники, средствами отображения информации.

    Обучение по программе «Робототехника на основе конструктора TETRIX» проводится для детей второго года обучения. Программа ориентирована на детей, умеющих программировать в среде разработки RobotC. Программа может быть скорректирована в зависимости от возраста учащихся, их знаний и умений. Конструктор TETRIX включает в себя все необходимое для создания металлических роботов, которые могут управляться микрокомпьютером LEGO MINDSTORMS EV3. Использование этого набора является следующим этапом в изучении робототехники после конструкторов LEGO MINDSTORMS EV3 и рассчитано на детей второго года обучения.

    TETRIX– робототехнический конструктор нового поколения, который позволяет перевести процесс создания робота на новый качественный уровень с практически неограниченными возможностями.

    LEGO TETRIX предоставляет идеальную платформу для создания гибкого и творческого проекта робота. На ее основе можно построить робота с дистанционным управлением или, используя микрокомпьютер EV3 и датчики, создать автономного робота.

    К основным отличительным особенностям настоящей программы можно отнести:

    кейсовую систему обучения;

    обучение проектной деятельности;

    направленность на развитие soft-компетенций.

    Каждый кейс составляется в зависимости от темы и конкретных задач, которые предусмотрены программой, с учетом возрастных особенностей детей, их индивидуальной подготовленности, и состоит из теоретической и практической части.

    Содержание практических работ и виды проектов могут уточняться, в зависимости от наклонностей учащихся, наличия материалов, средств и др. Модели собираются либо по технологическим картам, либо в силу фантазии обучающихся. По мере освоения проектов проводятся соревнования роботов, созданных индивидуально или группами.

    В программу включен развивающий блок , в который входят занятия по освоению обучающимися таких дисциплин как прикладная математика, шахматы, основы проектной деятельности, 3 D технологии, английский язык.

    В рамках занятий по данной программе учащиеся в интересной форме получат знания по прикладной математике, изучат правила игры в шахматы, основные этапы проектной деятельности, что позволит развить память, логику, пространственное и критическое мышление, научит их анализировать и нестандартно мыслить, поможет выработать способность к концентрации внимания, умение быстро и правильно принимать решения в меняющейся обстановке, подготовит ребят к участию в проектно-исследовательской работе.

    Занятия техническим английским языком необходимы обучающимся второго года обучения для работы с технической литературой и другими информационными источниками на английском языке в ходе подготовки проектных работ, а также участия в конференциях (в том числе международных) со своими проектами, знания в этой области призваны помочь ребятам подготовить грамотную презентацию своих проектных работ.

    Для работы обучающихся Робоквантума по кейсовым и проектным методикам необходимо формирование у них основных знаний и умений в области технологий черчения, 3D конструирования и моделирования. Занятия по этому направлению подготовят обучающихся к применению современных технологий как инструмента для решения практических проектно-исследовательских задач.

    Читайте также: