Задачи для лего роботов

Обновлено: 24.04.2024

Состав учебной группы: 15 человек: 15 мальчиков, возраст обучающихся 11-12 лет.

Степень сложности: средняя

Тип занятия: изучение и первичное закрепление новых знаний.

Межпредметные связи: информатика, технология, физика, математика.

Форма учебного занятия: комбинированная

Форма обучения: групповая, фронтальная

ознакомление с робототехникой с помощью образовательного набора LEGO Mindstorms EV3 (LEGO Education Mindstorms EV3);
систематизация знаний по теме « Циклы » (на примере работы Роботов LEGO Mindstorms EV3 );
усвоение понятий исполнитель, алгоритм, циклический алгоритм, свойства циклического алгоритма, дать представление о составлении простейших циклических алгоритмов в среде LEGO Education.
В ходе занятия, обучающиеся должны продемонстрировать следующие результаты в виде универсальных учебных действий:

Регулятивные:
систематизировать и обобщить знания по теме «Алгоритмы» для успешной реализации циклического алгоритма работы собранного робота;
Научиться программировать роботов с помощью программы LEGO Education Mindstorms EV3.
Познавательные:
Изучение робототехники, создание собственного робота, умение программировать с помощью программы для LEGO Mindstorms EV3;
э кспериментальное исследование, оценка (измерение) влияния отдельных факторов .
Коммуникативные: развить коммуникативные умения при работе в группе или команде.
Личностные: развитие памяти и мышления, возможность изучения робототехники на старших курсах.

Оборудование : мультимедиа проектор, конструктор LEGO Mindstorms EV3 45544 (5 шт.), в набор которого входят 541 элемент, включая USB ЛЕГО-коммутатор, 2 больших сервомотора, датчик ультразвуковой, датчик цвета, датчик касания.

Организационный момент (2 мин)
Повторение теоретического материала предыдущего занятия (10 мин)
Практическая работа: разработка алгоритма для робота (23 мин)
Подведение итогов занятия. Рефлексия (3 мин)

Задача данного занятия - познакомить вас с конструктором Lego mindstorms. Научить программировать их под определенные задачи, разобрать с вами базовые решения наиболее распространенных задач.

Группа деталей служит для соединения балок между собой, с блоком и датчиками. Детали, имеющие крестообразное сечение, называются осями (иногда штифтами) и служат для передачи вращения от моторов к колесам и шестерням.

II. Повторение теоретического материала предыдущего занятия

Учитель : Каждый из нас ежедневно использует различные алгоритмы: инструкции, правила, рецепты и т.д. Обычно мы это делаем не задумываясь. Например, вы хорошо знаете, как посадить картофель. Но допустим, нам надо научить этому младшего брата или сестру. Значит, нам придется четко указать действия и порядок их выполнения.

Что это будут за действия и какой их порядок?

Учащиеся составляют правило посадки деревьев.

Выкопать ямку.
Опустить в ямку картофель.
Засыпать ямку с картофелем землей.
Полить водой.
Перейти дальше.
Выкопать ямку.
Опустить в ямку картофель.
И т.д.

Теперь давайте ответим на следующие вопросы:

Чем характеризуется циклический алгоритм?
Для чего нужны циклические алгоритмы?
Какими свойствами обладают циклические алгоритмы?
Как исполнитель реализует циклический алгоритм?

Обучающиеся отвечают на предложенные вопросы, а учитель демонстрирует правильные ответы на слайдах.

III. Практическая работа: разработка циклического алгоритма для робота

Теперь давайте обратимся к нашим роботам (на данном занятии это «трехколесные боты с установленным маркером для рисования на поле», созданные по инструкции), которые мы собирали на прошлом занятии.

Попробуем в специальной программе составить циклический алгоритм, который они будут исполнять с помощью вот таких команд:

Повторение действия или набора действий

Пауза (в секундах)

Задание 1: написать линейный алгоритм, с помощью которого робот будет двигаться по прямой и поворачивать на угол (90 градусов).

Сначала определим, какие команды нам понадобятся, в какую сторону должен крутить мотор, промежуток времени работы мотора и последовательность выполнения команд.

Примечание: время работы мотора в каждом отдельном случае будет разное, в зависимости от требуемого угла поворота подбираются значения работы мотора (время/мощность).

Задание 2: изменить созданный линейный алгоритм на циклический (возможно задать количество повторений цикла).

Примечание: Проанализировать какую геометрическую фигуру нарисует робот маркером на поле. (Будет нарисован квадрат)

Задание 3: изменить алгоритм (изменяя параметры движения вперед, НО! не изменяя угол поворота, и зациклив робота на конечное число повторений тела цикла - 4) и посмотреть какую фигуру будет рисовать робот. Пример:

Описание действий: проехать вперед 2 секунды, повернуть на угол 90 градусов, проехать вперед 4 секунды, повернуть на угол 90 градусов. В итоге получится прямоугольник.

Примечание: Проанализировать какую геометрическую фигуру нарисует робот маркером на поле. (Будет нарисован прямоугольник)

Задание 4: изменить алгоритм на свое усмотрение (изменяя параметры движения вперед и изменяя угол поворота, и зациклив робота на бесконечное число повторений тела цикла) и посмотреть какие фигуры будет рисовать робот. Поговорить с ребятами о термине «геометрический узор». Например:

Проанализировать получившиеся фигуры. Обратить внимание на алгоритм для каждой из них. Скорее всего, у каждой группы учеников получится какой-то свой узор.

IV. Подведение итогов урока. Рефлексия.

Итак, ребята, давайте подведем итоги нашей работы.

Какой вид алгоритмов мы с вами сегодня рассмотрели на практике?
Какими свойствами обладает циклический алгоритм?
Какие задачи можно реализовывать с помощью циклических алгоритмов?

Спасибо за занятие! До свидания, ребята.

Список использованного УМК:

Инструкция для работы с комплектом LEGO Mindstorms EV3 45544.
Вязовов С.М., Калягина О.Ю., Слезин К.А. Соревновательная робототехника: приемы программирования в среде EV3: учебно-практическое пособие. – М. Издательство «Перо», 2014 г.
Программа LabView для комплектов Lego EV3 45544.
Интернет-ресурсы.

По теме: методические разработки, презентации и конспекты

Задания по начальному программированию роботов Lego Mindstorms EV3 - начальная страница

Разработанные задания помогают учащимся приобрести первичные навыки программирования роботов Lego Mindstorms EV3. Методическая разработка состоит из 16 файлов формата PNG объёмом 2,6 МБ. Такой объём ф.

Обращаем Ваше внимание, что в соответствии с Федеральным законом N 273-ФЗ «Об образовании в Российской Федерации» в организациях, осуществляющих образовательную деятельность, организовывается обучение и воспитание обучающихся с ОВЗ как совместно с другими обучающимися, так и в отдельных классах или группах.

Обращаем Ваше внимание, что c 1 сентября 2022 года вступают в силу новые федеральные государственные стандарты (ФГОС) начального общего образования (НОО) №286 и основного общего образования (ООО) №287. Теперь требования к преподаванию каждого предмета сформулированы предельно четко: прописано, каких конкретных результатов должны достичь ученики. Упор делается на практические навыки и их применение в жизни.

Мы подготовили 2 курса по обновлённым ФГОС, которые помогут Вам разобраться во всех тонкостях и успешно применять их в работе. Только до 30 июня Вы можете пройти дистанционное обучение со скидкой 40% и получить удостоверение.

Столичный центр образовательных технологий г. Москва

Получите квалификацию учитель математики за 2 месяца

от 3 170 руб. 1900 руб.

Количество часов 300 ч. / 600 ч.

Успеть записаться со скидкой

Форма обучения дистанционная

Всероссийский Конкурс исследовательских проектов,

выполненных школьниками при научном консультировании

ученых Международной ассоциации строительных вузов

Воронежский государственный технический университет

Номинация 9 классы

Тема проекта: «Практическая математика с LEGO – роботом»

Дудецкий Дмитрий Олегович, (ученик 9 «Б» класса)

Головской Дмитрий Сергеевич, (ученик 9 «Б» класса)

МБОУ Калачеевская СОШ № 6, г. Калач

Руководитель: учитель математики СОШ №6, г. Калач

Кашкина Антонина Владимировна

Глазкова Мария Юрьевна, к.ф.-м.н.,

доцент кафедры прикладной математики и механики

Перечень ключевых слов: робототехника, конструктор Lego Minstorms EV3, скорость, расстояние, время, угол поворота, траектория, диаметр, длина окружности, средняя скорость.

Дудецкий Дмитрий Олегович, Головской Дмитрий Сергеевич, МБОУ Калачеевская СОШ № 6, г. Калач, 9 «Б» класс

«Практическая математика с LEGO – роботом»

Руководитель : Кашкина Антонина Владимировна, учитель математики МБОУ Калачеевская СОШ №6.

Научный консультант : доцент кафедры высшей математики ВГТУ, к.ф.-м.н. Глазкова Мария Юрьевна

Цель научной работы : связать теоретические знания, полученные на уроках математики, физики, информатики с реальным миром, опираясь на применение собственного опыта в робототехнике.

Методы проведенных исследований : моделирование, конструирование, поисковый метод, анализ и сравнение данных.

Основные результаты научного исследования (научные, практические)

Представленный нами исследовательский проект по математике «Практическая математика с LEGO – роботом» демонстрирует, как можно применять изучаемые на уроках теоретические положения для анализа и объяснения реальных объектов и явлений для решения практических задач, с которыми человек сталкивается в жизни. В нашей работе мы доказали, что понимание теории невозможно без связи её с практикой. При помощи робототехники учащиеся развивают образное мышление, выражают свой замысел в конструкциях. С проектом может познакомиться любой желающий. Данный проект может использоваться во внеурочной работе по математике.

2.1 Немного из истории развития робототехники………………………5-7

2.2 Робототехника в современной школе ………………………………7

2.3 Исследование. Задачи с применением LEGO – робота……………7-15

III. Заключение. 15

IV . Список использованной литературы… ……………………………………16

I. Введение.

Мы обучаемся в современной образовательной школе и с интересом посещаем уроки, которые проходят в технически оснащенных кабинетах. Особенно мы любим, посещать кабинет робототехники, где мы решаем различные задачи, связанные с конструированием. Мы — поколение XXI века. Теоретические знания о процессах в реальном мире, которые обучающиеся получают на уроках математики, физики, информатики, порой очень трудно воспринимать, представлять. Но теперь на помощь пришел наш друг LEGO робот. Занятия по робототехнике способствуют формированию и закреплению выбора единиц измерения различных величин - массы, длины, скорости, времени и т.д. при решении практических задачи по математике, физике. Работая над проектом, мы неоднократно обращались к литературе.

Я, Головской Дмитрий, при составлении программы для движения робота по траектории правильных многоугольников, изучил материалы статьи Тарапата, В. В. «Пять уроков по робототехнике» из журнала «Информатика», издательство «Первое сентября». Эта статья помогла мне перейти от стандартного ПО для роботов к более функциональным и сложным языкам программирования, используемых для Lego MINDSTORMS.

Я, Дудецкий Дмитрий, использовал учебное пособие Власовой О.С. «Технологии образовательной робототехники как средство освоения предметной области «Математика и информатика»», которое помогло нам отобрать задачи практического содержания с применением робота Lego MINDSTORMS. Много интересного мы узнали из книги Никитиной Т.В. «Образовательная робототехника как направление инженерно-технического творчества школьников». В своей исследовательской работе мы познакомим вас с нашими экспериментами, моделями и покажем область их применения в школе.

Объекты исследования : Математические задачи и робототехника.

Предмет исследования: Робот LEGO MINDSTORMS EV3 .

Цель работы: связать теоретические знания, полученные на уроках математики, физики, информатики с реальным миром, опираясь на применение собственного опыта в робототехнике.

Актуальность проекта заключается в возможности практического применения результатов моделирования роботов и прямого применения их технических характеристик для решения практических задач на уроках математики. Робототехника в школе представляет ученикам технологии двадцать первого века, содействует формированию их коммуникативных способностей, формирует навыки взаимодействия, самостоятельности при принятии решений, раскрывает их творческие возможности. Учащиеся лучше понимают, когда они что-либо изобретают сами.

В процессе работы нами были выделены следующие задачи исследования:

1. Проанализировать и проработать литературу по теме исследования.

2. Выявить возможности применения робототехники на уроках математики.

3. Подготовить и решить практические задачи с использованием LEGO – робота.

Гипотеза: Применение робототехники на уроках математики помогает осознать зависимость между математическими объектами.

Методы исследования:

· Анализ теоретической литературы;

· Сопоставление полученных данных;

· Выполнение и оформление научно-исследовательской работы с применением проектной технологии.

1. Методы работы. Изучение литературы по робототехнике. Описание полученных данных. Моделирование, конструирование.

Основные результаты исследования: Представленный нами исследовательский проект по математике «Практическая математика с LEGO – роботом» демонстрирует, как можно применять изучаемые на уроках теоретические положения для анализа и объяснения реальных объектов и явлений при решении практических задач, с которыми человек сталкивается в жизни. В нашей работе мы доказали, что понимание теории невозможно без связи её с практикой. При помощи робототехники учащиеся развивают образное мышление, выражают свой замысел в конструкциях. С проектом может познакомиться любой желающий. Данный проект может использоваться во внеурочной работе по математике.

Социальная значимость проекта: Опыт применения робототехники в нашей школе способствует заинтересованности детей не только техникой, но и наукой, в том числе математикой, физикой, информатикой. У учащихся развивается мышление, логика, алгоритмические способности, которые нужны современной молодежи. Мы заинтересовываем младших школьников современной образовательной наукой – робототехникой, для того, чтобы они развивали наблюдательность, креативность мышления.

II. Основная часть

2.1 Немного из истории развития робототехники.

С древних веков люди задумывались о создании механических машин, способных выполнять тяжелую работу. В мифах есть упоминания о создании Гефестом механических рабов, выполняющих работу за своего хозяина. Греческий математик Архита из Тарентума построил механического голубя около 400 года до н.э. Голубь летал при помощи пара.

Рис.1. [6]

Первый чертеж человекоподобного робота выполнил Леонардо да Винчи в 1495 году. Найдены эти факты только в 1950 году, в которых содержались чертежи рыцаря, способного двигать руками и головой.

Рис2. [6]

Специалисты из NASA использовали эти находки Леонардо для создания робота при подготовки экспедиций на Луну .

Рис.3. [6]

К концу Х I Х века инженер из России Чебышев Пафнутий сконструировал стопоход, который обладал высокой проходимостью, хотя это изобретение не представляло пользы для человечества, но дало толчок к развитию робототехники.

Первые программируемые манипуляторы появились в США в 1930 году. Это были работы Генри Форда по созданию автоматизированной производственной линии или конвейера.

. Рис.4. [6]

Впервые мир услышал о серьезном роботе 18 мая 1966 года, Главный конструктор машиностроительного завода Григорий Николаевич Бабкин в Химках подписал головной том аванпроекта Е8. Это был «Луноход-1»- это первый в истории аппарат, который успешно покорил лунную поверхность 17 ноября 1970 года. [6]

2.2. Робототехника в современной школе

Робототехника - (от робота и техника; анг. robotics )- прикладная наука, занимающаяся разработкой автоматизированных технических систем. [2, 10-11]

Робототехника - одно из самых передовых направлений науки и техники. Образовательная робототехника является новым междисциплинарным направлением обучения, воспитания и развития детей. Она объединяет знания о физике, математике и ИКТ. В кабинете робототехники нашей школы занимаются многие учащиеся. Их объединяет интерес к технике и точным наукам. Младшие школьники используют конструктор LEGO WEDo, состоящий из стандартных деталей LEGO, а также набора датчиков и приводов, подключаемых к USB . В старшей школе обучающиеся используют конструктор LEGO MINDSTORMS, состоящий из стандартных деталей LEGO (планки, оси, колеса, шестерни), сенсоров, двигателей и программируемого блока EV3. [3,12]

Важным достоинством LEGO MINDSTORMS является его простота и гибкость, при помощи его мы можем сконструировать и программировать робота для решения практических задач по математике

Рис.5

2.3 Исследование. Практические задачи с применением LEGO – робота .

В своем исследовании мы подобрали задачи, которые решали на уроках математики. Это задачи базового уровня, также задачи повышенного уровней, изучаемые в старших классах. Робототехника может помочь ученикам в изучении абстрактных формул, математических законов. Над проектом работали сообща. Каждый из нас создал своего робота для решения определенных задач. Для этого, мы встретились с учителями начальных классов, нашим учителем, которые помогли нам отобрать задачи с применением робототехники. Итак, рассмотрим типы таких задач.

Задачи, применяемые в начальной школе.

Для начальной школы разработана специальная серия роботов LEGO Education WeDo.

Задача 1. Нахождение периметра и площади четырехугольника .

Рис.6

Понятия периметра и площади важные при решении практических задач. Обучающиеся часто ошибаются в единицах измерения. Поэтому при помощи стандартных деталей LEGO выкладываем четырехугольник со сторонами 4 и 4. Используем то, что кубик с 4 шипами равняется 1 кв. см. После этого закладываем наш квадрат кубиками с 4 шипами, сколько кубиков затратили тому и равна площадь. Также площадь можно определить по количеству рядов, в которые выстроены кубики (длину умножить на ширину или 4х4). В данном случае 16 кв. см.

Для нахождения периметра прямоугольника составляем его контур. После этого выкладываем все стороны прямоугольника в один ряд, линейкой измеряем длину получившейся линии. Сколько см получится это и будет периметром нашего прямоугольника, в данном случае 16 см

Периметр – это сумма всех сторон прямоугольника, периметр можно получить, обходя вокруг фигуры - её контур.

Площадь - это произведение длины и ширины прямоугольника, площадь находится путем пересчета всех «кирпичиков». Еще показываем важное понятие- полупериметр.

Вывод: Младшие школьники получают наглядное понятие периметра и площади, их единиц измерения. Они всегда смогут объяснить, чем отличается периметр от площади.

Задания для учащихся 5-7 класса

Задача 2 Нахождение скорости робота. Понятие средней скорости движения

Рис.7,8

Составьте программу для движения робота в течение 5 с, 8 с, 10 с, 14 с. Определите расстояние, которое проедет робот за указанное время. Результаты исследования запишите в таблицу.

Столичный центр образовательных технологий г. Москва

Получите квалификацию учитель математики за 2 месяца

от 3 170 руб. 1900 руб.

Количество часов 300 ч. / 600 ч.

Успеть записаться со скидкой

Форма обучения дистанционная

Министерство образования Республики Саха (Якутия)
Муниципальное казенное учреждение «Управление образования»
муниципального образования «Кобяйский улус (район)»

МКОУ-Ситтинская СОШ имени В.Е. Колмогорова

УЧЕБНО–МЕТОДИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ

«РОБОТОТЕХНИКА»

Для MINDSTORMS Education EV 3»

приложение к дополнительной образовательной программе

РУКОВОДИТЕЛЬ КРУЖКА: Дьяконов Н.Н
учитель физики и информатики

Раздел 1. Введение в образовательную робототехнику

1.2 Введение в образовательную робототехнику

Раздел 2. Базовый набор LEGO MINDSTORMS Education EV3

2.1. Компоненты базового набора

2.2. Система программирования LEGO MINDSTORMS Education EV3

Раздел 3. Практические задания для самостоятельного выполнения

3.1 Вездеход «Тундра»

3.2 Сортировщик шариков

3.5 Вездеход 4 WD

3.6 Робот кресло

3.7 Робот мусорная корзина

3.8 Робот на Треножере

3.9 Амфибия СЛ -007

4. Ожидаемый результат

7. Список использованной литературы.

1.1 ВВЕДЕНИЕ

Учебно-методические материалы (приложение к дополнительной образовательной программе «Робототехника») разработаны для руководителей кружков по робототехнике и предназначена для формирования практических умений и навыков использования базового набора LEGO MINDSTORMS Education EV 3 v 45544.

Учебно-методические материалы документ, фотографии, иллюстрации, проекты детей, доклады и другие графические материалы для самостоятельного выполнения.

Современный человек участвует в разработке, создании и потреблении огромного количества артефактов: материальных, энергетических, и нформационных. Соответственно, он должен ориентироваться в окружающем мире как сознательный субъект, адекватно воспринимающий появление нового, умеющий ориентироваться в окружающем, постоянно изменяющемся мире, готовый непрерывно учиться. Понимание феномена технологии, знание законов техники, позволит младшему школьнику соответствовать запросам времени и найти своё место в современной жизни. Особенно важно не упустить имеющийся у младшего школьника познавательный интерес к окружающим его рукотворным предметам, законам их функционирования, принципам, которые легли в основу их возникновения.

Программа «Робототехника» предназначена для того, чтобы положить начало формированию у учащихся начальной школы целостного представления о мире техники, устройстве конструкций, механизмов и машин, их месте в окружающем мире. Реализация данного курса позволяет стимулировать интерес и любознательность, развивать способности к решению проблемных ситуаций умению исследовать проблему, анализировать имеющиеся ресурсы, выдвигать идеи, планировать решения и реализовывать их, расширить технический и математический словари ученика.

Кроме этого, реализация этого курса в рамках начальной школы помогает развитию коммуникативных навыков учащихся за счет активного взаимодействия детей в ходе групповой проектной деятельности.
Курс разработан для учащихся групп начальной школы.
Учащиеся, работая по инструкциям и заданиям учителя, испытывают собранные модели и анализируют предложенные конструкции. Далее они выполняют самостоятельную работу по теме, предложенной учителем. Помощь учителя при данной форме работы сводится к определению основных направлений работы и к консультированию учащихся.
Самостоятельная работа выполняется учащимися в форме проектной деятельности, может быть индивидуальной, парной и групповой. Выполнение проектов требует от детей широкого поиска, структурирования и анализирования дополнительной информации по теме.

Занятия направления «Робототехника» представляют уникальную возможность для детей младшего школьного возраста освоить основы робототехники, создав действующие модели роботов Mindstorms WEDO и Mindstorms ev 3 45544 .

Благодаря датчикам поворота и расстояния, созданные конструкции реагируют на окружающих мир. С помощью программирования на персональном компьютере ребенок наделяет интеллектом свои модели и использует их для решения задач, которые, по сути, являются упражнениями из курсов математики, информатики.

Программа «Робототехника»рассчитана на 9 час в неделю на протяжении всего учебного года.

Успешность изучения «Робототехника» обеспечивает результативность обучения начальной школы.

На современном этапе экономического и социального развития общества по требованиям ФГОС образования должно быть ориентировано на:

Ø формирование у подрастающего поколения адекватной современному уровню знаний картины мира;

Ø обеспечение самоопределения личности;

Ø создание условий для самореализации личности;

Ø формирование человека, интегрированного в современное общество и нацеленного на совершенствование этого общества;

Ø воспроизводство и развитие кадрового потенциала общества.

Новизна: заключается в изменении подхода к обучению ребят, а именно – внедрению в образовательный процесс новых информационных технологий, побуждающих учащихся решать самые разнообразные логические и конструкторские проблемы

Актуальность: в связи с современным глобальным развитием компьютеризации и роботизации данная дополнительная образовательная программа является актуальной.

Цель программы:

Ø организация внеурочной деятельности детей, раскрытие их творческого потенциала с использованием возможностей робототехники и практическое применение учениками знаний, полученных в ходе работы по курсу, для разработки и внедрения инноваций в дальнейшей жизни, воспитание информационной, технической и исследовательской культуры.

Задачи программы:

Ø развитие интереса к научно-техническому творчеству, технике, высоким технологиям;

Ø развитие алгоритмического и логического мышления;

Ø развитие способности учащихся творчески подходить к проблемным ситуациям и самостоятельно находить решения;

Ø умение выстраивать гипотезу и сопоставлять ее с полученным результатом;

Ø воспитание интереса к конструированию и программированию;

Ø овладение навыками научно-технического конструирования и моделирования;

Ø развитие обще учебных навыков, связанных с поиском, обработкой; информации и представлением результатов своей деятельности;

Ø формирование навыков коллективного труда;

Ø развитие коммуникативных навыков;

Ø робототехника помогает совместно обучаться в рамках одной бригады;

Ø распределять обязанности в своей бригаде;

Ø проявлять повышенное внимание культуре и этике общения;

Ø проявлять творческий подход к решению поставленной задачи;

Ø создавать модели реальных объектов и процессов;

Ø видеть реальный результат своей работы позволяет учащимся.

Просветительно- досуговая работа:

Ø основной задачей просветительной и досуговой работы является: знакомство детей с творчеством ведущих конструкторов, с историей развития роботов, развитие электронного творчества, формирование нравственных и эстетических взглядов, мировоззрения, расширение общего кругозора, развитие культуры общения.

Структура и содержание программы.

В программе «Робототехника»включены содержательные линии:

- аудирование (А)- умение слушать и слышать, т.е. адекватно воспринимать инструкции.

- чтение (Ч) – осознанное самостоятельное чтение языка программирования.

- говорение (Г) – умение участвовать в диалоге, отвечать на заданные вопросы, создавать монолог, высказывать свои впечатления.

- пропедевтика (П) – круг понятий для практического освоения детьми с целью ознакомления с первоначальными представлениями о робототехнике и программирование.

- творческая деятельность(Т)- конструирование, моделирование, проектирование.

В структуре изучаемой программы выделяются следующие основные разделы - «Конструирование» и «Программирование».

Курс носит сугубо практический характер, поэтому центральное место в программе занимают практические умения и навыки конструирования и работы на компьютере.

Изучение каждой темы предполагает выполнение небольших проектных заданий, реализуемых с помощью изучаемых технологий.

Программа предусматривает проведение занятий во внеурочной деятельности с нетрадиционными формами обучения (игровые упражнения, творческие упражнения, создание проектов).

Форма промежуточной аттестации – обобщающий урок рефлексии и защита проектов.

Основные методы обучения , применяемые в прохождении программы в начальной школе:

Образовательная робототехника — современный подход к организации детского технического творчества. Робототехника вошла в мир в 60-е годы как одно из передовых направлений машиностроения. Ее фундаментом были механика и вычислительная техника, электроника и энергетика, измерительная техника, теория управления и многие другие, научные и технические дисциплины. В начале XXI века робототехника и мехатроника пронизывают все без исключения сферы экономики. Высокопрофессиональные специалисты, обладающие знаниями в этой области, необычайно востребованы. Готовить таких специалистов, с учетом постоянного роста объемов информации, необходимо со школьной скамьи.

Таким образом, для допрофессиональных ступеней образования востребовано и перспективно обучение, направленное на формирование и развитие конструкторских, исследовательских, технико-ориентированных компетенций обучаемых. При этом, одним из принципов построения методической системы допрофессиональной подготовки должен являться принцип преемственности при продвижении по этапам обучения.

Введение:

Наше третье занятие мы посвятим изучению вычислительных возможностей модуля EV3 и разберем примеры практических решений задач на вычисление траектории движения. Снова запускаем среду программирования Lego mindstorms EV3, загружаем наш проект lessons.ev3 и добавляем в проект новую программу - lesson-3-4. Добавлять новую программу в проект мы научились с вами на предыдущем уроке.

3.1. Красная палитра – операции с данными

Программные блоки, необходимые для выполнения различных операций над числовыми, логическими или текстовыми данными, сосредоточены в красной палитре среды программирования Lego mindstorms EV3. Красная палитра содержит 10 программных блоков. В отличие от зеленой палитры - с программными блоками красной палитры мы будем знакомиться постепенно, по мере продвижения по курсу программирования и возникновения необходимости в новых программных конструкциях.

Рис.1

3.2. Числовые значения. Блок "Константа", блок "Переменная"

Среда программирования Lego mindstorms EV3 позволяет нам обрабатывать в своих программах пять различных типов данных:"Текст", "Числовое значение", "Логическое значение", "Числовой массив", "Логический массив". В сегодняшнем уроке мы научимся оперировать с числовыми данными. Тип данных "Числовое значение" позволяет нам выполнять различные математические операции над числами. Числа в программе могут быть как положительными, так и отрицательными, быть целыми значениями или содержать десятичную дробь. Примеры: -15; 3,145; 8; -247,34.

Перед тем, как начать обрабатывать различные типы данных в наших программах, нам надо научиться их создавать и хранить. Для этих целей среда программирования Lego mindstorms EV3 предоставляет два вида программных блоков: "Переменная" и "Константа". Эти блоки позволяют создать в памяти робота специальные ячейки, позволяющие записывать, извлекать и редактировать различные типы данных. Программный блок "Константа" (Рис. 2) позволяет создавать ячейку памяти для хранения одного из пяти типов данных (Рис. 2 поз. 1). Требуемое значение записывается в ячейку на этапе создания программы (Рис. 2 поз. 2) и остается неизменным во время выполнения всей программы. Для получения значения, записанного в блок "Константа" используется "Вывод" (Рис. 2 поз. 3). Подробнее с извлечением данных из программных блоков мы познакомимся ниже при решении практической задачи Урока №3.

Рис. 2

В отличие от программного блока "Константа" - в блоке "Переменная" присутствуют два режима "Считывание" и "Записать" (Рис. 3 поз. 1). Перед первым использованием необходимо задать имя переменной, выбрав параметр блока "Добавить переменную" (Рис. 3 поз. 2). Имя переменной может содержать только заглавные и строчные буквы латинского алфавита, цифры, а также символы _ и -. Задать значение переменной можно, записав или передав число в параметр "Значение" (Рис. 3 поз. 3).

Рис. 3

3.3. Блок математика, блок округление

Для выполнения математических вычислений служит программный блок "Математика". Он позволяет выполнить выбранную математическую операцию (Рис. 4 поз. 1) над двумя числами, заданными параметрами "a" и "b". В режимах "Абсолютная величина" и "Квадратный корень" для вычисления доступен только один параметр "a".

Рис. 4

Отдельно следует остановиться на режиме "Дополнения". В этом режиме количество параметров для расчета увеличивается до четырех: "a", "b", "c" и "d". В параметр "Уравнение" (Рис. 5 поз. 1) можно вписать любую произвольную формулу, производящую вычисления с этими параметрами.

Рис. 5

Иногда возникает необходимость произвести округление результата вычисления. Например: при отладке программы, можно выводить на экран модуля EV3 округленные промежуточные расчеты, чтобы легче было визуально контролировать ход выполнения программы. Для этого предназначен программный блок "Округление" (Рис. 6). Режимы "До ближайшего", "Округлить к большему" и "Округлить к меньшему" производят округление до целого значения. В режиме "Отбросить дробную часть" можно задать количество остающихся знаков дробной части после запятой.

Рис. 6

3.4. Примеры выполнения вычислений в программе

Настало время применить полученные знания на практике.

Задача №4: необходимо написать программу прямолинейного движения для проезда роботом расстояния в 1 метр.

Решение:

За один полный оборот мотора робот проезжает расстояние, равное длине окружности колеса. Это расстояние можно найти, умножив число Пи (=3,14159) на диаметр колеса. Диаметр колеса из образовательного набора Lego mindstorms EV3 равен 56 мм, а - из домашнего набора Lego mindstorms EV3 равен 43,2 мм. Если переведем расстояние в 1 метр в миллиметры (1000 мм) и разделим на расстояние, которое робот проходит за один оборот мотора, то узнаем: сколько оборотов мотора необходимо для проезда всего заданного расстояния.

Рис. 7

Приступим к созданию программы:

Используя программный блок "Константа", заведем в программу постоянное число Пи, равное примерно 3,14159.
Используя программный блок "Переменная", создадим в программе переменную D и занесем в нее значение диаметра колеса в зависимости от используемого конструктора (если вы использовали другие колеса, то самостоятельно измерьте диаметр и внесите значение в программный блок).
Используя программный блок "Математика", умножим значение блока "Константа" на значение переменной D. Для передачи значения из переменной D в программный блок "Математика" используем второй программный блок "Переменная" в режиме "Считывание"! (Для передачи значений между программными блоками используются шины данных. Чтобы установить шину данных, необходимо "потянуть" выходной параметр одного программного блока и "присоединить" его к входному параметру другого программного блока)
Используя программный блок "Математика", разделим значение пути (1000 мм) на значение, полученное в шаге 3.
Полученное в шаге 4 значение. округлив до двух знаков после запятой, выведем на экран модуля EV3.
Полученное в шаге 4 значение подадим в параметр "Обороты" блока "Рулевое управление".

Загрузим полученную программу в нашего робота. Поставим робота на ровную свободную площадку и запустим программу. Измерив расстояние, пройденное роботом, убедимся в правильности нашей программы!

Задача №5: необходимо написать программу, рассчитывающую значение параметра "Градусы" для разворота нашего робота (Урок №2, Задача №1)

Данная задача имеет сходство с предыдущей - нам только требуется найти расстояние, которое должны проехать колеса нашего робота. Для того, чтобы наш робот развернулся на 180 градусов - необходимо, чтобы правое и левое колеса, проехав определенный путь по окружности, поменялись местами. Как видим из Рис. 8 - каждое колесо при этом проедет ровно половину окружности с диаметром, равным расстоянию между центрами колес (красная линия на Рис. 8). Подходящей линейкой померяем расстояние между центрами колес. Для робота, собранного по инструкции small-robot-45544, это расстояние равно 120 мм. Следовательно, умножив это значение на число Пи (3,14159) и разделив на 2, мы найдем расстояние, которое должно проехать каждое из колес нашего робота. Как найти соответствующее этому расстоянию число оборотов мотора - мы разобрали в Задаче 4 данного урока. Для того, чтобы перевести полученное число оборотов в градусы - вспомним соотношение: 1 оборот мотора = 360 градусов. Следовательно, если мы, воспользовавшись программным блоком "Математика", умножим полученное значение оборотов на 360 и подадим результат в параметр "Градусы" программного блока "Независимое управление моторами" (Урок №2 Рис.7 поз. 2), то решим требуемую задачу.

Рис. 8

Попробуйте написать программу для решения задачи №5 самостоятельно, не подглядывая в решение!

Практическое задание 1. Простейшее управление роботом, движение по заданной траектории.

Задания на перемещения:

Робот проезжает вперед на 3 поворота колеса с мощностью 100;

Робот проезжает назад на 180 градусов с мощностью 20;

Робот проезжает вперед в течение 3 секунд с мощностью 50;

Робот проезжает вперед 3 оборота колеса, останавливается, затем проезжает назад 300 градусов;

Задания на повороты:

Робот вращает одно колесо:

Поворот налево на 90 градусов;

Поворот направо на 45 градусов;

Разворот на месте:

Поворот направо на 180 градусов;

Поворот налево на 90 градусов.

Движение робота по траектории:

Робот проезжает вперед на 20 см. Рекомендации по решению: для решения задачи используйте формулу длины окружности: L=2r. Измерьте радиус колеса, умножьте на 3,14(значение ) и на 2. Вы получите расстояние, которое робот проедет за 1 оборот колеса.

Организуйте движение робота по букве Т;

Организуйте движение робота по букве Z;

Организуйте движение робота по периметру квадрата со стороной 60 см (на полу).

Организуйте движение робота по периметру квадрата со стороной 30 см. В программе используйте блок Цикл. Рекомендации по решению: посмотрите внимательно на предыдущую программу. Найдите в ней повторяющиеся элементы. (движение вперед и поворот на 90 градусов). Поместите внутрь блока Цикл повторяющиеся действия и настройте блок на работу по количеству раз.

Решение задач с использованием цикла:

Робот двигается вперед в течение 5 с ( настройки блока: мощность моторов 100);

Робот двигается вперед в течение 5 с (используйте цикл по времени, настройка блока движения: мощность моторов 100, «Включить»);

Сравните результат этих двух программ. Выполняя какую программу, робот проехал большее расстояние?

Задание «Чертежник» (VII региональная олимпиада по робототехнике в Алтайском крае, 2017 г.). Задача робота состоит в том, чтобы за минимальное время проехать по полю, начертив рисунок с помощью закрепленного маркера. Рисунок состоит из последовательности правильно соединенных точек. Образец рисунка команда получает за 2 часа до начала соревнований.

Практическое задание 2. Расчет расстояния, пройденного роботом.

Робот при одном повороте колеса проедет примерно 12 сантиметров. Рассчитайте, сколько оборотов колеса роботу нужно сделать, чтобы проехать 96 сантиметров.

Робот имеет радиус колеса примерно 1,5 сантиметра. Рассчитайте, сколько сантиметров он проедет за 1 оборот колеса?

Робот проедет 25 сантиметров, повернув свои колеса на 600 degrees. Рассчитайте необходимое количество поворотов колес роботу, для преодоления им расстояния в 30 сантиметров.

Робот при одном повороте колеса проедет примерно 18 сантиметров. Рассчитайте диаметр колеса робота в этом случае.

Рассчитайте, на сколько градусов повернется колесо робота, для того чтобы робот проехал 52см? (диаметр колеса D=7,2см)

Робот проезжает 5 см, повернув колеса на 500 градусов. Рассчитайте, сколько оборотов колеса нужно сделать роботу, чтобы проехать 15 см?

Измерьте радиус колеса вашего робота. Рассчитайте, какое расстояние робот проедет за 5 оборотов колеса. Проверьте полученный результат. Рекомендации по решению: напишите соответствующую программу, загрузите программу в робота и измерьте расстояние, пройденное роботом.

Практическое задание 3. Решение задач с использованием датчика цвета.

Установите на робота сенсор цвета.

Зайдите в меню, проверьте, работает ли сенсор. Исследуйте, какие значения, отображаются на дисплее робота при установке на:

Решите задачи, используя датчик цвета:

Робот «учит английский язык». На тестовом поле робот должен правильно «назвать» все цвета.

Напишите программу для робота таким образом, чтобы при установке робота на черную поверхность он проехал вперед 20 см, на поверхности другого цвета он должен развернуться на 180 градусов.

«Робот-следопыт». Дан круг белого цвета (радиус равен 1 м), ограниченный черной линией шириной 5 см. Задача робота проехать по окружности черного цвета. Робот устанавливается на черную линию. Рекомендации по решению: Определите цвет поверхности. Если цвет черный, то робот должен проехать 0,3 поворота колеса вперед, а если цвет белый, то робот должен повернуть на 10 градусов вправо. Усовершенствуйте данное решение таким образом, чтобы робот проехал полный круг.

Используя решение предыдущей задачи, робот должен проехать полный круг в обратном направлении.

Напишите программу движения робота по траектории, изображенной на рисунке

Рекомендации по решению: в предыдущих задачах робот ехал внутри черной линии. Данное решение задачи не является оптимальным, если траектория будет содержать повороты в разные стороны, то таким способом решить задачу будет невозможно. Для решения таких задач робот должен перемещаться не внутри линии, а по границе черного и белого цветов. Если робот «видит» белый цвет, то он поворачивает в одну сторону, а если робот «видит» черный цвет, то он поворачивает в другую сторону.

Движение робота по границе черного и белого цветов можно реализовать с использованием двух сенсоров цвета. Это позволит роботу грамотно преодолевать перекрестки. Рекомендации по решению: Разместите датчики цвета с разных сторон от линии, подключите их в 3 и 4 порты на корпусе блока NXT. Составьте программу, рассмотрев все возможные ситуации:

Датчик, подключенный в 3 порт, находится на поверхности белого цвета и датчик, подключенный в 4 порт, находится на поверхности белого цвета: оба мотора едут вперед;

Датчик, подключенный в 3 порт, находится на поверхности белого цвета, а датчик, подключенный в 4 порт, находится на поверхности черного цвета: робот поворачивает влево одним мотором;

Датчик, подключенный в 3 порт, находится на поверхности черного цвета, а датчик, подключенный в 4 порт, находится на поверхности белого цвета: робот поворачивает вправо одним мотором;

Датчик, подключенный в 3 порт, находится на поверхности черного цвета и датчик, подключенный в 4 порт, находится на поверхности черного цвета: оба мотора едут вперед.

«Робот-разведчик». Робот устанавливается за пределами круга белого цвета, очерченного черной линией. Роботу необходимо попасть внутрь круга, в линии имеется только 1 въезд внутрь круга.

Задание «Траектория» (II очная олимпиада по робототехнике в Алтайском крае, 2012 г.). Робот, двигаясь из базового лагеря по черной линии, должен захватить шарик и преодолев все преграды вернуться с ним в базовый лагерь.

Задание «Черепащка» ( Мероприятие "РобоROOM - 2012", г. Томск). Дано поле, состоящее из квадратов разного цвета со стороной 20 см. Робот двигается из зоны старта(зеленый квадрат), руководствуясь инструкцией должен добраться до зоны финиша (красный квадрат). Инструкция задается посредством цветных квадратов, размещенных на поле. Квадраты разделены между собой черной линией толщиной 20 мм. Желтый квадрат — повернуть направо на 90 градусов и проехать вперед до другого квадрата. Синий квадрат — повернуть налево на 90 градусов и проехать вперед до другого квадрата. Белый квадрат — проехать вперед до другого квадрата, не поворачивая. Красный квадрат — остановиться — финиш. Расположение квадратов задается непосредственно перед попытками. Рекомендации по решению: в теле цикла можно последовательно установить несколько условий; используйте цикл по сенсору цвета.

Дополнительная информация. Использование датчика цвета в режиме освещенности.

В некоторых модулях NXT нет проверки датчика цвета в режиме освещенности. Напишите программу для отображения показаний датчика цвета на экране модуля NXT:

При запуске данной программы на экране будут отображаться значения, полученные с датчика цвета. Протестируйте программу на поверхности разного цвета, посмотрите, какие значения передает сенсор.

Напишите программу движения робота по черной линии, используя показания, полученные датчиком на поверхностях черного и белого цветов.

Рекомендации по решению: Измерьте показания на поверхности черного цвета и на поверхности белого цвета. Вычислите среднее арифметическое значение между показаниями черного и белого цветов. Данное значение считается значением границы черного и белого цветов, его мы будем использовать как пороговое значение в настройке условия. Значения, большие порогового, робот будет считать белым, а меньшие порогового – черным. Остальная часть программы следования робота по границе черного и белого цветов остается такой же, как и при решении с использованием датчика цвета.

Замечание: в приведенном решении пороговое значение равно 20.

Практическое задание 4. Знакомство с ультразвуковым сенсором.

Установите на робота сенсор ультразвука.

Зайдите в меню, проверьте, работает ли сенсор.

Проверьте, с какими единицами измерения может работать датчик.

Решите задачи, используя датчик ультразвука:

Робот определяет расстояние до предмета. Если расстояние меньше 30 см, то робот продвигается назад в течение 2 секунд, иначе робот продвигается вперед на 3 оборота колеса. Рекомендации по решению: используйте условие.

Робот определяет расстояние до предмета. Если расстояние больше 20 см, то робот продвигается вперед на 5 см, иначе робот произносит «Stop». Рекомендации по решению: используйте условие.

Робот двигается вперед, пока расстояние до предмета более 10 см. Рекомендации по решению: используйте цикл по сенсору или бесконечный цикл с условием.

Робот перемещается по комнате, объезжая препятствия.

«Пугливый робот». Робот перемещается по комнате, при появлении предмета на расстоянии 20 см до робота он «пугается» и убегает назад.

«Робот-сыщик». Дан квадрат со стороной 1 м. В углах квадрата произвольно расставлены 3 баночки. Робот, стартуя из центра квадрата, должен найти все баночки. При обнаружении баночки робот произносит фразу «Yes».

«Робот-уборщик». Робот находится в центре круга белого цвета (радиус равен 1 м), ограниченного черной линией шириной 5 см. В круге находятся баночки, которые робот должен убрать из круга.

Задание «Кегельринг плюс» (V очная олимпиада по робототехнике в Алтайском крае, 2015 г.). Задача робота состоит в том, чтобы за минимальное время вытолкнуть из круга кегли, расположенные на белой поверхности; кегли, расположенные на зеленой поверхности, робот не должен выталкивать. Робот перед стартом устанавливается в центр круга. Расположение кеглей на цветных кругах определяется методом жеребьевки перед попыткой.

Практическое задание 5. Знакомство с блоком Sound (работа со звуком).

Робот проезжает вперед на 20 см, останавливается и произносит «Hello»;

Робот проезжает вперед на 3 поворота колеса, произносит «Stop» разворачивается на 180 градусов, приезжает обратно и произносит «Ok»;

Робот двигается вперед в течение 6 секунд и все время произносит стандартный звук Bravo.

Практическое задание 6. Работа со звуком и с сенсором ультразвука.

Робот ищет препятствия вокруг себя на расстоянии 30 см;

Робот ищет препятствия, которые находятся от него на расстоянии не менее 15 см. Каждый раз, когда робот находит препятствие, он останавливается и произносит «свою любимую фразу»;

Напишите программу, выполняя которую робот здоровается со своим другом, только когда подъезжает к нему на расстояние, меньшее 10 см;

Два робота выехали на встречу друг другу. Напишите программу, используя которую, роботы смогут избежать столкновения (необходимо учесть следующие факторы: правостороннее движение, скорость робота, расстояние до встречного робота).

Практическое задание 7. Знакомство с сенсором нажатия.

Установите на робота сенсор нажатия.

Зайдите в меню, проверьте, работает ли сенсор.

Напишите программу для работы «смелого» робота: робот пугается объекта только тогда, когда наталкивается на него. Поведение робота при испуге может быть различным: робот может «закричать» или «убежать» в другую сторону.

«Умный» робот. Робот находится в одном из углов квадрата со стороной 1 м. В центре квадрата расположен кубик со стороной 10 см. Роботу необходимо попасть в противоположный угол квадрата, объехав кубик. При решении задачи используется сенсор нажатия.

«Робот-спринтер». Объявляются соревнования на выявление самого быстрого робота. Робот должен проехать дистанцию за наиболее короткое время. По команде «старт» ответственный за робота нажимает кнопку, и робот начинает движение.

Практическое задание 8. Работа с блоком Display (задания для самостоятельного выполнения).

Установите в программу блок Display.

Выберите в настройках блока необходимый объект: Image(картинка), Text(текст), Drawing(геометрический объект), Reset(очистка);

Выполните настройку координат для вывода в соответствующее место на дисплее.

После блока Display установите блок Time, чтобы увидеть результат на экране.

Напишите программу вывода на экран:

Смайла с улыбкой по центру экрана;

Часов в левом нижнем углу экрана;

Напишите программу вывода на экран:

Точки с координатами (50, 50);

Окружности, у которой центр находится в точке (20, 20), а радиус равен 15;

Напишите программу, которая выводит на экран текущее расстояние до объекта;

Исследуйте, какое максимальное количество точек на экране робота по горизонтали и по вертикали.

Читайте также: