23. Энергия и питание роботов - источники энергии

ЦЕЛЕВОЙ БЛОК

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

Модуль: Основы робототехники
Тема урока: Энергия и питание роботов: источники энергии
Цель урока: Сформировать у обучающихся представление об источниках энергии для робототехнических систем, их характеристиках и способах расчета энергопотребления.

Планируемые результаты:

Личностные: развитие ответственного отношения к использованию энергоресурсов; формирование экологического мышления при выборе источников энергии; воспитание аккуратности при работе с электрическими компонентами.
Предметные: понимание принципов работы различных источников питания; овладение навыками расчета энергопотребления; формирование умения выбирать оптимальный источник питания для конкретного робота.
Метапредметные:
- Регулятивные УУД: развитие умения планировать энергообеспечение робототехнических проектов; формирование навыков контроля энергопотребления.
- Коммуникативные УУД: развитие умения аргументированно обосновывать выбор источников энергии; формирование навыков коллективного решения технических задач.
- Познавательные УУД: развитие умения анализировать энергоэффективность систем; формирование навыков расчета и прогнозирования времени работы от батарей.

ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЙ БЛОК

Задачи урока:

Познакомить учащихся с различными типами источников питания для роботов
Объяснить основные характеристики батарей и аккумуляторов
Научить рассчитывать энергопотребление робототехнических систем
Сформировать навыки определения времени работы робота от батарей
Развить понимание принципов энергоэффективности в робототехнике

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

Учебно-методическое и материально-техническое обеспечение:

Различные типы батарей и аккумуляторов (AA, AAA, Li-ion, Li-Po)
Мультиметры для измерения напряжения и тока
Набор потребителей энергии (моторы, светодиоды, датчики)
Роботы с различными типами питания
Таблицы характеристик источников питания
Калькуляторы для расчетов
Презентация “Источники энергии в робототехнике”
Рабочие листы для записи результатов измерений и расчетов
Секундомеры для проведения экспериментов
Схемы подключения источников питания к роботам

ОРГАНИЗАЦИОННО-ДЕЯТЕЛЬНОСТНЫЙ БЛОК

Образовательные технологии: проблемное обучение, исследовательская деятельность, информационно-коммуникационные технологии, обучение в сотрудничестве.

Межпредметные связи:

Физика: электрический ток, напряжение, мощность, закон Ома, электрические цепи
Математика: расчет энергопотребления, время работы от батарей, графики зависимостей

Основные понятия: источник питания, батарея, аккумулятор, напряжение, сила тока, мощность, энергопотребление, емкость аккумулятора, саморазряд, цикл заряда-разряда, альтернативные источники энергии.

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 видах энергии: “Какие виды энергии вы знаете?”, “Как можно накапливать энергию?”, “От чего зависит, как долго будет работать ваше электронное устройство?”.	Отвечают на вопросы, вспоминают виды энергии, обсуждают способы накопления энергии, приводят примеры из жизни.	Актуализация имеющихся знаний об энергии
3. Целеполагание (3 мин)	Демонстрирует работу робота и его внезапную остановку (из-за разрядившейся батареи). Задает вопрос: “Почему робот прекратил движение? Как избежать этой проблемы?”. Помогает сформулировать тему и цель урока.	Высказывают предположения о причинах остановки робота, участвуют в формулировке темы и цели урока.	Осознание цели учебной деятельности
4. Межпредметная связь с физикой: Электрический ток, напряжение, мощность (10 мин)	Объясняет понятия электрического тока, напряжения и мощности, используя наглядные материалы. Демонстрирует измерение напряжения и тока с помощью мультиметра. Объясняет формулу расчета мощности P = U * I.	Слушают объяснение, записывают ключевые понятия и формулы, наблюдают за измерениями, задают вопросы.	Понимание основных электрических величин
5. Типы источников питания для роботов (8 мин)	Рассказывает о различных типах источников питания (батарейки, аккумуляторы, солнечные панели, топливные элементы). Демонстрирует образцы, сравнивает их характеристики, объясняет преимущества и недостатки каждого типа.	Изучают образцы источников питания, делают записи о характеристиках, преимуществах и недостатках разных типов.	Формирование представлений о разнообразии источников питания
6. Батареи и аккумуляторы: основные характеристики (7 мин)	Объясняет основные характеристики батарей и аккумуляторов: напряжение, емкость, саморазряд, количество циклов заряда-разряда. Показывает, как читать маркировку на батареях.	Изучают маркировку различных батарей и аккумуляторов, записывают их характеристики, учатся различать типы батарей.	Понимание характеристик батарей и аккумуляторов
7. Физкультминутка (2 мин)	Проводит короткую физкультминутку с имитацией работы робота с разным уровнем заряда батареи.	Выполняют физические упражнения, имитируя активное и замедленное движение робота.	Снятие физического напряжения
8. Межпредметная связь с математикой: расчет энергопотребления (10 мин)	Объясняет формулы для расчета энергопотребления робота и времени работы от батареи. Демонстрирует примеры расчетов: время работы = емкость батареи / потребляемый ток. Показывает, как учитывать разные режимы работы.	Записывают формулы, решают примеры по расчету энергопотребления и времени работы от батареи, задают уточняющие вопросы.	Освоение методов расчета энергопотребления
9. Практическая работа: измерение потребления тока различными компонентами (15 мин)	Организует работу в группах по измерению потребления тока различными компонентами робота (моторы, светодиоды, датчики) в разных режимах работы. Демонстрирует правила подключения мультиметра для измерения тока.	Работают в группах, подключают мультиметр для измерения тока, измеряют потребление различных компонентов, записывают результаты в таблицу.	Формирование навыков измерения потребления тока
10. Практическая работа: расчет времени работы робота от разных источников питания (10 мин)	Предлагает рассчитать время работы робота с заданными параметрами потребления от различных источников питания. Консультирует группы по возникающим вопросам.	Выполняют расчеты времени работы робота от разных источников питания, учитывая полученные ранее данные о потреблении тока. Заполняют рабочие листы.	Развитие навыков расчета времени работы от батарей
11. Энергоэффективность в робототехнике (8 мин)	Рассказывает о принципах энергоэффективности в робототехнике: оптимальные алгоритмы, снижение веса, использование режимов ожидания, правильный выбор компонентов. Приводит примеры энергоэффективных решений.	Слушают объяснение, записывают принципы энергоэффективности, предлагают свои идеи по экономии энергии в роботах.	Понимание принципов энергоэффективности
12. Практическая работа: оптимизация энергопотребления робота (15 мин)	Предлагает группам оптимизировать энергопотребление предложенного робота: изменить алгоритм, отключить неиспользуемые компоненты, использовать режим ожидания. Консультирует группы в процессе работы.	Анализируют энергопотребление робота, предлагают и реализуют изменения для повышения энергоэффективности, измеряют результаты оптимизации, рассчитывают увеличение времени работы.	Применение принципов энергоэффективности на практике
13. Представление результатов оптимизации (10 мин)	Организует представление результатов работы групп, предлагает сравнить эффективность различных подходов к экономии энергии.	Представляют свои решения по оптимизации энергопотребления, демонстрируют результаты измерений до и после оптимизации, отвечают на вопросы.	Развитие навыков представления результатов работы
14. Альтернативные источники энергии в робототехнике (5 мин)	Рассказывает о перспективных альтернативных источниках энергии для роботов: солнечные батареи, топливные элементы, биомеханические генераторы, беспроводная передача энергии.	Слушают рассказ, задают вопросы, обсуждают возможности применения альтернативных источников энергии в будущих проектах.	Расширение представлений об источниках энергии
15. Рефлексия (3 мин)	Предлагает учащимся оценить свое понимание темы, используя прием “Батарейка”: нарисовать батарейку и указать уровень ее заряда (от 0% до 100%), соответствующий степени понимания материала.	Рисуют батарейку, указывают уровень понимания материала, объясняют, какие аспекты темы требуют дополнительного изучения.	Развитие навыков самооценки
16. Домашнее задание (2 мин)	Объясняет домашнее задание: 1) Составить сравнительную таблицу характеристик различных типов батарей и аккумуляторов; 2) Рассчитать время работы предложенного робота от батарей разного типа.	Записывают домашнее задание, задают уточняющие вопросы.	Понимание домашнего задания
17. Подведение итогов урока (5 мин)	Обобщает изученный материал, отмечает важность правильного выбора источника питания и расчета энергопотребления для успешной работы робота.	Слушают обобщение, делятся своими выводами об изученном материале.	Осознание результатов урока

Диагностика результатов:

Оценка понимания основных электрических понятий (напряжение, ток, мощность)
Анализ правильности измерений потребления тока различными компонентами
Проверка расчетов энергопотребления и времени работы от батарей
Оценка предложенных способов оптимизации энергопотребления робота
Наблюдение за работой учащихся в группах при проведении практических работ
Анализ заполненных рабочих листов с результатами измерений и расчетов
Качество представления результатов оптимизации энергопотребления