Робототехника в лабораторных работах по физике

Робототехника в физике, математике, информатике

Робототехника все чаще применяется в предметах естественно-математического цикла. К ним относятся математика, информатика, физика, химия, биология. Возможно применение элементов робототехники для проведения лабораторных работ и экспериментов по физике. Это позволяет сделать занятия более наглядными и интересными.

Робототехника является универсальным инструментом для обучения.

Робототехника в физике

Она гармонично сочетается и с дополнительным образованием, и для внеурочной деятельности, для обучения предметам школьной программы. При этом полностью выполняются требования ФГОС. Робототехника подходит для всех возрастов — от дошкольников до профессионального образования.

Проведение занятий с применением робототехнических конструкторов является обучением в процессе игры и в то же время техническим творчеством. Это позволяет воспитать активных, заинтересованных своим делом, самостоятельных людей.

Использование робототехники как инновационной методики на занятиях
в обычных школах, в детских садах, учреждениях дополнительного образования дают
возможность равного доступа детей всех социальных слоев к новейшим
образовательным технологиям.

Образовательная робототехника предоставляет шанс на раннем этапе выявить техническую предрасположенность учащихся и совершенствовать их в этом направлении.

Где применяется робототехника

Робототехнику можно применять во всех видах образования:

  • в начальном
  • в основном общем образовании
  • в среднем (полном) общем образовании
  • в начальном профессиональном образовании
  • в специальном (коррекционном) обучении

Необходимо создать такие условия для обучающихся, при которых формируется интерес к инженерной и информационной отраслям. Очевидно, что робототехника должна интегрироваться в основную образовательную программу как дисциплина дополнительного образования.

Книга учителя

Она не связана с учебными предметами напрямую, но у нее есть свой набор задач, позволяющий развивать творческое мышление и обеспечить опережающее обучение.

Возможности применения робототехники на лабораторных работах по физике

В настоящее время существует множество робототехнических наборов Lego, Arduino, Tetrix, Vex и другие, в которых есть большое количество датчиков. Это датчики света и освещенности, ультразвуковые датчики, инфракрасные датчики, датчики температуры, гироскопические датчики и многие другие.

Лего и Ардуино

При помощи каждого из этих датчиков можно проводить физические эксперименты. Есть три основных варианта применения робототехники Лего в физике и лабораторных работах

1.Физические эксперименты

Наиболее полным и простым решением является применение решений робототехники Lego для выполнения лабораторных работ по физике. На официальном сайте Лего существует часть «Физические эксперименты» с использованием базового набора Lego EV3. Это 14 экспериментальных проектов, где можно изучать различные области физики.

Физические эксперименты

К ним относятся:

  1. виды работы и энергии
  2. термодинамика
  3. механика и оптика

Дается учебный план занятий. Проведение экспериментов рассчитаны на занятия 45 или 90 минут. В это время также входит обязательная теоретическая составляющая урока. В экспериментах применены модели Lego EV3 в которых не требуется большое количества времени для сборки конструкции и последующего программирования.

Какое оборудование и материалы нужно использовать

Комплект заданий «Физические эксперименты EV3» применяется для работы с базовым набором Lego EV3 и его программным обеспечением.

Также необходим набор «Возобновляемые источники энергии».

Базоваый набор Лего и возобновляемые источники энергии

Для каждого базового набора EV3 требуется один набор и один датчик температуры NXT. Программное обеспечение можно бесплатно скачать на официальном сайте Лего. После установки на компьютер по приведенным схемам собирается роботизированная платформа по интересующей теме.

ИНфракрасный датчик и датчик температуры

Есть объяснение темы, рабочая программа для загрузки, рекомендации по использованию модели, непосредственно сам опыт с измерениями, анализ, выводы и т.д. Все шаги можно документировать непосредственно в среде программирования LabVIEW.

Всего существует на данный момент 4 темы:

1.      Энергия
2.      Сила и движение
3.      Свет
4.      Теплота и температура

Выбор темы по физическим явлениям

Также есть много информации для изучения в виде PDF файлов.

2. Применение блока Lego EV3 и встроенного
приложения

Вторым методом является проведение эксперимента с использованием только блока EV3, датчиков и моторов, не прибегая к среде программирования с использованием компьютера. Непосредственно на самом блоке есть встроенная среда программирования, где можно проводить эксперименты и документировать результаты.

Интерфейс модуля EV3

Модуль EV3 поставляется с простым в использовании приложением для документирования данных. Это приложение установлено непосредственно на модуле. Открывая это приложение слева можно увидеть область графика.

Подключив к модулю EV3 датчик можно увидеть на графике текущие показания датчика. Если подключить мотор, то это будут показания, поступающие с энкодера (встроенного датчика вращения).

С правой стороны от графика будут отображены значения (начиная сверху):

  • текущее показание
  • самое высокое показание
  • самое низкое показание и среднее показание

Длительность проведения эксперимента будет отображаться, только когда выполняется эксперимент. Более подробно все шаги по настройке и проведению эксперимента описаны в руководстве пользователя, которое также встроено в среду программирования Лего.

3.Применение среды программировния Lego EV3

Третий метод проведения экспериментов использует создание эксперимента в среде программирования Lego EV3. Для этого нужно соединить блок Lego EV3 с компьютером, к блоку подсоединить интересующие нас датчики для измерений. После этого указываем время проведения эксперимента, частоту регистрации данных.

Настройки эксперимента

Затем нужно настроить датчики по:

•        Типу
•        Режиму
•        Порту

Также можно выбрать цвет линии для графика. Всего можно к блоку EV3 подключить четыре сервомотора (к портам A, B, C, D) и четыре датчика (к портам 1, 2, 3, 4). У моторов можно измерять параметры вращения, у датчиков параметры цвета, освещенности, температуры и т.д.

Если блок Lego EV3 включен, произведено соединение с компьютером и открыта страница аппаратного обеспечения, то параметры датчиков будут автоматически определены.

Эксперимент

Также большое количество экспериментов можно произвести с применением контроллера Ардуно. Для этого типа контроллеров также существует большое количество датчиков. Но программирование происходит на языке C++ и, как правило, это текстовое программирование.

Программирование в среде Lego EV3 является визуальным с использованием пиктограмм. Поэтому оно более простое для понимания. Также присутствуют встроенные приложения с готовыми программами и справками. Поэтому можно быстро приступить к проведению различных экспериментов.

Применение элементов робототехники значительно наращивает и раздвигает возможности для выполнения лабораторных работ по физике.

Интегрированный урок физика + робототехника

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!:

Подробнее в Основы робототехники
Робототехника для детей
Робототехника для детей дошкольного возраста

Зачем нужна робототехника для детей Робототехника для детей становится трендом в дополнительном...

Закрыть