Направление программы НКФП:
Программирование киберфизических систем
Выберите модуль для адаптации:
Программирование киберфизических систем. Пример сценария 2.
В программу какого школьного предмета будет включен адаптированный модуль:
Информатика
В какую тему, между какими темами школьного предмета предлагается включать модуль:
Модуль «Сопоставление блок-схем и диаграмм машины состояний» предлагается включить между темами «Линейные и ветвящиеся алгоритмы» и «Циклические алгоритмы». Ученики сравнят классические блок-схемы и диаграммы состояний, освоив реактивное событийное программирование.
Планируемое время на прохождение модуля:
1
Какой элемент (какая единица) киберфизического содержания предложенного модуля будет рассматриваться в адаптированном модуле:
В адаптированном модуле единицей киберфизического содержания выступает автономный дрон-сканер – мобильная киберфизическая система, объединяющая: сенсоры (модуль «Сканер») для обнаружения пожароопасных участков, актуаторы (модуль «Навигация») для перемещения по ячейкам поля, цифровую логику управления (машина состояний), связывающую физические события (приземление, обнаружение пожара, окончание маршрута) с реакциями дрона (прыжок, запись координат, переход в режим полёта).
Как этот элемент (эта единица) киберфизического содержания связана с содержанием (с темой) школьного предмета:
Автономный дрон-сканер как единица киберфизического содержания прекрасно связывает теорию информатики с реальными устройствами: 1.Сенсоры дрона демонстрируют тему «Устройства ввода-вывода»: учащиеся видят, как цифровая программа получает данные из внешнего мира (обнаружен пожар или нет). 2.Актуаторы (моторы, система управления полётом) иллюстрируют вывод результатов работы алгоритма — тема «Аппаратная часть киберфизических систем». 3. Алгоритмическая логика на основе блок-схем и машин состояний перекликается с разделами курса «Линейные, ветвящиеся и циклические алгоритмы», а также «Событийное программирование». 4. Машина состояний дрона показывает, как программная модель переходит из одного состояния в другое при наступлении событий — это практическая проработка темы «Цифровая логика и конечные автоматы». Таким образом, работа с дрон-сканером объединяет три ключевые темы школьного курса: 1. Разработка и анализ алгоритмов (блок-схемы и события), 2. Обработка внешних сигналов (условные конструкции, события), 3. Взаимодействие программы с физическими сенсорами и киберфизическими системами.
Как этот элемент киберфизического содержания связана с содержанием школьного предмета:
Логика сочетания (связи) содержания адаптируемого модуля и планируемой единицы предметного содержания, обеспечивающая целостное освоение как киберфизического, так и предметного содержания:
Основной идеей модуля является сквозная задача управления автономным дроном-сканером, объединяющая физические сенсоры и актуаторы с алгоритмической логикой. На первом уровне школьники формируют классическую блок-схему обхода сетки с вложенными условиями проверки пожароопасности. На втором — описывают ту же логику с помощью диаграммы конечного автомата, где состояния (летит, сканирует, записывает) и события (достиг ячейки, пожар обнаружен, завершение) отражают реакцию системы. Сравнение двух представлений обеспечивает целостное понимание и развивает навыки алгоритмизации и проектирования киберфизических систем.
Учебный материал, используемый в адаптированном модуле – не используемый в исходном модуле (учебные тексты, формулировки заданий/задач, презентации, демонстрации и др.):
Учебные материалы, добавленные в адаптированный модуль и отсутствовавшие в исходном: 1. Раздаточные шаблоны для групповой работы * Бумажные бланки классической блок-схемы (с сеткой N×M и заготовленными блоками «Перелёт», «Сканирование», «Запись»). * Бланки диаграмм состояний (узлы-состояния и места для подписей событий). 2. Печатные карточки-подсказки * Набор карточек со стандартными событиями дрона-сканера («Ячейка достигнута», «Пожар обнаружен», «Запись завершена», «Все ячейки пройдены»). * Карточки-примеры переходов для выстраивания диаграммы. 3. Презентация для учителя * Слайды с пошаговым разбором классической схемы и диаграммы состояний. * Иллюстрации «Светофор», «Умный дом» и «Дрон-сканер» для мотивации. 4. Текстовые краткие инструкции * Чёткие формулировки заданий для групп (Группа A: «Преобразовать классическую схему в события», Группа B: «Преобразовать события в классическую схему»). * Алгоритмический блок «Бегущий герой» заменён на «Дрон-сканер пожароопасных зон». 5. Демонстрационные плакаты и доска * Плакат «Структура машины состояний» с примером узлов и стрелок. * Шаблон на доске для коллективного рисования схем в режиме реального времени. 6. Рубрикатор оценки * Таблица-рубрика с критериями «5/4/3» для каждой схемы и групповой активности, распечатанная для каждого участника. 7. Сценарий урока * Развернутый конспект с таймингом и прописанными фразами учителя (не был частью исходного модуля).
Задайте возможные уровни освоения содержания (минимальный и максимальный):
Минимальный уровень Учащийся воспроизводит классическую блок-схему простейшего сценария (3×3), корректно ставит 2–3 условных проверок («барьер?», «монетка?»), умеет объяснить, что такое событие и состояние. Способен из предложенной блок-схемы сконструировать упрощённую диаграмму состояний с 2–3 узлами и соответствующими переходами. Максимальный уровень Учащийся самостоятельно проектирует полную классическую блок-схему и диаграмму состояний для расширенного сценария (4+ состояний, 4+ событий), включая дополнительные элементы (например, «Низкий заряд батареи»). Умеет без подсказок преобразовывать схемы из императивного вида в событийный и обратно, обосновывает выбор состояний и событий, предлагает оптимизации и аргументирует преимущества каждого подхода.
Другое, отражающее специфику адаптированного модуля:
Модуль демонстрирует уникальную связь алгоритмических моделей и киберфизических устройств через работу с дроном-сканером пожароопасных зон, что повышает практическую ценность, мотивацию и понимание реального применения информатики.
Обоснуйте эффективность выбранного учебного материала и учебных действий освоения нового содержания разработанного модуля без значимого ущерба для содержания исходного модуля:
Использование блок-схем классического и событийного программирования на примере дрона-сканера пожароопасных зон сохраняет исходную идею модуля — изучение логики управления киберфизической системой — но делает её максимально наглядной и практичной. Учебные действия (анализ, преобразование, сравнение схем) развивают алгоритмическое мышление и одновременно иллюстрируют работу сенсоров и актуаторов. Такая методика обеспечивает глубокое освоение обоих подходов без потери содержания оригинального модуля, повышая вовлечённость и мотивацию учащихся.
Как, какими методами организуется понимание и освоение содержания адаптированного модуля:
Метод сравнения и анализа: В объяснении учитель последовательно показывает две реальные схемы: классическую блок-схему полёта дрона и событийную диаграмму состояний. Это наглядно демонстрирует различия подходов и закладывает основу для понимания.
Метод визуализации: Ученики видят чёткие графические образы (шаблоны схем на доске и раздатках), что облегчает освоение логики переходов между состояниями и шагами алгоритма.
Метод групповой работы и преобразования: В практической части класс делится на группы: одна группа учится преобразовывать классическую схему в событийную, другая — наоборот. Это побуждает самостоятельно применять знания на практике, обсуждать и согласовывать решения.
Метод коллективного обсуждения и рефлексии: После выполнения заданий группы представляют свои схемы. Обсуждение и анализ разных решений организуют понимание через устное проговаривание логики переходов и условий. Учитель направляет рефлексию вопросами: «Что изменилось? Почему так удобнее?»
Пошаговое закрепление: Переход от общей мотивации (примеры: светофор, умный дом, дрон) к частной задаче (сканирование пожара) и далее к собственному конструированию блок-схемы и машины состояний обеспечивает поэтапное, доступное освоение даже для начинающих.
Как обеспечивается повышение осознанности и самостоятельности в учебной деятельности:
Повышение осознанности и самостоятельности обеспечивается через групповое преобразование схем, обсуждение различий подходов, защиту решений и ответы на вопросы учителя, что развивает умение обосновывать и корректировать свои алгоритмы.
Как в ходе модуля организовано коммуникативное взаимодействие между педагогом и учащимися, между учащимися:
В модуле предусмотрены обсуждение примеров с учителем, вопросы для уточнения понимания, работа в группах с распределением ролей, совместное создание схем и защита результатов, что стимулирует диалог и сотрудничество между всеми участниками.
Формы организации учебной деятельности и/или проектной деятельности:
В модуле используются разнообразные формы учебной деятельности: фронтальная работа (обсуждение примеров и разбор схем с учителем), работа в малых группах (преобразование классической блок-схемы в событийную и наоборот), защита групповых решений с коллективным обсуждением. Эти формы позволяют учащимся осознанно анализировать и сравнивать алгоритмы, развивать навыки коммуникации и командного взаимодействия. Групповые задания носят элементы мини-проекта: каждая группа оформляет и аргументирует собственную схему как часть общего решения практической задачи управления дроном.
Что еще отражает специфику адаптированного модуля:
Модуль выделяется практической задачей с реальным прототипом — дроном-сканером, что соединяет теорию алгоритмов с киберфизикой. Перевод схем развивает гибкость мышления, а групповая работа делает обучение активным и прикладным.
Обоснуйте эффективность выбранных методов и методик проведения занятий:
Выбранные методы — визуализация, сравнение, преобразование схем и групповая работа — эффективны, так как позволяют учащимся не просто запомнить определения, а самостоятельно выявить различия между классическим и событийным подходами на конкретном примере дрона-сканера. Практическое преобразование блок-схемы в диаграмму состояний и обратно развивает алгоритмическое и логическое мышление. Коллективное обсуждение и защита решений формируют коммуникативные навыки и умение обосновывать выбор решений, что делает усвоение нового материала глубоким и осознанным.
Подготовительные задания/задачи:
Краткое описание учебной ситуации: Ученики делятся на две группы. Одна получает классическую блок-схему полёта дрона-сканера для поиска пожароопасных участков, другая — событийную диаграмму того же сценария. Каждая группа преобразует свою схему в противоположный вид, обсуждает логику переходов и защищает решение перед классом. Подготовительные задания: — Повторить правила построения блок-схем и диаграмм состояний. — Изучить примеры алгоритмов обхода сетки и событийного управления. — Подготовить черновики для записи шагов преобразования.
Ключевая задача учебной ситуации, в какой форме предлагается:
Ключевая задача учебной ситуации: На основе готовой классической блок-схемы или диаграммы состояний дрона-сканера преобразовать алгоритм в противоположную форму, сохранив логику обхода и реакции на событие «пожар обнаружен». Форма: Групповая работа с распределением ролей, обсуждением внутри команды, совместным рисованием схемы и публичной защитой готового решения перед классом.
Какие действия по решению задачи могут привести к ошибкам/неверным решениям, иными словами: к сбою в решении (не менее двух):
Возможные ошибки (сбои в решении):
Неполное отражение всех событий или условий: При преобразовании из блок-схемы в диаграмму состояний учащиеся могут забыть учесть событие «пожар обнаружен» или «все ячейки пройдены», что приведёт к неполной логике переходов и ошибкам в понимании алгоритма.
Нарушение правильного порядка переходов: При обратном переводе из диаграммы состояний в классическую блок-схему ученики могут перепутать последовательность условий или разместить проверку события не в том месте, из-за чего схема будет работать некорректно или зациклится.
Как проводится работа с неверными действиями/неверными гипотезами и т.д. школьников, которые привели к ошибкам, к сбою в деятельности:
При выявлении ошибок в схемах учащихся работа строится так: — Учитель организует обсуждение: группа объясняет свою логику шаг за шагом. — Класс или другая группа задаёт уточняющие вопросы, чтобы выявить пропущенные события или лишние переходы. — Учитель направляет дискуссию, подсказывая, где нарушена последовательность или логика. — Ошибки фиксируются на доске и сразу корректируются вместе с учениками: схема дополняется или исправляется коллективно. — Итог: ошибки превращаются в повод для общего анализа и закрепления правильного варианта.
Как на основе работы по преодолению сбоя в деятельности вводятся новые знания/способы действия/приёмы работы/…; дальнейшее развитие ситуации:
На основе анализа и исправления ошибок учащиеся осваивают новые способы действия:
1) Осознанное сравнение: При разборе неправильных переходов или пропущенных событий учитель показывает, как пошагово проверять соответствие блок-схемы и диаграммы состояний, вводит приём «проверка на полноту событий» и «проверка логики возврата к исходному состоянию».
2) Обобщение способа: Ученики учатся формулировать общий принцип: в блок-схеме каждое событие должно быть условием, а в диаграмме состояний — стрелкой между состояниями.
3) Применение на расширенной задаче: После исправления группы могут получить усложнённый вариант: добавить ещё одно событие (например, «низкий заряд батареи») и сразу спроектировать обе схемы правильно, применяя новый способ контроля полноты логики. Таким образом, преодоление ошибок превращается в освоение более гибкого и продвинутого алгоритмического приёма и готовит учеников к решению более сложных задач в проектной или практической деятельности.
Как завершается учебная ситуация:
Рефлексия (укажите предмет рефлексии: этапы проделанной работы, способ преодоления сбоя, полученное новое знание, выработанный способ решения, другое.
Обоснуйте ваш выбор в предыдущем пункте:
Рефлексия выбрана как обязательный этап, потому что она позволяет учащимся не просто увидеть правильный ответ, а осознанно понять ход рассуждений, причины ошибок и способы их устранения. Благодаря рефлексии школьники учатся проговаривать свою логику, сравнивать разные подходы (классический и событийный), видеть сильные и слабые места своих схем. Это развивает аналитическое и критическое мышление, закрепляет новый способ действий и повышает уверенность в самостоятельной работе с алгоритмами и киберфизическими задачами.
Вероятно, мы не спросили о том, что вы считаете важным в отношении адаптированного модуля. Напишите в свободной форме:
Важно отметить, что ключевая ценность адаптированного модуля — в его практической направленности и полной связке «теория — реальное применение». Урок показывает не абстрактные схемы, а демонстрирует, как классические и событийные алгоритмы реально работают в киберфизической системе — на примере дрона-сканера. Такой подход делает модуль понятным даже для школьников без глубоких знаний программирования, развивает гибкость мышления и учит выбирать подходящий способ описания логики в зависимости от задачи. Это не просто урок «про схемы», а первый шаг к современному инженерному и проектному мышлению.