Практическая работа «Программирование работы датчика линии»

ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ КАРТА УРОКА

Образовательная организация: ГБОУ Школа № 1362
Учитель: Ахметов Рустам
Дата проведения:
Класс: 6

ЦЕЛЕВОЙ БЛОК

Модуль: Сенсорные системы роботов
Тема урока: Практическая работа «Программирование работы датчика линии»
Цель урока: Создать условия для формирования практических навыков установки датчиков линии на робота и программирования алгоритма следования по контрастной линии.

Планируемые результаты:

Предметные:

Умение устанавливать датчики линии на робототехническую платформу
Навык калибровки датчиков линии под различные условия освещенности
Понимание алгоритмов следования по линии
Умение программировать взаимодействие датчиков линии с системой управления роботом

Метапредметные:

Регулятивные УУД: умение планировать этапы решения задачи, тестировать и корректировать алгоритм работы робота
Познавательные УУД: умение анализировать показания датчиков и преобразовывать их в команды управления
Коммуникативные УУД: умение работать в группе, обсуждать проблемы и находить коллективные решения

Личностные:

Развитие инженерного мышления и настойчивости в достижении результата
Формирование ответственности за качество выполнения работы
Воспитание культуры технического творчества
Развитие интереса к программированию и робототехнике

ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЙ БЛОК

Задачи урока:

Образовательные:

Закрепить знания о принципах работы датчиков линии
Научить методам калибровки датчиков под разные условия освещенности
Сформировать понимание различных алгоритмов следования по линии

Развивающие:

Развивать алгоритмическое мышление
Формировать навыки отладки программы и устранения ошибок
Развивать умение анализировать и оптимизировать работу системы

Воспитательные:

Воспитывать аккуратность при работе с электронными компонентами
Формировать культуру командной работы
Развивать настойчивость в достижении цели

Тип урока: Практическая работа

Учебно-методическое и материально-техническое обеспечение:

Робототехнические наборы с возможностью подключения датчиков линии
Датчики линии (аналоговые или цифровые)
Компьютеры с установленной средой программирования
Полигоны для тестирования с нанесенными контрастными линиями разной ширины
Дополнительное освещение для тестирования работы датчиков при разной освещенности
Мультиметр для проверки работы датчиков
Инструкции по подключению датчиков линии
Примеры базовых алгоритмов следования по линии

ОРГАНИЗАЦИОННО-ДЕЯТЕЛЬНОСТНЫЙ БЛОК

Образовательные технологии:

Проектное обучение
Практико-ориентированное обучение
Работа в малых группах
Проблемное обучение

Межпредметные связи:

Физика: Влияние освещенности на работу датчиков, адаптация к изменяющимся условиям, коэффициенты отражения разных поверхностей
Математика: Построение алгоритма движения по линии, пороговые значения для распознавания линии, пропорциональное и дифференциальное регулирование
Информатика: Алгоритмизация, программирование условных операторов, циклы, логические выражения
Технология: Монтаж датчиков, оптимальное расположение на платформе робота

Основные понятия: Датчик линии, калибровка, пороговое значение, алгоритм следования по линии, П-регулятор, ПД-регулятор, мощность двигателей, коэффициент усиления, инверсия линии, пересечение линии, временная задержка, фильтрация сигнала

Этап урока	Деятельность учителя	Деятельность ученика	Планируемые результаты предметные	Планируемые результаты УУД
1. Организационный момент (3 мин)	Приветствует учащихся, проверяет готовность к уроку. Проводит инструктаж по технике безопасности при работе с электронными компонентами.	Готовят рабочие места, проверяют наличие необходимых компонентов	Знание правил техники безопасности	Регулятивные: самоорганизация
2. Постановка задачи (5 мин)	Формулирует цель практической работы: “Сегодня вы научитесь устанавливать датчики линии на робота и программировать алгоритм следования по линии. В конце занятия ваш робот должен стабильно двигаться по контрастной линии”. Демонстрирует видео с примерами работы роботов, следующих по линии.	Слушают задание, задают уточняющие вопросы, анализируют показанные примеры	Понимание целей практической работы	Познавательные: целеполагание Коммуникативные: формулирование вопросов
3. Подготовка оборудования (10 мин)	Объясняет особенности выбора места установки датчиков линии на роботе, демонстрирует правильное расположение датчиков. Напоминает о важности учета ширины линии при выборе расстояния между датчиками.	Выбирают оптимальное место для установки датчиков на своих роботах, учитывая особенности конструкции и ширину линии трассы. Устанавливают датчики линии на своего робота.	Умение правильно размещать и устанавливать датчики линии на робототехническую платформу	Регулятивные: планирование действий Познавательные: применение знаний
4. Калибровка датчиков (10 мин)	Объясняет необходимость калибровки датчиков линии под условия освещения и особенности трассы. Демонстрирует процесс калибровки, показывает как определить пороговые значения для распознавания линии.	Выполняют калибровку датчиков: измеряют показания на черной и белой поверхности, определяют пороговые значения, записывают результаты. Тестируют работу датчиков на линии.	Умение калибровать датчики линии и определять пороговые значения	Познавательные: анализ данных Регулятивные: коррекция действий
5. Изучение алгоритмов следования по линии (8 мин)	Рассказывает о различных алгоритмах следования по линии: 1) Простой алгоритм “влево-вправо” для двух датчиков 2) П-регулятор для плавного движения 3) ПД-регулятор для улучшения стабильности Акцентирует внимание на математических основах каждого алгоритма.	Слушают, делают записи, разбираются в принципах работы алгоритмов. Задают вопросы по непонятным моментам.	Понимание различных алгоритмов следования по линии и их математических основ	Познавательные: усвоение новой информации
6. Программирование базового алгоритма (15 мин)	Демонстрирует базовый алгоритм следования по линии. Предлагает учащимся написать программу с использованием простого алгоритма “влево-вправо”. Консультирует по вопросам программирования.	Разрабатывают программу следования по линии с использованием двух датчиков. Создают условные операторы для определения положения робота относительно линии и корректировки движения.	Умение программировать базовый алгоритм следования по линии	Познавательные: алгоритмическое мышление Регулятивные: планирование действий
7. Тестирование работы робота (10 мин)	Организует тестирование работы роботов на полигоне с линией. Наблюдает за процессом, помогает выявлять причины некорректной работы.	Загружают программу в робота, тестируют работу на полигоне. Выявляют проблемы в движении робота, анализируют причины.	Умение тестировать программу и выявлять проблемы	Регулятивные: контроль и коррекция Познавательные: анализ результатов
8. Усовершенствование алгоритма (15 мин)	Предлагает улучшить программу: внедрить П-регулятор для более плавного движения, добавить обработку особых случаев (перекрестки, разрывы линии). Объясняет принципы настройки коэффициентов регулятора.	Модифицируют программу, внедряя более сложные алгоритмы. Экспериментируют с параметрами (скорость, коэффициент усиления), оптимизируют работу робота.	Умение совершенствовать алгоритм и оптимизировать параметры	Познавательные: творческое применение знаний Регулятивные: оптимизация
9. Финальное тестирование (10 мин)	Организует испытания роботов на трассе с разными условиями: различной шириной линии, разными уровнями освещенности. Оценивает стабильность работы.	Проводят финальное тестирование своих роботов, демонстрируют результаты работы, анализируют поведение робота при разных условиях.	Умение обеспечивать стабильную работу робота в различных условиях	Регулятивные: оценка результатов Познавательные: анализ работы системы
10. Рефлексия и подведение итогов (4 мин)	Подводит итоги практической работы, обсуждает типичные проблемы и их решения. Задает вопросы: “Какой алгоритм оказался наиболее эффективным?”, “Какие трудности возникли при программировании?”	Отвечают на вопросы, обсуждают решения, делятся опытом преодоления трудностей, оценивают свои достижения	Осознание полученного практического опыта	Регулятивные: рефлексия Коммуникативные: обмен опытом

ДОМАШНЕЕ ЗАДАНИЕ

Базовый уровень:

Подготовить отчет о проделанной практической работе с описанием алгоритма и результатов тестирования
Составить список факторов, влияющих на стабильность движения робота по линии

Повышенный уровень:

Разработать улучшенный алгоритм следования по линии с использованием ПД-регулятора
Предложить решение для прохождения роботом перекрестков и разветвлений линий

ОЦЕНИВАНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

Критерии оценивания практической работы:

Качество установки датчиков линии (расположение, надежность крепления) (1-5 баллов)
Правильность калибровки датчиков и определения пороговых значений (1-5 баллов)
Работоспособность программы следования по линии (1-5 баллов)
Стабильность движения робота по линии (1-5 баллов)
Оптимизация алгоритма и дополнительная функциональность (0-5 баллов)

Шкала оценивания:

“5” - 20-25 баллов
“4” - 15-19 баллов
“3” - 10-14 баллов
“2” - менее 10 баллов

ОЖИДАЕМЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ

По итогам урока учащиеся должны:

Знать:

Принципы установки и расположения датчиков линии на роботе
Методы калибровки датчиков под разные условия освещенности
Различные алгоритмы следования по линии
Факторы, влияющие на стабильность движения по линии

Уметь:

Правильно устанавливать и калибровать датчики линии
Программировать алгоритмы следования по линии разной сложности
Настраивать параметры программы для оптимизации движения
Анализировать и устранять проблемы в работе робота

Владеть:

Навыками программирования датчиков линии
Методами тестирования и отладки программы
Способами оптимизации параметров алгоритма
Приемами адаптации робота к изменяющимся условиям

Дополнительные материалы к уроку:

Схемы подключения датчиков линии к различным контроллерам
Примеры программного кода для различных алгоритмов следования по линии
Таблица для записи результатов калибровки датчиков
Инструкция по настройке параметров П и ПД-регуляторов
Дополнительные задания для роботов, успешно выполнивших основное задание