Направление программы НКФП «Берлога»:
Киберфизическое приборостроение
Тема модуля:
Сухопутные беспилотные роверы
Образовательная цель модуля:
Сформировать у обучающихся представление о принципах проектирования, программирования и эксплуатации сухопутных беспилотных мобильных платформ (роверов) как примеров киберфизических систем, объединяющих датчики, исполнительные механизмы и программное управление в единой распределённой архитектуре. Развить инженерное и алгоритмическое мышление через практическое освоение жизненного цикла киберфизического устройства: от моделирования среды и составления ТЗ до создания действующего прототипа и участия в инженерном испытании.
Планируемое время на прохождение модуля:
72
Место модуля в учебном курсе по направлению НКФП «Берлога», связь с другими модулями в программе:
Модуль развивает навыки проектирования и управления мобильными киберфизическими системами. Является практическим продолжением базовых модулей НКФП «Берлога» и подготавливает к созданию и испытаниям действующего ровера. У нашей команды есть опыт разработки и создание образовательный конструкторов и методик обучения для них.
Возрастная категория:
14-18
Знания и навыки, необходимые для успешного прохождения модуля:
базовые представления о физических величинах (скорость, расстояние, время), начальные навыками программирования, знание устройства простейших технических систем (мотор, датчик, контроллер), умение работать в команде, соблюдать инструкции и проводить элементарные измерения, опыт участия в модулях «Основы киберфизических систем» и/или «Машины состояний» (желательно, но не обязательно)
Необходимый опыт в программировании, в работе с киберфизическим содержанием:
Рекомендуется иметь опыт: - программирования простых алгоритмов в визуальной (например, Scratch/MakeCode) или текстовой среде (Arduino IDE, Python) - работы с датчиками и исполнительными устройствами (светодиоды, моторы, кнопки, ультразвуковые дальномеры и др.) - понимания принципов событийного управления и логики переходов между состояниями (например, из модуля «Машины состояний») - базового взаимодействия с микроконтроллером: загрузка прошивки, подключение модулей, проверка работы по шаблону - использования прототипов киберфизических систем - даже на упрощённом уровне (например, автоматизированная модель с датчиком света и реле) При отсутствии части перечисленного опыта прохождение модуля возможно при поддержке наставника, с использованием демонстрационных шаблонов и готовых программных блоков.
Что должно быть освоено к моменту проведения занятия?:
иметь общее представление, что такое датчик и мотор, и зачем они нужны в роботе, уметь подключать простые элементы по схеме (с помощью взрослого или по инструкции), запускать готовую программу на контроллере (например, нажать кнопку «Загрузить»), понимать, что команда в коде может включать или выключать устройство, быть готовыми работать в паре или в команде, задавать вопросы и пробовать варианты
Содержание, включённое в школьную программу (знания – представления, понятия, законы, способы решения и др.):
Модуль опирается на школьные знания о скорости, расстоянии и времени, понятия силы и трения, основы алгоритмов, логические условия, а также навыки работы с простыми электрическими цепями и принципами управления устройствами.
Межпредметное киберфизическое содержание (общие киберфизические представления, программирование, моделирование, принципы управления и др.):
Происходит объединение физики (движение, трение, сенсорика), информатики (алгоритмы, условия, циклы, блок-схемы), технологии (конструирование, схемотехника) и основ управления (состояния, события, обратная связь). Обучающиеся знакомятся с принципами взаимодействия сенсоров и исполнительных устройств, моделируют поведение ровера в зависимости от условий среды, программируют алгоритмы движения и реагирования, осваивают базовые приёмы диагностики и оптимизации управления в киберфизических системах.
Деятельностное (общие способы действия, понимания, мышления, коммуникации и др.):
Обучающиеся учатся ставить задачи, выдвигать гипотезы, планировать работу, программировать, проверять решения на практике, анализировать результат, работать в команде, оформлять и представлять инженерный проект.
Как связаны эти три типа содержания:
Editor _ Mermaid Chart-2025-06-27-081254.png
Как связаны три типа содержания:
Школьное содержание (физика, информатика, технология) формирует базу для понимания работы мобильных устройств. Киберфизическое содержание связывает эти знания в системе: моделирование среды, работа сенсоров, логика управления. Деятельностное содержание позволяет применить их на практике - от проектирования и сборки до программирования и испытаний ровера. Все три уровня взаимодействуют: знания превращаются в систему, а система - в осмысленное инженерное действие.
Задайте возможные/допустимые уровни освоения содержания:
Базовый - выполнение заданий по инструкции, понимание простейших алгоритмов. Средний - частичная самостоятельность, адаптация готовых решений. Продвинутый - проектирование и программирование ровера с учётом условий задачи.
Учебные материалы, необходимые для проведения модуля (тексты, формулировки заданий/задач, презентации, демонстрации, оборудование и др.):
методические материалы для педагога, карточки заданий, презентации по темам, шаблоны программ, демонстрационные модели роверов, контроллеры (ESP32/Arduino), датчики, моторы, макетная среда или трасса для испытаний.
Какие форматы проведения занятий и формы организации учебной и/или проектной деятельности предлагается использовать:
Предлагаются практико-ориентированные занятия, работа в малых группах, мини-проекты, инженерные тренировки, экскуссии на профильные предприятия, финальное испытание прототипа. Используются обсуждения, командное проектирование и защитa решений.
Как обеспечивается повышение осознанности и самостоятельности в учебной деятельности:
Через выбор технических решений, планирование этапов работы, рефлексию после испытаний, командное обсуждение ошибок, а также через участие в финальном тестировании и защите собственного проекта.
Как организуется в процессе прохождения модуля коммуникативное взаимодействие между педагогом и учащимися, между учащимися, с внешними экспертами:
Через обсуждение задач и решений, работу в командах, регулярные сессии обратной связи с педагогом, презентации результатов. Возможны консультации с внешними экспертами (инженеры, программисты) и участие в финальном разборе проектов.
Подготовительные задания/задачи:
Сценарий: “Ровер в лабиринте” Ученикам предлагается задача: запрограммировать модель ровера так, чтобы она проехала через макет лабиринта, избегая препятствий. Подготовка: - Изучение работы ультразвукового или инфракрасного датчика расстояния. - Задание: собрать схему “контроллер + датчик + мотор”. - Мини-задача: написать простую программу, при приближении к препятствию - ровер поворачивает. - Обсуждение стратегий движения: по правой/левой стенке, реакция на тупик. В конце - пробный заезд и совместный разбор поведения ровера.
Ключевая задача учебной ситуации, в какой форме предлагается:
Ключевая задача учебной ситуации: Разработать и реализовать алгоритм движения ровера по маршруту с препятствиями, обеспечив автономное принятие решений на основе данных от датчиков. Форма предъявления: Инженерный вызов в формате командного мини-соревнования: каждой группе даётся одинаковый макет трассы и задание - за ограниченное время настроить ровер так, чтобы он прошёл маршрут максимально быстро и без столкновений.
Какие действия по решению задачи могут привести к ошибкам/неверным решениям, иными словами: к сбою в решении (не менее двух):
Игнорирование точности датчиков - неверный расчёт расстояния до препятствия из-за несогласованности единиц измерения или неправильного калибрования датчика может привести к запоздалой реакции ровера и столкновению. Логические ошибки в алгоритме управления - например, бесконечный цикл поворота или отсутствие условия «выход из тупика» приведут к застреванию или хаотичному поведению ровера на трассе.
Как проводится работа с неверными действиями/неверными гипотезами и т.д. школьников, которые привели к ошибкам, к сбою в деятельности:
Работа с ошибками строится через разбор ситуации совместно с учащимися: проводится наблюдение за поведением ровера, анализируется, в какой момент возник сбой. Ученики формулируют гипотезы о причинах, проверяют их в коде и в схеме. Педагог направляет внимание на логику алгоритма, корректность подключения и работы датчиков, предлагая задавать уточняющие вопросы и пошагово отлаживать систему. Ошибки рассматриваются не как неудача, а как часть инженерного поиска, стимулируется командное обсуждение и повторная попытка с учётом выявленных проблем.
Как на основе работы по преодолению сбоя в деятельности вводятся новые знания/способы действия/приёмы работы/…:
После выявления и анализа сбоя педагог фиксирует вместе с учащимися, что именно стало причиной ошибки - например, неправильная логика ветвления или недостаточная точность измерений. На этом основании вводится новое знание или приём работы, который позволяет избежать подобной ошибки в будущем: - разбирается корректная структура условия (например, вложенные if), - демонстрируется приём фильтрации “шумных” значений датчиков, - вводится понятие “гистерезиса” для устойчивого реагирования, - показываются способы отладки (сериальный монитор, световая индикация). Таким образом, новое знание рождается как практический ответ на реальную проблему, повышая мотивацию и глубину усвоения.
Как завершается учебная ситуация:
Контроль/диагностика (контрольные или диагностические задания/задачи, критерии оценки/подходы к интерпретации результатов)
Обоснуйте ваш выбор в предыдущем пункте:
Не хватает пункта: контроль и рефлексия. Проводится демонстрация работы ровера на трассе: оценивается, насколько он справляется с задачей (проходит ли маршрут, реагирует ли на препятствия, соблюдает ли заданный алгоритм). Возможна фиксация результатов (время, количество столкновений). Но! При этом крайне важно проговорить возникшие сложности и способы их преодоления. Учащиеся отвечают на вопросы: что получилось, что пришлось изменить, какие знания пригодились, что бы они улучшили. Это помогает закрепить опыт, выявить понимание и усилить осознанность.
Вероятно, мы не спросили о том, что вы считаете важным в отношении адаптированного модуля. Напишите в свободной форме:
Модуль «Сухопутные беспилотные роверы» - это не просто технический курс, а пространство для формирования инженерного мышления через реальное действие. Его сила в практическом погружении: учащиеся видят, как физика, информатика и технология объединяются в одном устройстве, которое они сами запускают, отлаживают и улучшают. Особое внимание стоит уделить доступности входа: модуль должен быть понятен школьникам с минимальным опытом, но при этом масштабироваться для более продвинутых участников. Для этого важно продумать гибкую структуру заданий: базовые шаблоны - для старта, вариативные вызовы - для роста. Также крайне ценно внедрение инженерных соревнований, в которых ровер становится инструментом решения задач, а не просто игрушкой. Это мотивирует, объединяет, делает успех видимым. И наконец, важна не технология сама по себе, а осознание учениками, что они способны решать задачи настоящего мира - своими руками и своей логикой, важно показать современные производства нашей страны, хотя бы в формате видеороликов. Именно это делает модуль живым, современным и значимым Напишите мне, если заинтересовало, а лучше приезжайте в гости в Челябинск, я открыт к сотрудничеству. VK.com | VK Пример мероприятия, для которого прописывался регламент и разрабатывались наборы от механики до электроники