Торшилова Н.И.
Пед. Доп. Обр.
МУДО ДЮЦ Максимум
Г. Магнитогрск
Конспект занятия.
Тема: «Виды датчиков в MINDSTORMS» (1-й из 1 ч.)
Цель: изучить основные типы датчиков, используемых в робототехнических наборах LEGO MINDSTORMS EV3, их назначение, принцип работы и способы применения при создании программ для роботов.
Задачи:
обучающие:
- дать знания о видах датчиков в наборе LEGO MINDSTORMS EV3 (датчик касания, цвета, ультразвуковой, гироскопический);
- способствовать формированию навыков различения датчиков по внешнему виду, назначению и принципу работы;
- научить определять, какой датчик и для решения каких задач следует применять при программировании робота.
развивающие:
- развивать техническое мышление при выборе датчиков для решения конкретных задач;
- развивать способность к анализу информации, поступающей от датчиков;
- развивать умение прогнозировать поведение робота на основе показаний датчиков.
воспитательные:
- воспитывать интерес к изучению технических устройств и их применению;
- воспитывать ответственное отношение к подключению и использованию датчиков;
- воспитывать стремление к точности и аккуратности при работе с оборудованием.
Тип занятия: комбинированный (теория + практическое знакомство с датчиками)
Оборудование, инвентарь: проектор, экран, компьютер, презентация «Датчики LEGO MINDSTORMS EV3», наборы LEGO MINDSTORMS EV3 (с полным комплектом датчиков), раздаточные карточки с описанием датчиков, тестовые поверхности (листы разного цвета), предметы для обнаружения (книга, коробка), секундомер.
Методы:
- рассказ, беседа, демонстрация;
- наглядный: показ реальных датчиков и их работы;
- практический: исследование работы датчиков с помощью встроенных средств EV3.
Дидактические средства: презентация «Датчики LEGO MINDSTORMS EV3: виды и применение», видеоролики с примерами использования датчиков, таблица «Сравнение датчиков», карточки-задания для практической работы.
Ход занятия
| Этап занятия | Содержание учебного материала | Организационно-методическое сопровождение | |||
|---|---|---|---|---|---|
| I. Подготовительная часть | 1.1 Организационный момент
— Здравствуйте, ребята! Сегодня мы поговорим о том, что делает робота по-настоящему умным и самостоятельным. Вы уже знаете, как собрать робота, как запрограммировать его движение. Но представьте: робот едет, а перед ним — стена. Что произойдёт, если он не знает о её существовании? Он врежется! А если у робота есть «глаза» и «кожа», которые чувствуют окружающий мир? Тогда он сможет вовремя остановиться, объехать препятствие или даже найти нужный предмет.
«Глаза» и «кожа» робота — это датчики. Сегодня мы познакомимся с видами датчиков в наборе LEGO MINDSTORMS, узнаем, как они работают и для чего нужны. Тема занятия: «Виды датчиков в MINDSTORMS». |
Задача: организация группы, обеспечение мотивации, создание интереса к теме через постановку практической проблемы. | |||
| II. Основная часть | 2.1 Теоретическая часть: что такое датчики и зачем они нужны
Педагог с помощью презентации объясняет назначение датчиков.
Что такое датчик? Подключение датчиков: Педагог демонстрирует порты на реальном блоке EV3. 2.2 Датчик касания (Touch Sensor) Педагог показывает датчик касания, демонстрирует его внешний вид и механизм работы. Как выглядит: датчик с красной кнопкой внутри. Как работает: Датчик касания — это специальная кнопка, которая может находиться в двух состояниях: «Нажатие» или «Освобождение». Также последовательное нажатие и отпускание называется «Щелчок» и может обрабатываться программой как самостоятельное событие. Что измеряет: факт нажатия, количество нажатий, определяет одиночные или многократные нажатия. Где применяется: Пример задачи: запрограммировать робота так, чтобы он двигался вперёд, а при нажатии на датчик касания останавливался и издавал звук. 2.3 Датчик цвета (Color Sensor) Педагог показывает датчик цвета, демонстрирует его внешний вид (небольшой блок со светодиодом). Как выглядит: датчик с прозрачным окошком, под которым находится светодиод. Как работает: Датчик освещает объект тремя цветами (красным, зелёным, синим) и измеряет частоту отражённого света, благодаря чему формирует понятие о цвете предмета. Режимы работы датчика цвета: Где применяется: Пример задачи: запрограммировать робота так, чтобы он ехал, пока не увидит красный цвет, затем останавливался. 2.4 Ультразвуковой датчик (Ultrasonic Sensor) Педагог показывает ультразвуковой датчик, демонстрирует его внешний вид (два круглых «глаза» — динамик и микрофон). Как выглядит: датчик с двумя круглыми отверстиями — одно для发射 (излучения) звуковой волны, другое для приёма отражённого сигнала. Как работает: Датчик отправляет ультразвуковые волны и затем измеряет время, за которое волна возвращается после отражения от объекта. По этому времени вычисляется расстояние до объекта. Принцип работы основан на эхе, как у летучих мышей. Характеристики: Где применяется: Ограничения: объекты из мягкой ткани, изогнутые (мяч) или очень тонкие могут не отражать достаточно звука для точного измерения. Пример задачи: запрограммировать робота так, чтобы он ехал вперёд, а при обнаружении препятствия на расстоянии менее 20 см останавливался, разворачивался и ехал дальше. 2.5 Гироскопический датчик (Gyro Sensor) Педагог показывает гироскопический датчик, демонстрирует его внешний вид. Как выглядит: небольшой блок, часто используется в наборах LEGO MINDSTORMS EV3 Education. Как работает: Гироскоп измеряет угловую скорость вращения робота вокруг определённой оси. Он предоставляет информацию о повороте или изменении положения робота в пространстве. Измеряет вращательное движение робота и изменение его положения. Что измеряет: Где применяется: Пример задачи: запрограммировать робота на точный поворот на 90 градусов. Без гироскопа робот может повернуться неточно из-за разницы в трении колёс. С гироскопом можно контролировать угол поворота и останавливаться точно в нужном положении. 2.6 Дополнительные датчики (для расширения кругозора) Педагог кратко упоминает о существовании и других датчиков, которые можно подключать к LEGO MINDSTORMS: Обобщающая таблица на доске или слайде: |
Датчик | Что измеряет | Основное применение | Порт |
| Касания | Нажатие/отпускание | Обнаружение столкновений | 1-4 | ||
| Цвета | Цвет, отражённый свет, освещённость | Движение по линии, сортировка | 1-4 | ||
| Ультразвуковой | Расстояние до 250 см | Объезд препятствий, остановка перед стеной | 1-4 | ||
| Гироскопический | Угол поворота | Точные повороты, стабилизация | 1-4 |
Контрольные вопросы по теории:
— Сколько датчиков можно подключить к одному блоку EV3?
— Какой датчик нужно использовать, чтобы робот ехал вдоль чёрной линии?
— Какой датчик поможет роботу не врезаться в стену?
— Какой датчик нужен для точного поворота на 90 градусов? | Задача: дать системные знания о видах датчиков, их устройстве и применении.
Методы: объяснительно-иллюстративный, беседа, демонстрация.
Педагог показывает каждый датчик в реальности, демонстрирует его подключение к блоку EV3. При возможности — показывает работу датчика на практике: ультразвуковой датчик измеряет расстояние до стены, датчик цвета распознаёт цвет листа бумаги.
Важно: на этом этапе не углубляться в программирование, сосредоточиться на понимании принципов работы каждого датчика. |
| | 2.7 Практическая часть: исследование датчиков
Педагог: А теперь перейдём к практике. У каждого из вас есть возможность самостоятельно «пообщаться» с датчиками и увидеть, как они работают.
Задание 1. «Знакомство с датчиками через меню EV3» (5–7 минут)
1) Включите блок EV3.
2) Перейдите в меню «View» (Вид) — третий пункт в главном меню.
3) Выберите пиктограмму датчика, который хотите проверить:
— Для датчика касания — выберите соответствующий значок, выберите порт (например, порт 1). Нажимайте на датчик — на экране будет отображаться «1» при нажатии и «0» при отпускании.
— Для ультразвукового датчика — выберите значок, выберите порт. Направьте датчик на разные предметы — на экране будет меняться расстояние в сантиметрах.
— Для датчика цвета — выберите значок «Цвет». Подносите датчик к предметам разного цвета — на экране будет отображаться название цвета.
Задание 2. «Сравнение датчиков» (8–10 минут)
Работая в парах, заполните таблицу (на отдельных листах):
| Датчик | Что показывает на экране EV3 | При каком условии меняются показания | Как можно применить в роботе? |
|---|---|---|---|
| Касания (порт ___) | |||
| Ультразвуковой (порт ___) | |||
| Цвета (порт ___) | |||
Например: датчик касания показывает «1» при нажатии — можно использовать, чтобы робот останавливался, когда натыкается на стену.
Педагог наблюдает за работой, помогает с подключением датчиков к правильным портам, объясняет, как ориентироваться в меню EV3.
Типичные ошибки и их решение:
| Проблема | Решение |
|---|---|
| Датчик не показывает значение | Проверьте, правильно ли подключён кабель к порту. Убедитесь, что в меню выбран правильный тип датчика и соответствующий порт |
| Датчик цвета неправильно определяет цвет | Освещение может влиять на точность. Попробуйте поднести датчик ближе к объекту или использовать эталонные образцы (белая бумага, чёрная бумага) |
| Ультразвуковой датчик показывает 255 см | Это означает, что датчик не видит препятствия в пределах дальности действия (свыше 250 см) или предмет слишком мягкий/маленький для отражения |
Форма работы: фронтальная (работа с реальными датчиками и блоками).
Задача: закрепить теоретические знания через непосредственный опыт взаимодействия с датчиками.
Методы: практическая работа, исследовательский метод.
Педагог организует работу так, чтобы каждый ученик мог попробовать каждый датчик (при ограниченном времени можно разделить класс на группы, каждая группа начинает с одного датчика, затем меняются).
Важно: создать условия для самостоятельного «открытия» того, как работают датчики, через наблюдение и эксперимент.
III. Заключительная часть Подведение итогов
Педагог: Давайте подведём итог нашего занятия.
Блиц-опрос:
— Назовите 4 основных датчика набора LEGO MINDSTORMS EV3.
— Какой датчик позволяет роботу «видеть» цвета? (Датчик цвета)
— Какой датчик работает по принципу эха, как у летучей мыши? (Ультразвуковой)
— Сколько датчиков можно подключить к одному блоку EV3?
— Какой датчик нужен, чтобы робот точно повернул на нужный угол? (Гироскопический)
Обсуждение:
— Какой датчик вам показался самым интересным? Почему?
— Какой датчик, по вашему мнению, самый полезный?
— В каких реальных устройствах используются похожие датчики? (Ультразвуковые парктроники в автомобилях, датчики цвета в сортировочных линиях на заводах, гироскопы в смартфонах)
Педагог подводит итог: «Сегодня мы познакомились с «органами чувств» робота — датчиками. Без них робот слеп и глух. Теперь вы знаете, для чего нужен каждый датчик, и сможете правильно выбирать их для решения разных задач. На следующем занятии мы начнём учиться программировать роботов с использованием датчиков».
Рефлексия «Вопрос-ответ»:
Обучающиеся по кругу (или по желанию) продолжают фразу:
1. «Сегодня на занятии я узнал(а), что датчики…»
2. «Мне было интересно узнать про датчик… потому что…»
3. «Я затруднялся(лась), когда…»
Домашнее задание:
1. Повторить названия и назначение всех датчиков.
2. Придумать по одному примеру задачи для каждого датчика (например: «Датчик касания — робот едет, пока не столкнётся с препятствием, затем отъезжает назад»).
3. (По желанию) Найти в интернете или придумать необычный способ использования какого-либо датчика (например, датчик цвета как устройство для сканирования штрих-кодов).
— Спасибо за работу! На следующем занятии мы будем программировать роботов с использованием датчиков. | Задача: закрепление знаний о видах датчиков, развитие рефлексивных умений.
Методы: фронтальный опрос, обсуждение, рефлексия.
Важно: отметить активность обучающихся, похвалить за точные наблюдения в практической части. Ответить на оставшиеся вопросы. |
Дополнительные материалы к занятию
Сводная таблица «Датчики LEGO MINDSTORMS EV3» (для раздачи или плаката)
| Характеристика | Датчик касания | Датчик цвета | Ультразвуковой датчик | Гироскопический датчик |
|---|---|---|---|---|
| Назначение | Обнаружение нажатия | Распознавание цвета, освещённости | Измерение расстояния | Измерение угла поворота |
| Принцип работы | Механический контакт | Отражение света | Отражение звука (эхо) | Измерение угловой скорости |
| Основные режимы | Нажато/Отпущено/Щелчок | Цвет/Отражённый свет/Освещённость | Измерение расстояния/Прослушивание | Измерение угла |
| Единицы измерения | Состояние (0/1) | Цвет (название) / % освещённости | см | Градусы |
| Типичные задачи | Обнаружение столкновения | Движение по линии, сортировка | Объезд препятствий | Точные повороты |
Карточки с заданиями для практической части
Карточка 1. Датчик касания
- Подключите датчик касания к порту 1.
- Включите блок EV3, выберите «View» → значок касания → порт 1.
- Нажимайте на красную кнопку датчика. Что вы видите на экране?
- Запишите наблюдения.
Карточка 2. Ультразвуковой датчик
- Подключите ультразвуковой датчик к порту 2.
- Включите блок EV3, выберите «View» → значок ультразвука → порт 2.
- Направьте датчик на стену, затем на книгу, затем на мягкую игрушку. Как меняются показания?
- Измерьте расстояние от датчика до стены. Совпадает ли показание с реальным расстоянием?
Карточка 3. Датчик цвета
- Подключите датчик цвета к порту 3.
- Включите блок EV3, выберите «View» → значок цвета → порт 3.
- Поднесите датчик к листам белой, чёрной, красной, синей бумаги. Что вы видите на экране?
- Какие цвета датчик определил правильно? Какие — неправильно? Как вы думаете, почему?
Критерии оценки работы на занятии
| Критерий | Максимум баллов |
|---|---|
| Активность при изучении теории, ответы на вопросы | 3 |
| Правильное подключение датчиков к блоку EV3 | 2 |
| Самостоятельная работа с меню «View» (выбор нужного датчика и порта) | 3 |
| Заполнение таблицы наблюдений (полнота и точность) | 4 |
| Участие в обсуждении, рефлексия | 3 |
| Итого | 15 |
Методические рекомендации по проведению занятия
- Используйте реальные датчики: Демонстрация реальных датчиков и их работы гораздо эффективнее любых слайдов. Обучающиеся должны подержать датчики в руках, рассмотреть их, попробовать подключить.
- Меню «View» (Вид) — главный инструмент знакомства: Встроенное меню EV3 позволяет увидеть показания датчиков в реальном времени без написания программ. Это идеальный способ для первичного знакомства.
- Связывайте с реальной жизнью: Обязательно приводите примеры использования аналогичных датчиков в реальных устройствах — это повышает мотивацию:
- Парктроники в автомобилях (ультразвуковой датчик)
- Датчики цвета в сортировочных линиях на заводах
- Гироскопы в смартфонах (определение ориентации экрана)
- Проблема с гироскопом: Гироскоп может входить не во все наборы LEGO MINDSTORMS. Уточните комплектацию ваших наборов. Если гироскопа нет, расскажите о нём теоретически или покажите видео.
- Сравнение датчиков (ультразвуковой и датчик цвета): Полезно задать вопрос: «Почему для следования по линии лучше использовать датчик цвета, а не ультразвуковой?» Это развивает критическое мышление.
- Безопасность: Напомните обучающимся бережно обращаться с датчиками — не ронять их, не бросать, аккуратно вставлять кабели в порты.
