Конструируем и программируем в LegoWedo. Кейс «Играем в футбол»

​Окончание. Начало в №37

2‑е занятие. «Вратарь»Проблемная задача. «Мы были соседями и дружили с детства. Именно дружили, хоть и были совершенно разными. Во-первых, я старше на два года. Во-вторых, у нас абсолютно разные интересы.Я в свои пятнадцать лет сложившийся спорт­смен, звезда городской сборной, а он не отходит от компьютера и понятия не имеет о том, что по телевизору идет финал Лиги чемпионов. Мне не дает покоя слава Роналду и Месси, и я тренируюсь с каждым годом все больше и больше, чтобы меня заметили и взяли в молодежную сборную. А он знает технический английский, читает про роботов и все свое время смотрит в монитор.Сколько раз я пытался сделать из него болельщика! Миллион раз, и все без толку. Ему неинтересно, и все. Но мы все равно дружим. С ним забавно. Он много знает и рассказывает необыкновенные вещи о том, что совсем скоро много профессий заменят роботы. Говорит, что робототехника прогрессирует, движется вперед семимильными шагами, мир накануне таких необыкновенных новшеств…Мне все это любопытно, только я не верю, вернее, сомневаюсь, в общем, отношусь к этим рассказам скептически. Слушаю его, будто читаю книгу писателя-фантаста. Я всегда любил фантастические фильмы и книги. Занятно, но ведь нереально.А еще мне нравится в нем то, что он хороший слушатель. Ведь мало людей, которые умеют слушать и говорить с тобой о тебе. Он как раз такой. Приходя в его дом, я могу часами рассказывать о футболе, о том, как мне не хватает соперника в своей секции, как я топчусь на месте и не расту в своих тренировках форварда. Рассказываю ему, как по вечерам, после основных тренировок, прихожу на стадион один и бью по воротам.Прошел год. Наша команда готовилась к чемпионату России, и я все время проводил на тренировках. Однажды он позвонил мне и сказал, что хочет посмотреть, как я играю. Неожиданно… Я пригласил его на игру. Он наблюдал за мной очень внимательно, а потом ушел к своему монитору.Как всегда, поздно вечером я тренировался один, пиная мяч в пустые ворота снова и снова, стараясь бить четче, сильнее, разыгрывая с невидимым вратарем самые сложные комбинации, он пришел на стадион с большим рюкзаком. Когда я подошел, то увидел, что он достал из рюкзака детали и собирает человека, похожего на картонных игроков из настольного футбола, с лицом Буффона из команды «Ювентус». Я невольно рассмеялся. Мой друг не реагировал. Он установил кукольного Буффона на линию ворот и сказал мне: «Попробуй, забей!»Я поставил мяч и невольно улыбнулся. Было как-то неловко бить, ведь знал, что забью с первого раза. Что мне кукла с лицом знаменитого голкипера, зачем все это, зачем он принес игрушку? Что он хочет мне доказать? И вдруг я снова услышал: «Ну бей же!»Я тихонько ударил в девятку. Буффон метнулся влево, и мяч отлетел ко мне, как бумеранг. Я оцепенел…В тот вечер я так и не смог забить кукле с лицом Буффона. Всех моих годами наработанных навыков не хватило для того, чтобы забить мяч в ворота, на которых стоял подключенный к чему-то плоский робот с лицом моего кумира. А мой друг сидел и записывал что-то в блокнот, а когда я совсем выдохся и сел на газон, он подошел ко мне и сказал: «Ну как тебе соперник, справишься?» И я ответил: «Да».Задача. Учащиеся должны сконструировать и запрограммировать механического вратаря, который был бы способен перемещаться вправо и влево, чтобы отбить бумажный шарик.Учебные целиЕстественные наукиИзучение процесса передачи движения и преобразования энергии в модели. Изучение систем шкивов и ремней, работающих в модели. Понимание того, как сила трения влияет на работу модели.Технология. ПроектированиеСоздание и программирование моделей с целью демонстрации знаний и умения работать с цифровыми инструментами и технологическими схемами.ТехнологияРеализация проекта «Построение модели механического вратаря» и испытание ее в действии. Использование входа «Случайное число» для установления обратной связи. Усложнение поведения вратаря путем установки на модель датчика расстояния и программирования системы автоматического ведения счета игры.МатематикаПодсчет отбитых ударов, промахов и пропущенных голов. Измерение времени в секундах с точностью до десятых долей. Усвоение понятия случайных величин и их использование при программировании. Использование чисел при программировании системы автоматического ведения счета игры.Развитие речиУстное и письменное общение с использованием специальных терминов. Участие в групповой работе в качестве «мудреца», к которому обращаются со всеми вопросами.Словарь основных терминов «Случайные числа и счет». Блоки: «Экран», «Прибавить к «Экрану», «Датчик расстояния», «Включить мотор на…», «Мотор по часовой стрелке», «Мотор против часовой стрелки», «Вход «Случайное число», «Цикл», «Начало» и «Ждать».Ход занятияСоберите устройство и закрепите на корпусе необходимые датчики.Запрограммируйте устройство.Проверьте работоспособность устройства.Подключите устройство к ноутбуку. Убедитесь, что устройство работает без сбоев: добейтесь, чтобы в ходе его работы датчик правильно срабатывал и модель четко выполняла команды программы.Установление взаимосвязейЧто делает вратарь? Легко ли быть вратарем? Почему да или почему нет? А давайте проверим! Предложить учащимся встать и положить руки на голову, а затем медленно опускать их. Какое пространство вокруг себя они смогут контролировать, если полностью разведут руки? А теперь пусть ученики опустят руки, поднимут ногу и представят, что они вратари. Возможно ли, находясь в такой позе, парировать удары только лишь своим телом? А как должен действовать вратарь, чтобы не пропустить гол?Ответ: «Он должен перемещаться в футбольных воротах».Сделайте футбольные ворота, а вместо мяча используйте воздушные шарики. Кто из учащихся пропустит меньше всех голов? Предложить им представить себя супервратарями. Пусть они воспроизведут самые острые моменты игры в замедленном темпе. Можно ли выиграть матч, если только не пропускать голов?Знаете ли вы, что… Исход спортивных состязаний и различных игр трудно предсказать, поэтому они и вызывают такой интерес. При помощи компьютера можно ввести в программу элемент случайности. В окне «Первые шаги» ПО можно научиться использовать вход «Случайное число». См. пункт 16, блок «Цикл».Можно ли узнать, кто выиграет матч и с каким счетом? Наблюдал ли кто-нибудь из учащихся совершенно неожиданные моменты в игре? Были ли эти случаи благоприятными для любимой команды или огорчительными?Ответы могут различаться в зависимости от того, что видел каждый учащийся.КонструированиеЗадание. Постройте вратаря, который защищает ворота от бумажного мяча. Проверьте нашу идею, следуя пошаговым инструкциям, или создайте собственную модель «Вратарь»! Наша модель использует мотор для вращения малого шкива и ремня. Ремень вращает большой шкив. Большой шкив поворачивает рычаг руки. Рычаг руки движет вратарем.Если модель ребята создадут сами, то приведенную в примере программу, возможно, потребуется изменить.Чтобы модель работала лучше, она должна двигаться как можно более свободно. Трение существенно мешает ее работе.Энергия передается от компьютера на мотор, вращающий маленький шкив, который посредством ремня приводит в движение большой шкив. При этом скорость вращения снижается. Вращение большого шкива перемещает вперед-назад закрепленные на нем балки. Балки двигают вперед-назад прикрепленного к ним вратаря, который скользит на маленьких круглых пластинах, чтобы снизить трение.В данной модели энергия преобразуется из электрической (компьютер и мотор) в механическую (вращение шкивов, движение ремня, рычагов и фигурки вратаря, построенной из деталей «Лего»).Длину рычага можно изменять, прикрепляя его к другим отверстиям шкива.Задание. Создайте для вратаря программу, чтобы он защищал свои ворота.Программа «Вратарь» включает мотор по часовой стрелке. Продолжительность работы мотора определяется случайно выбранным числом в диапазоне от 0,1 до 1 секунды. По истечении этого времени мотор переключается на противоположное направление вращения, и продолжительность его работы также определяется случайно выбранным числом в диапазоне от 0,1 до 1 секунды. Затем программа повторяется. Чтобы остановить ее выполнение, нужно нажать кнопку «Стоп». Испытайте нашу программу или придумайте свою!В окне «Первые шаги» ПО приведены различные примеры использования блоков «Включить мотор на…», «Мотор по часовой стрелке», «Мотор против часовой стрелки», «Вход «Случайное число» и «Ждать».РефлексияНеобходимо обеспечить достаточно свободного пространства для полета мяча после удара и его отскока от вратаря.Скатать из бумаги шарик диаметром около 3 сантиметров.На отдельном листе бумаги начертите таблицу данных. В эту таблицу следует заносить все удары по воротам: отбитые и пропущенные мячи, а также промахи. Таблица должна быть рассчитана на 10 «атак».Сколько ударов отразил ваш вратарь?Сколько голов вы смогли забить?1. 10 раз щелчком отправьте мяч в ворота.2. Подсчитайте количество голов, промахов и защит.Повторите шаги 1 и 2. Отметьте наибольшее количество защит. Отметьте наибольшее количество голов. В чью пользу меняется счет?После проведения опытов обсудите результаты по таблице данных.Каков был наилучший результат вратаря (колонка «Защиты»)?Ответы могут различаться.Какова наилучшая результативность (колонка «Голы»)?Ответы могут различаться.В чью сторону меняется счет – в вашу или вратаря? Чтобы понять это, посмотрите, в чью пользу меняется соотношение чисел в колонках «Защиты» и «Голы».Ответы могут различаться, если в последних попытках разница между числом в колонке «Голы» и числом в колонке «Защиты» больше, чем в первых попытках, значит, счет меняется в вашу пользу.Обсудите и другие вопросы, касающиеся сбора данных о дальности удара.С какого расстояния производились удары по воротам?Ответы могут различаться, но обычно это расстояние составляет от 15 до 30 сантиметров.Как вы думаете, станет ли ваш результат лучше, если вы будете бить по воротам с более близкого расстояния?Ответы могут различаться. Но очевидно, что, чем ближе к воротам, тем больше голов и меньше промахов.Дополнительно… Проверить предположения. Удалось ли забить больше голов, если удары наносили с более близкого расстояния? Подтвердилось ли ваше предположение?Провести анализ данных об отбитых ударах, промахах и голах. Каково будет среднее значение количества отбитых вратарем ударов по отношению ко всем атакам (сумме всех отбитых ударов, промахов и голов)? У чьего вратаря этот показатель наилучший?РазвитиеЗадание. Создайте для вашего вратаря программу, чтобы он сам вел счет. Проверьте наше решение или создайте собственное! Наше решение для наблюдения за мячом использует датчик расстояния.Учащиеся будут использовать датчик, уже встроенный в модель. Это датчик расстояния, который, как и мотор, подключается к любому порту лего-коммутатора.Вторая программа. Подсчет голов и отображение счета на экранеПрограмма «Вратарь» модифицируется, добавляется новая программа, которая может запускаться одновременно с программой, представленной в качестве примера в разделе «Конструирование».Эта новая программа автоматически подсчитывает забитые голы. Сначала сбрасывается значение «Экрана». После этого программа ожидает сигнала от датчика расстояния (пока он не зафиксирует какой-либо объект). Когда поступает сигнал от датчика расстояния, к значению «Экрана» добавляется единица. После этого выполнение программы на 0,5 секунды приостанавливается. Затем программа повторяется, но включаются только те блоки, которые занимаются подсчетом забитых голов и отображением счета на экране. Значение «Экрана» больше не обнуляется.В окне «Первые шаги» ПО приведены различные примеры использования блоков «Экран», «Прибавить к «Экрану», «Датчик расстояния», «Цикл» и «Ждать».Оборудование и материалыНабор деталей и компонентов согласно технологической карте №1, 1 шт. на 2 учеников.В комплект включены следующие детали и компоненты (см. технологическую карту №1).3‑е занятие. «Ликующие болельщики»Проблемная задача. Представьте, что вы очень плохая футбольная команда и к вам на игру не пришел ни один болельщик, который бы поддержал вас в эту трудную минуту. Что делать, где найти поддержку? Можем ли мы как-то помочь?Задача. Учащиеся должны сконструировать и запрограммировать механических футбольных болельщиков, которые будут издавать приветственные возгласы и подпрыгивать на месте. Учебные целиЕстественные наукиИзучение процесса передачи движения и преобразования энергии в модели. Изучение кулачкового механизма, работающего в модели. Понимание основных принципов проведения испытаний и их обсуждение.Технология. ПроектированиеСоздание и программирование моделей с целью демонстрации знаний и умения работать с цифровыми инструментами и технологическими схемами.ТехнологияРеализация проекта «Построение модели ликующих болельщиков» и испытание ее в действии. Изменение поведения болельщиков путем установки на модель датчика расстояния.МатематикаИзмерение времени в секундах с точностью до десятых долей. Понимание и применение принципов количественной оценки качественных параметров.Развитие речиУстное и письменное общение с использованием специальных терминов. Участие в групповой работе в качестве «мудреца», к которому обращаются со всеми вопросами.Словарь основных терминовКулачок, коронное зубчатое колесо, датчик расстояния, представление. Блоки: «Выключить мотор», «Датчик расстояния», «Мотор по часовой стрелке», «Звук», «Начало» и «Ждать».Вам дополнительно потребуются: бумага, нитки, помпоны (для дополнительного задания).Ход занятияСоберите устройство и закрепите на корпусе необходимые датчики.Запрограммируйте устройство.Проверьте работоспособность устройства.Подключите устройство к ноутбуку. Убедитесь, что устройство работает без сбоев: добейтесь, чтобы в ходе его работы датчик правильно срабатывал и модель четко выполняла команды программы.Установление взаимосвязейСлучалось ли кому-нибудь из учащихся смотреть футбольный матч на стадионе или по телевизору? Как ведут себя болельщики, когда их команда выигрывает?Что должны делать болельщики, чтобы поддержать свою команду?Кто из учеников смог бы петь гимн команды и руководить группой болельщиков, чтобы приветствовать свою любимую команду? Попросить учеников показать, как бы они приветствовали любимую команду и радовались ее успеху. Крикнем «л»… крикнем «e»… крикнем «г»… крикнем «o». А теперь все вместе: «Лего!»Знаете ли вы, что…Болельщики на стадионе то сидят, то вскакивают, чтобы не упустить из виду все происходящее на поле. В механизмах, детали которых должны перемещаться вверх и вниз, используются кулачки. В окне «Первые шаги» ПО изучить пункт 14 «Кулачок».Каким образом кулачки производят движения вверх и вниз? Кулачок имеет яйцеобразную форму, поэтому соприкасающийся с ним предмет совершает колебательное движение.КонструированиеЗадание. Постройте болельщиков, которые движутся вверх и вниз и издают звуки, следуя пошаговым инструкциям. Наша модель использует мотор для вращения коронного зубчатого колеса. Коронное колесо вращает малое зубчатое колесо. Малое зубчатое колесо вращает два больших зубчатых колеса и два кулачка. Два кулачка поднимают и опускают болельщиков.Проверьте нашу модель или создайте собственную модель «Ликующие болельщики».Если модель ребята создают сами, то приведенную в примере программу, возможно, потребуется изменить.Для лучшей работы модели необходимо, чтобы каждый кулачок был расположен под шиной колеса, чтобы болельщики поднимались и опускались на каждом обороте.Энергия передается от компьютера на мотор, передающий движение коронному зубчатому колесу, маленькому зубчатому колесу, двум большим зубчатым колесам, двум кулачкам, насаженным на одну и ту же ось. Вращаясь, кулачки поднимают и опускают две головы, закрепленные на осях на поворотном основании.Энергия превращается из электрической (компьютера и мотора) в механическую (вращение зубчатых колес, кулачков, движение фигурок футбольных болельщиков, собранных из деталей «Лего»).Задание. Запрограммируйте шум трибун и перемещение болельщиков вверх и вниз! У кого не получается, могут воспользоваться готовой программой.Программа «Ликующие болельщики» включает мотор по часовой стрелке, воспроизводит звук 11 (крики ликования), ожидает в течение двух секунд, воспроизводит звук 12 (свист), ожидает еще 1 секунду, после чего выключает мотор.В окне «Первые шаги» ПО приведены различные примеры использования блоков «Выключить мотор», «Мотор по часовой стрелке», «Звук» и «Ждать».РефлексияНеобходимо иметь достаточно свободного пространства для размещения модели болельщиков и проведения конкурса на лучшее представление. На отдельном листе бумаги начертить таблицу данных. В эту таблицу следует занести оценки трех параметров выступления: «Внешний вид», «Звуки» и «Движение». В каждую строку добавить колонку для итоговой оценки.Задание. Устройте конкурс веселых болельщиков. Каждое исполнение оценивайте в трех частях. Чтобы вести счет, сделайте таблицу.1. Запустите одну из программ.2. Оцените каждую часть выступления модели отметками от «1» до «5».Проверьте для каждой модели шаги 1 и 2. Отметьте лучшую часть выступления вашей модели. Отметьте выступление с лучшей общей оценкой.После того как занятие закончится и таблица данных будет заполнена, предложить учащимся обсудить полученные результаты и сделать выводы.Какая часть выступления вашей модели была наилучшей?Ответы могут различаться в зависимости от модели.Какая модель показала наилучший общий результат?Ответы могут различаться.Обсудите и другие вопросы, касающиеся сбора данных во время испытаний. Как нужно проводить испытания для оценки модели?Продолжительность программ должна быть одинаковой, судей должно быть несколько, и каждый участник должен совершить несколько попыток.Будет ли судейство объективным, если поручить участнику оценивать свою собственную модель? Самооценка не исключается, но лучше, чтобы этим занимались другие. Иногда в подобных ситуациях мы полагаем, что другие могут посчитать нас необъективными, и оцениваем свои достижения слишком строго.Как можно судить по-другому?Например, пригласить судей из другого класса, добавить новые категории оценки модели, например «Самая красивая», «Лучшая команда». Использовать в оценке более или менее пяти баллов.Дополнительно… Запишите свои собственные болельщицкие крики и создайте такую программу, чтобы механические болельщики подпрыгивали и кричали одновременно с вами.РазвитиеЗадание. Создайте для ваших болельщиков программу, чтобы они прыгали и ликовали, когда мяч проходит мимо ворот. Проверьте наше решение или создайте собственное!При проведении данного занятия не потребуется отступать от сборочных инструкций.Необходимо установить на модель датчик расстояния в соответствии с пошаговой инструкцией. Датчик расстояния, как и мотор, подключается к любому порту лего-коммутатора. Или можно использовать датчик наклона. Как только в ворота попадает мяч, можно датчиком сделать наклон, и болельщики закричат.Задание: создайте программу для наблюдения за мячом, используя датчик расстояния.Программа «Ликующие болельщики» модифицируется так, чтобы она ожидала момента, когда датчик расстояния обнаружит мяч. Когда это произойдет, программа включит мотор по часовой стрелке и воспроизведет звук 11 (крики ликования), подождет две секунды и воспроизведет звук 12 (свист), еще через одну секунду выключит мотор. Или использовать датчик поворота, как только в ворота попадает мяч, можно датчиком сделать наклон, и болельщики закричат.В разделе «Звуки WeDo» главы «Програм­мное обеспечение LEGO® Education WeDo™» (ПО) приведен список звуков, которые может воспроизводить блок «Звук», если задать на его входе соответствующее число.В окне «Первые шаги» ПО приведены различные примеры использования блоков «Датчик расстояния» и «Ждать».Оборудование и материалыНабор деталей и компонентов согласно технологической карте №2, 1 шт. на 2 учеников.В комплект включены следующие детали и компоненты (см. технологическую карту №2).4‑е занятие. «Играем в футбол»Проблемная задача. Можно ли создать идеальные условия для команды, чтобы она всегда была первой?Задача. Провести совместное занятие с участием нескольких моделей. Определить по результатам исследования лучшую команду с лучшими показателями.Учебные целиЕстественные наукиПостановка задачи. Постановка эксперимента. Использование инструментов для сбора информации. Обсуждение результатов исследований и их объяснение. Проведение испытаний. Наблюдения. Рассуждения и аргументация. Работа в команде. Способы передачи движения. Преобразование энергии. Использование данных для обоснования выводов.ТехнологияОрганизация мозговых штурмов для поиска новых решений. Обучение принципам совместной работы и обмена идеями.Технология. ПроектированиеИспользование обратной связи для саморегулирования системы. Применение законов движения и других знаний по физике.МатематикаАнализ изменений с разных точек зрения.Развитие речиПрименение технологий для выработки идей и обмена опытом. Участие в групповой работе в качестве «мудреца», к которому обращаются со всеми вопросами.Ход занятияРазделиться на группы.Используя таблицы со своими исследованиями, найти оптимальное решение в игре в футбол.Задание. Пусть нападающий и вратарь сыграют один на один. А минуты через две поменяйте их местами. Кто забьет больше голов? Сочинить песню болельщиков и так запрограммировать модели и использовать датчики, чтобы болельщики пели одновременно. При помощи бумаги, ниток и помпонов можно приодеть болельщиков, чтобы они больше походили на настоящих.

Маргарита МАРТЫНОВА, учитель информатики и педагог дополнительного образования средней школы №35 Петрозаводска, шуйской средней школы №1 и ГБОУ ДО РК РЦРДО «Ровесник», Карелия