Базаров А.В. Экстремальная робототехника

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
1.Основные характеристики программы:
1.1. Дополнительная общеразвивающая программа «Экстремальная робототехника»
(далее - Программа) реализуется в соответствии с технической направленностью
образования для учащихся возрастом 10-17 лет.
1.2. Актуальность программы обусловлена тем, что сегодня человечество
практически вплотную подошло к тому моменту, когда роботы будут использоваться во
всех сферах жизнедеятельности. В настоящее время автоматизация достигла такого
уровня, при котором технические объекты выполняют не только функции по обработке
материальных предметов, но и начинают выполнять обслуживание и планирование.
Человекоподобные роботы уже выполняют функции секретарей и гидов. Робототехника
уже выделена в отдельную отрасль.
Робототехника - это проектирование, конструирование и программирование
всевозможных интеллектуальных механизмов - роботов, имеющих модульную структуру
и обладающих мощными микропроцессорами.
Робототехнику для экстремальных ситуаций можно подразделить на две группы. К
первой группе можно отнести промышленные роботы, предназначенные для выполнения
производственных задач с тяжелыми, опасными и вредными условиями труда
(химическое производство, металлургия, добыча ископаемых в шахтах, атомная
промышленность). Ко второй группе следует отнести специальную робототехнику для
проведения спасательных работ при возникновении техногенных и природных аварий и
катастроф, а также технику, служащую для проведения уникальных исследовательских
работ в глубинах океана, в открытом космосе, в условиях обеспечения национальной
безопасности страны, включая предотвращение террористических актов.
1.3. Отличительные особенности программы
Используются такие педагогические технологии как обучение в сотрудничестве,
индивидуализация и дифференциация обучения, проектные методы обучения, технологии
использования

в обучении

игровых

методов,

информационно-коммуникационные

технологии.
В качестве платформы для создания роботов используется конструктор TETRIX,
совместимый с конструкторами LEGO Mindstorms.
Программа модифицированная, за основу взята образовательная программа по
творческой робототехника. В новой программе делается упор на углубленное изучение
основ механики и конструирования, исходя из экстремальных условий. Сборка роботов
будет осуществляться с применением дополнительных металлических деталей, что

позволит ребятам глубже изучить и понять сферы применения, виды и особенности
роботов для экстремальных условий
1.4. Цель программы - создание условий для изучения основ экстремальной
робототехники, алгоритмизации и программирования, развития научно-технического и
творческого потенциала личности ребёнка путём организации его деятельности в
процессе интеграции начального инженерно-технического конструирования и основ
робототехники.
1.5. Задачи программы:
1.Образовательные:
•сформировать у детей теоретические и практические знания о процессе создания
программируемого механизма;
•стимулировать познавательную активность;
2. Развивающие:
•развить творческие способности и логическое мышление обучающихся;
•развить умение выстраивать гипотезу и сопоставлять с полученным результатом;
•развить образное, техническое мышление и умение выразить свой замысел;
•развить умения работать по предложенным инструкциям по сборке моделей;
•развить умения творчески подходить к решению задачи;
•развить применение знаний из различных областей знаний;
•развить умения излагать мысли в чёткой логической последовательности, отстаивать
свою точку зрения, анализировать ситуацию и самостоятельно находить ответы на
вопросы путём логического рассуждения;
3. Воспитательные:
•воспитание трудолюбия, ответственности, усидчивости;
•воспитание нравственных качеств личности ребёнка, эмоционально-эстетического
восприятия окружающего мира;
•воспитать аккуратность, целеустремленность, умение доводить начатое до логического
завершения;
•сформировать этические нормы в межличностном общении;
•сформировать гражданственность и патриотизм через создание предметов и механизмов
окружающего мира.
1.7. Возраст учащихся, которым адресована программа
Программа

кружка

«Экстремальная

робототехника»

направленности и рассчитана на детей 7-11классов (13-18 лет).
1.8. Формы занятий: Организация учебного процесса.

научно–технической

Изучение

темы

предусматривает

организацию

учебного

процесса

двух

взаимосвязанных и взаимодополняющих формах:
• урочная форма, в которой педагог объясняет новый материал и консультирует
обучающихся в процессе выполнения ими практических заданий;
• внеурочная форма, в которой обучающиеся после занятий самостоятельно
работают над проектами.
Формы организации образовательного процесса:
- групповые учебно-практические и теоретические занятия;
- индивидуальные;
- комбинированные занятия;
- коллективные;
- индивидуально-групповые.
2. Объем программы:
2.1. Объем программы – количество часов на весь период обучения по программе
(всего 108 часов, 3 часа в неделю).
2.2. Срок реализации программы – 1 год
2.3. Режим занятий: 1 раз в неделю по 3 часа.
3. Планируемые результаты
3.1. Планируемые результаты освоения темы:
по окончании обучения дети должны знать:
•

правила безопасной работы;

•

основные компоненты конструкторов ЛЕГО и TETRIX;

•

конструктивные особенности различных моделей, сооружений и механизмов;

•

компьютерную среду, включающую в себя графический язык программирования;

•

виды подвижных и неподвижных соединений в конструкторе;

•

конструктивные особенности различных роботов;

•

как передавать программы;

•

как использовать созданные программы;

•

приемы и опыт конструирования с использованием специальных элементов, и других
объектов и т.д.;

уметь:
•

использовать основные алгоритмические конструкции для решения задач;

•

конструировать различные модели; использовать созданные программы;

•

применять полученные знания в практической деятельности;

•

проектировать робота , исходя от заданных условий;

•

конструировать робота из доступных материалов в зависимости от условий

•

программировать робота для определённых условий.

владеть:
•

навыками работы с роботами;

•

навыками работы в среде программирования.

Процесс изучения направлен на формирование следующих компетенций:
Общекультурные компетенции (ОК):
• владение культурой мышления; способность к обобщению, анализу, восприятию
информации, постановке цели и выбору путей её достижения;
• умение логически верно, аргументировано и ясно строить устную и письменную речь;
• готовность к взаимодействию со сверстниками, к работе в коллективе;
• владение основными методами, способами и средствами получения, хранения,
переработки информации, навыками работы с компьютером как средством управления
информацией;
• способность понимать сущность и значение информации в развитии современного
информационного общества;
• способность использовать навыки публичной речи, ведения дискуссии;
обще-профессиональные компетенции (ОПК):
• осознание социальной значимости своей будущей профессии, обладание мотивацией к
осуществлению профессиональной деятельности;
• способность использовать систематизированные теоретические и практические знания
при решении поставленных задач.
3.2. Способы и формы проверки результатов
- Текущий контроль уровня усвоения материала осуществляется по результатам
выполнения обучающихся практических заданий.
- Итоговый контроль реализуется в форме соревнований (олимпиады) по
робототехнике.
Оборудование:
1. Роботы LEGO MINDSTROMS серии Lego Education
2. Информационно-технические средства.
3. Соревновательные поля, полигоны.

Учебно-тематический план
1 год обучения

Количество часов
№

Тема занятия

Всего

Прак
Теория
тика

Вводное занятие.

Роботы для экстремальных
условий. Ходовая часть.
Механизмы.

Роботы – МЧС.

Военные роботы.

Водные роботы.

Интеллектуальные
робототехнические системы.

Защита проектов.

108

Итого

Формы
аттестации/контроля
Беседа,
рассказ,
практическая работа
Беседа,
рассказ,
практическая работа,
творческая задание
Беседа,
рассказ,
практическая работа,
творческая задание
Беседа,
рассказ,
практическая работа,
творческая задание
Беседа,
рассказ,
практическая работа,
творческая задание
Беседа,
рассказ,
практическая работа,
творческая задание
Творческое задание

Содержание программы
1. Введение. – 3 ч.
Понятие «Экстремальная робототехника». Классификация роботов. Применение роботов в
различных сферах.
2. Роботы для экстремальных условий. – 24 ч.
Ходовая часть: колёсные, AWD, гусеничные, шагающие и др. Механизмы: рулевой,
захвата, подъёма, манипуляторы и др. Практическая работа. Сборка специальной
ходовой части. Сборка механизмов: рулевой, захвата, подъёма, манипуляторов и др.
3. Роботы МЧС. – 15ч.
Понятие «Роботы МЧС». Виды. Особенности.
Разведчик, пожарный и т.п. Практическая работа. Сборка специальной техники и
механизмов.
4. Военные роботы. – 15ч.
Понятие «Военные роботы». Виды. Особенности.
Разведчик, инженерные, боевые и т.п. Практическая работа. Сборка специальной
техники и механизмов.
5. Водные роботы. – 18ч.
Понятие «водные роботы». Сферы применения. Виды. Особенности.
Надводные, подводные роботы. ТНПА, АНПА. Практическая работа. Сборка
специальной техники и механизмов.
6. Интеллектуальные робототехнические системы. – 21ч.
Понятие «Интеллектуальные робототехнические системы». Применение. Практическая
работа. Программирование в EV3. Алгоритмы «движение по датчикам УЗ, цвета, касания,
температуры и др.». Программы «парковка, линия, автопилот и др.»
7. Защита проектов. – 12ч.
Создание собственных роботов учащимися и их презентация

Учебно-календарный план

05.09.22
07.09.22
02.09.22

12.09.22
14.09.22
09.09.22
19.09.22
21.09.22
16.09.22
26.09.22
28.09.22
23.09.22
03.10.22
05.10.22
30.09.22
10.10.22
12.10.22
07.10.22
17.10.22
19.10.22
14.10.22
24.10.22
26.10.22
21.10.22
31.10.22
02.11.22
28.10.22
07.11.22
09.11.22
11.11.22
14.11.22
16.11.22
18.11.22
21.11.22
23.11.22
25.11.22
28.11.22
30.11.22
02.12.22
05.12.22
07.12.22
09.12.22
12.12.22
14.12.22
16.12.22
19.12.22
21.12.22
23.12.22

3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
17.
18.
19.

26.12.22
28.12.22
30.12.22
09.01.23
11.01.23
13.01.23
16.01.23
18.01.23
20.01.23

09.0011.20

15.0017.20

Тема занятия

Форма
контроля

Форма
занятия
Кол-во
часов

№ Дата

Время

1 год обучения

Рассказ,
беседа,
прак.
работа
Рассказ,
прак.
работа
Беседа,
прак.
работа
Беседа,
прак.
работа
Беседа,
прак.
работа
Беседа,
прак.
работа
Беседа,
прак.
работа
Беседа,
прак.
работа
Беседа,
прак.
работа
Беседа,
прак.
работа
Беседа,
прак.
работа
Беседа,
прак.
работа
Беседа,
прак.
работа
Беседа,
прак.
работа
Беседа,
прак.
работа
Беседа,
прак.
работа

Понятие «Экстремальная робототехника». Классификация Входной
контроль
роботов. Применение роботов в различных сферах.

Прак.
Роботы для экстремальных условий.
Ходовая часть: колёсные, AWD , гусеничные, шагающие и др. задание

Роботы для экстремальных условий.
Ходовая часть: колёсные, AWD , гусеничные, шагающие и др.
Роботы для экстремальных условий.
Ходовая часть: колёсные, AWD , гусеничные, шагающие и др.

Прак.
задание

Роботы для экстремальных условий.
Ходовая часть: колёсные, AWD , гусеничные, шагающие и др.
Роботы для экстремальных условий.
Механизмы: рулевой, захвата, подъёма, манипуляторы и др.
Роботы для экстремальных условий.
Механизмы: рулевой, захвата, подъёма, манипуляторы и др.
Роботы для экстремальных условий.
Механизмы: рулевой, захвата, подъёма, манипуляторы и др.
Роботы для экстремальных условий.
Механизмы: рулевой, захвата, подъёма, манипуляторы и др.
Роботы МЧС. Виды. Особенности.
Сборка специальной техники и механизмов.
Роботы МЧС. Виды. Особенности.
Сборка специальной техники и механизмов.
Роботы МЧС. Виды. Особенности.
Сборка специальной техники и механизмов.
Роботы МЧС. Виды. Особенности.
Сборка специальной техники и механизмов.
Роботы МЧС. Виды. Особенности.
Сборка специальной техники и механизмов.
Военные роботы. Виды. Особенности.
Сборка специальной техники и механизмов.
Военные роботы. Виды. Особенности.
Сборка специальной техники и механизмов.

Прак.
задание

Беседа,
прак.
работа
Беседа,
прак.
работа
Беседа,
прак.
работа

Военные роботы. Виды. Особенности.
Сборка специальной техники и механизмов.
Военные роботы. Виды. Особенности.
Сборка специальной техники и механизмов.
Военные роботы. Виды. Особенности.
Сборка специальной техники и механизмов.

Прак.
задание

3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3

3
3

Прак.
задание

Прак.
задание
Прак.
задание
Прак.
задание
Прак.
задание
Прак.
задание
Прак.
задание
Прак.
задание
Прак.
задание
Прак.
задание
Прак.
задание
Прак.
задание

Прак.
задание
Прак.
задание

Водные роботы. Виды. Особенности.
Сборка специальной техники и механизмов.

Прак.
задание

Водные роботы. Виды. Особенности.
Сборка специальной техники и механизмов.

Прак.
задание

Водные роботы. Виды. Особенности.
Сборка специальной техники и механизмов.

Прак.
задание

13.02.23
15.02.23
17.02.23
27.02.23
22.02.23
03.03.23
06.03.23
15.03.23
10.03.23
13.03.23
22.03.23
17.03.23

Рассказ.Б
еседа,
прак.
работа
Рассказ.Б
еседа,
прак.
работа
Рассказ.Б
еседа,
прак.
работа
Беседа,
прак.
работа
Беседа,
прак.
работа
Беседа,
прак.
работа
Рассказ.
Прак.
работа

Прак.
задание

27.

20.03.23
29.03.23
24.03.23

Рассказ.
Прак.
работа

28.

27.03.23
05.04.23
31.03.23

Рассказ.
Прак.
работа

29.

03.04.23
12.04.23
07.04.23

Беседа,
прак.
работа

30.

10.04.23
19.04.23
14.04.23

Беседа,
прак.
работа

31.

17.04.23
26.04.23
21.04.23

Беседа,
прак.
работа

32.

24.04.23
03.05.23
28.04.23

Беседа,
прак.
работа

33.

06.05.23
10.05.23
05.05.23
15.05.23
17.05.23
12.05.23
22.05.23
24.05.23
19.05.23
29.05.23
31.05.23
26.05.23

Творческ
ая
работа
Творческ
ая
работа
Творческ
ая
работа
Творческ
ая работа

Водные роботы. Виды. Особенности.
Сборка специальной техники и механизмов.
Водные роботы. Виды. Особенности.
Сборка специальной техники и механизмов.
Водные роботы. Виды. Особенности.
Сборка специальной техники и механизмов.
Интеллектуальные робототехнические системы.
Программирование. Алгоритмы «движение по датчикам УЗ,
цвета, касания, температуры и др.».
Интеллектуальные робототехнические системы.
Программирование. Алгоритмы «движение по датчикам УЗ,
цвета, касания, температуры и др.».
Интеллектуальные робототехнические системы.
Программирование. Алгоритмы «движение по датчикам УЗ,
цвета, касания, температуры и др.».
Интеллектуальные робототехнические системы.
Программирование. Алгоритмы «движение по датчикам УЗ,
цвета, касания, температуры и др.».
Интеллектуальные робототехнические системы.
Программирование. Алгоритмы «движение по датчикам УЗ,
цвета, касания, температуры и др.».
Интеллектуальные робототехнические системы.
Программирование. Алгоритмы «движение по датчикам УЗ,
цвета, касания, температуры и др.».
Интеллектуальные робототехнические системы.
Программирование. Алгоритмы «движение по датчикам УЗ,
цвета, касания, температуры и др.».
Защита проектов.
Создание собственных роботов учащимися и их презентация
Защита проектов.
Создание собственных роботов учащимися и их презентация
Защита проектов.
Создание собственных роботов учащимися и их презентация
Защита проектов.
Создание собственных роботов учащимися и их презентация

20.

23.01.23
25.01.23
27.01.23

21.

30.01.23
01.02.23
03.02.23

22.

06.02.23
08.02.23
10.02.23

23.
24.
25.
26.

34.
35.
36.

3
3
3

Прак.
задание
Прак.
задание
Прак.
задание
Прак.
задание
Прак.
задание
Прак.
задание
Прак.
задание
Прак.
задание
Прак.
задание
Прак.
задание
Прак.
задание
Прак.
задание
Прак.
задание

Личностные, метапредметные и предметные результаты
Личностные результаты:
К личностным результатам освоения программы можно отнести:
•

критическое отношение к информации и избирательность её восприятия;

•

осмысление мотивов своих действий при выполнении заданий;

•

развитие любознательности, сообразительности при выполнении разнообразных
заданий проблемного и эвристического характера;

•

развитие внимательности, настойчивости, целеустремленности, умения преодолевать
трудности – качеств весьма важных в практической деятельности любого человека;

•

развитие самостоятельности суждений, независимости и нестандартности мышления;

•

воспитание чувства справедливости, ответственности;

•

начало профессионального самоопределения, ознакомление с миром профессий,
связанных с робототехникой.
Метапредметные результаты:
Регулятивные универсальные учебные действия:

•

принимать и сохранять учебную задачу;

•

планировать последовательность шагов алгоритма для достижения цели;

•

формировать умения ставить цель – создание творческой работы, планировать
достижение этой цели;

•

осуществлять итоговый и пошаговый контроль по результату;

•

адекватно воспринимать оценку учителя;

•

различать способ и результат действия;

•

вносить коррективы в действия в случае расхождения результата решения задачи на
основе ее оценки и учета характера сделанных ошибок;

•

в сотрудничестве с педагогом ставить новые учебные задачи;

•

проявлять познавательную инициативу в учебном сотрудничестве;

•

осваивать способы решения проблем творческого характера в жизненных ситуациях;

•

оценивать получающийся творческий продукт и соотносить его с изначальным
замыслом, выполнять по необходимости коррекции либо продукта, либо замысла.
Познавательные универсальные учебные действия:

•

осуществлять поиск информации в индивидуальных информационных архивах
учащегося, информационной среде образовательного учреждения, в федеральных
хранилищах информационных образовательных ресурсов;

•

использовать средства информационных и коммуникационных технологий для
решения коммуникативных, познавательных и творческих задач;

•

ориентироваться на разнообразие способов решения задач;

•

осуществлять анализ объектов с выделением существенных и несущественных

•

признаков;

•

проводить сравнение, классификацию по заданным критериям;

•

строить логические рассуждения в форме связи простых суждений об объекте;

•

устанавливать аналогии, причинно-следственные связи;

•

моделировать, преобразовывать объект из чувственной формы в модель, где
выделены существенные характеристики объекта (пространственно-графическая или
знаково-символическая);

•

синтезировать, составлять целое из частей, в том числе самостоятельное достраивание
с восполнением недостающих компонентов;

•

выбирать основания и критерии для сравнения, классификации объектов;
Коммуникативные универсальные учебные действия:

•

аргументировать свою точку зрения на выбор оснований и критериев при выделении
признаков, сравнении и классификации объектов;

•

выслушивать собеседника и вести диалог;

•

признавать возможность существования различных точек зрения и права каждого
иметь свою;

•

планировать учебное сотрудничество с педагогом и сверстниками;

•

определять цели, функций участников, способов взаимодействия;

•

осуществлять постановку вопросов, инициативное сотрудничество в поиске и сборе
информации;

•

разрешать конфликты, выявление и
альтернативных

идентификация проблемы, поиск и оценка

способов разрешения конфликта, принятие

решения и

его

реализация;
•

управлять поведением партнера, контроль, коррекция, оценка его действий;

•

уметь с достаточной полнотой и точностью выражать свои мысли в соответствии с
задачами и условиями коммуникации;

•

владеть монологической и диалогической формами речи.
Предметные результаты:
по окончании обучения дети должны знать:

правила безопасной работы;

основные компоненты механизмов;
конструктивные особенности различных моделей, сооружений и механизмов;
компьютерную среду, включающую в себя графический язык программирования;
виды подвижных и неподвижных соединений в конструкторе;
конструктивные особенности различных роботов;
как передавать программы;
как использовать созданные программы;
приемы и опыт конструирования с использованием специальных элементов, и других
объектов и т.д.;
уметь:
использовать основные алгоритмические конструкции для решения задач;
конструировать различные модели; использовать созданные программы;
применять полученные знания в практической деятельности;
владеть:
навыками работы с роботами;
навыками работы в среде программирования.
Информационное обеспечение:
1. Lego Mindstorms: Создавайте и программируйте роботов по вашему желанию.
Руководство пользователя.
2. Методические аспекты изучения темы «Основы робототехники» с использованием
Lego Mindstorms, Выпускная квалификационная работа Пророковой А.А. Программа
«Основы робототехники», Алт ГПА.
Литература для учащихся:
1. Белиовская Л.Г., Белиовский А.Е. Программируем микрокомпьютер NXT в LabVIEW
Издательство: ДМК пресс. 2010.
2. Уроки Лего-конструирования в школе. Злаказов А.С., Горшков Г.А., Шевалдин С.Г. М.
: Бином. 2011.
Интернет- ресурсы:
http://robotics.ru
http://myrobot.ru
http://www.prorobot.ru
http://legorobot.ru