III уровень Сенсорика и компоненты робототехники

Образовательная схемотехника и робототехника на Arduino

Приамурский государственный университет имени Шолом-Алейхема
72 часа длительность
Онлайн формат
Начальный уровень

Описание

Программа "Образовательная схемотехника и робототехника на Arduino" посвящена подготовке слушателей в области электротехники и программированию этой техники, а также, преподаванию в этой области. Курс затрагивает вопросы общего свойства, например, откуда берется ток, как работает кнопка и др. для лучшего усвоения материала, начиная с основ. В процессе изучения курса слушатели изучат процессы проектной деятельности, начиная от анализа задачи, ее проектирования и моделирования, и заканчивая средствами поддержки и масштабирования проекта, кроме того, научатся обучать подобной деятельности своих учеников.

Курс "Образовательная схемотехника и робототехника на Arduino" нацелен на формирование трех общепрофессиональных компетенций:  информационно-педагогическая, проектная и программно-аналитическая. Усвоение информационно-педагогической компетенции заключается в формировании информационной базы по темам схемотехники и робототехники на уровне, достаточном для преподавания данных курсов в образовательных учреждениях. Сюда входят теоретическая подготовка, подбор и разработка заданий, средств оценивания результатов образовательной деятельности.

Усвоение проектной компетенции направлено на формирование у слушателя четкой пошаговой инструкции создания прототипов и самих устройств при соблюдении нормативов жизненного цикла проекта и его заявляемых характеристик.

Усвоение программно-аналитической компетенции направлено на формирование системы "анализ – синтез" при работе в области схемотехники и робототехники, изучение особенностей языка С/С++ при программировании устройств, принципов оптимизации использования памяти и минимизации размеров устройства при выполнении поставленных задач.

Для обучения по образовательной программе по техническим требованиям необходимо стабильное подключение к сети Интернет, а также регистрация на сайте tinkercad.com. Желательно наличие комплекта Arduino (достаточно Starter Kit). Для обучения с точки зрения входных условий подготовки желательно иметь профессиональное педагогическое образование, иметь хотя бы начальные навыки программирования на любом алгоритмическом языке.

В процессе обучения слушатели изучат принципы работы с Arduino как с технической, так и с программной части, научатся создавать приборы и роботов, обучать их требуемым действиям, а также научатся обучать данной технологии своих будущих учеников. Данная программа актуальна ввиду большой востребованности схемотехники и робототехники в настоящее время, а также недостаточного количества преподавателей, имеющих подходящую подготовку в данной области, в том числе, обучающих технологии в средних образовательных учреждениях.     

Цель программы
Курс призван ознакомить слушателей с принципами электромеханической работы современных технических устройств, научить их собирать подобные устройства и программировать их. Структура курса представляет собой набор логически законченных и содержательно взаимосвязанных тем, изучение которых обеспечивает системность и практическую направленность знаний и умений слушателей. Занятия направлены на более углубленное понимание принципов электротехнической части физики и принципов программирования.

Требования

Образование: среднее профессиональное или высшее    

Иные требования и рекомендации для обучения по программе

Образование: среднее профессиональное или высшее    

Модули

свернуть
Модуль 1 Принципы робототехники
Тема 1.1 Структура работы Arduino (2.5 час). Основные понятия электротехники. Схема работы Arduino. Подключение и общие принципы схемотехники на Arduino. Сборка устройств с помощью платы Arduino Uno и печатной платы. Простые устройства ввода и вывода: светодиод, кнопка, динамик и т.д. Тема 1.2 Создание схем на Arduino с помощью программного обеспечения TinkerCAD Circuits (5.5 час.). Программирование на С/С++ для Arduino. Организация кода, блоки setup() и loop(). Явное и неявное задание значений при работе с данными. Создание схем на Arduino с использованием устройств вывода.
Модуль 3 Программирование на Arduino
Тема 3.1. Создание эффективных программ для Arduino (2.5 час). Использование конструкций языка С/С++ для организации работы устройств. Использование функций и библиотек, написание эффективного кода с учетом дальнейшего масштабирования устройства. Тема 3.2. Использование структур данных для организации работы схем (5 час.). Использование ветвления, массивов данных, циклическое исполнение программ для оптимизации программ собираемого устройства.
Модуль 5 Обучение схемотехнике
Тема 5.1. Использование компьютерных средств для обучения схемотехнике (5 час.). Создание виртуального класса при использовании web-ориентированной системы TinkerCAD. Организация удаленной работы обучающихся робототехнике, использование метода дополненной задачи при обучении. Создание многоуровневой системы подготовки и индивидуальной образовательной траектории обучающихся. Тема 5.2. Принципы организации проектной деятельности при обучении схемотехнике и робототехнике (5 час.). Командообразование в процессе изобретательства. Организация этапов изобретательства в схемотехнике и робототехнике. Обучение реализации проектов, подготовка к выпуску продукции.
Модуль 7 Контрольное тестирование
Контрольное тестирование является итоговой аттестацией, отметкой об успешности прохождения курса.
Модуль 2 Использование датчиков в устройствах
Тема 2.1. Использование инструментов для управления состоянием компонентов схем на Arduino (7 час.). Передача данных от устройства компьютеру. Принципы организации сигналов о состоянии устройства. Использование устройств ввода. Работа с кнопками, подавление шумов кнопки. Создание схем с управлением устройством с помощью кнопки и джойстика. Тема 2.2. Использование инструментов фиксации и сбора информации от внешней среды (6 час.). Использование датчиков для организации более сложных приборов. Датчики движения, температуры, влажности. Перевод значений устройства в общеупотребимые значения.
Модуль 4 Комплексные устройства
Тема 4.1. Создание простого светофора (2.5 час.) Этапы конструирования сложных приборов. Процесс проектной изобретательской деятельности в робототехнике. Создание светофора с помощью светодиодов, определение временных интервалов задержки событий. Тема 4.2. Подключение динамика и 7-сегментного дисплея к светофору (3.5 час.). Доводка и масштабирование проекта прибора. Жизненный цикл проекта, сопровождение устройства. Организация посекундного звукового оповещения и визуального отображения времени светофора. Тема 4.3. Организация эффективного управления 7-сегментным дисплеем с помощью декодера (6 час.). Использование двоичной кодировки и вычислительного программирования при визуальном упрощении схемотехники. Использование декодера для упрощения схемы светофора.
Модуль 6 Основы электромеханики
Тема 6.1. Основы движения. Сервопривод. Аккумуляторы (7 час.). Использование электромоторов в качестве движущих элементов приборов. Сервоприводы и их использование в робототехнике. Подключение портативных источников питания. Тема 6.2. Двигатели и передача импульсов для движения на Arduino (7 час.). Создание движущихся элементов робота. Движение по системе колесной электротяги, организация шагового движения посредством сервоприводов.
Модуль 1 Принципы робототехники
Тема 1.1 Структура работы Arduino (2.5 час). Основные понятия электротехники. Схема работы Arduino. Подключение и общие принципы схемотехники на Arduino. Сборка устройств с помощью платы Arduino Uno и печатной платы. Простые устройства ввода и вывода: светодиод, кнопка, динамик и т.д. Тема 1.2 Создание схем на Arduino с помощью программного обеспечения TinkerCAD Circuits (5.5 час.). Программирование на С/С++ для Arduino. Организация кода, блоки setup() и loop(). Явное и неявное задание значений при работе с данными. Создание схем на Arduino с использованием устройств вывода.
Модуль 2 Использование датчиков в устройствах
Тема 2.1. Использование инструментов для управления состоянием компонентов схем на Arduino (7 час.). Передача данных от устройства компьютеру. Принципы организации сигналов о состоянии устройства. Использование устройств ввода. Работа с кнопками, подавление шумов кнопки. Создание схем с управлением устройством с помощью кнопки и джойстика. Тема 2.2. Использование инструментов фиксации и сбора информации от внешней среды (6 час.). Использование датчиков для организации более сложных приборов. Датчики движения, температуры, влажности. Перевод значений устройства в общеупотребимые значения.
Модуль 3 Программирование на Arduino
Тема 3.1. Создание эффективных программ для Arduino (2.5 час). Использование конструкций языка С/С++ для организации работы устройств. Использование функций и библиотек, написание эффективного кода с учетом дальнейшего масштабирования устройства. Тема 3.2. Использование структур данных для организации работы схем (5 час.). Использование ветвления, массивов данных, циклическое исполнение программ для оптимизации программ собираемого устройства.
Модуль 4 Комплексные устройства
Тема 4.1. Создание простого светофора (2.5 час.) Этапы конструирования сложных приборов. Процесс проектной изобретательской деятельности в робототехнике. Создание светофора с помощью светодиодов, определение временных интервалов задержки событий. Тема 4.2. Подключение динамика и 7-сегментного дисплея к светофору (3.5 час.). Доводка и масштабирование проекта прибора. Жизненный цикл проекта, сопровождение устройства. Организация посекундного звукового оповещения и визуального отображения времени светофора. Тема 4.3. Организация эффективного управления 7-сегментным дисплеем с помощью декодера (6 час.). Использование двоичной кодировки и вычислительного программирования при визуальном упрощении схемотехники. Использование декодера для упрощения схемы светофора.
Модуль 5 Обучение схемотехнике
Тема 5.1. Использование компьютерных средств для обучения схемотехнике (5 час.). Создание виртуального класса при использовании web-ориентированной системы TinkerCAD. Организация удаленной работы обучающихся робототехнике, использование метода дополненной задачи при обучении. Создание многоуровневой системы подготовки и индивидуальной образовательной траектории обучающихся. Тема 5.2. Принципы организации проектной деятельности при обучении схемотехнике и робототехнике (5 час.). Командообразование в процессе изобретательства. Организация этапов изобретательства в схемотехнике и робототехнике. Обучение реализации проектов, подготовка к выпуску продукции.
Модуль 6 Основы электромеханики
Тема 6.1. Основы движения. Сервопривод. Аккумуляторы (7 час.). Использование электромоторов в качестве движущих элементов приборов. Сервоприводы и их использование в робототехнике. Подключение портативных источников питания. Тема 6.2. Двигатели и передача импульсов для движения на Arduino (7 час.). Создание движущихся элементов робота. Движение по системе колесной электротяги, организация шагового движения посредством сервоприводов.
Модуль 7 Контрольное тестирование
Контрольное тестирование является итоговой аттестацией, отметкой об успешности прохождения курса.

Преподаватели

Лучанинов

Дмитрий Васильевич

Приамурский государственный университет имени Шолом-Алейхема
Авторизуйтесь чтобы записаться

Ответственный за программу

dvluchano@mail.ru