Файл: О. А. Косино гс. Исакова кв. Гоголданова гл. Абдулгалимов ею. Серёжина И. П. Сапего Реализация образовательных программ по предмету "Технология" с использованием оборудования центра Точка роста. Методическое пособие.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 29.11.2023
Просмотров: 32
Скачиваний: 1
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
50
ТЕХНОЛОГИЯ
В содержание
Личностные:
• готовность и способность к саморазвитию и самообразованию на основе мотивации к обучению и познанию
• готовность и способность к осознанному выбору и построению дальнейшей индивидуальной траектории образования на базе ориентировки в мире профессий и профессиональных предпочтений, с учётом устойчивых познавательных интересов готовность и способность вести диалог с другими людьми и достигать в нём взаимопонимания (идентификация себя как полноправного субъекта общения, готовность к конструированию образа партнёра по диалогу, готовность к конструированию образа допустимых способов диалога, готовность к конструированию процесса диалога как конвенционирования интересов, процедур, готовность и способность к ведению переговоров) Время реализации 1 академический час Оборудование и материалы ПК, проектор, мультимедийный экран ХОД УРОКА
Этап урока 1. Мотивация к учебной деятельности
Предполагаемая продолжительность 5 мин Педагогическая деятельность учителя
Создаёт положительный эмоциональный настрой на работу .
Задаёт вопросы, вовлекая учеников в эвристическую беседу . Где можно познакомиться с профессией инженера и попробовать свои силы . Задумывались ли вы, что должен уметь современный инженер . Какими качествами должен обладать человек, который выбирает профессию инженера Направляет учеников на формулирования темы и цели урока . Учебная деятельность обучающихся
Мобилизуются и организуются на предстоящую работу Вступают в диалог с учителем, высказывают свою точку зрения Отвечают на вопросы, аргументируют ответы . Следят за ответами и высказываниями других учеников Формулируют тему и цель урока Планируют работу по достижению цели урока . Этап урока 2. Актуализация и обобщение знаний
Предполагаемая продолжительность 5 мин . Педагогическая деятельность учителя
Предлагает вспомнить перечисленные на прошлом занятии учебные заведения, где обучают инженерным специальностям Предлагает выполнить задание на основе изображения людей различных инженерных специальностей определить, какими важными для профессии качествами они должны обладать . Демонстрирует на экране слайды с изображением людей различных инженерных специальностей (например инженер-электроник, инженер-робототехник, инженер-изо- бретатель, инженер-программист, инженер-строитель, инженер-химик, инженер по бурению и т . п .) Учебная деятельность обучающихся
Перечисляют учебные заведения, где обучают инженерным специальностям Вступают в диалог с учителем, высказывают свою точку зрения .
51
ТЕХНОЛОГИЯ
В содержание
Отвечают на вопросы, аргументируют ответы . Следят за ответами и высказываниями других учеников Этап урока 3. Изучение нового материала
Предполагаемая продолжительность 10 мин Педагогическая деятельность учителя
Организует освоение новых понятий с использованием презентации . На слайдах отражена следующая информация . Первые шаги в инженерном деле .
2 . Пути знакомства (участие в различных инженерных олимпиадах и конкурсах, в соревнованиях. Получение образования (учебные заведения региона, какие условия поступления, виды и формы получения образования) .
4 . Характеристика качеств, необходимых для построения успешной карьеры инженера (способности, личные качества, интересы и склонности) . Учебная деятельность обучающихся
Слушают объяснение учителя . Фиксируют полученную информацию в тетрадях Этап урока 4. Проверка понимания и первичного закрепления
Предполагаемая продолжительность 15 мин . Педагогическая деятельность учителя
Предлагает ученикам самостоятельно продиагностировать свои интересы и склонности для выявления и формирования профессионально важных качеств . Выдаёт бланки для ответов и стимульный материал (опросники, бланки с заданиями) Поясняет ход работы . Зачитывает инструкцию На усмотрение учителя ученикам могут быть предложены следующие методики
1 . Дифференциально диагностический опросник (ДДО) Е . А . Климова (5—7 кл .) .
2 . Методика Профиль (в модификации Г . В . Резапкиной методика Карта интересов Голомштока) (5—7 кл .) .
3 . Модификация методики Дж . Холланда (8—9 кл .) .
4 . Тест механической понятливости Беннета (служит для выявления технических способностей подростков) (8—9 кл .) Учебная деятельность обучающихся
Знакомятся сходом работы Выполняют задания в соответствии с инструкцией Этап урока 5. Контроль усвоения материала, коррекция ошибок
Предполагаемая продолжительность 5 мин . Педагогическая деятельность учителя
Контролирует выполнение работы Осуществляет необходимую помощь Корректирует ход работы, акцентирует внимание на возможные ошибки Помогает обработать результаты самодиагностики . Подводит итоги проделанной работы Учебная деятельность обучающихся
Проводят самоконтроль Обрабатывают результаты самодиагностики . Подводят результаты работы, фиксируют в тетради .
52
ТЕХНОЛОГИЯ
В содержание
Этап урока 6. Информация о творческом задании и рефлексия Предполагаемая продолжительность 2 мин Педагогическая деятельность учителя
Предлагает творческое задание сопоставить свои жизненные и профессиональные перспективы с результатами тестирования, сделать выводы, какие профессионально важные качества необходимо формировать Помогает осуществить рефлексивную учебную деятельность на основе вопросов . Что нового узнали сегодня . Что показалось особенно интересными важным . Что нужно знать и чему учиться, чтобы быть успешным в профессии инженера?
Были ли достигнуты вами цели, которые вы для себя определили вначале урока?
Учебная деятельность обучающихся
Фиксируют творческое задание в тетради Осуществляют рефлексию учебной деятельности Соотносят результаты учебной деятельности с поставленной целью, планируют дальнейшие цели деятельности . МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ПОДГОТОВКИ К УРОКУ Дифференциально диагностический опросник (ДДО) Е . А . Климова (инструкция, бланк для ответов, обработка результатов) .
• Методика Профиль (инструкция, бланк для ответов, обработка результатов) .
• Модификация методики Дж . Холланда (инструкция, бланк для ответов, обработка результатов) .
• Тест механической понятливости Беннета (инструкция, задание, бланк для ответов, бланк правильных ответов, обработка результатов) . Перечень доступных источников информации:сайт профориентации (www .
proforientator .ru), сайт Большая перемена (bolshayaperemena .online), сайт «Проекто- рия» (proektoria .online), сайт Билет в будущее (bilet-help .worldskills .ru) .
1 . Серебряков А. Г, Кузнецов КГ, Хохлов НА Моя будущая профессия . Тесты по профессиональной ориентации школьников . 9 класс . — М .: Просвещение, 2021 .
2 . Кузнецов КГ, Григорьева ИВ, Кувшинова О. Л, Серебряков А. Г Моя будущая профессия . Тесты по профессиональной ориентации школьников . 8 класс . — М .: Просвещение. Резапкина Г. В. Технология . Профессиональное самоопределение . Личность . Профессия. Карьера . 8—9 классы . Учебник . — М .: Дрофа, 2020 Сценарий урока № 3. Урок-экскурсия на современное предприятие в регионе
проживания
Уровень образования основное общее Предмет технология Уровень изучения базовый Тема урока Экскурсия на современное предприятие Класс 5—9 Тип урока экскурсия .
53
ТЕХНОЛОГИЯ
В содержание
Цель урока создать условия для формирования у обучающихся целостного представления об особенностях организации современного производства, познакомить с технологическим процессом, с основными профессиями, участвующими в данном производстве Планируемые результаты
Предметные:
• характеризовать ситуацию на региональном рынке труда, называть тенденции её развития разъяснять социальное значение групп профессий, востребованных на региональном рынке труда характеризовать группы предприятий региона проживания получать опыт поиска, извлечения, структурирования и обработки информации о перспективах развития современных производств и тенденциях их развития в регионе проживания ив мире, а также информации об актуальном состоянии и перспективах развития регионального и мирового рынка труда .
Метапредметные:
• анализировать существующие и планировать будущие образовательные результаты ставить цель и формулировать задачи собственной образовательной деятельности с учётом выявленных затруднений и существующих возможностей излагать полученную информацию, интерпретируя её в контексте решаемой задачи Личностные готовность и способность вести диалог с другими людьми и достигать в нём взаимопонимания (идентификация себя как полноправного субъекта общения, готовность к конструированию образа партнёра по диалогу, готовность к конструированию образа допустимых способов диалога, готовность к конструированию процесса диалога как конвенционирования интересов, процедур, готовность и способность к ведению переговоров) Время реализации 1 академический час ХОД УРОКА
Этап урока 1. Мотивация к учебной деятельности
Предполагаемая продолжительность 5 мин Педагогическая деятельность учителя
Создаёт положительный эмоциональный настрой на работу .
Задаёт вопросы, вовлекая учеников в эвристическую беседу . Какое предприятие предстоит нам посетить . Какую продукцию выпускает предприятие . Работники каких профессий трудятся на производстве?
Направляет учеников на формулирование темы и цели урока . Учебная деятельность обучающихся
Мобилизуются и организуются на предстоящую работу Вступают в диалог с учителем, высказывают свою точку зрения Отвечают на вопросы, аргументируют ответы . Следят за ответами и высказываниями других учеников Формулируют тему и цель урока Планируют работу по достижению цели урока . Этап урока 2. Актуализация и обобщение знаний
Предполагаемая продолжительность 5 мин .
54
ТЕХНОЛОГИЯ
В содержание
Педагогическая деятельность учителя
Предлагает вспомнить, с какими основными предприятиями в регионе проживания ученики уже знакомы, инженеры каких специальностей там работают Напоминает о правилах поведения и техники безопасности вовремя нахождения на предприятии . Знакомит с представителем предприятия, который будет проводить экскурсию Учебная деятельность обучающихся
Перечисляют основные предприятия в регионе проживания, с которыми уже знакомы, и специальности инженеров, которые там работают Вступают в диалог с учителем, высказывают свою точку зрения Знакомятся с представителем предприятия Этап урока 3. Изучение нового материала
Предполагаемая продолжительность 20 мин Педагогическая деятельность учителя
Предлагает провести исследовательскую работу с использованием маршрутного листа. История развития предприятия .
2 . Продукция, выпускаемая предприятием .
3 . Значение предприятия в развитие региона .
4 . Перспективы развития предприятия .
5 . Численность сотрудников предприятия .
6 . Структурные подразделения, цеха производства .
7 . Технологические этапы производства .
8 . Перечень оборудования .
9 . Профессии и специальности сотрудников предприятия .
10 . Профессиональные требования, предъявляемые к инженерам данного предприятия. Перспективы профессионального роста инженера на предприятии .
12 . Какие специалисты востребованы на предприятии Требования к кандидатам Учебная деятельность обучающихся
Слушают рассказ представителя предприятия . Проводят исследование, вычленяют необходимую информация из рассказа и ответов представителя предприятия . Анализируют, обобщают и структурируют полученную информацию, делают выводы . Формулируют и фиксируют ответы на каждый пункт своей исследовательской работы Этап урока 4. Проверка понимания и первичного закрепления
Предполагаемая продолжительность 5 мин . Педагогическая деятельность учителя
Предлагает ученикам задать уточняющие вопросы представителю предприятия для заполнения маршрутной карты Учебная деятельность обучающихся:
Вступают в диалог, задают уточняющие вопросы . Этап урока 5. Контроль усвоения материала, коррекция ошибок
Предполагаемая продолжительность 5 мин . Педагогическая деятельность учителя
Корректирует ход работы . Осуществляет необходимую помощь .
55
ТЕХНОЛОГИЯ
В содержание
Подводит итоги проделанной работы Учебная деятельность обучающихся
Проводят самоконтроль, находят и исправляют возможные ошибки Подводят результаты своей работы, фиксируют в тетради Этап урока 6. Информация о творческом задании и рефлексия Предполагаемая продолжительность 5 мин Педагогическая деятельность учителя
Помогает осуществить рефлексивную учебную деятельность на основе вопросов . Что нового узнали сегодня . Что показалось особенно интересным . Были ли достигнуты вами цели, которые вы для себя определили вначале урока?
Учебная деятельность обучающихся
Фиксируют творческое задание в тетради Осуществляют рефлексию учебной деятельности Соотносят результаты учебной деятельности с поставленной целью, планируют дальнейшие цели деятельности . МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ПОДГОТОВКИ К УРОКУ
Материал для копирования
Маршрутный лист для выполнения исследовательской работы
ФИО обучающегося Наименование предприятия План исследовательской работы
Содержание информационного
материала История развития предприятия Продукция, выпускаемая предприятием Значение предприятия в развитие региона Перспективы развития предприятия Численность сотрудников предприятия Структурные подразделения, цеха производства Технологические этапы производства Перечень оборудования Профессии и специальности сотрудников предприятия Профессиональные требования, предъявляемые к инженерам данного предприятия Перспективы профессионального роста инженера на предприятии Какие специалисты востребованы на предприятии Требования к кандидатам
56
ТЕХНОЛОГИЯ
В содержание
Перечень доступных источников информации:сайт профориентации (www .
proforientator .ru), сайт Большая перемена (bolshayaperemena .online), сайт «Проекто- рия» (proektoria .online), сайт Билет в будущее (bilet-help .worldskills .ru) Актуальные темы для обсуждений Возможности печати в строительстве,
«Агрохозяйство XXII века, Сельскохозяйственные роботы будущего . Пример мероприятия:проведение экскурсии на современное предприятие в регионе проживания Сценарий урока № 4. Описание микроконтроллерной платы и набора по ро-
бототехнике
Уровень образования основное общее Предмет технология Уровень изучения базовый Тема урока Описание микроконтроллерной платы и набора по робототехнике Класс 8 Тип урока комбинированный Цель урока знакомство с набором робототехники, с цифровыми и аналоговыми портами микроконтроллера Планируемые результаты
Предметные:
• охарактеризовать методическое обеспечение по разработке моделей с использованием робототехнических наборов
• проектировать и реализовывать алгоритмы для управления элементарными техническими системами и учебными роботами
• следовать инструкций в процессе разработки учебного робототехнического проекта конструировать простые системы с обратной связью, в том числе на основе робототехнических конструкторов с получением сигналов от цифровых и аналоговых датчиков (касания, расстояния, света, звука и др .);
• производить сборку электрической или электронной цепи посредством соединения и/или подключения электронных компонентов заданным способом (пайка, беспаечный монтаж, механическая сборка) согласно схеме
• проектировать и/или конструировать автоматизированные системы, в том числе с применением специализированных программных средств и/или языков программирования, электронных компонентов, датчиков, приводов, микроконтроллеров и/
или микроконтроллерных платформ и т . п .
Метапредметные:
регулятивные
• умение ставить учебные цели и задачи для усвоения нового материала по робототехнике, исходя из усвоенных ранее знаний по учебным предметам
• контроль и оценка качества и уровня усвоения знаний по робототехнике для достижения конкретных целей учения на различных этапах обучения способность к саморегуляции для мобилизации сил и энергии при усвоении нового материала в робототехнике;
познавательные
• использование комплектующих деталей робототехнического набора в соответствии сих описанием и техническими характеристиками
57
ТЕХНОЛОГИЯ
В содержание постановка и формулирование задачи по робототехнике и разработка плана ере- шения с использованием предлагаемых для этого деталей по робототехнике;
коммуникативные
• умение сотрудничать с учителем и с одноклассниками или членами команды для определения цели и функций участников при решении творческих задач по робототехнике умение выявлять проблемы и принимать решения, не вызывая конфликтных ситуаций при командной работе над проектами по робототехнике Личностные личностное и профессиональное самоопределение с учётом развития и внедрения новых профессий в области робототехники и автоматизации понимание смысла учения и умение устанавливать связи между целью обучения робототехнике и результатом, ради чего оно осуществляется Время реализации 2 академических часа Оборудование и материалы набор для конструирования программируемых моделей инженерных систем AR-DEK-STR-01 от ООО Прикладная робототехника ХОД УРОКА
Этап урока 1. Мотивация к учебной деятельности
Предполагаемая продолжительность 5 мин Педагогическая деятельность учителя
Создаёт условия для возникновения у обучающегося внутренней потребности включения в учебную деятельность .
Создаёт положительный эмоциональный настрой на работу .
Задаёт вопросы, вовлекая учеников в эвристическую беседу . Что такое робототехника . Где используются роботы . Кто создаёт роботов и управляет ими . Какие современные электронные и электромеханические устройства вызнаете Направляет учеников на формулирование темы и цели урока . Учебная деятельность обучающихся
Мобилизуются и организуются на предстоящую работу Вступают в диалог с учителем, высказывают свою точку зрения Отвечают на вопросы, аргументируют ответы . Следят за ответами и высказываниями других учеников Формулируют тему и цель урока Планируют действия по достижению цели урока . Этап урока 2. Актуализация и обобщение знаний
Предполагаемая продолжительность 5 мин . Педагогическая деятельность учителя
Проводит фронтальную беседу актуализирует имеющиеся знания, помогает обобщению терминов и понятий Учебная деятельность обучающихся
Вступают в диалог с учителем, высказывают свою точку зрения Отвечают на вопросы, аргументируют ответы . Следят за ответами и высказываниями других учеников .
58
ТЕХНОЛОГИЯ
В содержание
Этап урока 3. Изучение нового материала
Предполагаемая продолжительность 50 мин Педагогическая деятельность учителя
Организует освоение новых понятий с использованием презентации . На слайдах отражена следующая информация описание микроконтроллерной платы и набора по робототехнике Многие современные электронные и электромеханические устройства, начиная от детских игрушек и бытовой техники и заканчивая автомобилями и космическими кораблями, начинены программируемыми электронными блоками на базе микроконтроллеров. Микроконтроллер (МК) — это однокристальная микросхема с множеством ножек от 8 до 144), в составе которой функционируют такие важные устройства, как процессор, память, тактовый генератор, таймер, цифро-аналоговый преобразователь, порты вво- да-вывода и многое другое . Для работы микроконтроллеру требуется источник питания и программный код для управления подключёнными внешними устройствами Рассмотрим набор для конструирования программируемых моделей инженерных систем от ООО Прикладная робототехника, предназначенный для разработки учебных программируемых моделей по робототехнике и умной электронике на основе микроконтроллерной платформы, совместимой с платой Arduino MEGA (рис . 1 .), с микроконтроллером ATmega 2560 от фирмы ATMEL . Различаются разные платы Ардуи- но (UNO, NANO, МЕГА, МИКРО, LEONARDO и др .), которые отличаются по конструкции и установленному на них типу микроконтроллера Рис. 1. Микроконтроллерная плата Arduino В состав набора AR-DEK-STR-01 входят следующие комплектующие микроконтрол- лерная плата (ATmega 2560)
; кабель USB; блок питания или зарядное устройство набор проводов резисторы (сопротивления цветные светодиоды беспаечная макетная плата тактовые кнопки, переключатели (тумблеры переменные резисторы (потенциометры терморезистор фоторезистор семисегментный индикатор пьезодинамик; инфракрасный датчик (датчик линии ультразвуковой датчик (дальномер дисплей (жидкокристаллический индикатор — ЖКИ 162); двигатель с редуктором и колесом серводвигатели
MG90S и PDI-6221MG-180; шаговый двигатель 28BYJ-48 .
59
ТЕХНОЛОГИЯ
В содержание
Рис. 2. Микроконтроллерная плата (с микроконтроллером ATmega 2560)
Микроконтроллерная плата имеет следующие основные элементы . Цифровые порты ввода-вывода, ШИМ-порты и интерфейсы для подключения периферийных устройств .
2 . Аналоговые входы для подключения датчиков аналогового сигнала .
3 . Разъёмы для подключения ведущего и ведомого устройств Dynamixel .
4 . Разъёмы для подключения двигателей постоянного тока (порты 44, 45 — скорость и направление вращения мотора, 46, 47 — скорость и направление вращения мотора 2) .
5 . Разъём сетевого стандарта Ethernet .
6 . Блок беспроводной связи по стандартами. Кнопки для управления беспроводной передачей данных .
8 . Переключатель линии передачи данных USB или MCU, те. связь по кабелю USB при программировании с компьютером либо связь центрального микроконтроллера и внутреннего модуля на плате .
9 . Кнопка перезапуска выполнения загруженной программы .
10 . Тумблер включения и выключения платы .
11 . Разъём для питания платы и внешних устройств . При загрузке программы в микроконтроллер плата питается по кабелю USB .
12 . Разъём USB для настройки модуля беспроводной связи .
13 . Разъём USB для загрузки программы в микроконтроллер .
14 . Потенциометры, подключённые к аналоговым портам А10-А15 .
15 . Тактовые кнопки для использования в программах, подключённые к цифровым портам 35-40 .
16 . Светодиоды для использования в программах, подключённые к цифровым портам
22-27 .
17 . Слот для карты памяти (на нижней стороне микроконтроллерной платы) .
Микроконтроллерная плата подключается к компьютеру с помощью кабеля USB рис . 3) и используется для отладки и загрузки программы в микроконтроллер .
60
ТЕХНОЛОГИЯ
В содержание
Рис. 3. Кабель Блок питания, или зарядное устройство (рис . 4), используется для обеспечения электроэнергией как микроконтроллерной платы, таки всей робототехнической разработки . Эти источники питания могут быть в виде адаптера от электрической сети 220 Вили блока аккумуляторных батарей и иметь выходное напряжение 5—12 В . Рис. 4. Блок питания, или зарядное устройство
Набор соединительных проводов и перемычек (рис . 5) используется для соединения деталей проекта, например датчиков с микроконтроллерной платой . У проводов существует два типа наконечников — в виде гнезда или в виде штырька, варианты их сочетания называют «мама-папа», «папа-папа» и «мама-мама» . Провода для удобства выпускаются разных цветов и разной длины, часто от 10 до 30 см . Есть общепринятые правила использования цветных проводов для питания устройств красный — плюса чёрный или коричневый — земля . Рис. 5. Набор проводов
Резисторы (рис . 6) — это элементы, оказывающие сопротивление электрическому току. Они используются для снижения величины напряжения на определённом участке цепи. Номинал резисторов — это величина электрического сопротивления, измеряемая в омах (Ом или Ω) . Маркировку многих резисторов проводят цветными кольцами на корпусе резистора (количество цветных колец может быть 4 или 5) . Для разработки проектов нужно запастись резисторами номиналов 200 Ом, 1 кОм и 10 кОм (по 50—100 шт .) .
61
ТЕХНОЛОГИЯ
В содержание
Рис. 6. Резисторы
Светодиоды (рис . 7) используются для подачи светового сигнала или для освещения и бывают разных цветов, размеров и мощности . Светодиоды питаются постоянным напряжением. На светодиоде длинная ножка подключается к плюсовому выводу питания . Напряжение на светодиод подаётся исходя из его технических характеристик, обычно в диапазоне от 2 до 3,5 В . Если характеристики светодиода неизвестны, то нужно его питать напряжением не более 2,5 В . Понижение напряжения питания понижает яркость свечения светодиода . ВАЖНО Питание светодиода напряжением выше положенного по инструкции может привести его к безвозвратной порче . Поэтому светодиод в робототехнических проектах с напряжением источника 5—6 В подключается через добавочное сопротивление (резистор) в 150—200 Ом . Точно определить сопротивление добавочного сопротивления можно по формуле = (источник – светодиод) / I
светодиод
Рис. 7. Цветные светодиоды
Беспаечная макетная плата (рис . 8) обычно используется на этапе разработки и апробирования проекта, а в дальнейшем схема может быть собрана с использованием пайки . Макетная плата имеет по краям полоски питания, а посередине — полоски спаянных гнёзд в два ряда ВАЖНО При сборке схемы на макетной плате будьте осторожны и не допускайте короткого замыкания, те. не замыкайте выводы источника напряжения на себя . Подключайте источник напряжения всегда к разным приборам-потребителям электроэнергии светодиоды, двигатели и др .) . Причём напряжение питания любого прибора-потребите- ля в схеме должно соответствовать номинальному напряжению, указанному в его технических характеристиках . Иначе прибор перегорит .
62
ТЕХНОЛОГИЯ
В содержание
Рис. 8. Беспаечная макетная плата
Кнопки и переключатели (рис . 9) используются в проектах для кратковременного или фиксированного замыкания или размыкания электрических цепей Рис. 9. Тактовые кнопки и переключатели (тумблеры)
Потенциометры, или переменные резисторы (рис . 10), при вращении ручки или перемещении ползунка меняют своё сопротивление от 0 до номинального сопротивления, указанного на потенциометре . Рис. 10. Переменные резисторы (потенциометры)
Терморезисторы (рис . 11) меняют своё сопротивление при изменении окружающей температуры . При повышении температуры терморезистора его сопротивление снижается. Обычно диапазон выдерживаемых терморезистором температур составляет от –50 до +300 С . Сопротивление терморезистора при комнатной температуре составляет несколько кОм Фоторезисторы (рис . 12) меняют своё сопротивление при изменении освещённости на рабочей поверхности (свет приёмнике) . При повышении освещённости сопротивление фоторезистора снижается .
63
ТЕХНОЛОГИЯ
В содержание
Рис. 11. Терморезисторы и их обозначение Рис. 12. Фоторезисторы и их обозначение
Семисегментные светодиодные индикаторы (рис . 13) используются в различных проектах для отображения чисел часы, счётчики, термометры, измерители электрических параметров и т . д . Каждый светящийся сегмент по сути является отдельным светодиодом . Рис. 13. Семисегментный индикатор и его распиновка
Пьезодинамик, или зуммер (рис . 14), используется в различных проектах для звуковой сигнализации . На зуммеры нужно подавать 2—5 вольт напряжения, соблюдая полярность. От количества напряжения будет зависеть громкость звука . Также можно управлять тональностью звука . Контакты на датчиках часто обозначаются «Vcc» или «+» — этот контакт датчика подключается к положительной клемме источника питания «GND» или «G» или «–» — означает земля и подключается к отрицательной клемме источника питания «I/O» или
«S» или «AO» или «DO» — называется сигнальный контакт и предназначен для съёма сигнала от датчика Рис. 14. Пьезодинамик
64
ТЕХНОЛОГИЯ
В содержание
Инфракрасный датчик (рис . 15) используется для обнаружения препятствий и линий . Датчик состоит из инфракрасного излучателя и приёмника . Излучатель испускает инфракрасные лучи, которые при возникновении препятствия отражаются от него, а приёмник фиксирует отражённые лучи . Инфракрасные лучи неодинаково отражаются от поверхностей разных цветов . Это даёт датчику возможность определить границу цветов (линий) на определённом расстоянии датчика от линии Рис. 15. Инфракрасный датчик (датчик линии)
Работа ультразвукового датчика (дальномера) (рис . 16) основана на принципе эхолокации. Дальномер испускает ультразвук в пространство и принимает отражённый от препятствия сигнал . Повремени распространения звуковой волны к препятствию и обратно определяется расстояние Рис. 16. Ультразвуковой датчик (дальномер)
Жидкокристаллические индикаторы (ЖКИ) или LCD (рис . 17) предназначены для отображения текстовой или графической информации . Различаются монохромные (два цвета) с выводом информации в 1, 2, 3 и более строк . Рис. 17. Дисплей (жидкокристаллический индикатор — ЖКИ 162)
65
ТЕХНОЛОГИЯ
В содержание
Двигатели с редуктором (рис . 18) применяются в различных проектах с движущими частями, где требуется вращение двигателя с изменением направления вращения (при изменении полярности) и частоты вращения (путём изменения величины входного напряжения. Редуктор также сбавляет скорость вращения Рис. 18. Двигатели с редуктором
Серводвигатели (рис . 19) отличаются от обычных моторов тем, что у них ротор или ось вращения не вращается и не делает множество оборотов, а отклоняется от нулевого положения всего лишь на заданный угол или на заданное количество градусов в одну или в другую сторону . Ось вращения в некоторых моделях не имеет возможности совершать полные обороты, те градусов, хотя есть модели серводвигателей, которые могут при соответствующем сигнале совершать полный оборот и вращаться как обычный двигатель с редуктором Рис. 19. Серводвигатели MG90S и Шаговый двигатель (рис . 20) отличается от двигателя постоянного тока тем, что совершает вращения своего вала непостоянно, а шагами, где каждый шаг занимает опреде- лённое количество градусов и полный оборот 360 вал делает за большое количество шагов, разное для разных моделей шаговых двигателей Рис. 20. Шаговый двигатель 28BYJ-48
66
ТЕХНОЛОГИЯ
В содержание
Учитель демонстрирует иллюстрацию, приведённую ниже, и просит назвать изобра- жённые радиодетали и установить соответствие между условными изображениями деталей и их фото Показывает картинки (слайды) с различными датчиками и просит обучающихся описать их Учебная деятельность обучающихся
Называют изображённые радиодетали и находят соответствие между условными изображениями деталей и их фото . Описывают датчики Этап урока 4. Проверка понимания и первичного закрепления
Предполагаемая продолжительность 20 мин . Педагогическая деятельность учителя
Предлагает обучающимся выполнить задания Учебная деятельность обучающихся
Анализируют учебный материал, организуют поиск решения Этап урока 5. Контроль усвоения материала, коррекция ошибок
Предполагаемая продолжительность 5 мин . Педагогическая деятельность учителя
Контролирует выполнение работы Осуществляет необходимую помощь Корректирует ход работы, акцентирует внимание на возможные ошибки Подводит итоги проделанной работы Учебная деятельность обучающихся
Проводят самоконтроль, находят и исправляют возможные ошибки Подводят результаты работы, фиксируют в тетради Этап урока 6. Информация о творческом задании и рефлексия Предполагаемая продолжительность 5 мин Педагогическая деятельность учителя
Предлагает творческое задание повторить изученный материал, найти в дополнительной литературе или в сети Интернет информацию об области применения микроконтроллеров на производстве, подготовить сообщение Помогает осуществить рефлексивную учебную деятельность на основе вопросов . Что нового узнали сегодня . Что показалось особенно интересными важным . Были ли достигнуты вами цели, которые вы для себя определили вначале урока
67
ТЕХНОЛОГИЯ
В содержание
Учебная деятельность обучающихся
Фиксируют творческое задание в тетради Осуществляют рефлексию учебной деятельности Соотносят результаты учебной деятельности с поставленной целью, планируют дальнейшие цели деятельности . МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ПОДГОТОВКИ К УРОКУ
Материалы для копирования
Микроконтроллерная плата (с микроконтроллером ATmega Описать основные элементы микроконтроллерной платы . Найти в Интернете описание и характеристики центрального микроконтроллера . Описать порядок подключения платы к компьютеру Последовательное и параллельное соединение резисторов
Вспомните те стандартные номиналы резисторов, которые выпускаются промышленностью. Составьте 2—3 варианта параллельного и последовательного соединения этих резисторов для получения итогового сопротивления равного
103 кОм, 506 Ом, 111 кОм, 243 Ом, 755 Ом, 143 Ом .
68
ТЕХНОЛОГИЯ
В содержание
Определение номинала резистора по цветной маркировке
Определить цвета колец для резисторов с сопротивлением 220 Ом, 10 кОм,
1 кОм, 470 Ом, 1 МОм Светодиод и добавочное сопротивление
Изучите схему и определите сопротивление R, необходимое для нормальной работы светодиода ЗАДАНИЯ К УРОКУ Как нужно соединить четыре резистора по 100 Ом для получения 400 Ом 25 Ом
250 Ом Определить сопротивление резистора по пяти цветным кольцам 1) красный, жёл- тый, чёрный, оранжевый и золотистый 2) коричневый, чёрный, чёрный, чёрный, серебристый Определить дополнительное сопротивление для различных по цвету светодиодов и разных по величине выходного напряжения блоков питания (6v, 7v, 9v, 12v) .
• Собрать на макетной плате схему включения и выключения светодиода с помощью кнопки . Для этого понадобятся светодиод, резистор (200 Ом, блок питания В, тактовая кнопка, макетная плата, соединительные провода .
• Установить одноразрядный семисегментный индикатор на макетную плату, подключить источник питания на 3 В и, используя соединительные провода, зажигать различные цифры на индикаторе .
69
ТЕХНОЛОГИЯ
В содержание
Перечень доступных источников информации:сайт для изучения языка Ардуи- но http://arduino .ru/Reference, сайт для создания проектов Ардуино: https://www .
tinkercad .com Дополнительная информация . Абдулгалимов ГЛ, Косино О. А, Субочева МЛ Основы образовательной робототехники (на примере Ардуино) . — М .: Издательство Перо, 2018 . — 148 с .
2 . Блум Джереми . Изучаем Arduino: инструменты и методы технического волшебства / перс англ . — СПб .: БХВ-Петербург, 2015 . — 336 с .
3 . Петин В. А Создание умного дома на базе Arduino . — М .: ДМК Пресс, 2018 . — 180 с .
4 . Бокселл Дж Изучаем Arduino . 65 проектов своими руками . — СПб .: Питер, 2017 . —
400 с .
5 . Бейктал Дж Конструируем роботов на Arduino . Первые шаги, перс англ . О . А . Тре- филовой . Эл . изд .— М .: Лаборатория знаний, 2016 . — 323 с .
6 . Ярнольд, Стюарт . Arduino для начинающих самый простой пошаговый самоучитель Стюарт Ярнольд ; перс англ . М . Райтман . — М .: Эксмо, 2017 . — 256 с Сценарий урока № 5. Подключение микроконтроллерной платы к компьютеру. Среда разработки Ардуино
Уровень образования основное общее Предмет технология Уровень изучения базовый Тема урока Подключение микроконтроллерной платы к компьютеру . Среда разработки Ардуино Класс 8 Тип урока комбинированный Цель урока разработка программ на языке Arduino Планируемые результаты
Предметные:
• охарактеризовать методическое обеспечение по разработке моделей с использованием робототехнических наборов
• проектировать и реализовывать алгоритмы для управления элементарными техническими системами и учебными роботами
• следовать инструкции в процессе разработки учебного робототехнического проекта конструировать простые системы с обратной связью, в том числе на основе робототехнических конструкторов с получением сигналов от цифровых и аналоговых датчиков (касания, расстояния, света, звука и др .);
• производить сборку электрической или электронной цепи посредством соединения и/или подключения электронных компонентов заданным способом (пайка, беспаечный монтаж, механическая сборка) согласно схеме
• проектировать и/или конструировать автоматизированные системы, в том числе с применением специализированных программных средств и/или языков программирования, электронных компонентов, датчиков, приводов, микроконтроллеров и/
или микроконтроллерных платформ и т . п .
Метапредметные:
регулятивные:
• умение ставить учебные цели и задачи для усвоения нового материала по робототехнике, исходя из усвоенных ранее знаний по учебным предметам
• контроль и оценка качества и уровня усвоения знаний по робототехнике для достижения конкретных целей учения на различных этапах обучения
70
Этап урока 1. Мотивация к учебной деятельности
Предполагаемая продолжительность 5 мин . Педагогическая деятельность учителя
Проверяет готовность к уроку, организует внимание класса к работе на уроке, создаёт положительный эмоциональный настрой у обучающихся .
Задаёт вопросы, вовлекая учеников в беседу
1 . Что вы ждёте от этого занятия . Как выдумаете, о чём мы сегодня будем говорить . Что вызнаете по этой теме?
Учебная деятельность обучающихся
Эмоционально настраиваются на предстоящую учебную деятельность Этап урока 2. Актуализация и обобщение знаний
Предполагаемая продолжительность 5 мин . Педагогическая деятельность учителя
Предлагает вспомнить определения и понятия, изученные на прошлом занятии, области применения микроконтроллеров на производстве .
Задаёт вопросы . Где на платформе находится процессор . Каков объём памяти микроконтроллера . Где находится гнездо для подключения кабеля Для чего применяется соединение микроконтроллера с компьютером . Сколько цифровых контактов (входов / выходов) есть на платформе Где они расположены. Почему некоторые цифровые контакты отмечены знаком (тильда . Где находятся контакты для доступа к питанию Какое напряжение использует
Arduino?
71
ТЕХНОЛОГИЯ
В содержание . Где находятся контакты земля Сколько таких контактов размещено на платформе . Где находится кнопка сброса Для чего она служит . Где находится встроенный светодиод Как он обозначен К какому цифровому выходу он подключён?
10 . Где находятся светодиоды, которые могут служить индикаторами загрузки программы Как они обозначены?
Учебная деятельность обучающихся
Выступают с докладами, отвечают на вопросы Отвечают на вопросы, аргументируют ответы . Следят за ответами и высказываниями других учеников Этап урока 3. Изучение нового материала
Предполагаемая продолжительность 50 мин Педагогическая деятельность учителя
Организует освоение новых понятий с использованием презентации В робототехнических проектах, разрабатываемых с использованием программируемых микроконтроллерных модулей, кроме перечисленных в предыдущем уроке комплектующих используется множество других комплектующих различные датчики (движения, температуры и влажности, магнитного поля, вибрации, угарного газа, огня, дождя, влажности почвы и др .), а также реле, карта памяти, часы реального времени, радиопередатчики, модуль RFID, модуль GPRS и т . д Программирование любого устройства на основе микроконтроллера состоит из двух этапов
1) создание программного кода на компьютере с использованием специальной среды разработки, включающей в себя редактор, отладчик, компилятор, библиотеки и другие средства разработчика
2) запись (загрузка) программного кода в микроконтроллер . Для удобства выполнения этих задач можно воспользоваться средой разработки Ар- дуино с СИ-подобным языком программирования и платами Ардуино (рис . 1) . Рис. 1. Среда разработки Ардуино
Платы Ардуино имеют разъёмы для соединительных проводов, связанные с соответствующими портами микроконтроллера порты ввода — вывода цифрового сигнала D0-D13,
72
ТЕХНОЛОГИЯ
В содержание порты ввода аналогового сигнала А0-А5, перезапуск внутренней программы (RESET), питание, внешний тактовый генератор и AREF — выход аналого-цифрового преобразователя (АЦП) . Отдельные порты ввода-вывода также имеют специальное назначение прерывания, таймеры, специальные порты обмена информацией и т . д . Для начала работы с платой Ардуино или с Ардуино-совместимыми платами из различных робототехнических наборов нужно 1) установить на компьютер драйвер порта микроконтроллерной платы, по которому подключается плата к компьютеру
2) скачать и установить среду разработки Ардуино IDE; 3) подключить плату Ардуино к компьютеру и запустить встроенный в IDE пример мигания светодиода 4) разрабатывать пользовательские проекты . Функции ввода-вывода Ардуино
Цифровой сигнал, также называемый дискретным, имеет только два значения, обозначаемые логический 1 (есть напряжение) и логический 0 (нет напряжения) Аналоговый сигнал Микроконтроллерная плата делит диапазон входных аналоговых значений от 0 до 5 В на 1024 различных значений одинаковой размерности . Таким образом, на диапазоне между 0 и 5 В напряжение 0 В соответствует десятичному 0, а 5 В соответствует максимуму 1023 . Промежуточное 2,5 В будет соответствовать значению 512 . Так называемый разрядный АЦП в диапазоне от 0 до 5 В может обнаружить 1024 значения и иметь точность 5/1024 или примерно 0,005 В .
Широтно-импульсная модуляция (ШИМ) — метод непрерывного и постепенного изменения напряжения от 0 до 5 В, за счёт изменения длительности (точнее скважности) импульсов, причём частота 1000 герц (Гц, а не 1 Гц . Длительность или скважность импульса имеет 256 значений, те. для достижения напряжения от 0 до 5 В происходит увеличение скважности от 0 до 255 . Для вывода из микроконтроллерной платы аналогового сигнала в виде ШИМ или PWM используются отдельные цифровые выводы . Например, вывод на контакт 3 числа 255 означает подать на этот контакт 5 В . Каждое значение от 0 до 255 берёт на себя
5 / 256 = 0,0195 В, и если значение на любом PWM контакте умножить на 0,0195, получим напряжение вывода в вольтах . Например, если вывести на ШИМ — контакт 6 значение 150 это означает, что мы на этом выходе получим напряжение 150 * 0,0195 = 2,9 В Функции цифрового ввода-вывода
pinMode (). Перед использованием цифрового контакта как входили выход необходимо сначала сконфигурировать цифровой контакт с помощью функции
pinMode() . Например использует два параметра pin и mode . Параметр pin является номером цифрового контакта, а параметр
mode принимает значение одной из трёх констант INPUT или OUTPUT .
digitalRead(). Функция предназначенадля чтения состояния цифрового контакта
pin, заданного в скобках, например х = digitalRead(pin). Параметр pin является номером контакта, из которого вы хотите читать цифровой сигналили. Функция предназначенадля записи в цифровой контакт конкретного значения HIGH или LOW . Например
digitalWrite(pin, value) — гдепараметр pin являются номером контакта, а value является логическим уровнем, который нужно записать, те или LOW Функции аналогового ввода-вывода
analogRead() — для чтения значения с аналогового контакта . Например int
analogRead(pin) читает значение напряжения на контакте pin и возвращает значение как тип
int . Параметр pin обозначает аналоговый контакт A0…A5 .
analogWrite(). В примере analogWrite (pin, value) эта функция предназначена для записи в ШИМ-контакт
pin те. в цифровые контакты 3, 5, 6, 9, 10, 11) конкретного значения те. целого числа от 0 до 255) .
73
ТЕХНОЛОГИЯ
В содержание
Рассмотрим примеры использования этих команд языка Ардуино
ПРИМЕР 1.
void setup() {
pinMode(2, INPUT); // настройка цифрового пина 2 на вывод pinMode(13, OUTPUT); } // настройка цифрового пина 13 на ввод loop() {
int sensorValue = digitalRead(2); // чтение цифрового сигнала спина если на пине 2
// высокий цифровой сигнал, то вывести также высокий цифровой сигнал на пинте. включить светодиод, иначе в следующей строке
// – выключить светодиод else digitalWrite(13,LOW); ПРИМЕР 2.
void setup() {
Serial.begin(9600); } // инициализация работы Монитора порта loop() {
int sensorValue = analogRead(A0); // чтение аналогового сигнала с
// аналогового пина А voltage = sensorValue * (5.0 / 1023.0);
Serial.println(voltage); } // вывод в Монитор порта
ПРИМЕР 3. похожий примерна Задание яркости светодиода потенциометром, подключённым к А led = 9; // светодиод подключён к выходу 9
int val = 0; // переменная для хранения значения setup() {
pinMode(led, OUTPUT); } // настройка порта 9 на выход loop() {
val = А // считываем значение потенциометра с А, val / 4); } // analogRead возвращает значения от 0
// до 1023, analogWrite должно быть в диапазоне от 0 до Учебная деятельность обучающихся
Слушают объяснение учителя . Фиксируют полученную информацию в тетрадях Этап урока 4. Проверка понимания и первичного закрепления
Предполагаемая продолжительность 20 мин . Педагогическая деятельность учителя
Предлагает обучающимся выполнить задания Учебная деятельность обучающихся
Анализируют учебный материал, выполняют индивидуально задания на ПК Этап урока 5. Контроль усвоения материала, коррекция ошибок
Предполагаемая продолжительность 5 мин . Педагогическая деятельность учителя
Контролирует выполнение работы Осуществляет необходимую помощь Корректирует ход работы, акцентирует внимание на возможные ошибки Подводит итоги проделанной работы .
74
ТЕХНОЛОГИЯ
В содержание
Учебная деятельность обучающихся
Проводят самоконтроль, находят и исправляют возможные ошибки Подводят результаты работы, фиксируют в тетради Этап урока 6. Информация о творческом задании и рефлексия Предполагаемая продолжительность 5 мин Педагогическая деятельность учителя
Предлагает задание повторить изученный материал, изучить справочные сведения по языку программирования на сайте arduino .ru в разделе Программирование предлагает подготовить исследовательский проект Роботы непросто игрушка Помогает осуществить рефлексивную учебную деятельность на основе вопросов . Что нового узнали сегодня . Что показалось особенно интересными важным . Были ли достигнуты вами цели, которые вы для себя определили вначале урока?
Учебная деятельность обучающихся
Фиксируют задание в тетради Осуществляют рефлексию учебной деятельности Соотносят результаты учебной деятельности с поставленной целью, планируют дальнейшие цели деятельности . МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ПОДГОТОВКИ К УРОКУ
Материалы для копирования
Монитор порта
Опишите работу следующего скетча (программы.
void setup() {
Serial.begin(9600);
}
void loop() {
int sensorValue = analogRead(A0); float voltage = sensorValue * (5.0 / 1023);
Serial.println(voltage); Оператор перехода Опишите работу следующего скетча (программы. Раскройте работу оператора if
void setup() {
pinMode(2, INPUT);
pinMode(13, OUTPUT);
}
void loop() {
int sensorValue = digitalRead(2);
if(digitalRead(2)==HIGH) digitalWrite(13,HIGH);
else digitalWrite(13,LOW);
}
75
ТЕХНОЛОГИЯ
В содержание
Сервопривод
Опишите работу следующего скетча (программы.
#include
void setup() {
myservo.attach(9);
}
void loop() {
myservo.write(0); // устанавливаем угол 0° delay(2000); myservo.write(90); // устанавливаем угол 90° delay(2000); myservo.write(180); // устанавливаем угол 180° delay(2000);
} Жидкокристаллический индикатор
Опишите работу следующего скетча (программы.
#include
#include
LiquidCrystal_I2C lcd(0x3F,16,2);
void setup(){
lcd.init(); lcd.backlight(); lcd.print(“Hello, world!”); lcd.setCursor(0,1); lcd.print(“****************”);
}
void ЗАДАНИЯ К УРОКУ . Подключите микроконтроллерную плату к порту компьютера . Запустите приложение Диспетчер устройств ив разделе COM посмотрите, к какому СОМ-порту подключилась ваша плата .
2 . Запустите среду разработки Ардуино IDE, которая была инсталлирована на компьютер ранее . Далее нужно отметить номер порта, к которому подключилась плата
Ардуино, вменю Инструменты
---> Порт ---> COM . В этом же меню выбирается тип платы Ардуино, те, МЕГА, МИКРО, LEONARDO и др . В нашем случае МЕГА .
3 . После подключения к компьютеру платы Ардуино, определения порта и выбора типа платы необходимо продемонстрировать работу платы, запустив встроенный в среду разработки пример «Blink» (мигания светодиода) . Запускаем пример Мигание светодиода так Файл
---> Примеры ---> Basics ---> Blink . После этого в окно Ардуи- но IDE загрузится программа (код, скетч, соответствующая выбранному примеру мигания светодиода . Далее нажимаем последовательно две следующие кнопки в верхней части окна Ардуино IDE: ПРОВЕРИТЬ
ЗАГРУЗКА
.
76
ТЕХНОЛОГИЯ
В содержание
За процессом проверки и загрузки можно наблюдать в нижней части окна Ардуи- но IDE . После загрузки, если всё выполнили правильно, начнётся мигание светодиода, подключённого к соответствующему порту, или на платах Ардуино такой тестовый светодиод расположен прямо на плате и параллельно подключён к конкретному порту к 13 на плате UNO, к 22 на плате совместимой с MEGA) . Светодиод будет мигать с интервалами в 1 сек .
4 . Рассмотрим скетч Blink для мигания светодиода . Для простоты комментарии из скетча мы удалим . Останется вот что setup() {
pinMode(LED_BUILTIN, OUTPUT);
}
void loop() {
digitalWrite(LED_BUILTIN, HIGH);
delay(1000);
digitalWrite(LED_BUILTIN, LOW);
delay(1000); Другой вариант записи того же скетча led = 13;
void setup() {
pinMode(led, OUTPUT);
}
void loop() {
digitalWrite(led, HIGH);
delay(1000);
digitalWrite(led, LOW);
delay(1000); Или можно так записать этот же скетч setup() { pinMode(13, OUTPUT); }
void loop() {
digitalWrite(13, 1);
delay(1000);
digitalWrite(13, 0);
delay(1000); Константа LED_BUILTIN указывает на встроенный светодиод . HIGH и константы, указывающие на высокий и низкий сигнал, те. включение и выключение . Функция
pinMode() настраивает порт на входили выход . Функция delay(1000) задаёт время задержки в 1000 миллисекунд те секунда) .
5 . Измените параметр функции
delay() сна или на другое число и загрузите скетч повторно . Если всё сделали правильно, то вы должны увидеть другой режим мигания светодиода, в зависимости от введённых параметров . Можно ещё поэкспериментировать с параметрами функции ОБРАТИТЕ ВНИМАНИЕ Скетч (программа) на языке Ардуино имеет три раздела или блока, идущие друг за другом в строгой последовательности сверху вниз
1) блок подключения библиотек (это делается с помощью директивы
#include) и объявления переменных и его типов (иногда переменные объявляют с помощью директи-
77
ТЕХНОЛОГИЯ
В содержание вы
#define, но часто без этой директивы, как в примере мигания светодиода . Строку int
led = 13; можно записать так #define led 13);
2) блок настроек начинается с функции
setup(){…} и предназначен для настройки режимов работы выводов, скорости передачи информации портов и т . д .;
3) основной блок программы содержит последовательность команд, предназначенных для решения конкретной задачи, и начинается этот блок с функции бесконечного цикла
loop(), которая заставляет повторяться заданной в этой функции серии команд . При каждом шаге повторений будут меняться какие-то данные, вычисляемые в программе, или показания, снимаемые сдатчиков. Для записи скетча на языке Ардуино используется синтаксис, похожий в языке программирования Си . Перечень доступных источников информации:сайт для изучения языка Ардуи- но http://arduino .ru/Reference, сайт для создания проектов Ардуино: https://www .
tinkercad .com Дополнительная информация
1 . Абдулгалимов ГЛ, Косино О. А, Субочева МЛ Основы образовательной робототехники (на примере Ардуино) . — М .: Издательство Перо, 2018 . — 148 с .
2 . Блум Джереми . Изучаем Arduino: инструменты и методы технического волшебства / перс англ . — СПб .: БХВ-Петербург, 2015 . — 336 с .
3 . Петин В. А Создание умного дома на базе Arduino . — М .: ДМК Пресс, 2018 . —
180 с .
4 . Бокселл Дж Изучаем Arduino . 65 проектов своими руками . — СПб .: Питер . 2017 . —
400 с .
5 . Бейктал Дж Конструируем роботов на Arduino . Первые шаги / перс англ . О . А . Трефиловой . Эл . изд . — М .: Лаборатория знаний, 2016 . — 323 с .
6 . Ярнольд, Стюарт. Arduino для начинающих самый простой пошаговый самоучитель Стюарт Ярнольд ; перс англ . М . Райтман . — Москва Эксмо, 2017 . — 256 с Сценарий урока № 6. Введение в моделирование и прототипирование
Уровень образования основное общее Предмет технология Уровень изучения базовый Тема Введение в моделирование и прототипирование Класс 6 . Тип урока комбинированный Цель урока ознакомить обучающихся с понятиями моделирование и «прототи- пирование» Планируемые результаты
Предметные:
• называть и характеризовать актуальные и перспективные технологии материальной и нематериальной сферы
• следовать технологическому процессу, в том числе в процессе изготовления субъективно нового продукта выполнять чертежи и эскизы, а также работать в системах автоматизированного проектирования
• выполнять базовые операции редактора компьютерного трёхмерного проектирования
78
ТЕХНОЛОГИЯ
В содержание создавать модели, применяя различные технологии, используя неавтоматизиро- ванные и/или автоматизированные инструменты анализировать формообразование промышленных изделий
• характеризовать основные методы/способы/приёмы изготовления объёмных деталей из различных материалов, в том числе с применением технологического оборудования получить и проанализировать опыт изготовления макета или прототипа .
Метапредметные:
• составлять план решения проблемы (описывать жизненный цикл выполнения проекта, алгоритм проведения исследования анализировать и обосновывать применение соответствующего инструментария для выполнения учебной задачи определять, какие действия по решению учебной задачи или параметры этих действий привели к получению имеющегося продукта учебной деятельности создавать абстрактный или реальный образ предмета и/или явления переводить сложную по составу (многоаспектную) информацию из графического или формализованного (символьного) представления в текстовое и наоборот строить позитивные отношения в процессе учебной и познавательной деятельности Личностные готовность и способность обучающихся к саморазвитию и самообразованию на основе мотивации к обучению и познанию
• формирование целостного мировоззрения, соответствующего современному уровню развития науки и общественной практики Время реализации 2 академических часа Оборудование и материалы компьютер (интерактивная доска, проектор, принтер, филамент ХОД УРОКА
Этап урока 1. Мотивация к учебной деятельности
Предполагаемая продолжительность 5 мин Педагогическая деятельность учителя
Создаёт положительный эмоциональный настрой на работу .
Задаёт вопросы, вовлекая учеников в эвристическую беседу Вопросы . Что такое моделирование . Что такое печать . Создавали ли вы собственные модели?
Направляет учеников на формулирования темы и цели урока . Учебная деятельность обучающихся
Мобилизуются и организуются на предстоящую работу Вступают в диалог с учителем, высказывают свою точку зрения Отвечают на вопросы, аргументируют ответы . Следят за ответами и высказываниями других учеников Формулируют тему и цель урока Планируют действия по достижению цели урока . Этап урока 2. Актуализация и обобщение знаний
Предполагаемая продолжительность 10 мин .
79
ТЕХНОЛОГИЯ
В содержание
Педагогическая деятельность учителя
Проводит фронтальную беседу актуализирует имеющиеся знания, помогает обобщению терминов и понятий .
Задаёт вопросы
1 . Как выдумаете, являются ли синонимами понятия «трёхмерное изображение и изображение . Есть ли отличия между изображениями (показывает изображения, сделанными человеком в эпоху Древнего мира, например, египетскими фресками или росписями на греческих вазах, и современной живописью?
Учебная деятельность обучающихся
Вступают в диалог с учителем, высказывают свою точку зрения Отвечают на вопросы, аргументируют ответы . Следят за ответами и высказываниями других учеников Этап урока 3. Изучение нового материала
Предполагаемая продолжительность 40 мин
Педагогическая деятельность учителя
Организует освоение новых понятий с использованием презентации . На слайдах отражена следующая информация изображение, модель, моделирование, принтер, англицизм «3D» расшифровывается как 3-Dimensional, что означает «трёхмерный» . моделирование — это процесс создания трёхмерной модели какого-либо объекта . моделирование активно применяется в различных сферах деятельности человека дизайн, архитектура, строительство — позволяет представить обстановку в помещении или внешние характеристики будущего здания кинематография, мультипликация, индустрия компьютерных игр — позволяет создать фантастических героев или миры реклама и маркетинг — используется для создания привлекательного изображения, подчёркивающего достоинства рекламируемого объекта наука и промышленность — используется для проектирования технических изделий, позволяет визуализировать изделие, оценить его технические возможности С моделями из первых трёх пунктов вы сталкивались не разв течение вашей жизни, а может быть правильнее сказать мы видим их каждый день . При создании большинства таких моделей использовалось полигональное моделирование . Полигональная модель состоит из множества простых многоугольников полигонов. Полигональное моделирование — первый появившийся способ моделирования . Полигоны состоят из вершин, которые заданы в пространстве координатами X, Y, Z . В первых полигональных моделях эти координаты вводились вручную . Вершины полигонов соединяются между собой
рёбрами . Чем больше полигонов у модели, тем она точнее . Процесс моделирования заключается в перемещении вершин, рёбер и трансформации самих полигонов Полигональное моделирование применяется, если необходимо создать модель, имеющую художественное сходство с объектом . Наиболее популярными программами полигонального моделирования являются
Autodesk 3DsMax, Autodesk Maya, Blender и др . Однако с помощью полигонального моделирования сложно рассчитать размеры модели, указать точные зазоры между элементами или учитывать физические свойства материалов. Для решения таких задач используются системы автоматизированного проектирования (САПР).
80
ТЕХНОЛОГИЯ
В содержание
В отличие от полигонального моделирования здесь нет полигонов, все модели цельные. Построение трёхмерной модели начинается с создания плоской фигуры, которой задаётся направление трансформации . Например, для создания куба необходимо начертить квадрата затем его вытянуть К САПР можно отнести такие популярные программные средства, как Autodesk
Inventor, Autodesk Fusion 360, SolidWorks, Компас 3D и др . На занятиях мы будем создавать модели в среде Autodesk Fusion 360 Созданные модели в САПР часто разрабатывают для серийного производства, но для того чтобы оценить геометрию, дизайн, совместимость компонентов и другие характеристики, изготавливают прототипы изделий . Изначально прототипы создавались путём удаления лишнего материала с заготовки, например при фрезеровании или точении . Сегодня технологии позволяют создавать прототипы с помощью обратной операции, добавления материала — такую технологию называют аддитивной (от англ . add — добавлять) . Речь, конечно же, идёт о печати . Сегодня для печати используются различные материалы . Рассмотрим технологию послойного наплавления пластика (FDM — Fusing Deposition Modeling или FFF —
Fused Filament Fabrication), так как в нашей лаборатории есть принтер (DOBOT MOOZ), который работает на основе данного принципа . технология заключается в том, что нить из термопластичного материал подаётся в печатающую головку, где происходит расплавление материала . При этом печатающая головка движется и наносит расплавленный пластик на платформу, создавая модель слой за слоем . Помимо технологии послойного наплавления пластика существует технология лазерной стереолитографии (SLA), при которой печать осуществляется с помощью жидкого фотополимера, который затвердевает под действием лазера . Похожий принцип используется в принтерах селективного лазерного спекания (SLS) — печать осуществляется с помощью порошкообразного материала (полистирол, нейлон и др .) и селективного лазерного спекания металлического порошка (SLM) . печать относят к технологиям быстрого прототипирования, так как процесс создания прототипа состоит из трёх основных шагов
1 . Создание компьютерной модели .
2 . Подготовка модели к печати .
3 . Печать модели С каждым шагом данного процесса мы познакомимся при выполнении лабораторных работ Учебная деятельность обучающихся
Слушают объяснение учителя . Фиксируют полученную информацию в тетрадях Этап урока 4. Проверка понимания и первичного закрепления
Предполагаемая продолжительность 20 мин . Педагогическая деятельность учителя
Предлагает поиграть в игру . Раздаёт карточки с изображениями предметов или конструкций и предлагает обучающимся предположить, с помощью какого вида моделирования лучше создать трёхмерную модель предмета (с помощью полигонального моделирования или систем автоматизированного проектирования) и разделить карточки на
2 группы Карточки с изображениями различных объектов, например отвёртка, Чебурашка, заяц, редуктор, болид и т . д . Игру можно провести с помощью сервиса LeaningApps (рис . 1) .
81
ТЕХНОЛОГИЯ
В содержание
Рис. 1. Экран учебной игры в сервисе learningapps Учебная деятельность обучающихся
Играют в игру, раскладывают карточки на группы Этап урока 5. Контроль усвоения материала, коррекция ошибок
Предполагаемая продолжительность 10 мин . Педагогическая деятельность учителя
Контролирует выполнения работы Осуществляет необходимую помощь Корректирует ход работы, акцентирует внимание на возможные ошибки Подводит итоги проделанной работы если трёхмерная модель должна обладать художественным сходством с предметом или является дизайнерской разработкой, то стоит воспользоваться программой полигонального моделирования, а если модель должна соответствовать определённым размерам, то используют САПР Учебная деятельность обучающихся
Проводят самоконтроль, находят и исправляют возможные ошибки Подводят итог работы Этап урока 6. Информация о творческом задании и рефлексия Предполагаемая продолжительность 5 мин Педагогическая деятельность учителя
Предлагает творческое задание найдите в дополнительной литературе или в сети Интернет информацию о необычных принтерах и заполните таблицу Кратко опишите работу
3D-принтера
Каким материалом печатает?
Где применяется
82
ТЕХНОЛОГИЯ
В содержание
Подумайте, где можно использовать принтеры в нашем регионе С какой целью Помогает осуществить рефлексивную учебную деятельность на основе вопросов . Что нового узнали сегодня . Что показалось особенно интересными важным . Были ли достигнуты вами цели, которые вы для себя определили вначале урока?
Учебная деятельность обучающихся
Фиксируют творческое задание в тетради Осуществляют рефлексию учебной деятельности Соотносят результаты учебной деятельности с поставленной целью, планируют дальнейшие цели деятельности . МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ПОДГОТОВКИ К УРОКУ
Сенетджем и Ти собирают урожай . Фреска из гробницы в Дейр эль-Медины (Египет)
Кратер Клития и Эрготима (Ваза Франсуа) .
Около 560 г . дон. э . Флоренция
И . Ф . Хруцкий . Цветы и плоды
83
ТЕХНОЛОГИЯ
В содержание
Видеофрагмент (ссылка Как работает принтер и сканер https://www .youtube .com/watch?v=iFTGE8SZ7e0
• Технологии и устройства для печати металлами https://www .youtube .com/watch?v=EfqwNDltnZk
• Технология лазерного плавления металлического порошка (SLM) https://www .youtube .com/watch?v=pz4aA8X_nKg&t=157s
• печать шоколадом https://www .youtube .com/watch?v=MKQlys-z7SM&t=8s
• Уроки Академии Autodesk по Fusion360 (англ .): https://academy .autodesk Перечень доступных источников информации . Единая система конструкторской документации . — М .: Стандартинформ, 2016 . — Режим доступа https://graph .power .nstu .ru/templates/static/gost/index1 .htm
2 . Обучение и поддержка Autodesk Fusion 360 . — Режим доступа https://www .
autodesk .com/products/fusion-360/learn-support
3 . Обучающие ресурсы по Fusion 360 . — Режим доступа https://knowledge .autodesk .
com/ru/support/fusion-360/learn-explore/caas/sfdcarticles/sfdcarticles/RUS/
Training-Learning-resources-for-Fusion-360 .html
4 . Энциклопедия печати . Режим доступа https://3dtoday Дополнительная информация
1 . Малюх В. Н Введение в современные САПР / В . Н . Малюх . — М .: ДМК Пресс,
2010 . — 192 с .
2 . Горьков ДЕ печать с нуля / ДЕ. Горьков, В . А . Холмогоров . — СПб .: БХВ-Пе- тербург, 2020 . — 256 с .
3 . Лидия Клайн. Fusion 360 . моделирование для мейкеров / Л . Клайн — СПб .:
БХВ-Петербург, 2021 . — 288 с Сценарий урока № 7. Компьютерная графика и сферы её применения
Уровень образования основное общее Предмет технология Уровень изучения базовый Класс 6 Тип урока комбинированный Цель урока ознакомить с понятием компьютерная графика, видами компьютерной графики и сферами её применения Планируемые результаты
Предметные:
• получить и проанализировать опыт модификации материального или информационного продукта
• выполнять элементарные чертежи, векторные и растровые изображения, в том числе с использованием графических редакторов
• получить и проанализировать опыт изготовления макета или прототипа
• применять технологии оцифровки аналоговых данных в соответствии с задачами собственной деятельности .
Метапредметные:
• умение соотносить свои действия с планируемыми результатами, осуществлять контроль своей деятельности в процессе достижения результата, определять способы действий в рамках предложенных условий и требований, корректировать свои действия в соответствии с изменяющейся ситуацией .
84
ТЕХНОЛОГИЯ
В содержание
Личностные:
• готовность и способность обучающихся к саморазвитию и самообразованию на основе мотивации к обучению и познанию
• готовность и способность к осознанному выбору и построению дальнейшей индивидуальной траектории образования на базе ориентировки в мире профессий и профессиональных предпочтений, с учётом устойчивых познавательных интересов Время реализации 1 академический час Оборудование и материалы ноутбук, МФУ ХОД УРОКА
Этап урока 1. Мотивация к учебной деятельности
Предполагаемая продолжительность 5 мин Педагогическая деятельность учителя
Создаёт положительный эмоциональный настрой на работу .
Задаёт вопросы, вовлекая учеников в эвристическую беседу Вопросы
1 . Что такое компьютерная графика . Каковы сферы применения компьютерной графики . Каковы возможности использования компьютерной графики?
Направляет учеников на формулирование темы и цели урока . Учебная деятельность обучающихся
Мобилизуются и организуются на предстоящую работу Вступают в диалог с учителем, высказывают свою точку зрения Отвечают на вопросы, аргументируют ответы . Следят за ответами и высказываниями других учеников Формулируют тему и цель урока Планируют работу по достижению цели урока . Этап урока 2. Актуализация и обобщение знаний
Предполагаемая продолжительность 10 мин . Педагогическая деятельность учителя
Предлагает вспомнить обучающихся, что такое орнамент, приводит примеры изображений, просит охарактеризовать их . Предлагает выполнить задание нарисовать на бумаге фрагмент орнамента и выполнить его сканирование . Просматривает и обсуждает результаты работ Учебная деятельность обучающихся
Актуализируют знания по построению орнаментов, полученные ранее, придумывают фрагмент орнамента, выполняют пробное сканирование согласно инструкции (в разделе Материалы для подготовки к уроку) Этап урока 3. Изучение нового материала
Предполагаемая продолжительность 10 мин Педагогическая деятельность учителя
Актуализирует опорные знания и излагает новый материал .
Создаёт ситуацию для закрепления нового материала Рассматривает понятия компьютерная графика, основные характеристики компьютерной графики, сферы применения, виды компьютерной графики, средства работы с компьютерной графикой, базовые способы обработки изображений, возможности использования компьютерной графики на уроках технологии .
85
ТЕХНОЛОГИЯ
В содержание
Учебная деятельность обучающихся
Слушают учителя, устанавливают внутрипредметные и межпредметные связи Этап урока 4. Проверка понимания и первичного закрепления
Предполагаемая продолжительность 10 мин . Педагогическая деятельность учителя
Предлагает привести примеры использования компьютерной графики в различных сферах деятельности обучающихся . Просит найти требования к загружаемым файлам на образовательные или информационные ресурсы Учебная деятельность обучающихся
Анализируют учебный материал, организуют поиск решения, определяют способы представления результата Этап урока 5. Контроль усвоения материала, коррекция ошибок
Предполагаемая продолжительность 5 мин . Педагогическая деятельность учителя
Контролирует выполнения работы Осуществляет необходимую помощь Корректирует ход работы, акцентирует внимание на возможные ошибки Учебная деятельность обучающихся
Проводят самоконтроль, находят и исправляют возможные ошибки Обрабатывают результаты самодиагностики . Подводят результаты работы, фиксируют в тетради Этап урока 6. Информация о творческом задании и рефлексия Предполагаемая продолжительность 5 мин Педагогическая деятельность учителя
Предлагает творческое задание для первой лабораторной работы найти образцы регионального орнамента (в архитектуре, одежде, декоративно-прикладном искусстве, отобрать понравившиеся, на основе этих элементов создать свой эскиз . Эскиз нарисовать на бумаге карандашом . Затем обвести чёрным маркером . Обобщить свои знания и составить презентацию на тему Особенности регионального орнамента Разъясняет задание, последовательность его выполнения, помогает определиться с выбором Для второй лабораторной работы принести на занятие материальный объект труда, созданный обучающимся на уроках технологии Проверяет понимание выполнения домашнего задания, обсуждает возможные трудности, с которыми могут столкнуться обучающиеся Помогает осуществить рефлексивную учебную деятельность на основе вопросов . Что нового узнали сегодня . Что показалось особенно интересными важным?
Учебная деятельность обучающихся
Воспринимают информацию, выбирают творческое задание на основе оценки своих способностей, интересов фиксируют творческое задание, задают вопросы Осуществляют рефлексию учебной деятельности Соотносят результаты учебной деятельности с поставленной целью, планируют дальнейшие цели деятельности .
86
ТЕХНОЛОГИЯ
В содержание
МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ПОДГОТОВКИ К УРОКУ
Инструкция по сканированию изображений
Ознакомление обучающихся с возможностями сканирования изображений, настройками сканирования, форматами сохранения файлов и основными возможностями векторного графического редактора при отрисовке эскизов . Продемонстрировать, что, отрисовав один фрагмент узора, затем на его основе используя преобразования, можно создавать заготовки для декорирования объектов Материалы и реактивы (при использовании бумага, карандаш, маркер .
87
ТЕХНОЛОГИЯ
В содержание
Техника безопасности . Не включайте компьютер, МФУ без разрешения учителя .
2 . Не трогайте кабельные соединения электропитания .
3 . Сидите за компьютером прямо . Следите, чтобы расстояние между монитором игла- зами было 45—60 см (расстояние вытянутой руки) Инструкция выполнения работы . Проанализировать эскиз, созданный в качестве домашнего задания (эскизна бумаге формата А при помощи карандаша) .
2 . Отсканировать изображение .
2 .1 . Расположить изображение в сканере .
2 .2 . Запустить на ноутбуке программу
Gimp .
2 .3 . Выбрать команду
Файл/Создать/Сканер/Камера рис . 1) Рис. 1. Выбор команды Файл/Создать/Сканер/Камера
2 .4 . Выбрать в списке МФУ (рис . 2) Рис. 2. Выбор МФУ
88
ТЕХНОЛОГИЯ
В содержание .5 . Выбрать установки сканирования режим — Чёрно-белое (рис . 3) Рис. 3. Выбор установки сканирования .6 . Нажать на кнопку Просмотр рис . 4) Рис. 4. Окно Просмотр
89
ТЕХНОЛОГИЯ
В содержание
Если результаты удовлетворительные, нажать кнопку Старт . Если нетто поменять режим сканирования и отсканировать ещё раз Сохранить файл, выбрав команду
Файл/Экспорт . При экспорте указать формат файла и папку проекта (рис . 5) Рис. 5. Экспорт изображения
Перечень доступных источников информации:
Редактор векторной графики https://inkscape Редактор растровой графики https://www .gimp Дополнительная информация:
Орнамент https://uchebnik .mos .ru/catalogue/material_view/atomic_
objects/9418620
https://uchebnik .mos Орнамент и компьютерная графика https://uchebnik .mos Векторная графика https://uchebnik .mos .ru/composer3/document/18869005/view
Видеофрагмент (ссылки .mos .ru/catalogue/material_view/atomic_objects/7532809
https://uchebnik .mos .ru/catalogue/material_view/atomic_objects/2995254
https://uchebnik .mos .ru/catalogue/material_view/atomic_objects/7803083
https://uchebnik .mos .ru/catalogue/material_view/atomic_objects/8797338
90
ТЕХНОЛОГИЯ
В содержание
Перечень доступных источников информации:
Редактор векторной графики https://inkscape Редактор растровой графики https://www .gimp Дополнительная информация:
Орнамент https://uchebnik .mos .ru/catalogue/material_view/atomic_objects/9418620
https://uchebnik .mos Орнамент и компьютерная графика https://uchebnik .mos Векторная графика https://uchebnik .mos .ru/composer3/document/18869005/view
Видеофрагмент (ссылки .mos .ru/catalogue/material_view/atomic_objects/7532809
https://uchebnik .mos .ru/catalogue/material_view/atomic_objects/2995254
https://uchebnik .mos .ru/catalogue/material_view/atomic_objects/7803083
https://uchebnik .mos Сценарий урока № 8. Введение в инженерный дизайн
Уровень образования основное общее Предмет технология Уровень изучения базовый Тема урока Введение в инженерный дизайн Класс 7 Тип урока комбинированный Цель урока познакомить обучающихся с инженерным дизайном, рассмотреть технологию создания сборок и механизмов с помощью Autodesk Fusion 360 Планируемые результаты
Предметные:
• называть и характеризовать актуальные и перспективные технологии материальной и нематериальной сферы
• следовать технологическому процессу, в том числе в процессе изготовления субъективно нового продукта выполнять чертежи и эскизы, а также работать в системах автоматизированного проектирования
• выполнять базовые операции редактора компьютерного трёхмерного проектирования создавать модели, применяя различные технологии, используя неавтоматизиро- ванные и/или автоматизированные инструменты анализировать формообразование промышленных изделий
• характеризовать основные методы/способы/приёмы изготовления объёмных деталей из различных материалов, в том числе с применением технологического оборудования получить и проанализировать опыт изготовления макета или прототипа .
Метапредметные:
• составлять план решения проблемы (описывать жизненный цикл выполнения проекта, алгоритм проведения исследования анализировать и обосновывать применение соответствующего инструментария для выполнения учебной задачи
91
ТЕХНОЛОГИЯ
В содержание определять, какие действия по решению учебной задачи или параметры этих действий привели к получению имеющегося продукта учебной деятельности создавать абстрактный или реальный образ предмета и/или явления переводить сложную по составу (многоаспектную) информацию из графического или формализованного (символьного) представления в текстовое и наоборот строить позитивные отношения в процессе учебной и познавательной деятельности Личностные готовность и способность обучающихся к саморазвитию и самообразованию на основе мотивации к обучению и познанию
• формирование целостного мировоззрения, соответствующего современному уровню развития науки и общественной практики Время реализации 2 академических часа Оборудование и материалы компьютер (интерактивная доска, проектор ХОД УРОКА
Этап урока 1. Мотивация к учебной деятельности
Предполагаемая продолжительность 5 мин Педагогическая деятельность учителя
Создаёт положительный эмоциональный настрой на работу .
Задаёт вопросы, вовлекая учеников в эвристическую беседу Вопросы . Как работают современные инженеры-конструкторы?
2 . Какими инструментами пользуются при проектировании?
Направляет учеников на формулирования темы и цели урока . Учебная деятельность обучающихся
Мобилизуются и организуются на предстоящую работу Вступают в диалог с учителем, высказывают свою точку зрения Отвечают на вопросы, аргументируют ответы . Следят за ответами и высказываниями других учеников Формулируют тему и цель урока Планируют действия по достижению цели урока . Этап урока 2. Актуализация и обобщение знаний
Предполагаемая продолжительность 5 мин . Педагогическая деятельность учителя
Проводит фронтальную беседу актуализирует имеющиеся знания, помогает обобщению терминов и понятий Современный мир сложно представить безразличного рода машин и механизмов, простых и сложных приборов — чайников, смартфонов и многого другого . Все это появилось в нашем мире благодаря работе инженеров . Во II в . дон. э . инженерами называли создателей военных машин, примерно в XVI в . в Голландии, позже в Англии инженерами называли строителей мостов и дорог, на Руси инженеров называли «розмыслами» от слов размышление, раздумье . А как вы представляете себе современных инженеров Учебная деятельность обучающихся
Вступают в диалог с учителем, высказывают свою точку зрения Отвечают на вопросы, аргументируют ответы . Следят за ответами и высказываниями других учеников .
92
ТЕХНОЛОГИЯ
В содержание
Этап урока 3. Изучение нового материала
Предполагаемая продолжительность 40 мин Педагогическая деятельность учителя
Организует освоение новых понятий с использованием презентации В последнее время работа инженеров претерпела сильные изменения, связанные с развитием компьютерных технологий . Если раньше инженер-конструктор работал с большими кульманами и бумажными чертежами, то сегодня он выполняет свою работу на компьютере . Сначала инженеры-конструкторы полностью проектируют механизм в специальных системах автоматизированного проектирования (САПР), далее с помощью тех же САПР имитируют поведение механизма в реальных условиях и только после этого отправляют на производство . Таким образом, инженеры помогают сократить затраты предприятия на натурное моделирование и проведение испытаний, так как могут запустить механизм и проверить его работу ещё до этапа изготовления . Инженерный дизайн САПР (CAD) — это процесс компьютерного проектирования с использованием систем автоматизированного проектирования при подготовке виртуальных моделей, чертежей и других файлов, необходимых для изготовления какого-либо изделия К современным САПР (CAD) относятся такие программные пакеты, как AutoCAD, Компас, NanoCAD, Autodesk Inventor, Autodesk Fusion 360 и др . С программой Autodesk Fusion 360 мы уже работали, когда изучали моделирование и прототипирование . При изучении этого раздела продолжим работать си познакомимся с новыми функциями, такими как создание компонентов сборки, установка соединений, назначение материалов, трёхмерные модели (древесина, пластик, металл и т . д .), создание фотореалистичных изображений узнаем, как провести простой анализ разработки Но для начала повторим принцип построения трёхмерных моделей во Fusion 360 . На первом этапе создаётся плоская фигура — эскиз, который на втором этапе трансформируется в объёмное тело с помощью инструментов моделирования (выдавливание, вращение, протягивание и т . д) . Список созданных тел, также как и список эскизов, отображается в панели обозреватель (BROWSER) (рис . 1) Рис. 1. Панель обозреватель
(BROWSER) . Список тел и эскизов .
93
ТЕХНОЛОГИЯ
В содержание
Однако, для того чтобы из трёхмерных тел построить сборку с заданным соединением, необходимо создавать трёхмерные компоненты рис . 2) Каждый компонент имеет свою систему координат, набор эскизов и тел . Например, на рисунке 3 видно, что компонент Base1 имеет одно тело и три эскиза . Если раскрыть другие компоненты, у них будет свой список Рис. 2. Панель обозреватель (browser) . Список компонентов
Рис. 3. Состав компонента
Создание компонентов — это важный этап проектирования механизмов . Между компонентами можно устанавливать неподвижные и подвижные соединения (JOINTS) рис . 4) Рис. 4. Модель с установленными соединениями
94
ТЕХНОЛОГИЯ
В содержание
Кроме того, компонентам можно назначить физический материал, что позволяет вычислить массу, объём, площадь и другие параметры модели При выполнении лабораторных работ мы подробно рассмотрим каждый шаг создания компонентов и работы сними. Учебная деятельность обучающихся
Слушают объяснение учителя . Фиксируют полученную информацию в тетрадях Этап урока 4. Проверка понимания и первичного закрепления
Предполагаемая продолжительность 20 мин . Педагогическая деятельность учителя
Учитель раздаёт карточки с изображениями инструментов, бытовых приборов чайник, плоскогубцы, валик для краски и т . д . — и просит выделить карандашом компоненты, которые входят в состав этих приборов, проанализировать каждый и предположить, из каких простых объёмных геометрических тел можно спроектировать его . Дополнительно просит указать способ соединения компонентов Например чайник состоит из четырёх компонентов — корпус чайника, носик, крышка и ручка . Корпус чайника — цилиндр, носик — конус, крышка — часть сферы, ручка — это изогнутая труба . Носики корпус чайника — неподвижное соединение, крышка и кор- пус-подвижное соединение, ручка и корпус чайника — подвижное соединение Учебная деятельность обучающихся выполняют задание Этап урока 5. Контроль усвоения материала, коррекция ошибок
Предполагаемая продолжительность 5 мин . Педагогическая деятельность учителя
Контролирует выполнение работы Осуществляет необходимую помощь Корректирует ход работы, акцентирует внимание на возможные ошибки Подводит итоги проделанной работы Учебная деятельность обучающихся
Проводят самоконтроль, находят и исправляют возможные ошибки Подводят итог работы Этап урока 6. Информация о творческом задании и рефлексия Предполагаемая продолжительность 2 мин Педагогическая деятельность учителя
Предлагает творческое задание решить дома три задачи на инженерную смекалку . Помогает осуществить рефлексивную учебную деятельность на основе вопросов . Что такое инженерный дизайн . Какие технические средства помогают современным инженерам в проектировании. Расскажите технологию создания сборок в САПР Autodesk Fusion 360? Учебная деятельность обучающихся
Фиксируют творческое задание в тетради Осуществляют рефлексию учебной деятельности Соотносят результаты учебной деятельности с поставленной целью, планируют дальнейшие цели деятельности .
95
ТЕХНОЛОГИЯ
В содержание
МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ПОДГОТОВКИ К УРОКУ
Карточки с изображением предметов
96
ТЕХНОЛОГИЯ
В содержание
ПРИМЕРНЫЕ ЗАДАЧИ НА ИНЖЕНЕРНУЮ СМЕКАЛКУ
Коля спроектировал тело из изображённого профиля . Профиль он вращал вокруг одной из осей Укажите, какую ось использовал Коля при создании этого тела В какую сторону вращается зелёная шестерня, если известно, что красная вращается почасовой стрелке?
Витя, Олеги Катя сконструировали вазы . Предполагается, что вазы будут напечатаны пластиком) . Какую из изготовленных ваз будет труднее опрокинуть
97
ТЕХНОЛОГИЯ
В содержание
Перечень доступных источников информации . Единая система конструкторской документации . — М .: Стандартинформ, 2016 . — Режим доступа https://graph .power .nstu .ru/templates/static/gost/index1 .htm
2 . Обучение и поддержка Autodesk Fusion 360 . — Режим доступа https://www .
autodesk .com/products/fusion-360/learn-support
3 . Обучающие ресурсы по Fusion 360 . — Режим доступа https://knowledge .autodesk .
com/ru/support/fusion-360/learn-explore/caas/sfdcarticles/sfdcarticles/RUS/
Training-Learning-resources-for-Fusion-360 .html
4 . Энциклопедия печати . Режим доступа https://3dtoday .ru/wiki
Видеофрагмент (ссылки . Компетенция Инженерный дизайн в соревнованиях WorldSkills: https://www .
youtube .com/watch?v=KGkSTf7i8so
2 . Телепроект Мастера, компетенция Инженерный дизайн https://www .youtube .
com/watch?v=DHc0kRopfMA
3 . What is mechanical engineering? : https://www .youtube Дополнительная информация
1 . Малюх В. Н Введение в современные САПР / В . Н . Малюх . — М .: ДМК Пресс,
2010 . — 192 с .
2 . Горьков ДЕ печать с нуля/Д . Е . Горьков, В . А . Холмогоров . — СПб .: БХВ-Пе- тербург, 2020 . — 256 с .
3 . Клайн Лидия Fusion 360 . моделирование для мейкеров / Л . Клайн . — СПб .:
БХВ-Петербург, 2021 . — 288 с Лабораторные работы
Лабораторные работы содержат теоретическую и практическую части и включают основные сведения, технику безопасности, перечень оборудования и инструкцию по выполнению работы . Использование данных лабораторных работ на уроках технологии будет способствовать приобретению практических навыков поиска, анализа, критической оценки информации, планирования этапов выполнения работ и выбора ресурсов для достижения целей проектирования, применения базовых принципов управления проектами, следования технологическому процессу, в том числе в процессе изготовления субъективно нового продукта, проведения оценки и испытания полученного продукта, описания технологических решений с помощью средств графической наглядности . Перечисленные умения составляют базу проектно-исследовательской учебной деятельности и обеспечивают прикладную направленность процесса обучения, дают обучающемуся ориентировку в мире профессий и профессиональных предпочтений Лабораторная работа № 1. Подключение цифровых и аналоговых датчиков к Ардуино
Теоретическая часть. Порядок начала работы с платой Ардуино
Общий порядок выполнения работ с микроконтроллерной платой . Подключите микроконтроллерную плату к порту USB компьютера .
2 . Откройте Диспетчер устройств и посмотрите, к какому СОМ-порту подключилась плата .
98
ТЕХНОЛОГИЯ
В содержание . Запустите Среду разработки Ардуино IDE ив пункте меню Инструменты выберите тот же СОМ-порт, что ив Диспетчере устройств . Тут же выберите тип платы Ардуино МЕГА Для проверки платы Ардуино и её связи с компьютером можно загрузить один из примеров, встроенных в Среду разработки, например Мигающий светодиод (Файл-При- меры) . Загрузите скетч в плату Ардуино (кнопка Загрузка расположена в верхней части Ар- дуино IDE, с рисунком Стрелка вправо) . Начнётся мигание светодиода на плате, с паузами в 1 с . При желании скорректируйте скетчи снова нажмите кнопку Загрузка . Например, скорректируйте паузы мигания светодиода в функции
delay() Далее, если пример Мигающий светодиод выполнен удачно, можно приступать к выполнению различных проектов согласно указаниям различных заданий Практическая часть
Цель: развитие навыков разработки проектов с использованием цифровых и аналоговых датчиков к микроконтроллерной плате и их программирование Оборудование набор для конструирования программируемых моделей инженерных систем AR-DEK-STR-01 от ООО Прикладная робототехника, среда разработки Ар- дуино Техника безопасности . Не включайте компьютер без разрешения учителя .
2 . Не трогайте кабельные соединения электропитания .
3 . Сидите за компьютером прямо . Следите, чтобы расстояние между монитором игла- зами было 45—60 см (расстояние вытянутой руки) .
4 . Не подключайте микроконтроллерную плату к порту USB компьютера без разрешения учителя Инструкция выполнения работы. Монитор порта
Для вывода информации в Монитор порта, например слова Привет, введите в блок
setup() строку Serial.begin(9600);, а в блок loop() добавьте строку Привет . Эти две строки обязательные для вывода информации в Монитор порта . Откройте монитор порта вменю Инструменты . Так можно вывести значения различных переменных и значения, снимаемые с контактов платы или датчиков в монитор порта .
2. Подключение тактовой кнопки к микроконтроллерной плате
В данной работе мы рассмотрим, как можно подключить кнопку к Ардуино . Используем кнопку для подачи высокого логического сигнала в какой-нибудь цифровой порт, будем зажигать светодиод поэтому сигналу, те. по нажатию кнопки . Для этого воспользуемся светодиодом, подключённым к контакту 13 . Кнопку нужно подключить так одну сторону к пину 2 и к земле через резистор 10—100 кОм, а другую сторону — кВ (рис . 1) Рис. 1. Схема подключения тактовой кнопки к микроконтроллерной плате
99
ТЕХНОЛОГИЯ
В содержание void setup() {
pinMode(2, INPUT);
pinMode(13, OUTPUT); }
void loop() {
int sensorValue = digitalRead(2);
if(digitalRead(2)==HIGH) digitalWrite(13,HIGH);
else digitalWrite(13,LOW); }
3. Подключение потенциометра (переменного резистора) к микроконтрол-
лерной плате
В этой работе показано, как подключать потенциометр (или переменный резистор) к плате Ардуино . При вращении ползунка (вала) потенциометра вводится напряжение от 0 до 5 В в аналоговый пин А . Далее данные с помощью
ТЕХНОЛОГИЯ
В содержание
Личностные:
• готовность и способность к саморазвитию и самообразованию на основе мотивации к обучению и познанию
• готовность и способность к осознанному выбору и построению дальнейшей индивидуальной траектории образования на базе ориентировки в мире профессий и профессиональных предпочтений, с учётом устойчивых познавательных интересов готовность и способность вести диалог с другими людьми и достигать в нём взаимопонимания (идентификация себя как полноправного субъекта общения, готовность к конструированию образа партнёра по диалогу, готовность к конструированию образа допустимых способов диалога, готовность к конструированию процесса диалога как конвенционирования интересов, процедур, готовность и способность к ведению переговоров) Время реализации 1 академический час Оборудование и материалы ПК, проектор, мультимедийный экран ХОД УРОКА
Этап урока 1. Мотивация к учебной деятельности
Предполагаемая продолжительность 5 мин Педагогическая деятельность учителя
Создаёт положительный эмоциональный настрой на работу .
Задаёт вопросы, вовлекая учеников в эвристическую беседу . Где можно познакомиться с профессией инженера и попробовать свои силы . Задумывались ли вы, что должен уметь современный инженер . Какими качествами должен обладать человек, который выбирает профессию инженера Направляет учеников на формулирования темы и цели урока . Учебная деятельность обучающихся
Мобилизуются и организуются на предстоящую работу Вступают в диалог с учителем, высказывают свою точку зрения Отвечают на вопросы, аргументируют ответы . Следят за ответами и высказываниями других учеников Формулируют тему и цель урока Планируют работу по достижению цели урока . Этап урока 2. Актуализация и обобщение знаний
Предполагаемая продолжительность 5 мин . Педагогическая деятельность учителя
Предлагает вспомнить перечисленные на прошлом занятии учебные заведения, где обучают инженерным специальностям Предлагает выполнить задание на основе изображения людей различных инженерных специальностей определить, какими важными для профессии качествами они должны обладать . Демонстрирует на экране слайды с изображением людей различных инженерных специальностей (например инженер-электроник, инженер-робототехник, инженер-изо- бретатель, инженер-программист, инженер-строитель, инженер-химик, инженер по бурению и т . п .) Учебная деятельность обучающихся
Перечисляют учебные заведения, где обучают инженерным специальностям Вступают в диалог с учителем, высказывают свою точку зрения .
51
ТЕХНОЛОГИЯ
В содержание
Отвечают на вопросы, аргументируют ответы . Следят за ответами и высказываниями других учеников Этап урока 3. Изучение нового материала
Предполагаемая продолжительность 10 мин Педагогическая деятельность учителя
Организует освоение новых понятий с использованием презентации . На слайдах отражена следующая информация . Первые шаги в инженерном деле .
2 . Пути знакомства (участие в различных инженерных олимпиадах и конкурсах, в соревнованиях. Получение образования (учебные заведения региона, какие условия поступления, виды и формы получения образования) .
4 . Характеристика качеств, необходимых для построения успешной карьеры инженера (способности, личные качества, интересы и склонности) . Учебная деятельность обучающихся
Слушают объяснение учителя . Фиксируют полученную информацию в тетрадях Этап урока 4. Проверка понимания и первичного закрепления
Предполагаемая продолжительность 15 мин . Педагогическая деятельность учителя
Предлагает ученикам самостоятельно продиагностировать свои интересы и склонности для выявления и формирования профессионально важных качеств . Выдаёт бланки для ответов и стимульный материал (опросники, бланки с заданиями) Поясняет ход работы . Зачитывает инструкцию На усмотрение учителя ученикам могут быть предложены следующие методики
1 . Дифференциально диагностический опросник (ДДО) Е . А . Климова (5—7 кл .) .
2 . Методика Профиль (в модификации Г . В . Резапкиной методика Карта интересов Голомштока) (5—7 кл .) .
3 . Модификация методики Дж . Холланда (8—9 кл .) .
4 . Тест механической понятливости Беннета (служит для выявления технических способностей подростков) (8—9 кл .) Учебная деятельность обучающихся
Знакомятся сходом работы Выполняют задания в соответствии с инструкцией Этап урока 5. Контроль усвоения материала, коррекция ошибок
Предполагаемая продолжительность 5 мин . Педагогическая деятельность учителя
Контролирует выполнение работы Осуществляет необходимую помощь Корректирует ход работы, акцентирует внимание на возможные ошибки Помогает обработать результаты самодиагностики . Подводит итоги проделанной работы Учебная деятельность обучающихся
Проводят самоконтроль Обрабатывают результаты самодиагностики . Подводят результаты работы, фиксируют в тетради .
52
ТЕХНОЛОГИЯ
В содержание
Этап урока 6. Информация о творческом задании и рефлексия Предполагаемая продолжительность 2 мин Педагогическая деятельность учителя
Предлагает творческое задание сопоставить свои жизненные и профессиональные перспективы с результатами тестирования, сделать выводы, какие профессионально важные качества необходимо формировать Помогает осуществить рефлексивную учебную деятельность на основе вопросов . Что нового узнали сегодня . Что показалось особенно интересными важным . Что нужно знать и чему учиться, чтобы быть успешным в профессии инженера?
Были ли достигнуты вами цели, которые вы для себя определили вначале урока?
Учебная деятельность обучающихся
Фиксируют творческое задание в тетради Осуществляют рефлексию учебной деятельности Соотносят результаты учебной деятельности с поставленной целью, планируют дальнейшие цели деятельности . МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ПОДГОТОВКИ К УРОКУ Дифференциально диагностический опросник (ДДО) Е . А . Климова (инструкция, бланк для ответов, обработка результатов) .
• Методика Профиль (инструкция, бланк для ответов, обработка результатов) .
• Модификация методики Дж . Холланда (инструкция, бланк для ответов, обработка результатов) .
• Тест механической понятливости Беннета (инструкция, задание, бланк для ответов, бланк правильных ответов, обработка результатов) . Перечень доступных источников информации:сайт профориентации (www .
proforientator .ru), сайт Большая перемена (bolshayaperemena .online), сайт «Проекто- рия» (proektoria .online), сайт Билет в будущее (bilet-help .worldskills .ru) .
1 . Серебряков А. Г, Кузнецов КГ, Хохлов НА Моя будущая профессия . Тесты по профессиональной ориентации школьников . 9 класс . — М .: Просвещение, 2021 .
2 . Кузнецов КГ, Григорьева ИВ, Кувшинова О. Л, Серебряков А. Г Моя будущая профессия . Тесты по профессиональной ориентации школьников . 8 класс . — М .: Просвещение. Резапкина Г. В. Технология . Профессиональное самоопределение . Личность . Профессия. Карьера . 8—9 классы . Учебник . — М .: Дрофа, 2020 Сценарий урока № 3. Урок-экскурсия на современное предприятие в регионе
проживания
Уровень образования основное общее Предмет технология Уровень изучения базовый Тема урока Экскурсия на современное предприятие Класс 5—9 Тип урока экскурсия .
53
ТЕХНОЛОГИЯ
В содержание
Цель урока создать условия для формирования у обучающихся целостного представления об особенностях организации современного производства, познакомить с технологическим процессом, с основными профессиями, участвующими в данном производстве Планируемые результаты
Предметные:
• характеризовать ситуацию на региональном рынке труда, называть тенденции её развития разъяснять социальное значение групп профессий, востребованных на региональном рынке труда характеризовать группы предприятий региона проживания получать опыт поиска, извлечения, структурирования и обработки информации о перспективах развития современных производств и тенденциях их развития в регионе проживания ив мире, а также информации об актуальном состоянии и перспективах развития регионального и мирового рынка труда .
Метапредметные:
• анализировать существующие и планировать будущие образовательные результаты ставить цель и формулировать задачи собственной образовательной деятельности с учётом выявленных затруднений и существующих возможностей излагать полученную информацию, интерпретируя её в контексте решаемой задачи Личностные готовность и способность вести диалог с другими людьми и достигать в нём взаимопонимания (идентификация себя как полноправного субъекта общения, готовность к конструированию образа партнёра по диалогу, готовность к конструированию образа допустимых способов диалога, готовность к конструированию процесса диалога как конвенционирования интересов, процедур, готовность и способность к ведению переговоров) Время реализации 1 академический час ХОД УРОКА
Этап урока 1. Мотивация к учебной деятельности
Предполагаемая продолжительность 5 мин Педагогическая деятельность учителя
Создаёт положительный эмоциональный настрой на работу .
Задаёт вопросы, вовлекая учеников в эвристическую беседу . Какое предприятие предстоит нам посетить . Какую продукцию выпускает предприятие . Работники каких профессий трудятся на производстве?
Направляет учеников на формулирование темы и цели урока . Учебная деятельность обучающихся
Мобилизуются и организуются на предстоящую работу Вступают в диалог с учителем, высказывают свою точку зрения Отвечают на вопросы, аргументируют ответы . Следят за ответами и высказываниями других учеников Формулируют тему и цель урока Планируют работу по достижению цели урока . Этап урока 2. Актуализация и обобщение знаний
Предполагаемая продолжительность 5 мин .
54
ТЕХНОЛОГИЯ
В содержание
Педагогическая деятельность учителя
Предлагает вспомнить, с какими основными предприятиями в регионе проживания ученики уже знакомы, инженеры каких специальностей там работают Напоминает о правилах поведения и техники безопасности вовремя нахождения на предприятии . Знакомит с представителем предприятия, который будет проводить экскурсию Учебная деятельность обучающихся
Перечисляют основные предприятия в регионе проживания, с которыми уже знакомы, и специальности инженеров, которые там работают Вступают в диалог с учителем, высказывают свою точку зрения Знакомятся с представителем предприятия Этап урока 3. Изучение нового материала
Предполагаемая продолжительность 20 мин Педагогическая деятельность учителя
Предлагает провести исследовательскую работу с использованием маршрутного листа. История развития предприятия .
2 . Продукция, выпускаемая предприятием .
3 . Значение предприятия в развитие региона .
4 . Перспективы развития предприятия .
5 . Численность сотрудников предприятия .
6 . Структурные подразделения, цеха производства .
7 . Технологические этапы производства .
8 . Перечень оборудования .
9 . Профессии и специальности сотрудников предприятия .
10 . Профессиональные требования, предъявляемые к инженерам данного предприятия. Перспективы профессионального роста инженера на предприятии .
12 . Какие специалисты востребованы на предприятии Требования к кандидатам Учебная деятельность обучающихся
Слушают рассказ представителя предприятия . Проводят исследование, вычленяют необходимую информация из рассказа и ответов представителя предприятия . Анализируют, обобщают и структурируют полученную информацию, делают выводы . Формулируют и фиксируют ответы на каждый пункт своей исследовательской работы Этап урока 4. Проверка понимания и первичного закрепления
Предполагаемая продолжительность 5 мин . Педагогическая деятельность учителя
Предлагает ученикам задать уточняющие вопросы представителю предприятия для заполнения маршрутной карты Учебная деятельность обучающихся:
Вступают в диалог, задают уточняющие вопросы . Этап урока 5. Контроль усвоения материала, коррекция ошибок
Предполагаемая продолжительность 5 мин . Педагогическая деятельность учителя
Корректирует ход работы . Осуществляет необходимую помощь .
55
ТЕХНОЛОГИЯ
В содержание
Подводит итоги проделанной работы Учебная деятельность обучающихся
Проводят самоконтроль, находят и исправляют возможные ошибки Подводят результаты своей работы, фиксируют в тетради Этап урока 6. Информация о творческом задании и рефлексия Предполагаемая продолжительность 5 мин Педагогическая деятельность учителя
Помогает осуществить рефлексивную учебную деятельность на основе вопросов . Что нового узнали сегодня . Что показалось особенно интересным . Были ли достигнуты вами цели, которые вы для себя определили вначале урока?
Учебная деятельность обучающихся
Фиксируют творческое задание в тетради Осуществляют рефлексию учебной деятельности Соотносят результаты учебной деятельности с поставленной целью, планируют дальнейшие цели деятельности . МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ПОДГОТОВКИ К УРОКУ
Материал для копирования
Маршрутный лист для выполнения исследовательской работы
ФИО обучающегося Наименование предприятия План исследовательской работы
Содержание информационного
материала История развития предприятия Продукция, выпускаемая предприятием Значение предприятия в развитие региона Перспективы развития предприятия Численность сотрудников предприятия Структурные подразделения, цеха производства Технологические этапы производства Перечень оборудования Профессии и специальности сотрудников предприятия Профессиональные требования, предъявляемые к инженерам данного предприятия Перспективы профессионального роста инженера на предприятии Какие специалисты востребованы на предприятии Требования к кандидатам
56
ТЕХНОЛОГИЯ
В содержание
Перечень доступных источников информации:сайт профориентации (www .
proforientator .ru), сайт Большая перемена (bolshayaperemena .online), сайт «Проекто- рия» (proektoria .online), сайт Билет в будущее (bilet-help .worldskills .ru) Актуальные темы для обсуждений Возможности печати в строительстве,
«Агрохозяйство XXII века, Сельскохозяйственные роботы будущего . Пример мероприятия:проведение экскурсии на современное предприятие в регионе проживания Сценарий урока № 4. Описание микроконтроллерной платы и набора по ро-
бототехнике
Уровень образования основное общее Предмет технология Уровень изучения базовый Тема урока Описание микроконтроллерной платы и набора по робототехнике Класс 8 Тип урока комбинированный Цель урока знакомство с набором робототехники, с цифровыми и аналоговыми портами микроконтроллера Планируемые результаты
Предметные:
• охарактеризовать методическое обеспечение по разработке моделей с использованием робототехнических наборов
• проектировать и реализовывать алгоритмы для управления элементарными техническими системами и учебными роботами
• следовать инструкций в процессе разработки учебного робототехнического проекта конструировать простые системы с обратной связью, в том числе на основе робототехнических конструкторов с получением сигналов от цифровых и аналоговых датчиков (касания, расстояния, света, звука и др .);
• производить сборку электрической или электронной цепи посредством соединения и/или подключения электронных компонентов заданным способом (пайка, беспаечный монтаж, механическая сборка) согласно схеме
• проектировать и/или конструировать автоматизированные системы, в том числе с применением специализированных программных средств и/или языков программирования, электронных компонентов, датчиков, приводов, микроконтроллеров и/
или микроконтроллерных платформ и т . п .
Метапредметные:
регулятивные
• умение ставить учебные цели и задачи для усвоения нового материала по робототехнике, исходя из усвоенных ранее знаний по учебным предметам
• контроль и оценка качества и уровня усвоения знаний по робототехнике для достижения конкретных целей учения на различных этапах обучения способность к саморегуляции для мобилизации сил и энергии при усвоении нового материала в робототехнике;
познавательные
• использование комплектующих деталей робототехнического набора в соответствии сих описанием и техническими характеристиками
57
ТЕХНОЛОГИЯ
В содержание постановка и формулирование задачи по робототехнике и разработка плана ере- шения с использованием предлагаемых для этого деталей по робототехнике;
коммуникативные
• умение сотрудничать с учителем и с одноклассниками или членами команды для определения цели и функций участников при решении творческих задач по робототехнике умение выявлять проблемы и принимать решения, не вызывая конфликтных ситуаций при командной работе над проектами по робототехнике Личностные личностное и профессиональное самоопределение с учётом развития и внедрения новых профессий в области робототехники и автоматизации понимание смысла учения и умение устанавливать связи между целью обучения робототехнике и результатом, ради чего оно осуществляется Время реализации 2 академических часа Оборудование и материалы набор для конструирования программируемых моделей инженерных систем AR-DEK-STR-01 от ООО Прикладная робототехника ХОД УРОКА
Этап урока 1. Мотивация к учебной деятельности
Предполагаемая продолжительность 5 мин Педагогическая деятельность учителя
Создаёт условия для возникновения у обучающегося внутренней потребности включения в учебную деятельность .
Создаёт положительный эмоциональный настрой на работу .
Задаёт вопросы, вовлекая учеников в эвристическую беседу . Что такое робототехника . Где используются роботы . Кто создаёт роботов и управляет ими . Какие современные электронные и электромеханические устройства вызнаете Направляет учеников на формулирование темы и цели урока . Учебная деятельность обучающихся
Мобилизуются и организуются на предстоящую работу Вступают в диалог с учителем, высказывают свою точку зрения Отвечают на вопросы, аргументируют ответы . Следят за ответами и высказываниями других учеников Формулируют тему и цель урока Планируют действия по достижению цели урока . Этап урока 2. Актуализация и обобщение знаний
Предполагаемая продолжительность 5 мин . Педагогическая деятельность учителя
Проводит фронтальную беседу актуализирует имеющиеся знания, помогает обобщению терминов и понятий Учебная деятельность обучающихся
Вступают в диалог с учителем, высказывают свою точку зрения Отвечают на вопросы, аргументируют ответы . Следят за ответами и высказываниями других учеников .
1 2 3 4 5 6 7 8 9 ... 13
58
ТЕХНОЛОГИЯ
В содержание
Этап урока 3. Изучение нового материала
Предполагаемая продолжительность 50 мин Педагогическая деятельность учителя
Организует освоение новых понятий с использованием презентации . На слайдах отражена следующая информация описание микроконтроллерной платы и набора по робототехнике Многие современные электронные и электромеханические устройства, начиная от детских игрушек и бытовой техники и заканчивая автомобилями и космическими кораблями, начинены программируемыми электронными блоками на базе микроконтроллеров. Микроконтроллер (МК) — это однокристальная микросхема с множеством ножек от 8 до 144), в составе которой функционируют такие важные устройства, как процессор, память, тактовый генератор, таймер, цифро-аналоговый преобразователь, порты вво- да-вывода и многое другое . Для работы микроконтроллеру требуется источник питания и программный код для управления подключёнными внешними устройствами Рассмотрим набор для конструирования программируемых моделей инженерных систем от ООО Прикладная робототехника, предназначенный для разработки учебных программируемых моделей по робототехнике и умной электронике на основе микроконтроллерной платформы, совместимой с платой Arduino MEGA (рис . 1 .), с микроконтроллером ATmega 2560 от фирмы ATMEL . Различаются разные платы Ардуи- но (UNO, NANO, МЕГА, МИКРО, LEONARDO и др .), которые отличаются по конструкции и установленному на них типу микроконтроллера Рис. 1. Микроконтроллерная плата Arduino В состав набора AR-DEK-STR-01 входят следующие комплектующие микроконтрол- лерная плата (ATmega 2560)
; кабель USB; блок питания или зарядное устройство набор проводов резисторы (сопротивления цветные светодиоды беспаечная макетная плата тактовые кнопки, переключатели (тумблеры переменные резисторы (потенциометры терморезистор фоторезистор семисегментный индикатор пьезодинамик; инфракрасный датчик (датчик линии ультразвуковой датчик (дальномер дисплей (жидкокристаллический индикатор — ЖКИ 162); двигатель с редуктором и колесом серводвигатели
MG90S и PDI-6221MG-180; шаговый двигатель 28BYJ-48 .
59
ТЕХНОЛОГИЯ
В содержание
Рис. 2. Микроконтроллерная плата (с микроконтроллером ATmega 2560)
Микроконтроллерная плата имеет следующие основные элементы . Цифровые порты ввода-вывода, ШИМ-порты и интерфейсы для подключения периферийных устройств .
2 . Аналоговые входы для подключения датчиков аналогового сигнала .
3 . Разъёмы для подключения ведущего и ведомого устройств Dynamixel .
4 . Разъёмы для подключения двигателей постоянного тока (порты 44, 45 — скорость и направление вращения мотора, 46, 47 — скорость и направление вращения мотора 2) .
5 . Разъём сетевого стандарта Ethernet .
6 . Блок беспроводной связи по стандартами. Кнопки для управления беспроводной передачей данных .
8 . Переключатель линии передачи данных USB или MCU, те. связь по кабелю USB при программировании с компьютером либо связь центрального микроконтроллера и внутреннего модуля на плате .
9 . Кнопка перезапуска выполнения загруженной программы .
10 . Тумблер включения и выключения платы .
11 . Разъём для питания платы и внешних устройств . При загрузке программы в микроконтроллер плата питается по кабелю USB .
12 . Разъём USB для настройки модуля беспроводной связи .
13 . Разъём USB для загрузки программы в микроконтроллер .
14 . Потенциометры, подключённые к аналоговым портам А10-А15 .
15 . Тактовые кнопки для использования в программах, подключённые к цифровым портам 35-40 .
16 . Светодиоды для использования в программах, подключённые к цифровым портам
22-27 .
17 . Слот для карты памяти (на нижней стороне микроконтроллерной платы) .
Микроконтроллерная плата подключается к компьютеру с помощью кабеля USB рис . 3) и используется для отладки и загрузки программы в микроконтроллер .
60
ТЕХНОЛОГИЯ
В содержание
Рис. 3. Кабель Блок питания, или зарядное устройство (рис . 4), используется для обеспечения электроэнергией как микроконтроллерной платы, таки всей робототехнической разработки . Эти источники питания могут быть в виде адаптера от электрической сети 220 Вили блока аккумуляторных батарей и иметь выходное напряжение 5—12 В . Рис. 4. Блок питания, или зарядное устройство
Набор соединительных проводов и перемычек (рис . 5) используется для соединения деталей проекта, например датчиков с микроконтроллерной платой . У проводов существует два типа наконечников — в виде гнезда или в виде штырька, варианты их сочетания называют «мама-папа», «папа-папа» и «мама-мама» . Провода для удобства выпускаются разных цветов и разной длины, часто от 10 до 30 см . Есть общепринятые правила использования цветных проводов для питания устройств красный — плюса чёрный или коричневый — земля . Рис. 5. Набор проводов
Резисторы (рис . 6) — это элементы, оказывающие сопротивление электрическому току. Они используются для снижения величины напряжения на определённом участке цепи. Номинал резисторов — это величина электрического сопротивления, измеряемая в омах (Ом или Ω) . Маркировку многих резисторов проводят цветными кольцами на корпусе резистора (количество цветных колец может быть 4 или 5) . Для разработки проектов нужно запастись резисторами номиналов 200 Ом, 1 кОм и 10 кОм (по 50—100 шт .) .
61
ТЕХНОЛОГИЯ
В содержание
Рис. 6. Резисторы
Светодиоды (рис . 7) используются для подачи светового сигнала или для освещения и бывают разных цветов, размеров и мощности . Светодиоды питаются постоянным напряжением. На светодиоде длинная ножка подключается к плюсовому выводу питания . Напряжение на светодиод подаётся исходя из его технических характеристик, обычно в диапазоне от 2 до 3,5 В . Если характеристики светодиода неизвестны, то нужно его питать напряжением не более 2,5 В . Понижение напряжения питания понижает яркость свечения светодиода . ВАЖНО Питание светодиода напряжением выше положенного по инструкции может привести его к безвозвратной порче . Поэтому светодиод в робототехнических проектах с напряжением источника 5—6 В подключается через добавочное сопротивление (резистор) в 150—200 Ом . Точно определить сопротивление добавочного сопротивления можно по формуле = (источник – светодиод) / I
светодиод
Рис. 7. Цветные светодиоды
Беспаечная макетная плата (рис . 8) обычно используется на этапе разработки и апробирования проекта, а в дальнейшем схема может быть собрана с использованием пайки . Макетная плата имеет по краям полоски питания, а посередине — полоски спаянных гнёзд в два ряда ВАЖНО При сборке схемы на макетной плате будьте осторожны и не допускайте короткого замыкания, те. не замыкайте выводы источника напряжения на себя . Подключайте источник напряжения всегда к разным приборам-потребителям электроэнергии светодиоды, двигатели и др .) . Причём напряжение питания любого прибора-потребите- ля в схеме должно соответствовать номинальному напряжению, указанному в его технических характеристиках . Иначе прибор перегорит .
62
ТЕХНОЛОГИЯ
В содержание
Рис. 8. Беспаечная макетная плата
Кнопки и переключатели (рис . 9) используются в проектах для кратковременного или фиксированного замыкания или размыкания электрических цепей Рис. 9. Тактовые кнопки и переключатели (тумблеры)
Потенциометры, или переменные резисторы (рис . 10), при вращении ручки или перемещении ползунка меняют своё сопротивление от 0 до номинального сопротивления, указанного на потенциометре . Рис. 10. Переменные резисторы (потенциометры)
Терморезисторы (рис . 11) меняют своё сопротивление при изменении окружающей температуры . При повышении температуры терморезистора его сопротивление снижается. Обычно диапазон выдерживаемых терморезистором температур составляет от –50 до +300 С . Сопротивление терморезистора при комнатной температуре составляет несколько кОм Фоторезисторы (рис . 12) меняют своё сопротивление при изменении освещённости на рабочей поверхности (свет приёмнике) . При повышении освещённости сопротивление фоторезистора снижается .
63
ТЕХНОЛОГИЯ
В содержание
Рис. 11. Терморезисторы и их обозначение Рис. 12. Фоторезисторы и их обозначение
Семисегментные светодиодные индикаторы (рис . 13) используются в различных проектах для отображения чисел часы, счётчики, термометры, измерители электрических параметров и т . д . Каждый светящийся сегмент по сути является отдельным светодиодом . Рис. 13. Семисегментный индикатор и его распиновка
Пьезодинамик, или зуммер (рис . 14), используется в различных проектах для звуковой сигнализации . На зуммеры нужно подавать 2—5 вольт напряжения, соблюдая полярность. От количества напряжения будет зависеть громкость звука . Также можно управлять тональностью звука . Контакты на датчиках часто обозначаются «Vcc» или «+» — этот контакт датчика подключается к положительной клемме источника питания «GND» или «G» или «–» — означает земля и подключается к отрицательной клемме источника питания «I/O» или
«S» или «AO» или «DO» — называется сигнальный контакт и предназначен для съёма сигнала от датчика Рис. 14. Пьезодинамик
64
ТЕХНОЛОГИЯ
В содержание
Инфракрасный датчик (рис . 15) используется для обнаружения препятствий и линий . Датчик состоит из инфракрасного излучателя и приёмника . Излучатель испускает инфракрасные лучи, которые при возникновении препятствия отражаются от него, а приёмник фиксирует отражённые лучи . Инфракрасные лучи неодинаково отражаются от поверхностей разных цветов . Это даёт датчику возможность определить границу цветов (линий) на определённом расстоянии датчика от линии Рис. 15. Инфракрасный датчик (датчик линии)
Работа ультразвукового датчика (дальномера) (рис . 16) основана на принципе эхолокации. Дальномер испускает ультразвук в пространство и принимает отражённый от препятствия сигнал . Повремени распространения звуковой волны к препятствию и обратно определяется расстояние Рис. 16. Ультразвуковой датчик (дальномер)
Жидкокристаллические индикаторы (ЖКИ) или LCD (рис . 17) предназначены для отображения текстовой или графической информации . Различаются монохромные (два цвета) с выводом информации в 1, 2, 3 и более строк . Рис. 17. Дисплей (жидкокристаллический индикатор — ЖКИ 162)
65
ТЕХНОЛОГИЯ
В содержание
Двигатели с редуктором (рис . 18) применяются в различных проектах с движущими частями, где требуется вращение двигателя с изменением направления вращения (при изменении полярности) и частоты вращения (путём изменения величины входного напряжения. Редуктор также сбавляет скорость вращения Рис. 18. Двигатели с редуктором
Серводвигатели (рис . 19) отличаются от обычных моторов тем, что у них ротор или ось вращения не вращается и не делает множество оборотов, а отклоняется от нулевого положения всего лишь на заданный угол или на заданное количество градусов в одну или в другую сторону . Ось вращения в некоторых моделях не имеет возможности совершать полные обороты, те градусов, хотя есть модели серводвигателей, которые могут при соответствующем сигнале совершать полный оборот и вращаться как обычный двигатель с редуктором Рис. 19. Серводвигатели MG90S и Шаговый двигатель (рис . 20) отличается от двигателя постоянного тока тем, что совершает вращения своего вала непостоянно, а шагами, где каждый шаг занимает опреде- лённое количество градусов и полный оборот 360 вал делает за большое количество шагов, разное для разных моделей шаговых двигателей Рис. 20. Шаговый двигатель 28BYJ-48
66
ТЕХНОЛОГИЯ
В содержание
Учитель демонстрирует иллюстрацию, приведённую ниже, и просит назвать изобра- жённые радиодетали и установить соответствие между условными изображениями деталей и их фото Показывает картинки (слайды) с различными датчиками и просит обучающихся описать их Учебная деятельность обучающихся
Называют изображённые радиодетали и находят соответствие между условными изображениями деталей и их фото . Описывают датчики Этап урока 4. Проверка понимания и первичного закрепления
Предполагаемая продолжительность 20 мин . Педагогическая деятельность учителя
Предлагает обучающимся выполнить задания Учебная деятельность обучающихся
Анализируют учебный материал, организуют поиск решения Этап урока 5. Контроль усвоения материала, коррекция ошибок
Предполагаемая продолжительность 5 мин . Педагогическая деятельность учителя
Контролирует выполнение работы Осуществляет необходимую помощь Корректирует ход работы, акцентирует внимание на возможные ошибки Подводит итоги проделанной работы Учебная деятельность обучающихся
Проводят самоконтроль, находят и исправляют возможные ошибки Подводят результаты работы, фиксируют в тетради Этап урока 6. Информация о творческом задании и рефлексия Предполагаемая продолжительность 5 мин Педагогическая деятельность учителя
Предлагает творческое задание повторить изученный материал, найти в дополнительной литературе или в сети Интернет информацию об области применения микроконтроллеров на производстве, подготовить сообщение Помогает осуществить рефлексивную учебную деятельность на основе вопросов . Что нового узнали сегодня . Что показалось особенно интересными важным . Были ли достигнуты вами цели, которые вы для себя определили вначале урока
67
ТЕХНОЛОГИЯ
В содержание
Учебная деятельность обучающихся
Фиксируют творческое задание в тетради Осуществляют рефлексию учебной деятельности Соотносят результаты учебной деятельности с поставленной целью, планируют дальнейшие цели деятельности . МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ПОДГОТОВКИ К УРОКУ
Материалы для копирования
Микроконтроллерная плата (с микроконтроллером ATmega Описать основные элементы микроконтроллерной платы . Найти в Интернете описание и характеристики центрального микроконтроллера . Описать порядок подключения платы к компьютеру Последовательное и параллельное соединение резисторов
Вспомните те стандартные номиналы резисторов, которые выпускаются промышленностью. Составьте 2—3 варианта параллельного и последовательного соединения этих резисторов для получения итогового сопротивления равного
103 кОм, 506 Ом, 111 кОм, 243 Ом, 755 Ом, 143 Ом .
68
ТЕХНОЛОГИЯ
В содержание
Определение номинала резистора по цветной маркировке
Определить цвета колец для резисторов с сопротивлением 220 Ом, 10 кОм,
1 кОм, 470 Ом, 1 МОм Светодиод и добавочное сопротивление
Изучите схему и определите сопротивление R, необходимое для нормальной работы светодиода ЗАДАНИЯ К УРОКУ Как нужно соединить четыре резистора по 100 Ом для получения 400 Ом 25 Ом
250 Ом Определить сопротивление резистора по пяти цветным кольцам 1) красный, жёл- тый, чёрный, оранжевый и золотистый 2) коричневый, чёрный, чёрный, чёрный, серебристый Определить дополнительное сопротивление для различных по цвету светодиодов и разных по величине выходного напряжения блоков питания (6v, 7v, 9v, 12v) .
• Собрать на макетной плате схему включения и выключения светодиода с помощью кнопки . Для этого понадобятся светодиод, резистор (200 Ом, блок питания В, тактовая кнопка, макетная плата, соединительные провода .
• Установить одноразрядный семисегментный индикатор на макетную плату, подключить источник питания на 3 В и, используя соединительные провода, зажигать различные цифры на индикаторе .
69
ТЕХНОЛОГИЯ
В содержание
Перечень доступных источников информации:сайт для изучения языка Ардуи- но http://arduino .ru/Reference, сайт для создания проектов Ардуино: https://www .
tinkercad .com Дополнительная информация . Абдулгалимов ГЛ, Косино О. А, Субочева МЛ Основы образовательной робототехники (на примере Ардуино) . — М .: Издательство Перо, 2018 . — 148 с .
2 . Блум Джереми . Изучаем Arduino: инструменты и методы технического волшебства / перс англ . — СПб .: БХВ-Петербург, 2015 . — 336 с .
3 . Петин В. А Создание умного дома на базе Arduino . — М .: ДМК Пресс, 2018 . — 180 с .
4 . Бокселл Дж Изучаем Arduino . 65 проектов своими руками . — СПб .: Питер, 2017 . —
400 с .
5 . Бейктал Дж Конструируем роботов на Arduino . Первые шаги, перс англ . О . А . Тре- филовой . Эл . изд .— М .: Лаборатория знаний, 2016 . — 323 с .
6 . Ярнольд, Стюарт . Arduino для начинающих самый простой пошаговый самоучитель Стюарт Ярнольд ; перс англ . М . Райтман . — М .: Эксмо, 2017 . — 256 с Сценарий урока № 5. Подключение микроконтроллерной платы к компьютеру. Среда разработки Ардуино
Уровень образования основное общее Предмет технология Уровень изучения базовый Тема урока Подключение микроконтроллерной платы к компьютеру . Среда разработки Ардуино Класс 8 Тип урока комбинированный Цель урока разработка программ на языке Arduino Планируемые результаты
Предметные:
• охарактеризовать методическое обеспечение по разработке моделей с использованием робототехнических наборов
• проектировать и реализовывать алгоритмы для управления элементарными техническими системами и учебными роботами
• следовать инструкции в процессе разработки учебного робототехнического проекта конструировать простые системы с обратной связью, в том числе на основе робототехнических конструкторов с получением сигналов от цифровых и аналоговых датчиков (касания, расстояния, света, звука и др .);
• производить сборку электрической или электронной цепи посредством соединения и/или подключения электронных компонентов заданным способом (пайка, беспаечный монтаж, механическая сборка) согласно схеме
• проектировать и/или конструировать автоматизированные системы, в том числе с применением специализированных программных средств и/или языков программирования, электронных компонентов, датчиков, приводов, микроконтроллеров и/
или микроконтроллерных платформ и т . п .
Метапредметные:
регулятивные:
• умение ставить учебные цели и задачи для усвоения нового материала по робототехнике, исходя из усвоенных ранее знаний по учебным предметам
• контроль и оценка качества и уровня усвоения знаний по робототехнике для достижения конкретных целей учения на различных этапах обучения
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 ... 13
70
ТЕХНОЛОГИЯ
В содержание способность к саморегуляции для мобилизации сил и энергии при усвоении нового материала в робототехнике;
познавательные:
• использование комплектующих деталей робототехнического набора в соответствии сих описанием и техническими характеристиками
• постановка и формулирование задачи по робототехнике и разработка плана ере- шения с использованием предлагаемых для этого деталей по робототехнике;
коммуникативные:
• умение сотрудничать с учителем и с одноклассниками или членами команды для определения цели и функций участников при решении творческих задач по робототехнике умение выявлять проблемы и принимать решения, не вызывая конфликтных ситуаций при командной работе над проектами по робототехнике Личностные личностное и профессиональное самоопределение с учётом развития и внедрения новых профессий в области робототехники и автоматизации понимание смысла учения, умение устанавливать связи между целью обучения робототехнике и результатом Время реализации 2 академических часа Оборудование и материалы набор для конструирования программируемых моделей инженерных систем AR-DEK-STR-01 от ООО Прикладная робототехника ХОД УРОКА
Этап урока 1. Мотивация к учебной деятельности
Предполагаемая продолжительность 5 мин . Педагогическая деятельность учителя
Проверяет готовность к уроку, организует внимание класса к работе на уроке, создаёт положительный эмоциональный настрой у обучающихся .
Задаёт вопросы, вовлекая учеников в беседу
1 . Что вы ждёте от этого занятия . Как выдумаете, о чём мы сегодня будем говорить . Что вызнаете по этой теме?
Учебная деятельность обучающихся
Эмоционально настраиваются на предстоящую учебную деятельность Этап урока 2. Актуализация и обобщение знаний
Предполагаемая продолжительность 5 мин . Педагогическая деятельность учителя
Предлагает вспомнить определения и понятия, изученные на прошлом занятии, области применения микроконтроллеров на производстве .
Задаёт вопросы . Где на платформе находится процессор . Каков объём памяти микроконтроллера . Где находится гнездо для подключения кабеля Для чего применяется соединение микроконтроллера с компьютером . Сколько цифровых контактов (входов / выходов) есть на платформе Где они расположены. Почему некоторые цифровые контакты отмечены знаком (тильда . Где находятся контакты для доступа к питанию Какое напряжение использует
Arduino?
71
ТЕХНОЛОГИЯ
В содержание . Где находятся контакты земля Сколько таких контактов размещено на платформе . Где находится кнопка сброса Для чего она служит . Где находится встроенный светодиод Как он обозначен К какому цифровому выходу он подключён?
10 . Где находятся светодиоды, которые могут служить индикаторами загрузки программы Как они обозначены?
Учебная деятельность обучающихся
Выступают с докладами, отвечают на вопросы Отвечают на вопросы, аргументируют ответы . Следят за ответами и высказываниями других учеников Этап урока 3. Изучение нового материала
Предполагаемая продолжительность 50 мин Педагогическая деятельность учителя
Организует освоение новых понятий с использованием презентации В робототехнических проектах, разрабатываемых с использованием программируемых микроконтроллерных модулей, кроме перечисленных в предыдущем уроке комплектующих используется множество других комплектующих различные датчики (движения, температуры и влажности, магнитного поля, вибрации, угарного газа, огня, дождя, влажности почвы и др .), а также реле, карта памяти, часы реального времени, радиопередатчики, модуль RFID, модуль GPRS и т . д Программирование любого устройства на основе микроконтроллера состоит из двух этапов
1) создание программного кода на компьютере с использованием специальной среды разработки, включающей в себя редактор, отладчик, компилятор, библиотеки и другие средства разработчика
2) запись (загрузка) программного кода в микроконтроллер . Для удобства выполнения этих задач можно воспользоваться средой разработки Ар- дуино с СИ-подобным языком программирования и платами Ардуино (рис . 1) . Рис. 1. Среда разработки Ардуино
Платы Ардуино имеют разъёмы для соединительных проводов, связанные с соответствующими портами микроконтроллера порты ввода — вывода цифрового сигнала D0-D13,
72
ТЕХНОЛОГИЯ
В содержание порты ввода аналогового сигнала А0-А5, перезапуск внутренней программы (RESET), питание, внешний тактовый генератор и AREF — выход аналого-цифрового преобразователя (АЦП) . Отдельные порты ввода-вывода также имеют специальное назначение прерывания, таймеры, специальные порты обмена информацией и т . д . Для начала работы с платой Ардуино или с Ардуино-совместимыми платами из различных робототехнических наборов нужно 1) установить на компьютер драйвер порта микроконтроллерной платы, по которому подключается плата к компьютеру
2) скачать и установить среду разработки Ардуино IDE; 3) подключить плату Ардуино к компьютеру и запустить встроенный в IDE пример мигания светодиода 4) разрабатывать пользовательские проекты . Функции ввода-вывода Ардуино
Цифровой сигнал, также называемый дискретным, имеет только два значения, обозначаемые логический 1 (есть напряжение) и логический 0 (нет напряжения) Аналоговый сигнал Микроконтроллерная плата делит диапазон входных аналоговых значений от 0 до 5 В на 1024 различных значений одинаковой размерности . Таким образом, на диапазоне между 0 и 5 В напряжение 0 В соответствует десятичному 0, а 5 В соответствует максимуму 1023 . Промежуточное 2,5 В будет соответствовать значению 512 . Так называемый разрядный АЦП в диапазоне от 0 до 5 В может обнаружить 1024 значения и иметь точность 5/1024 или примерно 0,005 В .
Широтно-импульсная модуляция (ШИМ) — метод непрерывного и постепенного изменения напряжения от 0 до 5 В, за счёт изменения длительности (точнее скважности) импульсов, причём частота 1000 герц (Гц, а не 1 Гц . Длительность или скважность импульса имеет 256 значений, те. для достижения напряжения от 0 до 5 В происходит увеличение скважности от 0 до 255 . Для вывода из микроконтроллерной платы аналогового сигнала в виде ШИМ или PWM используются отдельные цифровые выводы . Например, вывод на контакт 3 числа 255 означает подать на этот контакт 5 В . Каждое значение от 0 до 255 берёт на себя
5 / 256 = 0,0195 В, и если значение на любом PWM контакте умножить на 0,0195, получим напряжение вывода в вольтах . Например, если вывести на ШИМ — контакт 6 значение 150 это означает, что мы на этом выходе получим напряжение 150 * 0,0195 = 2,9 В Функции цифрового ввода-вывода
pinMode (). Перед использованием цифрового контакта как входили выход необходимо сначала сконфигурировать цифровой контакт с помощью функции
pinMode() . Например использует два параметра pin и mode . Параметр pin является номером цифрового контакта, а параметр
mode принимает значение одной из трёх констант INPUT или OUTPUT .
digitalRead(). Функция предназначенадля чтения состояния цифрового контакта
pin, заданного в скобках, например х = digitalRead(pin). Параметр pin является номером контакта, из которого вы хотите читать цифровой сигналили. Функция предназначенадля записи в цифровой контакт конкретного значения HIGH или LOW . Например
digitalWrite(pin, value) — гдепараметр pin являются номером контакта, а value является логическим уровнем, который нужно записать, те или LOW Функции аналогового ввода-вывода
analogRead() — для чтения значения с аналогового контакта . Например int
analogRead(pin) читает значение напряжения на контакте pin и возвращает значение как тип
int . Параметр pin обозначает аналоговый контакт A0…A5 .
analogWrite(). В примере analogWrite (pin, value) эта функция предназначена для записи в ШИМ-контакт
pin те. в цифровые контакты 3, 5, 6, 9, 10, 11) конкретного значения те. целого числа от 0 до 255) .
73
ТЕХНОЛОГИЯ
В содержание
Рассмотрим примеры использования этих команд языка Ардуино
ПРИМЕР 1.
void setup() {
pinMode(2, INPUT); // настройка цифрового пина 2 на вывод pinMode(13, OUTPUT); } // настройка цифрового пина 13 на ввод loop() {
int sensorValue = digitalRead(2); // чтение цифрового сигнала спина если на пине 2
// высокий цифровой сигнал, то вывести также высокий цифровой сигнал на пинте. включить светодиод, иначе в следующей строке
// – выключить светодиод else digitalWrite(13,LOW); ПРИМЕР 2.
void setup() {
Serial.begin(9600); } // инициализация работы Монитора порта loop() {
int sensorValue = analogRead(A0); // чтение аналогового сигнала с
// аналогового пина А voltage = sensorValue * (5.0 / 1023.0);
Serial.println(voltage); } // вывод в Монитор порта
ПРИМЕР 3. похожий примерна Задание яркости светодиода потенциометром, подключённым к А led = 9; // светодиод подключён к выходу 9
int val = 0; // переменная для хранения значения setup() {
pinMode(led, OUTPUT); } // настройка порта 9 на выход loop() {
val = А // считываем значение потенциометра с А, val / 4); } // analogRead возвращает значения от 0
// до 1023, analogWrite должно быть в диапазоне от 0 до Учебная деятельность обучающихся
Слушают объяснение учителя . Фиксируют полученную информацию в тетрадях Этап урока 4. Проверка понимания и первичного закрепления
Предполагаемая продолжительность 20 мин . Педагогическая деятельность учителя
Предлагает обучающимся выполнить задания Учебная деятельность обучающихся
Анализируют учебный материал, выполняют индивидуально задания на ПК Этап урока 5. Контроль усвоения материала, коррекция ошибок
Предполагаемая продолжительность 5 мин . Педагогическая деятельность учителя
Контролирует выполнение работы Осуществляет необходимую помощь Корректирует ход работы, акцентирует внимание на возможные ошибки Подводит итоги проделанной работы .
74
ТЕХНОЛОГИЯ
В содержание
Учебная деятельность обучающихся
Проводят самоконтроль, находят и исправляют возможные ошибки Подводят результаты работы, фиксируют в тетради Этап урока 6. Информация о творческом задании и рефлексия Предполагаемая продолжительность 5 мин Педагогическая деятельность учителя
Предлагает задание повторить изученный материал, изучить справочные сведения по языку программирования на сайте arduino .ru в разделе Программирование предлагает подготовить исследовательский проект Роботы непросто игрушка Помогает осуществить рефлексивную учебную деятельность на основе вопросов . Что нового узнали сегодня . Что показалось особенно интересными важным . Были ли достигнуты вами цели, которые вы для себя определили вначале урока?
Учебная деятельность обучающихся
Фиксируют задание в тетради Осуществляют рефлексию учебной деятельности Соотносят результаты учебной деятельности с поставленной целью, планируют дальнейшие цели деятельности . МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ПОДГОТОВКИ К УРОКУ
Материалы для копирования
Монитор порта
Опишите работу следующего скетча (программы.
void setup() {
Serial.begin(9600);
}
void loop() {
int sensorValue = analogRead(A0); float voltage = sensorValue * (5.0 / 1023);
Serial.println(voltage); Оператор перехода Опишите работу следующего скетча (программы. Раскройте работу оператора if
void setup() {
pinMode(2, INPUT);
pinMode(13, OUTPUT);
}
void loop() {
int sensorValue = digitalRead(2);
if(digitalRead(2)==HIGH) digitalWrite(13,HIGH);
else digitalWrite(13,LOW);
}
75
ТЕХНОЛОГИЯ
В содержание
Сервопривод
Опишите работу следующего скетча (программы.
#include
void setup() {
myservo.attach(9);
}
void loop() {
myservo.write(0); // устанавливаем угол 0° delay(2000); myservo.write(90); // устанавливаем угол 90° delay(2000); myservo.write(180); // устанавливаем угол 180° delay(2000);
} Жидкокристаллический индикатор
Опишите работу следующего скетча (программы.
#include
#include
LiquidCrystal_I2C lcd(0x3F,16,2);
void setup(){
lcd.init(); lcd.backlight(); lcd.print(“Hello, world!”); lcd.setCursor(0,1); lcd.print(“****************”);
}
void ЗАДАНИЯ К УРОКУ . Подключите микроконтроллерную плату к порту компьютера . Запустите приложение Диспетчер устройств ив разделе COM посмотрите, к какому СОМ-порту подключилась ваша плата .
2 . Запустите среду разработки Ардуино IDE, которая была инсталлирована на компьютер ранее . Далее нужно отметить номер порта, к которому подключилась плата
Ардуино, вменю Инструменты
---> Порт ---> COM . В этом же меню выбирается тип платы Ардуино, те, МЕГА, МИКРО, LEONARDO и др . В нашем случае МЕГА .
3 . После подключения к компьютеру платы Ардуино, определения порта и выбора типа платы необходимо продемонстрировать работу платы, запустив встроенный в среду разработки пример «Blink» (мигания светодиода) . Запускаем пример Мигание светодиода так Файл
---> Примеры ---> Basics ---> Blink . После этого в окно Ардуи- но IDE загрузится программа (код, скетч, соответствующая выбранному примеру мигания светодиода . Далее нажимаем последовательно две следующие кнопки в верхней части окна Ардуино IDE: ПРОВЕРИТЬ
ЗАГРУЗКА
.
76
ТЕХНОЛОГИЯ
В содержание
За процессом проверки и загрузки можно наблюдать в нижней части окна Ардуи- но IDE . После загрузки, если всё выполнили правильно, начнётся мигание светодиода, подключённого к соответствующему порту, или на платах Ардуино такой тестовый светодиод расположен прямо на плате и параллельно подключён к конкретному порту к 13 на плате UNO, к 22 на плате совместимой с MEGA) . Светодиод будет мигать с интервалами в 1 сек .
4 . Рассмотрим скетч Blink для мигания светодиода . Для простоты комментарии из скетча мы удалим . Останется вот что setup() {
pinMode(LED_BUILTIN, OUTPUT);
}
void loop() {
digitalWrite(LED_BUILTIN, HIGH);
delay(1000);
digitalWrite(LED_BUILTIN, LOW);
delay(1000); Другой вариант записи того же скетча led = 13;
void setup() {
pinMode(led, OUTPUT);
}
void loop() {
digitalWrite(led, HIGH);
delay(1000);
digitalWrite(led, LOW);
delay(1000); Или можно так записать этот же скетч setup() { pinMode(13, OUTPUT); }
void loop() {
digitalWrite(13, 1);
delay(1000);
digitalWrite(13, 0);
delay(1000); Константа LED_BUILTIN указывает на встроенный светодиод . HIGH и константы, указывающие на высокий и низкий сигнал, те. включение и выключение . Функция
pinMode() настраивает порт на входили выход . Функция delay(1000) задаёт время задержки в 1000 миллисекунд те секунда) .
5 . Измените параметр функции
delay() сна или на другое число и загрузите скетч повторно . Если всё сделали правильно, то вы должны увидеть другой режим мигания светодиода, в зависимости от введённых параметров . Можно ещё поэкспериментировать с параметрами функции ОБРАТИТЕ ВНИМАНИЕ Скетч (программа) на языке Ардуино имеет три раздела или блока, идущие друг за другом в строгой последовательности сверху вниз
1) блок подключения библиотек (это делается с помощью директивы
#include) и объявления переменных и его типов (иногда переменные объявляют с помощью директи-
77
ТЕХНОЛОГИЯ
В содержание вы
#define, но часто без этой директивы, как в примере мигания светодиода . Строку int
led = 13; можно записать так #define led 13);
2) блок настроек начинается с функции
setup(){…} и предназначен для настройки режимов работы выводов, скорости передачи информации портов и т . д .;
3) основной блок программы содержит последовательность команд, предназначенных для решения конкретной задачи, и начинается этот блок с функции бесконечного цикла
loop(), которая заставляет повторяться заданной в этой функции серии команд . При каждом шаге повторений будут меняться какие-то данные, вычисляемые в программе, или показания, снимаемые сдатчиков. Для записи скетча на языке Ардуино используется синтаксис, похожий в языке программирования Си . Перечень доступных источников информации:сайт для изучения языка Ардуи- но http://arduino .ru/Reference, сайт для создания проектов Ардуино: https://www .
tinkercad .com Дополнительная информация
1 . Абдулгалимов ГЛ, Косино О. А, Субочева МЛ Основы образовательной робототехники (на примере Ардуино) . — М .: Издательство Перо, 2018 . — 148 с .
2 . Блум Джереми . Изучаем Arduino: инструменты и методы технического волшебства / перс англ . — СПб .: БХВ-Петербург, 2015 . — 336 с .
3 . Петин В. А Создание умного дома на базе Arduino . — М .: ДМК Пресс, 2018 . —
180 с .
4 . Бокселл Дж Изучаем Arduino . 65 проектов своими руками . — СПб .: Питер . 2017 . —
400 с .
5 . Бейктал Дж Конструируем роботов на Arduino . Первые шаги / перс англ . О . А . Трефиловой . Эл . изд . — М .: Лаборатория знаний, 2016 . — 323 с .
6 . Ярнольд, Стюарт. Arduino для начинающих самый простой пошаговый самоучитель Стюарт Ярнольд ; перс англ . М . Райтман . — Москва Эксмо, 2017 . — 256 с Сценарий урока № 6. Введение в моделирование и прототипирование
Уровень образования основное общее Предмет технология Уровень изучения базовый Тема Введение в моделирование и прототипирование Класс 6 . Тип урока комбинированный Цель урока ознакомить обучающихся с понятиями моделирование и «прототи- пирование» Планируемые результаты
Предметные:
• называть и характеризовать актуальные и перспективные технологии материальной и нематериальной сферы
• следовать технологическому процессу, в том числе в процессе изготовления субъективно нового продукта выполнять чертежи и эскизы, а также работать в системах автоматизированного проектирования
• выполнять базовые операции редактора компьютерного трёхмерного проектирования
1 ... 5 6 7 8 9 10 11 12 13
78
ТЕХНОЛОГИЯ
В содержание создавать модели, применяя различные технологии, используя неавтоматизиро- ванные и/или автоматизированные инструменты анализировать формообразование промышленных изделий
• характеризовать основные методы/способы/приёмы изготовления объёмных деталей из различных материалов, в том числе с применением технологического оборудования получить и проанализировать опыт изготовления макета или прототипа .
Метапредметные:
• составлять план решения проблемы (описывать жизненный цикл выполнения проекта, алгоритм проведения исследования анализировать и обосновывать применение соответствующего инструментария для выполнения учебной задачи определять, какие действия по решению учебной задачи или параметры этих действий привели к получению имеющегося продукта учебной деятельности создавать абстрактный или реальный образ предмета и/или явления переводить сложную по составу (многоаспектную) информацию из графического или формализованного (символьного) представления в текстовое и наоборот строить позитивные отношения в процессе учебной и познавательной деятельности Личностные готовность и способность обучающихся к саморазвитию и самообразованию на основе мотивации к обучению и познанию
• формирование целостного мировоззрения, соответствующего современному уровню развития науки и общественной практики Время реализации 2 академических часа Оборудование и материалы компьютер (интерактивная доска, проектор, принтер, филамент ХОД УРОКА
Этап урока 1. Мотивация к учебной деятельности
Предполагаемая продолжительность 5 мин Педагогическая деятельность учителя
Создаёт положительный эмоциональный настрой на работу .
Задаёт вопросы, вовлекая учеников в эвристическую беседу Вопросы . Что такое моделирование . Что такое печать . Создавали ли вы собственные модели?
Направляет учеников на формулирования темы и цели урока . Учебная деятельность обучающихся
Мобилизуются и организуются на предстоящую работу Вступают в диалог с учителем, высказывают свою точку зрения Отвечают на вопросы, аргументируют ответы . Следят за ответами и высказываниями других учеников Формулируют тему и цель урока Планируют действия по достижению цели урока . Этап урока 2. Актуализация и обобщение знаний
Предполагаемая продолжительность 10 мин .
79
ТЕХНОЛОГИЯ
В содержание
Педагогическая деятельность учителя
Проводит фронтальную беседу актуализирует имеющиеся знания, помогает обобщению терминов и понятий .
Задаёт вопросы
1 . Как выдумаете, являются ли синонимами понятия «трёхмерное изображение и изображение . Есть ли отличия между изображениями (показывает изображения, сделанными человеком в эпоху Древнего мира, например, египетскими фресками или росписями на греческих вазах, и современной живописью?
Учебная деятельность обучающихся
Вступают в диалог с учителем, высказывают свою точку зрения Отвечают на вопросы, аргументируют ответы . Следят за ответами и высказываниями других учеников Этап урока 3. Изучение нового материала
Предполагаемая продолжительность 40 мин
Педагогическая деятельность учителя
Организует освоение новых понятий с использованием презентации . На слайдах отражена следующая информация изображение, модель, моделирование, принтер, англицизм «3D» расшифровывается как 3-Dimensional, что означает «трёхмерный» . моделирование — это процесс создания трёхмерной модели какого-либо объекта . моделирование активно применяется в различных сферах деятельности человека дизайн, архитектура, строительство — позволяет представить обстановку в помещении или внешние характеристики будущего здания кинематография, мультипликация, индустрия компьютерных игр — позволяет создать фантастических героев или миры реклама и маркетинг — используется для создания привлекательного изображения, подчёркивающего достоинства рекламируемого объекта наука и промышленность — используется для проектирования технических изделий, позволяет визуализировать изделие, оценить его технические возможности С моделями из первых трёх пунктов вы сталкивались не разв течение вашей жизни, а может быть правильнее сказать мы видим их каждый день . При создании большинства таких моделей использовалось полигональное моделирование . Полигональная модель состоит из множества простых многоугольников полигонов. Полигональное моделирование — первый появившийся способ моделирования . Полигоны состоят из вершин, которые заданы в пространстве координатами X, Y, Z . В первых полигональных моделях эти координаты вводились вручную . Вершины полигонов соединяются между собой
рёбрами . Чем больше полигонов у модели, тем она точнее . Процесс моделирования заключается в перемещении вершин, рёбер и трансформации самих полигонов Полигональное моделирование применяется, если необходимо создать модель, имеющую художественное сходство с объектом . Наиболее популярными программами полигонального моделирования являются
Autodesk 3DsMax, Autodesk Maya, Blender и др . Однако с помощью полигонального моделирования сложно рассчитать размеры модели, указать точные зазоры между элементами или учитывать физические свойства материалов. Для решения таких задач используются системы автоматизированного проектирования (САПР).
80
ТЕХНОЛОГИЯ
В содержание
В отличие от полигонального моделирования здесь нет полигонов, все модели цельные. Построение трёхмерной модели начинается с создания плоской фигуры, которой задаётся направление трансформации . Например, для создания куба необходимо начертить квадрата затем его вытянуть К САПР можно отнести такие популярные программные средства, как Autodesk
Inventor, Autodesk Fusion 360, SolidWorks, Компас 3D и др . На занятиях мы будем создавать модели в среде Autodesk Fusion 360 Созданные модели в САПР часто разрабатывают для серийного производства, но для того чтобы оценить геометрию, дизайн, совместимость компонентов и другие характеристики, изготавливают прототипы изделий . Изначально прототипы создавались путём удаления лишнего материала с заготовки, например при фрезеровании или точении . Сегодня технологии позволяют создавать прототипы с помощью обратной операции, добавления материала — такую технологию называют аддитивной (от англ . add — добавлять) . Речь, конечно же, идёт о печати . Сегодня для печати используются различные материалы . Рассмотрим технологию послойного наплавления пластика (FDM — Fusing Deposition Modeling или FFF —
Fused Filament Fabrication), так как в нашей лаборатории есть принтер (DOBOT MOOZ), который работает на основе данного принципа . технология заключается в том, что нить из термопластичного материал подаётся в печатающую головку, где происходит расплавление материала . При этом печатающая головка движется и наносит расплавленный пластик на платформу, создавая модель слой за слоем . Помимо технологии послойного наплавления пластика существует технология лазерной стереолитографии (SLA), при которой печать осуществляется с помощью жидкого фотополимера, который затвердевает под действием лазера . Похожий принцип используется в принтерах селективного лазерного спекания (SLS) — печать осуществляется с помощью порошкообразного материала (полистирол, нейлон и др .) и селективного лазерного спекания металлического порошка (SLM) . печать относят к технологиям быстрого прототипирования, так как процесс создания прототипа состоит из трёх основных шагов
1 . Создание компьютерной модели .
2 . Подготовка модели к печати .
3 . Печать модели С каждым шагом данного процесса мы познакомимся при выполнении лабораторных работ Учебная деятельность обучающихся
Слушают объяснение учителя . Фиксируют полученную информацию в тетрадях Этап урока 4. Проверка понимания и первичного закрепления
Предполагаемая продолжительность 20 мин . Педагогическая деятельность учителя
Предлагает поиграть в игру . Раздаёт карточки с изображениями предметов или конструкций и предлагает обучающимся предположить, с помощью какого вида моделирования лучше создать трёхмерную модель предмета (с помощью полигонального моделирования или систем автоматизированного проектирования) и разделить карточки на
2 группы Карточки с изображениями различных объектов, например отвёртка, Чебурашка, заяц, редуктор, болид и т . д . Игру можно провести с помощью сервиса LeaningApps (рис . 1) .
81
ТЕХНОЛОГИЯ
В содержание
Рис. 1. Экран учебной игры в сервисе learningapps Учебная деятельность обучающихся
Играют в игру, раскладывают карточки на группы Этап урока 5. Контроль усвоения материала, коррекция ошибок
Предполагаемая продолжительность 10 мин . Педагогическая деятельность учителя
Контролирует выполнения работы Осуществляет необходимую помощь Корректирует ход работы, акцентирует внимание на возможные ошибки Подводит итоги проделанной работы если трёхмерная модель должна обладать художественным сходством с предметом или является дизайнерской разработкой, то стоит воспользоваться программой полигонального моделирования, а если модель должна соответствовать определённым размерам, то используют САПР Учебная деятельность обучающихся
Проводят самоконтроль, находят и исправляют возможные ошибки Подводят итог работы Этап урока 6. Информация о творческом задании и рефлексия Предполагаемая продолжительность 5 мин Педагогическая деятельность учителя
Предлагает творческое задание найдите в дополнительной литературе или в сети Интернет информацию о необычных принтерах и заполните таблицу Кратко опишите работу
3D-принтера
Каким материалом печатает?
Где применяется
82
ТЕХНОЛОГИЯ
В содержание
Подумайте, где можно использовать принтеры в нашем регионе С какой целью Помогает осуществить рефлексивную учебную деятельность на основе вопросов . Что нового узнали сегодня . Что показалось особенно интересными важным . Были ли достигнуты вами цели, которые вы для себя определили вначале урока?
Учебная деятельность обучающихся
Фиксируют творческое задание в тетради Осуществляют рефлексию учебной деятельности Соотносят результаты учебной деятельности с поставленной целью, планируют дальнейшие цели деятельности . МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ПОДГОТОВКИ К УРОКУ
Сенетджем и Ти собирают урожай . Фреска из гробницы в Дейр эль-Медины (Египет)
Кратер Клития и Эрготима (Ваза Франсуа) .
Около 560 г . дон. э . Флоренция
И . Ф . Хруцкий . Цветы и плоды
83
ТЕХНОЛОГИЯ
В содержание
Видеофрагмент (ссылка Как работает принтер и сканер https://www .youtube .com/watch?v=iFTGE8SZ7e0
• Технологии и устройства для печати металлами https://www .youtube .com/watch?v=EfqwNDltnZk
• Технология лазерного плавления металлического порошка (SLM) https://www .youtube .com/watch?v=pz4aA8X_nKg&t=157s
• печать шоколадом https://www .youtube .com/watch?v=MKQlys-z7SM&t=8s
• Уроки Академии Autodesk по Fusion360 (англ .): https://academy .autodesk Перечень доступных источников информации . Единая система конструкторской документации . — М .: Стандартинформ, 2016 . — Режим доступа https://graph .power .nstu .ru/templates/static/gost/index1 .htm
2 . Обучение и поддержка Autodesk Fusion 360 . — Режим доступа https://www .
autodesk .com/products/fusion-360/learn-support
3 . Обучающие ресурсы по Fusion 360 . — Режим доступа https://knowledge .autodesk .
com/ru/support/fusion-360/learn-explore/caas/sfdcarticles/sfdcarticles/RUS/
Training-Learning-resources-for-Fusion-360 .html
4 . Энциклопедия печати . Режим доступа https://3dtoday Дополнительная информация
1 . Малюх В. Н Введение в современные САПР / В . Н . Малюх . — М .: ДМК Пресс,
2010 . — 192 с .
2 . Горьков ДЕ печать с нуля / ДЕ. Горьков, В . А . Холмогоров . — СПб .: БХВ-Пе- тербург, 2020 . — 256 с .
3 . Лидия Клайн. Fusion 360 . моделирование для мейкеров / Л . Клайн — СПб .:
БХВ-Петербург, 2021 . — 288 с Сценарий урока № 7. Компьютерная графика и сферы её применения
Уровень образования основное общее Предмет технология Уровень изучения базовый Класс 6 Тип урока комбинированный Цель урока ознакомить с понятием компьютерная графика, видами компьютерной графики и сферами её применения Планируемые результаты
Предметные:
• получить и проанализировать опыт модификации материального или информационного продукта
• выполнять элементарные чертежи, векторные и растровые изображения, в том числе с использованием графических редакторов
• получить и проанализировать опыт изготовления макета или прототипа
• применять технологии оцифровки аналоговых данных в соответствии с задачами собственной деятельности .
Метапредметные:
• умение соотносить свои действия с планируемыми результатами, осуществлять контроль своей деятельности в процессе достижения результата, определять способы действий в рамках предложенных условий и требований, корректировать свои действия в соответствии с изменяющейся ситуацией .
84
ТЕХНОЛОГИЯ
В содержание
Личностные:
• готовность и способность обучающихся к саморазвитию и самообразованию на основе мотивации к обучению и познанию
• готовность и способность к осознанному выбору и построению дальнейшей индивидуальной траектории образования на базе ориентировки в мире профессий и профессиональных предпочтений, с учётом устойчивых познавательных интересов Время реализации 1 академический час Оборудование и материалы ноутбук, МФУ ХОД УРОКА
Этап урока 1. Мотивация к учебной деятельности
Предполагаемая продолжительность 5 мин Педагогическая деятельность учителя
Создаёт положительный эмоциональный настрой на работу .
Задаёт вопросы, вовлекая учеников в эвристическую беседу Вопросы
1 . Что такое компьютерная графика . Каковы сферы применения компьютерной графики . Каковы возможности использования компьютерной графики?
Направляет учеников на формулирование темы и цели урока . Учебная деятельность обучающихся
Мобилизуются и организуются на предстоящую работу Вступают в диалог с учителем, высказывают свою точку зрения Отвечают на вопросы, аргументируют ответы . Следят за ответами и высказываниями других учеников Формулируют тему и цель урока Планируют работу по достижению цели урока . Этап урока 2. Актуализация и обобщение знаний
Предполагаемая продолжительность 10 мин . Педагогическая деятельность учителя
Предлагает вспомнить обучающихся, что такое орнамент, приводит примеры изображений, просит охарактеризовать их . Предлагает выполнить задание нарисовать на бумаге фрагмент орнамента и выполнить его сканирование . Просматривает и обсуждает результаты работ Учебная деятельность обучающихся
Актуализируют знания по построению орнаментов, полученные ранее, придумывают фрагмент орнамента, выполняют пробное сканирование согласно инструкции (в разделе Материалы для подготовки к уроку) Этап урока 3. Изучение нового материала
Предполагаемая продолжительность 10 мин Педагогическая деятельность учителя
Актуализирует опорные знания и излагает новый материал .
Создаёт ситуацию для закрепления нового материала Рассматривает понятия компьютерная графика, основные характеристики компьютерной графики, сферы применения, виды компьютерной графики, средства работы с компьютерной графикой, базовые способы обработки изображений, возможности использования компьютерной графики на уроках технологии .
85
ТЕХНОЛОГИЯ
В содержание
Учебная деятельность обучающихся
Слушают учителя, устанавливают внутрипредметные и межпредметные связи Этап урока 4. Проверка понимания и первичного закрепления
Предполагаемая продолжительность 10 мин . Педагогическая деятельность учителя
Предлагает привести примеры использования компьютерной графики в различных сферах деятельности обучающихся . Просит найти требования к загружаемым файлам на образовательные или информационные ресурсы Учебная деятельность обучающихся
Анализируют учебный материал, организуют поиск решения, определяют способы представления результата Этап урока 5. Контроль усвоения материала, коррекция ошибок
Предполагаемая продолжительность 5 мин . Педагогическая деятельность учителя
Контролирует выполнения работы Осуществляет необходимую помощь Корректирует ход работы, акцентирует внимание на возможные ошибки Учебная деятельность обучающихся
Проводят самоконтроль, находят и исправляют возможные ошибки Обрабатывают результаты самодиагностики . Подводят результаты работы, фиксируют в тетради Этап урока 6. Информация о творческом задании и рефлексия Предполагаемая продолжительность 5 мин Педагогическая деятельность учителя
Предлагает творческое задание для первой лабораторной работы найти образцы регионального орнамента (в архитектуре, одежде, декоративно-прикладном искусстве, отобрать понравившиеся, на основе этих элементов создать свой эскиз . Эскиз нарисовать на бумаге карандашом . Затем обвести чёрным маркером . Обобщить свои знания и составить презентацию на тему Особенности регионального орнамента Разъясняет задание, последовательность его выполнения, помогает определиться с выбором Для второй лабораторной работы принести на занятие материальный объект труда, созданный обучающимся на уроках технологии Проверяет понимание выполнения домашнего задания, обсуждает возможные трудности, с которыми могут столкнуться обучающиеся Помогает осуществить рефлексивную учебную деятельность на основе вопросов . Что нового узнали сегодня . Что показалось особенно интересными важным?
Учебная деятельность обучающихся
Воспринимают информацию, выбирают творческое задание на основе оценки своих способностей, интересов фиксируют творческое задание, задают вопросы Осуществляют рефлексию учебной деятельности Соотносят результаты учебной деятельности с поставленной целью, планируют дальнейшие цели деятельности .
86
ТЕХНОЛОГИЯ
В содержание
МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ПОДГОТОВКИ К УРОКУ
Инструкция по сканированию изображений
Ознакомление обучающихся с возможностями сканирования изображений, настройками сканирования, форматами сохранения файлов и основными возможностями векторного графического редактора при отрисовке эскизов . Продемонстрировать, что, отрисовав один фрагмент узора, затем на его основе используя преобразования, можно создавать заготовки для декорирования объектов Материалы и реактивы (при использовании бумага, карандаш, маркер .
1 ... 5 6 7 8 9 10 11 12 13
87
ТЕХНОЛОГИЯ
В содержание
Техника безопасности . Не включайте компьютер, МФУ без разрешения учителя .
2 . Не трогайте кабельные соединения электропитания .
3 . Сидите за компьютером прямо . Следите, чтобы расстояние между монитором игла- зами было 45—60 см (расстояние вытянутой руки) Инструкция выполнения работы . Проанализировать эскиз, созданный в качестве домашнего задания (эскизна бумаге формата А при помощи карандаша) .
2 . Отсканировать изображение .
2 .1 . Расположить изображение в сканере .
2 .2 . Запустить на ноутбуке программу
Gimp .
2 .3 . Выбрать команду
Файл/Создать/Сканер/Камера рис . 1) Рис. 1. Выбор команды Файл/Создать/Сканер/Камера
2 .4 . Выбрать в списке МФУ (рис . 2) Рис. 2. Выбор МФУ
88
ТЕХНОЛОГИЯ
В содержание .5 . Выбрать установки сканирования режим — Чёрно-белое (рис . 3) Рис. 3. Выбор установки сканирования .6 . Нажать на кнопку Просмотр рис . 4) Рис. 4. Окно Просмотр
89
ТЕХНОЛОГИЯ
В содержание
Если результаты удовлетворительные, нажать кнопку Старт . Если нетто поменять режим сканирования и отсканировать ещё раз Сохранить файл, выбрав команду
Файл/Экспорт . При экспорте указать формат файла и папку проекта (рис . 5) Рис. 5. Экспорт изображения
Перечень доступных источников информации:
Редактор векторной графики https://inkscape Редактор растровой графики https://www .gimp Дополнительная информация:
Орнамент https://uchebnik .mos .ru/catalogue/material_view/atomic_
objects/9418620
https://uchebnik .mos Орнамент и компьютерная графика https://uchebnik .mos Векторная графика https://uchebnik .mos .ru/composer3/document/18869005/view
Видеофрагмент (ссылки .mos .ru/catalogue/material_view/atomic_objects/7532809
https://uchebnik .mos .ru/catalogue/material_view/atomic_objects/2995254
https://uchebnik .mos .ru/catalogue/material_view/atomic_objects/7803083
https://uchebnik .mos .ru/catalogue/material_view/atomic_objects/8797338
90
ТЕХНОЛОГИЯ
В содержание
Перечень доступных источников информации:
Редактор векторной графики https://inkscape Редактор растровой графики https://www .gimp Дополнительная информация:
Орнамент https://uchebnik .mos .ru/catalogue/material_view/atomic_objects/9418620
https://uchebnik .mos Орнамент и компьютерная графика https://uchebnik .mos Векторная графика https://uchebnik .mos .ru/composer3/document/18869005/view
Видеофрагмент (ссылки .mos .ru/catalogue/material_view/atomic_objects/7532809
https://uchebnik .mos .ru/catalogue/material_view/atomic_objects/2995254
https://uchebnik .mos .ru/catalogue/material_view/atomic_objects/7803083
https://uchebnik .mos Сценарий урока № 8. Введение в инженерный дизайн
Уровень образования основное общее Предмет технология Уровень изучения базовый Тема урока Введение в инженерный дизайн Класс 7 Тип урока комбинированный Цель урока познакомить обучающихся с инженерным дизайном, рассмотреть технологию создания сборок и механизмов с помощью Autodesk Fusion 360 Планируемые результаты
Предметные:
• называть и характеризовать актуальные и перспективные технологии материальной и нематериальной сферы
• следовать технологическому процессу, в том числе в процессе изготовления субъективно нового продукта выполнять чертежи и эскизы, а также работать в системах автоматизированного проектирования
• выполнять базовые операции редактора компьютерного трёхмерного проектирования создавать модели, применяя различные технологии, используя неавтоматизиро- ванные и/или автоматизированные инструменты анализировать формообразование промышленных изделий
• характеризовать основные методы/способы/приёмы изготовления объёмных деталей из различных материалов, в том числе с применением технологического оборудования получить и проанализировать опыт изготовления макета или прототипа .
Метапредметные:
• составлять план решения проблемы (описывать жизненный цикл выполнения проекта, алгоритм проведения исследования анализировать и обосновывать применение соответствующего инструментария для выполнения учебной задачи
91
ТЕХНОЛОГИЯ
В содержание определять, какие действия по решению учебной задачи или параметры этих действий привели к получению имеющегося продукта учебной деятельности создавать абстрактный или реальный образ предмета и/или явления переводить сложную по составу (многоаспектную) информацию из графического или формализованного (символьного) представления в текстовое и наоборот строить позитивные отношения в процессе учебной и познавательной деятельности Личностные готовность и способность обучающихся к саморазвитию и самообразованию на основе мотивации к обучению и познанию
• формирование целостного мировоззрения, соответствующего современному уровню развития науки и общественной практики Время реализации 2 академических часа Оборудование и материалы компьютер (интерактивная доска, проектор ХОД УРОКА
Этап урока 1. Мотивация к учебной деятельности
Предполагаемая продолжительность 5 мин Педагогическая деятельность учителя
Создаёт положительный эмоциональный настрой на работу .
Задаёт вопросы, вовлекая учеников в эвристическую беседу Вопросы . Как работают современные инженеры-конструкторы?
2 . Какими инструментами пользуются при проектировании?
Направляет учеников на формулирования темы и цели урока . Учебная деятельность обучающихся
Мобилизуются и организуются на предстоящую работу Вступают в диалог с учителем, высказывают свою точку зрения Отвечают на вопросы, аргументируют ответы . Следят за ответами и высказываниями других учеников Формулируют тему и цель урока Планируют действия по достижению цели урока . Этап урока 2. Актуализация и обобщение знаний
Предполагаемая продолжительность 5 мин . Педагогическая деятельность учителя
Проводит фронтальную беседу актуализирует имеющиеся знания, помогает обобщению терминов и понятий Современный мир сложно представить безразличного рода машин и механизмов, простых и сложных приборов — чайников, смартфонов и многого другого . Все это появилось в нашем мире благодаря работе инженеров . Во II в . дон. э . инженерами называли создателей военных машин, примерно в XVI в . в Голландии, позже в Англии инженерами называли строителей мостов и дорог, на Руси инженеров называли «розмыслами» от слов размышление, раздумье . А как вы представляете себе современных инженеров Учебная деятельность обучающихся
Вступают в диалог с учителем, высказывают свою точку зрения Отвечают на вопросы, аргументируют ответы . Следят за ответами и высказываниями других учеников .
92
ТЕХНОЛОГИЯ
В содержание
Этап урока 3. Изучение нового материала
Предполагаемая продолжительность 40 мин Педагогическая деятельность учителя
Организует освоение новых понятий с использованием презентации В последнее время работа инженеров претерпела сильные изменения, связанные с развитием компьютерных технологий . Если раньше инженер-конструктор работал с большими кульманами и бумажными чертежами, то сегодня он выполняет свою работу на компьютере . Сначала инженеры-конструкторы полностью проектируют механизм в специальных системах автоматизированного проектирования (САПР), далее с помощью тех же САПР имитируют поведение механизма в реальных условиях и только после этого отправляют на производство . Таким образом, инженеры помогают сократить затраты предприятия на натурное моделирование и проведение испытаний, так как могут запустить механизм и проверить его работу ещё до этапа изготовления . Инженерный дизайн САПР (CAD) — это процесс компьютерного проектирования с использованием систем автоматизированного проектирования при подготовке виртуальных моделей, чертежей и других файлов, необходимых для изготовления какого-либо изделия К современным САПР (CAD) относятся такие программные пакеты, как AutoCAD, Компас, NanoCAD, Autodesk Inventor, Autodesk Fusion 360 и др . С программой Autodesk Fusion 360 мы уже работали, когда изучали моделирование и прототипирование . При изучении этого раздела продолжим работать си познакомимся с новыми функциями, такими как создание компонентов сборки, установка соединений, назначение материалов, трёхмерные модели (древесина, пластик, металл и т . д .), создание фотореалистичных изображений узнаем, как провести простой анализ разработки Но для начала повторим принцип построения трёхмерных моделей во Fusion 360 . На первом этапе создаётся плоская фигура — эскиз, который на втором этапе трансформируется в объёмное тело с помощью инструментов моделирования (выдавливание, вращение, протягивание и т . д) . Список созданных тел, также как и список эскизов, отображается в панели обозреватель (BROWSER) (рис . 1) Рис. 1. Панель обозреватель
(BROWSER) . Список тел и эскизов .
93
ТЕХНОЛОГИЯ
В содержание
Однако, для того чтобы из трёхмерных тел построить сборку с заданным соединением, необходимо создавать трёхмерные компоненты рис . 2) Каждый компонент имеет свою систему координат, набор эскизов и тел . Например, на рисунке 3 видно, что компонент Base1 имеет одно тело и три эскиза . Если раскрыть другие компоненты, у них будет свой список Рис. 2. Панель обозреватель (browser) . Список компонентов
Рис. 3. Состав компонента
Создание компонентов — это важный этап проектирования механизмов . Между компонентами можно устанавливать неподвижные и подвижные соединения (JOINTS) рис . 4) Рис. 4. Модель с установленными соединениями
94
ТЕХНОЛОГИЯ
В содержание
Кроме того, компонентам можно назначить физический материал, что позволяет вычислить массу, объём, площадь и другие параметры модели При выполнении лабораторных работ мы подробно рассмотрим каждый шаг создания компонентов и работы сними. Учебная деятельность обучающихся
Слушают объяснение учителя . Фиксируют полученную информацию в тетрадях Этап урока 4. Проверка понимания и первичного закрепления
Предполагаемая продолжительность 20 мин . Педагогическая деятельность учителя
Учитель раздаёт карточки с изображениями инструментов, бытовых приборов чайник, плоскогубцы, валик для краски и т . д . — и просит выделить карандашом компоненты, которые входят в состав этих приборов, проанализировать каждый и предположить, из каких простых объёмных геометрических тел можно спроектировать его . Дополнительно просит указать способ соединения компонентов Например чайник состоит из четырёх компонентов — корпус чайника, носик, крышка и ручка . Корпус чайника — цилиндр, носик — конус, крышка — часть сферы, ручка — это изогнутая труба . Носики корпус чайника — неподвижное соединение, крышка и кор- пус-подвижное соединение, ручка и корпус чайника — подвижное соединение Учебная деятельность обучающихся выполняют задание Этап урока 5. Контроль усвоения материала, коррекция ошибок
Предполагаемая продолжительность 5 мин . Педагогическая деятельность учителя
Контролирует выполнение работы Осуществляет необходимую помощь Корректирует ход работы, акцентирует внимание на возможные ошибки Подводит итоги проделанной работы Учебная деятельность обучающихся
Проводят самоконтроль, находят и исправляют возможные ошибки Подводят итог работы Этап урока 6. Информация о творческом задании и рефлексия Предполагаемая продолжительность 2 мин Педагогическая деятельность учителя
Предлагает творческое задание решить дома три задачи на инженерную смекалку . Помогает осуществить рефлексивную учебную деятельность на основе вопросов . Что такое инженерный дизайн . Какие технические средства помогают современным инженерам в проектировании. Расскажите технологию создания сборок в САПР Autodesk Fusion 360? Учебная деятельность обучающихся
Фиксируют творческое задание в тетради Осуществляют рефлексию учебной деятельности Соотносят результаты учебной деятельности с поставленной целью, планируют дальнейшие цели деятельности .
95
ТЕХНОЛОГИЯ
В содержание
МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ПОДГОТОВКИ К УРОКУ
Карточки с изображением предметов
96
ТЕХНОЛОГИЯ
В содержание
ПРИМЕРНЫЕ ЗАДАЧИ НА ИНЖЕНЕРНУЮ СМЕКАЛКУ
Коля спроектировал тело из изображённого профиля . Профиль он вращал вокруг одной из осей Укажите, какую ось использовал Коля при создании этого тела В какую сторону вращается зелёная шестерня, если известно, что красная вращается почасовой стрелке?
Витя, Олеги Катя сконструировали вазы . Предполагается, что вазы будут напечатаны пластиком) . Какую из изготовленных ваз будет труднее опрокинуть
97
ТЕХНОЛОГИЯ
В содержание
Перечень доступных источников информации . Единая система конструкторской документации . — М .: Стандартинформ, 2016 . — Режим доступа https://graph .power .nstu .ru/templates/static/gost/index1 .htm
2 . Обучение и поддержка Autodesk Fusion 360 . — Режим доступа https://www .
autodesk .com/products/fusion-360/learn-support
3 . Обучающие ресурсы по Fusion 360 . — Режим доступа https://knowledge .autodesk .
com/ru/support/fusion-360/learn-explore/caas/sfdcarticles/sfdcarticles/RUS/
Training-Learning-resources-for-Fusion-360 .html
4 . Энциклопедия печати . Режим доступа https://3dtoday .ru/wiki
Видеофрагмент (ссылки . Компетенция Инженерный дизайн в соревнованиях WorldSkills: https://www .
youtube .com/watch?v=KGkSTf7i8so
2 . Телепроект Мастера, компетенция Инженерный дизайн https://www .youtube .
com/watch?v=DHc0kRopfMA
3 . What is mechanical engineering? : https://www .youtube Дополнительная информация
1 . Малюх В. Н Введение в современные САПР / В . Н . Малюх . — М .: ДМК Пресс,
2010 . — 192 с .
2 . Горьков ДЕ печать с нуля/Д . Е . Горьков, В . А . Холмогоров . — СПб .: БХВ-Пе- тербург, 2020 . — 256 с .
3 . Клайн Лидия Fusion 360 . моделирование для мейкеров / Л . Клайн . — СПб .:
БХВ-Петербург, 2021 . — 288 с Лабораторные работы
Лабораторные работы содержат теоретическую и практическую части и включают основные сведения, технику безопасности, перечень оборудования и инструкцию по выполнению работы . Использование данных лабораторных работ на уроках технологии будет способствовать приобретению практических навыков поиска, анализа, критической оценки информации, планирования этапов выполнения работ и выбора ресурсов для достижения целей проектирования, применения базовых принципов управления проектами, следования технологическому процессу, в том числе в процессе изготовления субъективно нового продукта, проведения оценки и испытания полученного продукта, описания технологических решений с помощью средств графической наглядности . Перечисленные умения составляют базу проектно-исследовательской учебной деятельности и обеспечивают прикладную направленность процесса обучения, дают обучающемуся ориентировку в мире профессий и профессиональных предпочтений Лабораторная работа № 1. Подключение цифровых и аналоговых датчиков к Ардуино
Теоретическая часть. Порядок начала работы с платой Ардуино
Общий порядок выполнения работ с микроконтроллерной платой . Подключите микроконтроллерную плату к порту USB компьютера .
2 . Откройте Диспетчер устройств и посмотрите, к какому СОМ-порту подключилась плата .
98
ТЕХНОЛОГИЯ
В содержание . Запустите Среду разработки Ардуино IDE ив пункте меню Инструменты выберите тот же СОМ-порт, что ив Диспетчере устройств . Тут же выберите тип платы Ардуино МЕГА Для проверки платы Ардуино и её связи с компьютером можно загрузить один из примеров, встроенных в Среду разработки, например Мигающий светодиод (Файл-При- меры) . Загрузите скетч в плату Ардуино (кнопка Загрузка расположена в верхней части Ар- дуино IDE, с рисунком Стрелка вправо) . Начнётся мигание светодиода на плате, с паузами в 1 с . При желании скорректируйте скетчи снова нажмите кнопку Загрузка . Например, скорректируйте паузы мигания светодиода в функции
delay() Далее, если пример Мигающий светодиод выполнен удачно, можно приступать к выполнению различных проектов согласно указаниям различных заданий Практическая часть
Цель: развитие навыков разработки проектов с использованием цифровых и аналоговых датчиков к микроконтроллерной плате и их программирование Оборудование набор для конструирования программируемых моделей инженерных систем AR-DEK-STR-01 от ООО Прикладная робототехника, среда разработки Ар- дуино Техника безопасности . Не включайте компьютер без разрешения учителя .
2 . Не трогайте кабельные соединения электропитания .
3 . Сидите за компьютером прямо . Следите, чтобы расстояние между монитором игла- зами было 45—60 см (расстояние вытянутой руки) .
4 . Не подключайте микроконтроллерную плату к порту USB компьютера без разрешения учителя Инструкция выполнения работы. Монитор порта
Для вывода информации в Монитор порта, например слова Привет, введите в блок
setup() строку Serial.begin(9600);, а в блок loop() добавьте строку Привет . Эти две строки обязательные для вывода информации в Монитор порта . Откройте монитор порта вменю Инструменты . Так можно вывести значения различных переменных и значения, снимаемые с контактов платы или датчиков в монитор порта .
2. Подключение тактовой кнопки к микроконтроллерной плате
В данной работе мы рассмотрим, как можно подключить кнопку к Ардуино . Используем кнопку для подачи высокого логического сигнала в какой-нибудь цифровой порт, будем зажигать светодиод поэтому сигналу, те. по нажатию кнопки . Для этого воспользуемся светодиодом, подключённым к контакту 13 . Кнопку нужно подключить так одну сторону к пину 2 и к земле через резистор 10—100 кОм, а другую сторону — кВ (рис . 1) Рис. 1. Схема подключения тактовой кнопки к микроконтроллерной плате
99
ТЕХНОЛОГИЯ
В содержание void setup() {
pinMode(2, INPUT);
pinMode(13, OUTPUT); }
void loop() {
int sensorValue = digitalRead(2);
if(digitalRead(2)==HIGH) digitalWrite(13,HIGH);
else digitalWrite(13,LOW); }
3. Подключение потенциометра (переменного резистора) к микроконтрол-
лерной плате
В этой работе показано, как подключать потенциометр (или переменный резистор) к плате Ардуино . При вращении ползунка (вала) потенциометра вводится напряжение от 0 до 5 В в аналоговый пин А . Далее данные с помощью
1 ... 5 6 7 8 9 10 11 12 13