20. Практическая работа «Программирование робота для определения расстояния до препятствий»

ЦЕЛЕВОЙ БЛОК

Образовательная организация: ГБОУ Школа № 1362
Учитель: Ахметов Рустам
Дата проведения:

Модуль: Основы робототехники
Тема урока: Практическая работа «Программирование робота для определения расстояния до препятствий»
Цель урока: Сформировать у обучающихся практические навыки сборки и программирования робота с ультразвуковым датчиком, способного определять расстояние до препятствий и реагировать на них.

Планируемые результаты:

Личностные: развитие самостоятельности и ответственности при решении технических задач; формирование критического мышления при анализе погрешностей измерений; воспитание настойчивости в достижении результата.
Предметные: овладение навыками сборки робота с ультразвуковым датчиком; формирование умения программировать робота для определения расстояния до препятствий; приобретение опыта анализа точности измерений и расчёта погрешностей.
Метапредметные:
- Регулятивные УУД: развитие умения планировать работу и проводить тестирование созданной модели; формирование навыков отладки программы на основе анализа результатов.
- Коммуникативные УУД: развитие умения работать в паре/группе; формирование навыков представления и обсуждения результатов практической работы.
- Познавательные УУД: развитие умения анализировать зависимость между расстоянием до объекта и показаниями датчика; формирование навыков систематизации и представления экспериментальных данных.

ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЙ БЛОК

Задачи урока:

Научить собирать конструкцию робота с ультразвуковым датчиком расстояния
Сформировать навыки программирования робота для определения расстояния до препятствий
Научить методике проведения измерений и оценки их точности
Развить умение анализировать погрешности и строить таблицы измерений
Обеспечить создание функционирующего робота, способного останавливаться на заданном расстоянии от препятствия

Тип урока: практическая работа

Учебно-методическое и материально-техническое обеспечение:

Робототехнические наборы (по 1 на пару учащихся)
Ультразвуковые датчики расстояния
Компьютеры с установленной средой программирования
Рабочие листы для записи результатов измерений
Линейки и рулетки для проверки точности измерений
Различные предметы для использования в качестве препятствий
Секундомеры для измерения времени реакции робота
Калькуляторы для расчета погрешностей
Миллиметровая бумага для построения графиков
Инструкции по сборке базовой модели робота
Инструкционные карты по подключению ультразвукового датчика
Таблица скорости звука при разных температурах

ОРГАНИЗАЦИОННО-ДЕЯТЕЛЬНОСТНЫЙ БЛОК

Образовательные технологии: проектное обучение, проблемное обучение, обучение в сотрудничестве, экспериментальное исследование.

Межпредметные связи:

Физика: распространение ультразвука, факторы влияющие на скорость звука, отражение волн от препятствий
Математика: расчёт расстояния по времени прохождения сигнала, вычисление погрешностей, статистическая обработка данных

Основные понятия: ультразвуковой датчик, эхолокация, расстояние до объекта, время прохождения сигнала, абсолютная погрешность, относительная погрешность, калибровка датчика, обработка сигнала, реакция на препятствие.

Этап урока	Деятельность учителя	Деятельность ученика	Планируемые результаты
1. Организационный момент (2 мин)	Приветствует учащихся, проверяет готовность к уроку, организует рабочие места, проверяет наличие необходимого оборудования.	Готовятся к уроку, проверяют наличие необходимого оборудования, занимают свои места.	Психологическая готовность к занятию
2. Актуализация знаний (5 мин)	Задает вопросы о принципах работы ультразвуковых датчиков: “Как работает ультразвуковой датчик?”, “Как рассчитать расстояние до объекта, зная время прохождения сигнала?”, “От каких факторов зависит точность измерения?”	Отвечают на вопросы, вспоминают материал предыдущего урока о датчиках расстояния, формулу расчета расстояния, факторы, влияющие на точность.	Актуализация знаний о датчиках расстояния
3. Постановка цели и задач практической работы (3 мин)	Формулирует цель практической работы: собрать и запрограммировать робота, который будет определять расстояние до препятствий и останавливаться на заданном расстоянии. Объясняет критерии успешного выполнения задания.	Записывают цель и задачи практической работы, уточняют критерии успешного выполнения.	Осознание цели и задач практической работы
4. Инструктаж по выполнению практической работы (5 мин)	Объясняет этапы выполнения работы, демонстрирует основные элементы конструкции, особенности подключения и размещения ультразвукового датчика, напоминает технику безопасности.	Слушают инструктаж, задают уточняющие вопросы, делают необходимые заметки.	Понимание порядка выполнения работы
5. Практическая работа, этап 1: Сборка робота с ультразвуковым датчиком (20 мин)	Консультирует учащихся по сборке модели робота, обращает внимание на правильное размещение датчика, помогает решать возникающие проблемы.	Собирают базовую конструкцию робота, устанавливают ультразвуковой датчик, проверяют правильность подключения, решают возникающие проблемы.	Формирование навыков сборки робота с датчиком расстояния
6. Проверка правильности сборки (5 мин)	Организует взаимопроверку собранных конструкций, обращает внимание на типичные ошибки при установке ультразвукового датчика.	Проверяют правильность сборки своих роботов, сравнивают с другими моделями, исправляют выявленные недостатки.	Развитие навыков оценки технических решений
7. Физкультминутка (2 мин)	Проводит короткую физкультминутку с элементами игры “Робот и препятствия”.	Выполняют физические упражнения, играют в игру на определение расстояния до объектов.	Снятие физического напряжения
8. Инструктаж по программированию робота (7 мин)	Объясняет основные команды для работы с ультразвуковым датчиком, показывает примеры программных блоков для считывания расстояния, демонстрирует алгоритм остановки перед препятствием.	Слушают объяснение, изучают программные блоки, записывают алгоритм действий робота.	Понимание принципов программирования робота с датчиком расстояния
9. Практическая работа, этап 2: Программирование робота (15 мин)	Консультирует учащихся по созданию программы для робота, помогает разобраться со сложными конструкциями, обращает внимание на необходимость создания плавного торможения.	Создают программу для определения расстояния до препятствий и остановки робота на заданном расстоянии, тестируют базовую работу программы.	Формирование навыков программирования робота с датчиком расстояния
10. Инструктаж по проведению измерений и расчёту погрешностей (5 мин)	Объясняет методику проверки точности измерений, показывает, как заполнять таблицу измерений, рассказывает о расчёте абсолютной и относительной погрешности.	Слушают объяснение, готовят таблицы для записи результатов измерений, задают вопросы о методике измерений.	Понимание методики проведения измерений и расчёта погрешностей
11. Практическая работа, этап 3: Проведение измерений и определение точности (15 мин)	Организует проведение серии измерений расстояния до объектов. Предлагает измерить расстояние до различных препятствий (стена, картонная коробка, стакан) на разных дистанциях (10, 20, 30, 50, 100 см) и сравнить с реальными значениями, измеренными линейкой.	Проводят серию измерений расстояния до различных препятствий, записывают показания датчика и реальные значения в таблицу, рассчитывают абсолютную и относительную погрешность для каждого измерения.	Развитие навыков проведения измерений и расчёта погрешностей
12. Анализ точности измерений и построение таблицы погрешностей (10 мин)	Консультирует учащихся по анализу полученных результатов, помогает выявить закономерности изменения погрешности в зависимости от расстояния и типа препятствия.	Анализируют полученные данные, строят таблицу погрешностей, выявляют факторы, влияющие на точность измерений, делают выводы о надежности показаний датчика.	Формирование навыков анализа экспериментальных данных
13. Практическая работа, этап 4: Корректировка программы с учётом погрешностей (10 мин)	Предлагает внести коррективы в программу робота с учётом выявленных погрешностей для более точной остановки на заданном расстоянии от препятствия.	Вносят изменения в программу, учитывающие выявленные погрешности, добавляют корректирующие коэффициенты для разных типов препятствий.	Развитие навыков оптимизации программы на основе экспериментальных данных
14. Тестирование работы робота (10 мин)	Организует тестирование роботов на способность останавливаться на заданном расстоянии (например, 15 см) от различных препятствий.	Тестируют работу своих роботов, проверяют точность остановки, измеряют реальное расстояние после остановки, вносят финальные корректировки.	Проверка функциональности созданного робота
15. Мини-соревнование “Точная остановка” (10 мин)	Проводит мини-соревнование: чей робот точнее остановится на заданном расстоянии от препятствия (например, 20 см). Измеряет отклонение от требуемого расстояния.	Участвуют в соревновании, запускают роботов к препятствию, стараются добиться наиболее точной остановки, наблюдают за результатами других.	Применение созданного робота в соревновательной ситуации
16. Обсуждение результатов практической работы (5 мин)	Организует обсуждение результатов работы, предлагает учащимся поделиться выявленными закономерностями и проблемами.	Участвуют в обсуждении, делятся опытом, рассказывают о выявленных закономерностях и способах повышения точности.	Формирование навыков анализа и обобщения результатов
17. Рефлексия (3 мин)	Предлагает учащимся оценить результаты своей работы, используя прием “Лестница успеха”: на какой ступеньке (от 1 до 5) они находятся по разным аспектам работы (сборка, программирование, измерения, анализ).	Оценивают свои достижения по разным аспектам работы, объясняют свою самооценку, делятся впечатлениями.	Развитие навыков самооценки и рефлексии
18. Домашнее задание (3 мин)	Объясняет домашнее задание: 1) Оформить отчет о практической работе с таблицей погрешностей и выводами; 2) Предложить идеи по улучшению точности измерений ультразвукового датчика.	Записывают домашнее задание, задают уточняющие вопросы.	Понимание домашнего задания
19. Подведение итогов урока (3 мин)	Обобщает результаты практической работы, отмечает успехи и трудности, подчеркивает важность точности измерений в робототехнике.	Слушают итоговую речь учителя, задают возникшие вопросы, приводят в порядок рабочие места.	Осознание результатов практической работы

Диагностика результатов:

Оценка качества сборки робота с ультразвуковым датчиком
Анализ работоспособности созданной программы
Проверка правильности заполнения таблицы измерений и расчёта погрешностей
Оценка точности остановки робота на заданном расстоянии
Результаты участия в мини-соревновании
Качество анализа факторов, влияющих на точность измерений
Наблюдение за работой учащихся в парах или группах