22. Практическая работа «Конструирование манипулятора с использованием рычажных механизмов»

ЦЕЛЕВОЙ БЛОК

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

Модуль: Основы робототехники
Тема урока: Практическая работа «Конструирование манипулятора с использованием рычажных механизмов»
Цель урока: Сформировать у обучающихся практические навыки конструирования робота-манипулятора с использованием рычажных механизмов для захвата и перемещения предметов.

Планируемые результаты:

Личностные: развитие изобретательности и технического творчества; формирование настойчивости в достижении цели; воспитание аккуратности и внимательности при конструировании механизмов.
Предметные: овладение навыками конструирования манипулятора с захватом; формирование умения рассчитывать грузоподъемность в зависимости от длины рычагов; приобретение опыта тестирования и оптимизации робототехнических конструкций.
Метапредметные:
- Регулятивные УУД: развитие умения планировать процесс конструирования и проводить поэтапную проверку работоспособности; формирование навыков выявления и устранения недостатков в конструкции.
- Коммуникативные УУД: развитие умения работать в команде; формирование навыков обоснования инженерных решений.
- Познавательные УУД: развитие умения применять теоретические знания о рычагах на практике; формирование навыков проведения расчетов и измерений для оптимизации конструкции.

ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЙ БЛОК

Задачи урока:

Закрепить знания о принципах работы рычагов на практике
Научить конструировать функциональный манипулятор с захватом
Сформировать навыки расчета грузоподъемности конструкции
Развить умение тестировать и оптимизировать робототехническую систему
Обеспечить создание работающего робота, способного захватывать и перемещать предметы

Тип урока: практическая работа

Учебно-методическое и материально-техническое обеспечение:

Робототехнические наборы с деталями для создания манипулятора (1 набор на 2-3 учащихся)
Сервоприводы или моторы для управления манипулятором
Дополнительные материалы для конструирования (резинки, проволока, пластиковые детали)
Набор предметов разного веса для тестирования грузоподъемности (кубики, небольшие игрушки, etc.)
Весы для определения массы тестовых предметов
Линейки, транспортиры для измерения длины рычагов и углов
Рабочие листы для записи результатов испытаний
Инструкционные карты с вариантами базовых конструкций манипуляторов
Калькуляторы для выполнения расчетов
Секундомеры для измерения времени выполнения операций

ОРГАНИЗАЦИОННО-ДЕЯТЕЛЬНОСТНЫЙ БЛОК

Образовательные технологии: проектное обучение, обучение через исследование, технология сотрудничества, проблемное обучение.

Межпредметные связи:

Физика: рычаги, моменты сил, равновесие, распределение нагрузки
Математика: пропорции, расчет грузоподъемности, зависимость между длиной рычага и прикладываемым усилием

Основные понятия: манипулятор, захват, рычажный механизм, степень свободы, грузоподъемность, плечо рычага, момент силы, точка опоры, шарнирное соединение, передача усилия, механический захват.

Этап урока	Деятельность учителя	Деятельность ученика	Планируемые результаты
1. Организационный момент (2 мин)	Приветствует учащихся, проверяет готовность к уроку, организует рабочие места.	Готовятся к уроку, проверяют наличие необходимого оборудования, занимают места в группах.	Психологическая готовность к занятию
2. Актуализация знаний (5 мин)	Задает вопросы о рычагах и их применении: “Какие типы рычагов мы изучили?”, “Как рассчитать выигрыш в силе при использовании рычага?”, “Какие преимущества дает использование рычагов в робототехнике?”	Отвечают на вопросы, вспоминают материал предыдущего урока о рычагах, приводят примеры использования рычагов в технике.	Актуализация знаний о рычажных механизмах
3. Постановка цели и задач практической работы (3 мин)	Формулирует цель практической работы: сконструировать робота-манипулятора, способного захватывать и перемещать предметы. Объясняет, что в процессе работы нужно будет рассчитать грузоподъемность манипулятора.	Слушают постановку цели и задач, задают уточняющие вопросы, определяют промежуточные этапы работы.	Понимание цели и задач практической работы
4. Анализ конструкций промышленных манипуляторов (7 мин)	Демонстрирует видео и изображения различных промышленных манипуляторов, обращает внимание на их рычажные механизмы, степени свободы, типы захватов.	Изучают примеры манипуляторов, анализируют их конструкцию, обсуждают особенности рычажных механизмов, делают заметки о полезных технических решениях.	Формирование представления о разнообразии манипуляторов
5. Инструктаж по выполнению практической работы (10 мин)	Объясняет этапы конструирования манипулятора, демонстрирует базовые варианты конструкций, обращает внимание на ключевые элементы: основание, стрелу манипулятора, захват. Рассказывает о методике расчета грузоподъемности.	Слушают инструктаж, изучают предложенные варианты конструкций, делают эскизы своего манипулятора, планируют последовательность сборки.	Понимание принципов конструирования манипулятора
6. Практическая работа, этап 1: Конструирование основания и стрелы манипулятора (15 мин)	Консультирует группы по сборке основания и стрелы манипулятора, обращает внимание на необходимость устойчивого основания и прочной стрелы, помогает решить возникающие проблемы.	Конструируют основание и стрелу манипулятора, экспериментируют с разными вариантами крепления, обеспечивают устойчивость конструкции, тестируют прочность стрелы.	Формирование навыков конструирования основных элементов манипулятора
7. Физкультминутка (2 мин)	Проводит короткую физкультминутку с имитацией движений манипулятора.	Выполняют физические упражнения, имитируя работу манипулятора.	Снятие физического напряжения
8. Практическая работа, этап 2: Создание захвата на основе рычажного механизма (20 мин)	Объясняет принципы работы различных типов захватов, акцентирует внимание на рычажных механизмах. Консультирует группы по созданию эффективного захвата для их манипуляторов.	Конструируют захват на основе рычажного механизма, тестируют его работу с различными предметами, вносят изменения для улучшения функциональности.	Освоение навыков создания функционального захвата
9. Практическая работа, этап 3: Сборка полного манипулятора и его тестирование (15 мин)	Помогает группам объединить компоненты (основание, стрелу, захват) в единую конструкцию, консультирует по вопросам балансировки и плавности движений.	Соединяют все элементы манипулятора в единую конструкцию, проверяют подвижность соединений, тестируют работоспособность системы, вносят необходимые корректировки.	Создание функционального манипулятора
10. Расчет и измерение грузоподъемности манипулятора (10 мин)	Объясняет методику расчета грузоподъемности: измерение длины рычагов, определение точек приложения сил, расчет максимального груза. Демонстрирует формулы для расчета.	Проводят измерения длины рычагов своих манипуляторов, записывают данные в рабочие листы, выполняют расчеты грузоподъемности в зависимости от длины рычагов.	Формирование навыков расчета грузоподъемности механизмов
11. Экспериментальная проверка расчетов (10 мин)	Организует эксперимент по проверке грузоподъемности манипуляторов с использованием предметов разной массы. Предлагает сравнить теоретические расчеты с практическими результатами.	Тестируют грузоподъемность своих манипуляторов, последовательно увеличивая массу поднимаемых предметов, фиксируют результаты, сравнивают с расчетными данными.	Развитие навыков экспериментальной проверки расчетов
12. Оптимизация конструкции манипулятора (10 мин)	Предлагает группам внести изменения в конструкцию для увеличения грузоподъемности или улучшения функциональности, дает рекомендации по оптимизации.	Анализируют результаты тестирования, выявляют слабые места конструкции, вносят изменения для повышения грузоподъемности или улучшения других параметров.	Формирование навыков оптимизации технических решений
13. Соревнование манипуляторов (15 мин)	Организует мини-соревнование: чей манипулятор точнее и быстрее переместит предметы из одной зоны в другую. Задает несколько заданий разной сложности.	Участвуют в соревновании, управляют своими манипуляторами, стараются выполнить задания наиболее эффективно, наблюдают за работой других команд.	Проверка функциональности созданных манипуляторов
14. Представление и обсуждение результатов (10 мин)	Организует представление созданных манипуляторов, предлагает каждой группе рассказать об особенностях своей конструкции, использованных рычажных механизмах, результатах расчетов и экспериментов.	Представляют свои манипуляторы, демонстрируют их работу, объясняют принципы конструкции, делятся результатами расчетов и экспериментов, отвечают на вопросы.	Развитие навыков презентации технических решений
15. Выявление наиболее удачных технических решений (5 мин)	Организует обсуждение представленных манипуляторов, выделяет наиболее интересные и эффективные технические решения, обращает внимание на использование различных типов рычагов.	Участвуют в обсуждении, анализируют сильные стороны разных конструкций, формулируют, какие решения оказались наиболее эффективными.	Формирование навыков анализа эффективности технических решений
16. Рефлексия (3 мин)	Предлагает учащимся оценить свою работу и результаты по критериям: устойчивость манипулятора, функциональность захвата, точность расчетов, командная работа.	Оценивают результаты своей работы по предложенным критериям, выделяют успехи и трудности, анализируют процесс работы над проектом.	Развитие навыков самооценки и рефлексии
17. Домашнее задание (3 мин)	Объясняет домашнее задание: 1) Подготовить краткий отчет о конструкции манипулятора с указанием использованных рычажных механизмов; 2) Предложить идеи по улучшению конструкции.	Записывают домашнее задание, задают уточняющие вопросы.	Понимание домашнего задания
18. Подведение итогов урока (5 мин)	Обобщает результаты практической работы, отмечает успехи учащихся, подчеркивает связь между теоретическими знаниями о рычагах и их практическим применением в робототехнике.	Слушают обобщение, задают возникшие вопросы, помогают собрать и упорядочить использованное оборудование.	Осознание результатов практической работы

Диагностика результатов:

Оценка качества сборки манипулятора (устойчивость, прочность, функциональность)
Анализ работоспособности захвата (способность захватывать предметы разных размеров)
Проверка правильности расчетов грузоподъемности и их соответствия экспериментальным данным
Результаты выполнения заданий в соревновании манипуляторов
Оценка оптимизации конструкции и решения возникших проблем
Качество представления и объяснения принципов работы созданного манипулятора
Наблюдение за командной работой и распределением ролей в группе