17. Физика движения роботов - трение и сцепление с поверхностью

ЦЕЛЕВОЙ БЛОК

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

Модуль: Основы робототехники
Тема урока: Физика движения роботов: трение и сцепление с поверхностью
Цель урока: Сформировать у обучающихся представление о физических основах движения роботов, роли сил трения и сцепления с поверхностью при проектировании робототехнических систем.

Планируемые результаты:

Личностные: развитие любознательности и интереса к физическим явлениям в робототехнике; формирование научного мировоззрения; воспитание настойчивости при решении практических задач.
Предметные: понимание роли силы трения в движении роботов; формирование умения выбирать материалы колес в зависимости от поверхности; освоение способов преодоления препятствий роботами.
Метапредметные:
- Регулятивные УУД: развитие умения планировать эксперимент для исследования сил трения; формирование навыков анализа результатов и формулирования выводов.
- Коммуникативные УУД: развитие умения объяснять физические принципы движения роботов; формирование навыков коллективного решения экспериментальных задач.
- Познавательные УУД: развитие умения устанавливать причинно-следственные связи между характеристиками поверхности и движением робота; формирование навыков моделирования физических процессов.

ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЙ БЛОК

Задачи урока:

Познакомить учащихся с видами трения и их ролью в движении роботов
Объяснить зависимость сцепления от материалов колес и поверхности
Научить расчету сил, действующих на робота при движении
Сформировать навыки выбора оптимальных материалов для колес в зависимости от задачи
Обеспечить практическое применение знаний о трении при проектировании роботов

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

Учебно-методическое и материально-техническое обеспечение:

Роботы с различными типами колес (резиновые, пластиковые, гусеничные)
Набор разных поверхностей для тестирования (гладкая, шероховатая, наклонная плоскость)
Динамометры для измерения силы трения
Весы для определения массы роботов
Набор грузов для изменения нагрузки на колеса
Секундомеры для измерения скорости движения
Рабочие листы для записи результатов экспериментов
Презентация “Физика движения роботов”
Видеоматериалы о механизмах преодоления препятствий

ОРГАНИЗАЦИОННО-ДЕЯТЕЛЬНОСТНЫЙ БЛОК

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

Межпредметные связи:

Физика: сила трения, коэффициент трения, виды трения, законы Ньютона
Математика: расчет сил, действующих на робота, пропорциональные зависимости, векторы

Основные понятия: сила трения, коэффициент трения, трение покоя, трение скольжения, трение качения, сцепление с поверхностью, центр тяжести, момент силы, преодоление препятствий, оптимизация движения.

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 движении роботов: “От чего зависит способность робота двигаться по разным поверхностям?”, “Почему на гладкой поверхности робот может пробуксовывать?”. Предлагает вспомнить, что известно о силе трения из курса физики.	Отвечают на вопросы, вспоминают известные факты о трении, предлагают свои объяснения наблюдаемым явлениям.	Актуализация знаний о движении и трении
3. Целеполагание (3 мин)	Формулирует тему урока и предлагает учащимся самостоятельно определить цель: “Что нам важно узнать о силе трения в контексте робототехники?”	Участвуют в формулировке цели урока, предлагают аспекты, которые необходимо изучить.	Осознание цели учебной деятельности
4. Межпредметная связь с физикой: Виды трения и их роль в движении роботов (10 мин)	Объясняет виды трения (покоя, скольжения, качения), демонстрирует каждый вид с помощью простых опытов. Рассказывает о роли трения в движении роботов. Показывает, как трение может быть как полезным (обеспечивает сцепление), так и вредным (увеличивает расход энергии).	Слушают объяснение, наблюдают демонстрации, делают записи в тетради, задают уточняющие вопросы.	Формирование представлений о видах трения и их роли в движении роботов
5. Демонстрационный эксперимент: Измерение силы трения (7 мин)	Проводит демонстрационный эксперимент: измеряет с помощью динамометра силу трения при перемещении робота по разным поверхностям. Обращает внимание на факторы, влияющие на силу трения.	Наблюдают за экспериментом, фиксируют результаты в рабочих листах, анализируют зависимость силы трения от типа поверхности.	Понимание методов измерения силы трения
6. Межпредметная связь с математикой: Расчет сил, действующих на робота (8 мин)	Объясняет формулу для расчета силы трения (F_тр = μ·N), показывает, как рассчитывать силу трения в зависимости от веса робота и коэффициента трения. Демонстрирует расчет на конкретных примерах.	Изучают формулы, записывают их в тетрадь, выполняют простые расчеты силы трения для робота на разных поверхностях.	Формирование навыков математического расчета сил трения
7. Физкультминутка (2 мин)	Проводит короткую физкультминутку с элементами имитации движения и преодоления препятствий.	Выполняют физические упражнения, имитирующие движение с разным сопротивлением.	Снятие физического напряжения
8. Влияние материалов колес и поверхности на движение робота (10 мин)	Рассказывает о влиянии различных материалов колес (резина, пластик, металл) и типов поверхностей на сцепление. Демонстрирует образцы разных колес и материалов. Объясняет понятие коэффициента трения и его роль в выборе материала колес.	Слушают объяснение, изучают образцы материалов, делают предположения о наиболее эффективных комбинациях колес и поверхностей для разных задач.	Понимание зависимости сцепления от материалов колес и поверхности
9. Лабораторная работа: Исследование влияния материала колес на движение робота (15 мин)	Организует работу в группах, раздает инструкции для проведения лабораторной работы. Задание: исследовать скорость движения и способность преодолевать наклонную плоскость для роботов с разными типами колес.	Работают в группах, проводят эксперименты с роботами, оснащенными разными колесами, измеряют скорость движения, определяют максимальный угол наклона для подъема, записывают результаты.	Формирование навыков экспериментального исследования
10. Обсуждение результатов лабораторной работы (5 мин)	Предлагает группам представить результаты экспериментов, помогает сделать выводы о зависимости характеристик движения от типа колес.	Представляют результаты исследований, сравнивают данные разных групп, формулируют выводы о оптимальных типах колес для разных условий.	Развитие навыков анализа экспериментальных данных
11. Преодоление препятствий роботами (10 мин)	Объясняет физические принципы преодоления препятствий роботами. Демонстрирует видео с различными механизмами преодоления препятствий. Рассказывает о роли центра тяжести, момента силы и сцепления при преодолении препятствий.	Смотрят видеоматериалы, обсуждают увиденные механизмы, задают вопросы о физических принципах преодоления препятствий.	Понимание физических основ преодоления препятствий
12. Практическая работа: Оптимизация робота для преодоления препятствий (15 мин)	Предлагает группам модифицировать своих роботов для эффективного преодоления препятствия (небольшой порог или горка). Консультирует группы, направляет их работу.	Разрабатывают и реализуют изменения в конструкции робота (изменение положения центра тяжести, замена колес, добавление элементов для лучшего сцепления). Тестируют модифицированных роботов.	Применение знаний о трении для оптимизации конструкции
13. Демонстрация результатов оптимизации (7 мин)	Организует демонстрацию роботов, преодолевающих препятствия. Предлагает учащимся объяснить, какие изменения они внесли и почему они оказались эффективными.	Демонстрируют работу своих роботов, объясняют внесенные изменения с точки зрения физики и их влияние на способность преодоления препятствий.	Развитие навыков презентации технических решений
14. Оценка эффективности технических решений (3 мин)	Предлагает провести мини-соревнование: чей робот быстрее преодолеет полосу препятствий. Фиксирует результаты.	Участвуют в соревновании, наблюдают за работой других роботов, анализируют различные подходы.	Формирование навыков оценки эффективности технических решений
15. Обобщение знаний о роли трения в робототехнике (5 мин)	Систематизирует изученный материал, подчеркивает ключевые моменты о роли трения и сцепления в движении роботов. Предлагает учащимся сформулировать основные правила выбора колес и оптимизации конструкции для разных условий движения.	Участвуют в обобщении материала, формулируют правила выбора колес и конструкции робота в зависимости от поверхности и задачи.	Систематизация знаний о трении в робототехнике
16. Рефлексия (3 мин)	Предлагает учащимся оценить свое понимание темы, используя прием “Три М”: что меня удивило, что меня заинтересовало, что мне пригодится.	Заполняют таблицу рефлексии, анализируют полученные знания и опыт, определяют их практическую значимость.	Развитие навыков самооценки и рефлексии
17. Домашнее задание (3 мин)	Объясняет домашнее задание: 1) Составить таблицу коэффициентов трения для разных материалов; 2) Предложить дизайн колеса робота для движения по песчаной поверхности.	Записывают домашнее задание, задают уточняющие вопросы.	Понимание домашнего задания
18. Подведение итогов урока (2 мин)	Обобщает результаты работы на уроке, отмечает успехи учащихся, подчеркивает важность понимания физики движения для проектирования эффективных роботов.	Слушают, задают возникшие вопросы.	Осознание результатов урока

Диагностика результатов:

Оценка понимания физических принципов трения через ответы на вопросы
Анализ результатов лабораторной работы и правильности расчетов сил трения
Оценка эффективности оптимизации робота для преодоления препятствий
Наблюдение за групповой работой при проведении экспериментов
Анализ выводов учащихся о зависимости движения робота от характеристик колес и поверхности
Оценка результатов мини-соревнования по преодолению препятствий
Анализ таблицы рефлексии