21. Простые механизмы в робототехнике - рычаги и передаточные отношения

ЦЕЛЕВОЙ БЛОК

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

Модуль: Основы робототехники
Тема урока: Простые механизмы в робототехнике: рычаги и передаточные отношения
Цель урока: Сформировать у обучающихся представление о принципах работы рычагов и передаточных механизмов и их применении в робототехнических конструкциях.

Планируемые результаты:

Личностные: развитие познавательного интереса к изучению физических принципов, лежащих в основе робототехники; формирование понимания взаимосвязи между теоретическими знаниями и их практическим применением; воспитание аккуратности и точности при конструировании механизмов.
Предметные: понимание принципов работы рычагов разных типов; освоение методов расчета выигрыша в силе; формирование навыков применения рычажных механизмов в робототехнических конструкциях.
Метапредметные:
- Регулятивные УУД: развитие умения планировать последовательность действий для создания механизма; формирование навыков анализа эффективности созданной конструкции.
- Коммуникативные УУД: развитие умения объяснять принцип работы созданного механизма; формирование навыков командной работы при проектировании.
- Познавательные УУД: развитие умения устанавливать причинно-следственные связи между конструкцией рычага и его эффективностью; формирование навыков применения математических расчетов в практической деятельности.

ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЙ БЛОК

Задачи урока:

Познакомить учащихся с принципами действия рычагов различных типов
Объяснить понятие момента силы и условие равновесия рычага
Научить рассчитывать выигрыш в силе при использовании рычажных механизмов
Сформировать навыки применения рычагов в робототехнических конструкциях
Научить конструировать простейшие манипуляторы и захваты для роботов

Тип урока: комбинированный (изучение нового материала + практическая работа)

Учебно-методическое и материально-техническое обеспечение:

Робототехнические наборы с деталями для создания рычажных механизмов
Набор грузов разной массы для экспериментов с рычагами
Динамометры для измерения силы
Линейки и измерительные инструменты
Рабочие листы с заданиями и схемами
Презентация “Рычаги в робототехнике”
Видеоматериалы о промышленных роботах-манипуляторах
Модели разных типов рычагов для демонстрации
Весы для измерения массы конструкций

ОРГАНИЗАЦИОННО-ДЕЯТЕЛЬНОСТНЫЙ БЛОК

Образовательные технологии: проблемное обучение, обучение через исследование, информационно-коммуникационные технологии, технология сотрудничества.

Межпредметные связи:

Физика: рычаги, моменты сил, равновесие, законы сохранения энергии
Математика: пропорции, расчет выигрыша в силе, линейные зависимости

Основные понятия: рычаг, плечо силы, момент силы, точка опоры, равновесие, выигрыш в силе, проигрыш в расстоянии, рычаги первого рода, рычаги второго рода, рычаги третьего рода, манипулятор, захват, передаточное отношение.

Этап урока	Деятельность учителя	Деятельность ученика	Планируемые результаты
1. Организационный момент (2 мин)	Приветствует учащихся, проверяет готовность к уроку, создает позитивный настрой.	Готовятся к уроку, проверяют наличие необходимых принадлежностей.	Психологическая готовность к занятию
2. Актуализация знаний (5 мин)	Задает вопросы о простых механизмах: “Какие простые механизмы вы знаете?”, “Где в повседневной жизни мы встречаем рычаги?”. Демонстрирует несколько примеров рычагов (ножницы, кусачки, пинцет).	Отвечают на вопросы, приводят примеры простых механизмов из повседневной жизни, обсуждают представленные учителем предметы.	Актуализация имеющихся знаний о простых механизмах
3. Целеполагание (3 мин)	Формулирует проблемную ситуацию: “Как роботу поднять тяжелый груз, если мощности его мотора недостаточно?”, подводит к формулировке темы и цели урока.	Высказывают предположения, участвуют в формулировке цели урока.	Осознание цели учебной деятельности
4. Межпредметная связь с физикой: Рычаги и моменты сил (10 мин)	Объясняет принцип действия рычага, понятие момента силы, условие равновесия рычага. Демонстрирует опыты с рычагами разных типов, показывает, как распределяются силы.	Слушают объяснение, наблюдают за опытами, делают записи в тетради, зарисовывают схемы различных типов рычагов.	Понимание физических основ работы рычагов
5. Межпредметная связь с математикой: Расчет выигрыша в силе (8 мин)	Объясняет формулу для расчета выигрыша в силе (F₁/F₂ = l₂/l₁), демонстрирует примеры расчетов на конкретных примерах. Обращает внимание на пропорциональность соотношения сил и плеч.	Записывают формулы, решают примеры по расчету выигрыша в силе, анализируют связь между плечами рычага и прикладываемыми силами.	Освоение методов расчета выигрыша в силе
6. Типы рычагов и их применение в робототехнике (7 мин)	Рассказывает о трех типах рычагов, показывает их применение в робототехнических конструкциях (манипуляторы, захваты, шагающие механизмы). Демонстрирует видео работы промышленных роботов.	Изучают различные типы рычагов, записывают их особенности и примеры применения, смотрят видеоматериалы, задают вопросы.	Формирование представлений о применении рычагов в робототехнике
7. Физкультминутка (2 мин)	Проводит короткую физкультминутку с имитацией движений рычажных механизмов.	Выполняют физические упражнения, имитируя работу рычагов и манипуляторов.	Снятие физического напряжения
8. Инструктаж по выполнению практической работы (5 мин)	Объясняет задания практической работы: сконструировать рычажный механизм для манипулятора робота, позволяющий с минимальным усилием поднимать грузы. Демонстрирует базовые конструкции, которые могут быть использованы.	Слушают инструктаж, изучают предложенные схемы, задают уточняющие вопросы по выполнению работы.	Понимание задач практической работы
9. Практическая работа, часть 1: Конструирование рычажного механизма (15 мин)	Консультирует группы учащихся, помогает решать возникающие проблемы, обращает внимание на соблюдение принципов работы рычагов.	Работают в группах над созданием рычажных механизмов, экспериментируют с разным расположением точки опоры, измеряют длины плеч, проверяют работоспособность конструкции.	Формирование навыков конструирования рычажных механизмов
10. Экспериментальная проверка выигрыша в силе (10 мин)	Организует проведение измерений и экспериментов с созданными конструкциями. Предлагает измерить силу, необходимую для поднятия разных грузов с помощью и без помощи рычажного механизма.	Проводят эксперименты с созданными механизмами, измеряют необходимую силу с помощью динамометра, записывают результаты, рассчитывают фактический выигрыш в силе.	Развитие навыков экспериментального исследования
11. Практическая работа, часть 2: Применение рычагов в захвате робота (15 мин)	Предлагает группам сконструировать захват для робота на основе рычажного механизма, способный удерживать предметы заданной формы. Консультирует по возникающим вопросам.	Создают конструкцию захвата робота на основе рычажных механизмов, тестируют его работу с различными предметами, вносят улучшения в конструкцию.	Применение знаний о рычагах для создания функциональных элементов робота
12. Демонстрация и обсуждение созданных механизмов (8 мин)	Организует представление созданных конструкций, предлагает каждой группе продемонстрировать работу своего механизма и объяснить принцип его действия.	Демонстрируют созданные механизмы, объясняют принципы их работы, рассказывают о трудностях и решениях, отвечают на вопросы одноклассников.	Развитие навыков представления технических решений
13. Передаточные отношения в механизмах (5 мин)	Объясняет понятие передаточного отношения, связь с выигрышем в силе и скорости. Показывает, как передаточное отношение влияет на характеристики робототехнических систем.	Слушают объяснение, записывают ключевые моменты, задают вопросы о передаточных отношениях и их практическом применении.	Понимание концепции передаточных отношений
14. Рефлексия (3 мин)	Предлагает учащимся оценить свое понимание темы и результаты работы, используя технику “Три вопроса”: “Что нового я узнал?”, “Где это можно применить?”, “Что осталось непонятным?”	Отвечают на вопросы, анализируют полученные знания и навыки, высказывают свои мысли о возможных применениях рычагов в других проектах.	Развитие навыков самооценки и рефлексии
15. Домашнее задание (3 мин)	Объясняет домашнее задание: 1) Найти и описать не менее трех примеров использования рычагов в бытовой технике; 2) Придумать и нарисовать схему рычажного механизма для робота, выполняющего конкретную задачу (например, сортировку деталей по размеру).	Записывают домашнее задание, задают уточняющие вопросы.	Понимание домашнего задания
16. Подведение итогов урока (3 мин)	Обобщает изученный материал, отмечает успехи учащихся, подчеркивает важность рычажных механизмов в робототехнике.	Слушают обобщение, задают возникшие вопросы.	Осознание результатов урока

Диагностика результатов:

Оценка понимания принципов работы рычагов через ответы на вопросы
Анализ правильности расчетов выигрыша в силе
Оценка функциональности созданных рычажных механизмов
Проверка точности измерений при экспериментальной проверке выигрыша в силе
Наблюдение за работой учащихся в группах при конструировании механизмов
Оценка качества созданных захватов для робота
Анализ объяснений принципов работы созданных механизмов