Базовый набор MINDSTORMS EV3

Вверх по уклону

Спроектируйте, постройте и запрограммируйте робота, который может двигаться вверх по как можно более крутому уклону.

90–120 мин
Средний уровень
Классы 5–8
make-it-move-up-an-incline

Установление взаимосвязей

30 мин.

make-it-move

Используйте этот видеоролик для того, чтобы:

  • Показать учащимся связь с реальными движущимися роботами.
  • Показать учащимся связь с естественнонаучными и математическими принципами: расстояние, скорость, энергия и энергетические системы; равновесие, устойчивость и центр масс; траектории движения и системы координат; передача энергии; уклон и другие задачи для движения робота.
  • Рассмотреть, как думают роботы: как они узнают, где они находятся и что им надо делать.
  • Вдохновить учащихся на создание собственных движущихся роботов.

Дискуссия по теме «Сделайте так, чтобы он двигался»

  1. Рассмотрите способы движения машин и роботов без колес. Выберите один пример и проследите, как движение передается от одной детали к другой.

Этот вопрос ставит перед учащимися задачу понаблюдать и описать, как физически двигается робот и как использовать термины физики, такие как мощность, энергия, работа, центр масс и устойчивость.
2. Сравните, как движутся два шагающих робота. Что вы заметили в связи с тем, как они сохраняют равновесие и ходят?
Робот-насекомое ZI поднимает одну ногу с одной стороны, но не с другой. Робот-гуманоид удерживает равновесие несколькими способами (например, двигаясь медленно, корректируя положение стоп, вытягивая руки вниз по сторонам).

Задание на проектирование
Спроектируйте, постройте и запрограммируйте робота, который может двигаться вверх по как можно более крутому уклону.

Мозговой штурм
Стимулируйте активный мыслительный процесс, в ходе которого учащиеся смогут развивать концептуальное понимание. Например, предложите им:

  • для вдохновения посмотреть видеоролик «Роботы в действии», в котором показаны роботы;
  • изучить проекты «Измерение расстояния» и «Измерение скорости» из раздела «Основные понятия», используя содержащиеся в нем идеи по сборке и программированию, в особенности пример использования зубчатых колес;
  • построить модели, приведенные в качестве примеров в «Конструкторских идеях», и рассмотреть, как они работают;
  • персонализировать своего робота или описать контекст, в котором важно, чтобы робот двигался вверх по уклону (например, обратить внимание на марсоход НАСА «Кьюриосити», который проходит испытания на уклоне в видеоролике «Сделайте так, чтобы он двигался»).

См. «Конструкторские идеи»:

Выбор лучшего решения
Опишите модель, которую вы договорились строить и программировать.

Вспомните примеры из обсуждения во время мозгового штурма. Затем объясните, почему вы выбрали это решение для выполнения задания на проектирование. Предложите учащимся рассказать, почему они выбрали это решение. Таким образом, в процессе пересмотра и изменения учащиеся будут иметь конкретную информацию, которую необходимо использовать, чтобы оценить свою модель и решить, является ли она эффективной или нет.

Сборка

30 мин.

Стройте и программируйте
Теперь вы готовы начать строить и программировать вашу модель!

Работая над моделью, используйте эту регистрационную страницу для того, чтобы:

  1. Описать какую-то одну часть своей модели, которая отработала особенно хорошо.
  2. Описать какое-либо изменение конструкции, которое вы должны были сделать.
  3. Что вы попробуете сделать дальше?

Тестируя свое решение, используйте таблицу на следующих двух страницах для сбора и записи результатов.

Совместное обсуждение

30 мин.

Тестирование и оценка результата
Насколько ваше решение соответствует заданию на проектирование?
Используйте эту страницу для записи данных. Дайте названия столбцам и строкам, например: номер испытания, угол уклона, передаточное отношение, мощность мотора, время и наблюдения.

Пересмотр и изменение
Поразмышляйте о своем роботе.

  • Легко ли робот движется вверх по уклону или с трудом?
  • Испытывали ли вы диапазон параметров для оптимизации мощности мотора?
  • Какие способы решения проблемы нашли другие?

Предложите учащимся снова обратиться к заданию на проектирование, к заметкам, сделанным ими во время мозгового штурма, и к данным испытаний. Стимулируйте процесс оценки одноклассниками, в ходе которого каждая группа должна была бы оценить свой собственный проект и проекты ' других. Этот процесс рассмотрения поможет учащимся развивать навыки высказывания конструктивного мнения, а также совершенствовать навыки анализа и умение использовать объективные данные для аргументации своей позиции.

Общение
Вот некоторые идеи, которые можно предложить учащимся: 

  • Сделайте видеозапись своего проекта, в особенности его окончательного варианта и показателей функционирования робота.
  • Объясните некоторые важные особенности вашей программы.
  • Составьте инструкцию по построению вашей модели, сделав серию фотографий при ее разборке.
  • Приложите изображение вашей программы с комментариями.
  • Добавьте групповое фото!

Evaluate Creativity and Collaboration
Students can review their creative and collaboration processes using the provided rubric.

You may also choose to use the rubric to rate each team or student yourself.

Совершенствование

30 мин.

Общение
Вот некоторые идеи, которые можно предложить учащимся:

  • Сделайте видеозапись своего проекта, в особенности его окончательного варианта и показателей функционирования робота.
  • Объясните некоторые важные особенности вашей программы.
  • Составьте инструкцию по построению вашей модели, сделав серию фотографий при ее разборке.
  • Приложите изображение вашей программы с комментариями.
  • Добавьте групповое фото!

Evaluate Design and NGSS Goals
You can use the included rubrics to evaluate skills progression of Design Engineering Projects.

  • Students can review their design goals as well as their use of some NGSS practices using the provided rubric. Students can rate their level of work by adding a mark below the Bronze, Silver, Gold, or Platinum column.
  • You may also choose to use the rubric to rate each team or student yourself.

Evaluate Creativity and Collaboration
Students can review their creative and collaboration processes using the provided rubric.

You may also choose to use the rubric to rate each team or student yourself.

Обзор примеров решений

Робот с зубчатыми колесами — это один пример из множества возможных решений в проекте «Сделайте так, чтобы он двигался на колесах».

gear-bot-thumbnail

Конструкторские идеи для построения примера решения
Этот робот с зубчатыми колесами сочетает в себе такие конструкторские идеи: шаровое колесо, рамки EV3 и понижающая передача.

gear-bot-cover

Программа для примера решения

Эта программа:

  • Включает моторы B и C на полную мощность, вращая их вперед в течение 13 секунд.

Скорость вращения этого мотора понижается посредством зубчатой передачи с передаточным отношением 0,33:1. Это означает, что ведущее зубчатое колесо должно совершить три оборота, чтобы повернуть ведомое зубчатое колесо один раз. Эта конструкция с зубчатыми колесами повышает передаточное отношение мотора в 3 раза: с зубчатой передачей мотор имеет втрое больше силы, чем без зубчатой передачи.

gear-bot-program
ЗАГРУЗИТЬ ОБРАЗЕЦ ПРОГРАММЫ14 Кбайт, требуется программное обеспечение EV3 для ПК

В помощь преподавателю

Учащиеся должны будут:
• Спроектировать, построить и запрограммировать робота, который может передвигаться вверх по как можно более крутому уклону.
• Понять, что скорость и мощность машины можно изменить, используя механическую и электрическую энергию.
• Понять, что уклон можно измерить по возвышению над отрезком пути или по наклону.

Базовый набор LEGO MINDSTORMS Education  EV3
Программное обеспечение EV3 или приложение для программирования

Предварительные условия
Учащиеся должны уметь создавать и загружать программу и программировать мотор.

Учебные материалы

Загрузите и просмотрите рабочий лист или разошлите его в формате HTML-страницы или PDF.