ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 03.12.2023
Просмотров: 194
Скачиваний: 2
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
программы для лабораторных РТ-экспериментов; учебные задания и проекты, ориентированные на учебную и внеурочную работу по физике, а также соревновательную и конкурсную деятельность учащихся по робототехнике;
3) программа и учебно-методическое обеспечение элективного курса «Лабораторный практикум по физике с применением образовательной робототехники. Механика».
Содержание части методических материалов и дидактические материалы по образовательной робототехнике для удобства использования объединены в цифровые тематические модули. Каждый тематический модуль включает четыре блока, а именно:
4) учебные задания и проекты по робототехнике физико-технической
направленности.
В тематический модуль входят фото- и видеоматериалы, управляющие программы для роботизированных демонстраций и лабораторных работ по физике.
Ниже приведена характеристика указанных блоков модуля. Раскрывается их структура и содержание. Отметим, что второй блок имеет три варианта реализации, связанные с различиями в уровне познавательной самостоятельности учащихся.
Блок 1. Роботизированный демонстрационный физический эксперимент
6. Фотоснимки и видеозапись работы установки и основные результаты учебной демонстрации в виде таблиц, графиков, отдельных числовых значений, качественных данных эксперимента, представленных в фото- и видеоформатах.
Комментарий: Первый блок предоставляет учителю выбор следующих вариантов работы:
а)
демонстрация учителем на уроке в и д е о з а п и с и роботизированного физического эксперимента (устройства и принципа действия основных узлов установки, хода опыта и его основных результатов); знакомство учащихся с содержанием управляющей программы робота;
б) сборка и демонстрация учителем н а т у р н о й у с т а н о в к и роботизированного физического эксперимента с аналогичным дидактическим сопровождением;
в) организация подготовки натурного роботизированного демонстрационного эксперимента группой учащихся в рамках выполнения индивидуального творческого проекта; проведение учителем консультаций, оказание помощи школьникам, предъявление необходимых инструктивных материалов; предоставление учащимся возможности самостоятельно продемонстрировать работу установки на уроке физики.
Блок 2. Лабораторная работа
Выполнение лабораторной работы по инструкции (1-й уровень самостоятельности)
Комментарий: Выполнение работы по варианту 1 позволяет учащимся: а) освоить практику работы по инструкции, поддерживающей его деятельность по сборке и проведению роботизированного физического эксперимента; б) отработать комплекс основных экспериментальных умений; в) убедиться, используя видеозапись эксперимента, в правильности сборки робота и выполнения им необходимых функций (самоконтроль).
Выполнение лабораторной работы по описанию (2-й уровень самостоятельности)
Комментарий: При выполнении лабораторного задания по варианту 2 учащиеся, познакомившись с назначением, общей идеей сборки роботизированной конструкции и особенностями программы управления роботом, должны:
а) самостоятельно спланировать и осуществить роботизированный эксперимент;
б) написать для робота управляющую программу;
в) протестировать робота;
г) провести эксперимент, получить и проанализировать его результаты;
д) выполнить задания по преобразованию конструкции и соответствующему изменению управляющей программы робота, а также осуществить комплексные модификации конструкции установки, реализующие различные сценарии ее работы.
Самостоятельное планирование и проведение учебного исследования с применением роботизированной установки
(3-й уровень самостоятельности)
Комментарий: Выполнение работы по варианту 3 позволяет учащимся проявить высокий уровень самостоятельности и творчества в выполнении задания. Работа на этом уровне требует достаточного продолжительного времени (до 2-х учебных часов в условиях работы в классе, возможны дополнительная работа в домашних условиях или во внеурочное время в школьной лаборатории). Учитель при необходимости может проконсультировать учащихся по выполнению отдельных этапов работы.
Блок 3. Демонстрации и лабораторные работы, моделирующие использование роботизированной конструкции в технике
Третий блок включает две составляющие: учебную демонстрацию и/или лабораторную работу прикладной направленности. Структура этих составляющих аналогична блокам 1 и 2.
Демонстрации готовит и проводит учитель с помощью роботизированных конструкций, которые позволяют ему показать школьникам применение знаний о физических явлениях в робототехнике.
В ходе лабораторного эксперимента школьники могут выполнить задание на основе «готовой» модели роботизированного технического объекта и соответствующих инструктивных указаний к работе с данной моделью. Учащимся может быть предложено более сложное задание: самостоятельно разработать конструкцию модели роботизированного технического объекта, написать управляющую программу и протестировать степень надежности исполнения роботом его основных функций.
Блок 4. Учебные задания и проекты
Четвертый блок связывается с выполнением учащимися небольших учебных заданий и творческих проектов. Задания, как правило, направлены на модернизацию роботизированной установки, совершенствование ее управляющей программы, а проекты – на создание новой модели робота.
Учащимся целесообразно предлагать для разработки проекты, связанные с применением робототехнических конструкций в различных сферах производства, культуры и быта. Принципиально важно, чтобы в основу работы предлагаемых учащимися конструкций были положены в числе прочих физические явления и законы их протекания. При подготовке сложных проектов школьниками может быть использовано несколько робототехнических наборов.
Сложные учебные проекты выполняются школьниками, как правило, в рамках элективных курсов или во внеурочной работе (на занятиях кружка по физике, при подготовке к участию в научно-практических конференциях и конкурсах по робототехнике и др.).
Рассмотрим в качестве примера описание основных блоков учебного модуля по теме «Равноускоренное движение».
ОСНОВЫ КИНЕМАТИКИ
Тема: Равноускоренное движение
9 класс
Часть 1. Учебная демонстрация
«Измерение ускорения движения тела по наклонной плоскости»
Цель демонстрации: иллюстрация способа измерения ускорения движения тела с применением оборудования по образовательной робототехнике.
Оборудование: шарик, желоб лабораторный, брусок, экран (15×15 см), штатив лабораторный – 2 шт., базовый и ресурсный наборы Lego Mindstorms (EV3 или NXT).
Базовая конструкция. Роботизированная установка для изменения ускорения движения тела по наклонной плоскости представляет собой модификацию традиционной установки, дополненную датчиками света и расстояния, микропроцессорным блоком (EV3 либо NXT) и устройством для автоматического запуска шарика.
На рисунке 1 показан пример конструкции данной установки, собранной на базе конструктора Lego Mindstorms с микропроцессором NXT. Традиционный демонстрационный (или лабораторный) желоб может быть заменен на жёлоб, собранный из деталей конструктора. В этом случае облегчается операция сборки устройства для запуска шарика и крепления датчика света. На рисунке 2 представлен пример конструкции этой же экспериментальной установки с жёлобом из деталей конструктора на базе Lego Mindstorms EV3.
Рис. 1. Общий вид установки для определения ускорения, собранной на базе конструктора Lego Mindstorms с микропроцессорным блоком NXT
Рис. 2. Общий вид установки для определения ускорения, собранной из деталей конструктора на базе Lego Mindstorms с микропроцессорным блоком EV3
Основной частью установки является наклонный желоб, по которому скатывается шарик. В начале эксперимента шарик помещается в верхнюю часть желоба и удерживается там подвижными скобами (рис. 3).
Устройство для запуска шарика собирается на базе электродвигателя и может иметь различные конструктивные решения (рис. 3, 4, 5). Это устрой-
3) программа и учебно-методическое обеспечение элективного курса «Лабораторный практикум по физике с применением образовательной робототехники. Механика».
Содержание части методических материалов и дидактические материалы по образовательной робототехнике для удобства использования объединены в цифровые тематические модули. Каждый тематический модуль включает четыре блока, а именно:
-
роботизированный демонстрационный физический эксперимент, -
роботизированный лабораторный физический эксперимент, -
демонстрации и лабораторную работу с роботизированной моделью технического объекта,
4) учебные задания и проекты по робототехнике физико-технической
направленности.
В тематический модуль входят фото- и видеоматериалы, управляющие программы для роботизированных демонстраций и лабораторных работ по физике.
Ниже приведена характеристика указанных блоков модуля. Раскрывается их структура и содержание. Отметим, что второй блок имеет три варианта реализации, связанные с различиями в уровне познавательной самостоятельности учащихся.
Блок 1. Роботизированный демонстрационный физический эксперимент
-
Перечень оборудования для демонстрационного эксперимента, включая элементы робототехнического конструктора. -
Описание конструкции роботизированной установки и последовательности её сборки. -
Варианты реализации базовой конструкции.
-
Мультимедиа сопровождение сборки установки: пошаговые инструкции для воспроизведения ее отдельных узлов и конструкции в целом. -
«Готовая» управляющая программа для робота (в ряде случаев ее возможные модификации) и описание особенностей работы этой программы.
6. Фотоснимки и видеозапись работы установки и основные результаты учебной демонстрации в виде таблиц, графиков, отдельных числовых значений, качественных данных эксперимента, представленных в фото- и видеоформатах.
Комментарий: Первый блок предоставляет учителю выбор следующих вариантов работы:
а)
демонстрация учителем на уроке в и д е о з а п и с и роботизированного физического эксперимента (устройства и принципа действия основных узлов установки, хода опыта и его основных результатов); знакомство учащихся с содержанием управляющей программы робота;
б) сборка и демонстрация учителем н а т у р н о й у с т а н о в к и роботизированного физического эксперимента с аналогичным дидактическим сопровождением;
в) организация подготовки натурного роботизированного демонстрационного эксперимента группой учащихся в рамках выполнения индивидуального творческого проекта; проведение учителем консультаций, оказание помощи школьникам, предъявление необходимых инструктивных материалов; предоставление учащимся возможности самостоятельно продемонстрировать работу установки на уроке физики.
Блок 2. Лабораторная работа
Выполнение лабораторной работы по инструкции (1-й уровень самостоятельности)
-
Цели работы (предметная, конструкторская, технологическая в сфере IT). -
Перечень оборудования для лабораторного эксперимента.
-
Инструкция по сборке роботизированной установки (в том числе, с применением средств мультимедиа, например, программы LEGO Digital Designer). -
Управляющая программа робота, обеспечивающая его функционал. -
Инструкция с иллюстрациями по проведению лабораторной работы с помощью роботизированной установки. -
Видеозапись работы установки. -
Методические рекомендации учителю по организации работы учащихся.
Комментарий: Выполнение работы по варианту 1 позволяет учащимся: а) освоить практику работы по инструкции, поддерживающей его деятельность по сборке и проведению роботизированного физического эксперимента; б) отработать комплекс основных экспериментальных умений; в) убедиться, используя видеозапись эксперимента, в правильности сборки робота и выполнения им необходимых функций (самоконтроль).
Выполнение лабораторной работы по описанию (2-й уровень самостоятельности)
-
Цели работы (предметная, конструкторская, технологическая в сфере IT). -
Перечень оборудования для лабораторного эксперимента. -
Общая характеристика роботизированной конструкции экспериментальной установки и программы, обеспечивающей функционал робота. Характеристика возможных модификаций базовой конструкции. -
Основное задание по работе с базовой конструкцией и дополнительные задания по работе с различными модификациями конструкции и корректировке программы управления роботом. -
Методические рекомендации учителю по организации работы учащихся.
Комментарий: При выполнении лабораторного задания по варианту 2 учащиеся, познакомившись с назначением, общей идеей сборки роботизированной конструкции и особенностями программы управления роботом, должны:
а) самостоятельно спланировать и осуществить роботизированный эксперимент;
б) написать для робота управляющую программу;
в) протестировать робота;
г) провести эксперимент, получить и проанализировать его результаты;
д) выполнить задания по преобразованию конструкции и соответствующему изменению управляющей программы робота, а также осуществить комплексные модификации конструкции установки, реализующие различные сценарии ее работы.
Самостоятельное планирование и проведение учебного исследования с применением роботизированной установки
(3-й уровень самостоятельности)
-
Цели работы (предметная, конструкторская, технологическая в сфере IT). -
Формулировка общей идеи роботизированного эксперимента. -
Самостоятельная разработка и описание конструкции установки. -
Сборка конструкции учащимся. Возможна подготовка мультимедиа сопровождения по сборке (например, в программе LEGO Digital Designer). -
Написание учащимся управляющей программы для робота. -
Самостоятельное описание порядка работы экспериментальной установки. Возможна подготовка видеозаписи ее работы. -
Методические рекомендации учителю по организации работы учащихся.
Комментарий: Выполнение работы по варианту 3 позволяет учащимся проявить высокий уровень самостоятельности и творчества в выполнении задания. Работа на этом уровне требует достаточного продолжительного времени (до 2-х учебных часов в условиях работы в классе, возможны дополнительная работа в домашних условиях или во внеурочное время в школьной лаборатории). Учитель при необходимости может проконсультировать учащихся по выполнению отдельных этапов работы.
Блок 3. Демонстрации и лабораторные работы, моделирующие использование роботизированной конструкции в технике
Третий блок включает две составляющие: учебную демонстрацию и/или лабораторную работу прикладной направленности. Структура этих составляющих аналогична блокам 1 и 2.
Демонстрации готовит и проводит учитель с помощью роботизированных конструкций, которые позволяют ему показать школьникам применение знаний о физических явлениях в робототехнике.
В ходе лабораторного эксперимента школьники могут выполнить задание на основе «готовой» модели роботизированного технического объекта и соответствующих инструктивных указаний к работе с данной моделью. Учащимся может быть предложено более сложное задание: самостоятельно разработать конструкцию модели роботизированного технического объекта, написать управляющую программу и протестировать степень надежности исполнения роботом его основных функций.
Блок 4. Учебные задания и проекты
Четвертый блок связывается с выполнением учащимися небольших учебных заданий и творческих проектов. Задания, как правило, направлены на модернизацию роботизированной установки, совершенствование ее управляющей программы, а проекты – на создание новой модели робота.
Учащимся целесообразно предлагать для разработки проекты, связанные с применением робототехнических конструкций в различных сферах производства, культуры и быта. Принципиально важно, чтобы в основу работы предлагаемых учащимися конструкций были положены в числе прочих физические явления и законы их протекания. При подготовке сложных проектов школьниками может быть использовано несколько робототехнических наборов.
Сложные учебные проекты выполняются школьниками, как правило, в рамках элективных курсов или во внеурочной работе (на занятиях кружка по физике, при подготовке к участию в научно-практических конференциях и конкурсах по робототехнике и др.).
Рассмотрим в качестве примера описание основных блоков учебного модуля по теме «Равноускоренное движение».
ОСНОВЫ КИНЕМАТИКИ
Тема: Равноускоренное движение
9 класс
Часть 1. Учебная демонстрация
«Измерение ускорения движения тела по наклонной плоскости»
Цель демонстрации: иллюстрация способа измерения ускорения движения тела с применением оборудования по образовательной робототехнике.
Оборудование: шарик, желоб лабораторный, брусок, экран (15×15 см), штатив лабораторный – 2 шт., базовый и ресурсный наборы Lego Mindstorms (EV3 или NXT).
Базовая конструкция. Роботизированная установка для изменения ускорения движения тела по наклонной плоскости представляет собой модификацию традиционной установки, дополненную датчиками света и расстояния, микропроцессорным блоком (EV3 либо NXT) и устройством для автоматического запуска шарика.
На рисунке 1 показан пример конструкции данной установки, собранной на базе конструктора Lego Mindstorms с микропроцессором NXT. Традиционный демонстрационный (или лабораторный) желоб может быть заменен на жёлоб, собранный из деталей конструктора. В этом случае облегчается операция сборки устройства для запуска шарика и крепления датчика света. На рисунке 2 представлен пример конструкции этой же экспериментальной установки с жёлобом из деталей конструктора на базе Lego Mindstorms EV3.
Рис. 1. Общий вид установки для определения ускорения, собранной на базе конструктора Lego Mindstorms с микропроцессорным блоком NXT
Рис. 2. Общий вид установки для определения ускорения, собранной из деталей конструктора на базе Lego Mindstorms с микропроцессорным блоком EV3
Основной частью установки является наклонный желоб, по которому скатывается шарик. В начале эксперимента шарик помещается в верхнюю часть желоба и удерживается там подвижными скобами (рис. 3).
Устройство для запуска шарика собирается на базе электродвигателя и может иметь различные конструктивные решения (рис. 3, 4, 5). Это устрой-