Основы механики в робототехнике

Обучение детей 9 - 12 лет.
2 занятия в неделю по 45 минут.

Идёт набор! Свободных мест: 8

Открыт приём обучающихся на 2024-25 учебный год!
Пробное занятие - бесплатное!

Записаться

В процессе обучения на этом курсе дети постоянно задаются вопросом «А что если…?», на каждом занятии они делают различные предположения и выдвигают гипотезы, затем проводят испытания созданных ими моделей, учатся документировать результаты экспериментов и представлять свои открытия.

Как организованно обучение?

Обучение проходит в малых группах, до 10 человек, по два занятия в неделю подряд, в один день, с перерывом 15 минут.
Продолжительность каждого занятия, в соответствии с нормами СанПин, составляет 45 минут.
Весь курс "Основы механики в робототехнике" рассчитан на учебный год (с сентября по май), с перерывами на дни школьных каникул и государственных праздников.

По каждому разделу обучения на курсе предусмотрено несколько типов проектных занятий:

• Изучение базовых моделей.
• Основные проекты.
• Творческие задания.

В начале каждого занятия дается перечень основных учебных целей и тем, а также словарик активной лексики.

Для достижения наилучшего понимания учащимися учебного материала на занятиях по изучению базовых моделей, каждый ученик самостоятельно собирает каждую базовую модель, проводит эксперимент и фиксирует результат в своём рабочем листе.

Для стимулирования совместного творчества учащихся на занятиях по выполнению основных проектов и творческих заданий, разработаны специальные технологические карты по сборке только одной половины модели. Над каждой моделью одновременно трудятся два ученика, и каждый из них работает со своей персональной технологической картой и создает свою собственную подсистему (половинку модели). Далее учащиеся собирают вместе с напарником обе половинки в единое целое – более сложную модель с расширенными возможностями.

Какие наборы и оборудование предоставляется учащимся?

Особое внимание в нашем клубе мы уделяем технической оснащённости образовательного процесса, качеству оборудования и его достаточному количеству для всех обучающихся!

На весь период обучения на курсе "Основы механики в робототехнике" учащимся предоставляется:

• Набор конструктора - LEGO® Education 9686 "Технология и основы механики" (396 деталей, средний мотор LEGO 8883, батарейный блок LEGO PF 8881).
• Дополнительный мотор LEGO Education 8883
• Комплект персональных технологических карт по сборке для каждого проекта
• Персональные рабочие листы по каждой теме
• Планшет Samsung Galaxy Tab

Дополнительные ресурсы на каждую группу:

• Наборы конструкторов - LEGO Education 9695 (817 деталей)
• Наборы конструкторов - LEGO MINDSTORMS Education 45560 (853 детали)
• Набор конструктора - LEGO Education WRO Brick Set 45811 (724 детали)
• Комплект полей и оборудования для испытаний и экспериментов
• Электронные весы

Чему научатся дети?

В процессе обучения на курсе "Основы механики в робототехнике" дети учатся:

• творчески подходить к задачам (умение объяснять, как все работает);
• показывать взаимосвязь между причиной и следствием;
• разрабатывать и создавать модели, отвечающие определенным критериям;
• проверять идеи, основываясь на результатах наблюдений и измерений;
• ставить задачи, которые можно решить научными методами;
• размышлять над тем, как найти ответ на вопрос, и придумывать новые возможности развития идей;
• предполагать, что могло бы произойти, и проверять различные варианты;
• проводить «чистый» эксперимент, меняя отдельные параметры, и наблюдать или измерять результаты;
• производить систематические наблюдения и измерения;
• представлять данные в форме диаграмм, чертежей, таблиц, графиков и т.д.;
• определять, согласуются ли выводы с предварительными оценками и возможны ли дальнейшие прогнозы;
• при повторении пройденного материала выделять важные моменты и устранять недоработки.

Базовые модели

Работая с базовыми моделями, учащиеся постигают основные механические и конструктивные принципы, заключенные в механизмах и конструкциях, с которыми они сталкиваются каждый день. Эти небольшие модели легко построить, и каждая из них наглядно и доступно демонстрирует принципы работы механизмов и конструкций.
Последовательно переходя от занятия к занятию, пользуясь Технологическими картами и Рабочими бланками, ребята сами будут открывать эти принципы и проверять их на практике, фиксировать и с интересом обсуждать результаты своей работы.
На занятиях с базовыми моделями ученики получат возможность понять и научатся применять механические 
и конструктивные принципы, которые встретятся им в основных моделях.

Основные проекты и творческие задания

Цель этих занятий – ориентировать учащихся на разработку своих собственных решений реальных задач, причем решить эти задачи можно разными способами.
Занятия по решению реальных проблем максимально приближены к жизни. На каждом занятии учащиеся совершенствуют свои знания и умения, углубляют понимание принципов действия базовых моделей.

Как построены занятия?

Занятия строятся в соответствии с развиваемой отделом образования LEGO концепцией о четырех составляющих в организации учебного процесса: Установление взаимосвязей, Конструирование, Рефлексия и Развитие. Такой подход позволяет детям легко и естественно продвигаться вперед и добиваться своих целей в процессе игр-занятий.

Установление взаимосвязей
Занятие начинается с краткого объяснения предназначения и функций каждой модели. Учащимся демонстрируется небольшой видеоролик о реальном механизме (его аналогом будет ЛЕГО®-модель), который снабжен лаконичными субтитрами.

Конструирование
Учащиеся по инструкциям собирают модели, в которых заложены концепции основных разделов обучения. Ребята 
получают полезные советы и подсказки, как провести испытания модели и убедиться, что она собрана и работает 
правильно.

Рефлексия
В процессе исследования учащиеся обдумывают, что они должны сконструировать и каких результатов достичь; при 
этом углубляется их понимание приобретенного опыта. Они обсуждают проект и воплощают свои идеи на практике.
Перед каждым занятием ребята должны высказать свои предположения о том, что у них должно получиться, а в конце – записать результаты. Предлагаемые учащимся вопросы способствуют тому, чтобы они высказывали свои предположения (давали предварительные оценки), приводили логические обоснования и доводили до конца важные исследования. Эти вопросы должны также наводить учеников на размышления о том, над чем они работали до сих пор и какие новые идеи можно выдвинуть для решения задачи.

Развитие
Предлагаются пути и способы продолжения исследований на основе полученных результатов. Учащиеся будут 
экспериментировать, разрабатывать модели с новыми возможностями, а также развивать свои идеи применительно к реальным машинам и механизмам.

Основные темы и учебные цели

Процесс активной работы по конструированию, исследованию, постановке вопросов и совместному творчеству дает возможность охватить широкий круг учебных тем по разным образовательным областям.

Технология:

• Поиск решений актуальных проблем;
• выбор подходящих материалов и процессов;
• конструирование, сборка, испытание и модифицирование моделей;
• исследование систем и подсистем, устройств безопасности и управления; 
• работа с двухмерными технологическими картами;
• создание трехмерных моделей;
• совместное творчество.

Естественные науки

• Движение;
• накопление, сохранение и преобразование энергии;
• сила, скорость, воздействие силы трения;
• простые механизмы, калибровка шкал и считывание показаний;
• методы испытаний, постановка задачи, прогнозирование результатов измерения, сбор, запись и анализ данных, формулирование выводов.

Математика

• Роль математики в мире науки и техники: измерение расстояний, времени, скорости, массы;
• понятие о точности калибровки шкал и считывание показаний приборов;
• создание таблиц (баз) данных и их интерпретация;
• определение соотношений между параметрами и многое другое.

Разделы учебного курса

Простые механизмы

Рычаги, колёса и оси, блоки, наклонная плоскость, клин, винт.

Механические передачи

Зубчатые передачи, ремённые передачи, кулачок, храповой механизм с собачкой

Конструкции

Жесткие конструкции. Растягивающие и сжимающие силы. Опорные и стягивающие элементы конструкции.

Силы и движение

Уборочная машина. Исследование безопасности привода и быстродействия зубчатых колес. Настройка трения и проскальзывания. Разработка и создание эффективной самоходной уборочной машины. Уравновешенные и неуравновешенные силы. Измерение расстояния. Отношения величин.

Игра «Большая рыбалка». Исследование храпового механизма как средства обеспечения безопасности. Изучение автоматических устройств для механического управления движением. Разработка и создание игры про рыбалку с простыми правилами и объективной системой подсчета очков. Уменьшение скорости и увеличение силы при использовании ремней и шкивов.  Измерение расстояния. Оценка и сравнение силы и скорости. Разработка системы подсчета очков и правил для игр, оценка их объективности и справедливости. Отношения величин.

Свободное качение. Исследование влияния размера колес и материала шин на эффективность тележки (рабочие характеристики материалов). Колеса и оси для перемещения грузов. Разработка и создание тележки, которая катилась бы вниз как можно дальше.  Наклонные плоскости. Трение. Калибровка шкал и считывание показаний. Измерение расстояния и массы. Работа с отрицательными числами (у подножия холма тележка оказывается на нулевой отметке). Установление пределов погрешности. Вычисление средних значений.

Механический молоток. Исследование управления и согласования по времени сложных действий при помощи кулачков и рычагов. Изучение способов проверки в производственных условиях качества элементов конструкции. Разработка и создание механической игрушки с максимальным количеством функций. Измерение количества «воздействий» за единицу времени. Оценка и сравнение силы сцепления элементов ЛЕГО®. Выражение относительных сил сцепления с помощью математических терминов.

Средства измерения

Рычажные весы. Изучение использования свойств рычага первого рода. Наблюдение и измерение воздействия силы на объект. Силы. Методы исследования. Исследование выигрыша в силе. Анализ результатов. Изучение свойств материалов. Определение погрешности.

Измерительная тележка. Изучение понижающей передачи и сложной передачи. Разработка точных и удобных в использовании шкал. Разработка и создание возможно более точного и простого в использовании 
приспособления для измерения расстояния.  Калибровка шкал и считывание показаний. Измерение расстояния с максимальной точностью. Прямой и обратный счет. Сравнение точности различных методов измерения. Отношения величин. Оценка погрешности.

Почтовые весы. Изучение рычага и рычажных систем. Разработка точных и удобных в использовании шкал. Разработка и создание возможно более точного и простого в использовании прибора для взвешивания. Уравновешивающие силы. Калибровка шкал и считывание показаний. Измерение массы с максимальной точностью. Сравнение точности различных методов измерения. Работа с отрицательными числами. Оценка погрешности.

Таймер. Изучение управляющих устройств с обратной связью (маятник и регулятор хода) и повышающей передачи. Разработка точных и удобных в использовании шкал. Разработка и создание возможно более точного прибора для измерения времени с большим сроком службы.  Маятник. Калибровка шкал и считывание показаний. Измерение времени. Сравнение точности различных методов измерения. Оценка погрешности.

Энергия

Ветряк. Исследование зависимости эффективности использования энергии ветра от материала, формы и площади лопасти ветряка. Изучение конструкций. Разработка и создание для ветряка наиболее эффективной системы аккумулирования и использования энергии. Использование энергии ветра для приведения в движение различных агрегатов. Аккумулирование и передача энергии; переход кинетической энергии в потенциальную. Уравновешенные и неуравновешенные силы.  Измерение силы в данный момент времени. Измерение площади. Оценка зависимости скорости и эффективности от формы и площади лопасти ветряка.

Буер. Исследование зависимости эффективности использования энергии ветра от формы, площади и угла наклона паруса. Поиск механизмов для эффективного использования энергии в транспортных средствах. Разработка и создание наиболее эффективного транспортного средства, использующего энергию ветра, способного двигаться в любом направлении. Преобразование энергии при помощи понижающей передачи. Сопротивление воздуха. Уравновешенные и неуравновешенные силы. Оценка и измерение расстояния, площади, времени и углов. Зависимость скорости и эффективности буера от направления ветра, формы и площади паруса.

Инерционная машина. Изучение маховика как механизма регулировки скорости (повышающая передача) и средства обеспечения безопасности. Исследование маховика как аккумулятора энергии. Использование зубчатых колес для повышения скорости. Разработка и создание транспортного средства, способного передвигаться максимально плавно на максимально возможное расстояние за счет накопленной энергии. Накопление кинетической энергии (энергии движения). Трение. Уравновешенные и неуравновешенные силы. Измерение расстояния и времени. Зависимость скорости и пройденного расстояния от массы маховика.

Машины с двигателем

Тягач. Изучение способов увеличения вращающего момента с помощью понижающей передачи, а также шин и колес различного типа. Исследование скорости и тяговой силы различных сочетаний зубчатых передач и колес. Разработка и создание транспортного средства с двигателем, способным перемещать как можно более тяжелый груз. Исследование влияния нагрузки на трение; уменьшение трения. Наклонные плоскости и работа. Измерение расстояния и времени в пути. Измерение угла наклона и представление результата.  Вычисление расстояния, преодолеваемого за один оборот колеса, через его диаметр и длину окружности.

Башенный кран. Наблюдение и измерение воздействия силы на объект. Силы и конструкции. Методы исследования. Простые механизмы – блоки. Изучение управляющих устройств – двигателей. Анализ результатов. Исследование выигрыша от использования системы блоков. Определение погрешности. Выбор и применение методов измерения длины с приемлемой степенью точности.

Гоночный автомобиль с устройством для запуска. Исследование повышающей передачи. Разработка и создание гоночного автомобиля, запускаемого пусковым устройством и преодолевающего возможно большее
расстояние. Исследование преобразования движения и энергии. Изучение связи между скоростью и массой, импульсом и кинетической энергией. Измерение расстояния и времени в пути. Нахождение зависимости между пройденным расстоянием и массой колеса.

Гоночный автомобиль с механической коробкой передач. Экспериментальное определение зависимости положения движщегося предмета от времени. Движение. Методы исследования. Механизмы – зубчатая передача. Изучение передаточного отношения. Описание и объяснение назначения деталей коробки передач. Определение погрешности.  Выбор и применение методов и инструментов для измерения длины с приемлемой степенью точности.

Скороход. Исследование влияния кривошипов, рычагов и сцеплений на устойчивость скорохода и длину шага при «ходьбе» или возвратно - поступательном движении. Исследование храповика как механизма, предохраняющего от скольжения и создающего однонаправленное движение. Изучение относительного расположения кривошипных рычагов при различных «шагах». Исследование возможности использования червячной шестерни для создания сильно понижающей передачи. Разработка и создание шагающего механизма, способного преодолевать самые крутые холмы и бездорожье. Внимательное наблюдение за походкой человека и сравнение с ней движений Скорохода. Измерение расстояния и времени. Вычисление скорости. Нахождение зависимости между длиной шага и длиной кривошипа. Измерение и выражение угла наклона.

Собака-робот. Исследование работы рычагов, сцеплений, кулачков и кривошипов при выполнении сложных синхронных и регулируемых движений. Исследование блоков и проскальзывания как средства обеспечения безопасности. Использование различных материалов для создания «шкуры» подвижной модели. Разработка и создание анимированной игрушки, которая ведет себя как настоящая собака. Внимательное наблюдение за движениями собаки и их сравнение с движениями Собаки-робота. Измерение степени подвижности и направления движения «частей тела», а также количества действий в единицу времени; представление результата. Нахождение зависимости между движением глаз и положением центра вращения кулачков. Оценка работы (поведения) модели и ее выражение в качественной и количественной форме.

Творческие задания

Катапульта. Задача заключается в том, чтобы спроектировать и собрать катапульту для метания маленьких снарядов – как можно дальше и как можно точнее.

Ручная тележка. Спроектировать и собрать ручную тележку, которая могла бы перевозить как можно больший груз в максимально ограниченном пространстве.

Лебёдка. Сконструировать лебедку с двигателем, которая бы вытаскивала лодки из воды на берег.

Карусель. Задача спроектировать и собрать карусель с двигателем, на которой могли бы кататься по крайней мере двое детей. 

Наблюдательная вышка. Сконструировать как можно более высокую и устойчивую вышку для наблюдения.

Мост. Спроектировать и построить большой надежный мост, по которому люди смогут переходить через реку.

Ралли по холмам. Учащиеся научатся: применять на практике знания о колесах и осях, трении, храповых механизмах, зубчатых колесах и передачах. Высказывать предположения и проводить измерения. Проверять «чистоту» эксперимента и безопасность механизмов.

Волшебный замок. Задача разработать и сделать сундучок с секретным либо потайным замком или защелкой, который бы просто запирался и отпирался. 

Почтовая штемпельная машина. Задача придумать штемпельную машину, использующую для работы энергию ветра, которая может ставить штемпели на бумаге и приводится в действие «ветром» от настольного вентилятора.

Ручной миксер. Задача придумать и сконструировать ручной механический миксер так, чтобы его было легко держать и удобно использовать.

Подъёмник. Задание разработать лифт с моторчиком, который мог бы поднимать груз хотя бы 50 г. на высоту минимум 20 см.

Летучая мышь. Во время разработки модели, способной махать крыльями, ребята научатся применять на практике знания о рычагах, зубчатых колесах и передачах, кулачках, кривошипах и регулируемых во времени действиях.