Пояснительная записка
Программа курса дополнительного образования разработана на основе программы «Основы программирования на языке Python на примере программирования беспилотного летательного аппарата», авторы Белоусова А.С., Ершов С.А. - М.: ФНФРО, 2019.
Актуальность: в настоящее время процесс информатизации проявляется во всех сферах человеческой деятельности. Использование современных источников информации, также совершенствование информационных технологий немыслимо без участия квалифицированных и увлечённых специалистов, в связи с этим внедрение курса «Программирование беспилотного летательного аппарата на Python» в учебный процесс актуально.
Программа курса «Программирование беспилотного летательного аппарата на Python» направлена на подготовку творческой, технически грамотной, гармонично развитой личности, обладающей логическим мышлением, способной анализировать и решать задачи в команде в области информационных и аэротехнологий, решать ситуационные кейсовые задания, основанные на групповых проектах.
Учебный курс «Программирование беспилотного летательного аппарата на Python» направлен на изучение основ программирования на языке Python и программирование автономных квадрокоптеров.
Учебный курс «Программирование беспилотного летательного аппарата на Python» представляет собой самостоятельный модуль и содержит необходимые темы из курса информатики и физики.
В рамках курса обучающиеся смогут познакомиться с физическими, техническими и математическими понятиями. Приобретённые знания будут применимы в творческих проектах.
Цель программы: освоение Hard-компетенций и Soft-компетенций обучающимися в области программирования через использование кейс-технологии.
Задачи:
Обучающие:
- повторить базовые понятия, изученные в курсе предмета информатики: алгоритм, переменная, цикл, условия, ветвление, вычислимая функция;
- сформировать навыки выполнения технологической цепочки разработки программ средствами языка программирования Python;
- изучить основные конструкции языка программирования Python, позволяющие работать с простыми и составными типами данных (ветвления, циклы, массивы);
- научить применять навыки программирования на конкретной учебной ситуации (программирование беспилотных летательных аппаратов);
- привить навыки проектной деятельности.
Развивающие:
- способствовать расширению словарного запаса;
- способствовать развитию памяти, внимания, технического мышления, изобретательности;
- способствовать развитию алгоритмического мышления;
- способствовать формированию интереса к техническим знаниям;
- способствовать формированию умения практического применения полученных знаний;
- сформировать умение формулировать, аргументировать и отстаивать своё мнение;
- сформировать умение выступать публично с докладами, презентациями, т. п.
Воспитательные:
- воспитывать аккуратность и дисциплинированность при выполнении работы;
- способствовать формированию положительной мотивации к трудовой деятельности;
- способствовать формированию опыта совместного и индивидуального творчества при выполнении командных заданий;
- воспитывать трудолюбие, уважение к труду;
- формировать чувство коллективизма и взаимопомощи;
- воспитывать чувство патриотизма, гражданственности, гордости за достижения отечественной науки и техники.
Планируемые результаты
Предметные результаты: В результате освоения программы обучающиеся должны
знать:
- основные алгоритмические конструкции;
- принципы структурного программирования на языке Python;
- что такое беспилотные летательные аппараты (БПЛА) и их предназначение;
- устройство БПЛА;
уметь:
- составлять алгоритмы для решения прикладных задач;
- реализовывать алгоритмы на компьютере в виде программ, написанных на языке Python;
- отлаживать и тестировать программы, написанные на языке Python;
- настраивать БПЛА;
- представлять свой проект.
владеть:
- основной терминологией в области алгоритмизации и программирования;
- основными навыками программирования на языке Python;
Личностные результаты:
- критическое отношение к информации и избирательность её восприятия;
- осмысление мотивов своих действий при выполнении заданий;
- развитие любознательности, сообразительности при выполнении разнообразных заданий проблемного и эвристического характера;
- развитие внимательности, настойчивости, целеустремлённости, умения преодолевать трудности;
- развитие самостоятельности суждений, независимости и нестандартности мышления;
- освоение социальных норм, правил поведения, ролей и форм социальной жизни в группах и сообществах;
- формирование коммуникативной компетентности в общении и сотрудничестве с другими обучающимися.
Метапредметные результаты:
Регулятивные УУД:
- умение принимать и сохранять учебную задачу;
- умение планировать последовательность шагов алгоритма для достижения цели;
- умение ставить цель (создание творческой работы), планировать достижение этой цели;
- умение осуществлять итоговый и пошаговый контроль по результату;
- способность адекватно воспринимать оценку наставника и других обучающихся;
- умение различать способ и результат действия;
- умение вносить коррективы в действия в случае расхождения результата решения задачи на основе её оценки и учёта характера сделанных ошибок;
- умение в сотрудничестве ставить новые учебные задачи;
- способность проявлять познавательную инициативу в учебном сотрудничестве;
- умение осваивать способы решения проблем творческого характера в жизненных ситуациях;
- умение оценивать получающийся творческий продукт и соотносить его с изначальным замыслом, выполнять по необходимости коррекции либо продукта, либо замысла.
Познавательные УУД:
- умение осуществлять поиск информации в индивидуальных информационных архивах обучающегося, информационной среде образовательного учреждения, федеральных хранилищах информационных образовательных ресурсов;
- умение использовать средства информационных и коммуникационных технологий для решения коммуникативных, познавательных и творческих задач;
- умение ориентироваться в разнообразии способов решения задач;
- умение осуществлять анализ объектов с выделением существенных и несущественных признаков;
- умение проводить сравнение, классификацию по заданным критериям;
- умение строить логические рассуждения в форме связи простых суждений об объекте;
- умение устанавливать аналогии, причинно-следственные связи;
- умение моделировать, преобразовывать объект из чувственной формы в модель, где выделены существенные характеристики объекта (пространственно-графическая или знаково-символическая);
- умение синтезировать, составлять целое из частей, в том числе самостоятельно достраивать с восполнением недостающих компонентов.
Коммуникативные УУД:
- умение аргументировать свою точку зрения на выбор оснований и критериев при выделении признаков, сравнении и классификации объектов;
- умение выслушивать собеседника и вести диалог;
- способность признавать возможность существования различных точек зрения и права каждого иметь свою;
- умение планировать учебное сотрудничество с наставником и другими обучающимися: определять цели, функции участников, способы взаимодействия;
- умение осуществлять постановку вопросов: инициативное сотрудничество в поиске и сборе информации;
- умение разрешать конфликты: выявление, идентификация проблемы, поиск и оценка альтернативных способов разрешения конфликта, принятие решения и его реализация;
- умение с достаточной полнотой и точностью выражать свои мысли в соответствии с задачами и условиями коммуникации;
- владение монологической и диалогической формами речи.
Система оценки достижения планируемых результатов
Формы подведения итогов реализации программы курса дополнительного образования «Программирование беспилотного летательного аппарата»
Подведение итогов реализуется в рамках следующих мероприятий: тестирование знаний и умений по программированию на языке Python, защита результатов выполнения кейса «Программирование автономных квадрокоптеров».
При тестировании все верные ответы берутся за 100 %, уровень усвоения языка программирования Python выставляется в соответствии с таблицей:
| Процент выполнения задания |
Уровень усвоения |
|
81% и более |
Высокий |
|
66% - 80% |
Выше среднего |
|
51% - 65% |
Средний |
|
31% - 50% |
Ниже среднего |
|
0% - 30% |
Низкий |
Одной из форм защиты результатов выполнения кейса «Программирование автономных квадрокоптеров» будет являться программный код полета квадрокоптера:
|
Реализация программного кода
|
Уровень усвоения |
|
В результате тестирования программного кода были произведены автоматический взлет и посадка квадрокоптера. Во время полета были произведены разворот, изменения высоты и позиции квадрокоптера. |
Высокий |
|
В результате тестирования программного кода были произведены автоматический взлет и посадка квадрокоптера. Во время полета были запрограммированы любые две возможности полета: разворот, изменения высоты и позиции квадрокоптера. |
Выше среднего |
|
В результате тестирования программного кода были произведены автоматический взлет и посадка квадрокоптера. Во время полета была запрограммирована любая одна возможность полета: разворот, изменения высоты и позиции квадрокоптера. |
Средний |
|
В результате тестирования программного кода были произведены автоматический взлет и посадка квадрокоптера. |
Ниже среднего |
|
В результате тестирования программного кода были произведены только либо автоматический взлет, либо посадка квадрокоптера. |
Низкий |
Формы демонстрации результатов обучения
Представление результатов образовательной деятельности пройдет в форме публичной презентации решения кейса «Программирование автономных квадрокоптеров» и последующих ответов, выступающих на вопросы преподавателя и других обучающихся.
Формы диагностики результатов обучения
Беседа, тестирование. опрос
Учебно-тематический план
| № |
Название раздела, темы |
Количество часов |
Формы аттестации |
||
|
Всего |
Теория |
Практика |
|||
|
1 |
Техника безопасности. Введение в программу курса дополнительного образования. |
1 |
1 |
0 |
|
|
2 |
Основы языка Python. Примеры на языке Python с разбором конструкций: циклы, условия, ветвления, массивы, типы данных. |
3 |
1 |
2 |
Тестирование |
|
|
Кейс «Программирование автономных квадрокоптеров» |
13 |
5 |
8 |
|
|
3 |
Техника безопасности при полетах. Проведение полетов в ручном режиме. |
2 |
1 |
1 |
Демонстрация полетов |
|
4 |
Программирование взлета и посадки БПЛА. |
4 |
2 |
2 |
Демонстрация взлета и посадки БПЛА |
|
5 |
Выполнение команд «разворот», «изменение высоты», «изменение позиции» |
6 |
2 |
4 |
Демонстрация |
|
6 |
Защита и демонстрация проекта. |
1 |
0 |
1 |
Демонстрация решений кейса |
|
|
Итого: |
17 |
7 |
10 |
|
Содержание тем курса
| № |
Темы занятий |
Содержание занятий |
|
|
Теория |
Практика |
||
|
1 |
Техника безопасности. Введение в программу курса дополнительного образования (1 ч). |
Введение в программу. Ознакомление обучающихся с программой, приемами и формами работы. Вводный инструктаж по ТБ. |
Демонстрация полета БПЛА вручную. Демонстрация запрограммированного полета БПЛА. |
|
2 |
Основы языка Python. Примеры на языке Python с разбором конструкций: циклы, условия, ветвления, массивы, типы данных (3 ч). |
История языка Python, сфера применения языка, различные версии, особенности синтаксиса. Повторение: Объявление и с пользование переменных в Python. Использование условий, ветвлений, циклов. Использование строк, массивов, кортежей, словарей. |
Запуск интерпретатора. Написание простейших демонстрационных программ. Мини-программы внутри программы. Выражения в вызовах функций. Имена переменных. Упражнения по написанию программ с использованием переменных, условий и циклов. Генерация случайных чисел. Операции сравнения. |
|
|
Кейс «Программирование автономных квадрокоптеров» (13 ч.) |
||
|
3 |
Техника безопасности при полётах. Проведение полётов в ручном режиме (2 ч.) |
Знакомство с кейсом, представление поставленной проблемы, правила техники безопасности. Изучение конструкции квадрокоптеров. |
Полёты на квадрокоптерах в ручном режиме. |
|
4 |
Программирование взлета и посадки БПЛА (4 ч). |
Основы программирования квадрокоптеров на языке Python. |
Тестирование написанного кода в режимах взлёта и посадки. |
|
5 |
Выполнение команд «разворот», «изменение высоты», «изменение позиции» (6 ч). |
Теоретические основы выполнения разворота, изменения высоты и позиции на квадрокоптерах. |
Тестирование программного кода в режимах разворота, изменения высоты и позиции. |
|
6 |
Защита и демонстрация проекта. |
|
Демонстрация решений кейса групп обучающихся. |
Кейс «Программирование автономных квадрокоптеров» (13 ч.)
Квадрокоптеры можно считать летающей робототехникой. Шоу квадрокоптеров, выполнение задания боевыми беспилотными летательными аппаратами - такие задачи решаются с помощью применения алгоритмов.
Данный кейс посвящен созданию полета квадрокоптера в автономном режиме. Обучающие получат первые навыки программирования технической системы на языке Python. Познакомятся с алгоритмами позиционирования устройств на улице и в помещении, а также узнают о принципах работы оптического распознавания объектов.
Календарно-тематическое планирование
| № |
Дата |
Кол-во часов |
Тема занятия |
Форма занятия |
Форма контроля |
Примечание |
|
1 |
|
1 |
Техника безопасности. Введение в программу курса дополнительного образования. |
Лекция |
Беседа |
|
|
|
|
3 |
Основы языка Python |
|
||
|
2 |
|
1 |
Примеры на языке Python с разбором конструкций: типы данных, операторы ввода и вывода, оператор присваивания, условия, ветвления. |
Лекция |
Тестирование |
|
|
3 |
|
1 |
Примеры на языке Python с разбором конструкций: цикл с предусловием, цикл с параметром. |
Практика |
Упражнения на программирование |
|
|
4 |
|
1 |
Примеры на языке Python с разбором конструкций: массивы. |
Практика |
Тестирование, упражнения на программирование |
|
|
|
|
13 |
Кейс «Программирование автономных квадрокоптеров» |
|
||
|
5-6 |
|
2 |
Техника безопасности при полётах. Проведение полётов в ручном режиме. |
Лекция, Практика |
Беседа |
|
|
7-8 |
|
2 |
Программирование взлета БПЛА. |
Лекция, Практика |
Тестирование написанного кода в режимах взлёта. |
|
|
9-10 |
|
2 |
Программирование посадки БПЛА. |
Лекция, Практика |
Тестирование написанного кода в режимах взлёта и посадки. |
|
|
11-12 |
|
2 |
Выполнение команды «разворот». |
Лекция, Практика |
Тестирование программного кода в режимах разворота. |
|
|
13-14 |
|
2 |
Выполнение команды «изменение высоты». |
Лекция, Практика |
Тестирование программного кода в режимах разворота, изменения высоты. |
|
|
15-16 |
|
2 |
Выполнение команды «изменение позиции». |
Практика |
Тестирование программного кода в режимах разворота, изменения высоты и позиции. |
|
|
17 |
|
1 |
Защита и демонстрация проекта. |
Практика |
Демонстрация решений кейса |
|
* Примечание: По ходу реализации программы учитель может вносить изменения, дополнения с учетом своего профессионального роста и развития.
Материально-технические условия реализации программы
Рабочая программа реализуется на базе Центра образования цифрового и гуманитарного профилей «Точка роста».
Аппаратное и технической обеспечение:
- Интерактивный комплекс с вычислительным блоком и мобильным креплением;
- Ноутбуки мобильного класса HP ProBook (15 шт.);
- Единая сеть (Wi-Fi роутер);
- МФУ Pantum M6550 series;
- Презентационное оборудование (проектор с экраном) с возможностью подключения к компьютеру - 1 комплект;
- Квадрокоптер - 3 шт.: DJI Tello EDU;
- Квадрокоптер - 1 шт.: DJI Mavic Air.
Программное обеспечение:
- Компилятор Python 3.5;
- Веб-браузер;
- Пакет офисного ПО.
Список литературы и методического материала
- Белоусова А.С. Основы программирования на языке Python на примере программирования беспилотного летательного аппарата. Белоусова А.С., Ершов С.А. - М.: ФНФРО, 2019.
- Бреннан, К. Креативное программирование / К.Бреннан, К.Болкх, М.Чунг. - Гарвардская Высшая школа образования, 2017.
- Бриггс, Джейсон. Python для детей. Самоучитель по программированию / Джейсон Бриггс. - МИФ. Дество, 2018.
- Гин, А.А. Приёмы педагогической техники: свобода выбора, открытость, деятельность, обратная связь, идеальность: Пособие для учителей / А.А.Гин. - Гомель: ИПП «Сож», 1999.
- 5.. Лутц, М. Программирование на Python. Т. 1 / М.Лутц. - М.: Символ, 2016.
- Лутц, М. Программирование на Python. Т. 2 / М.Лутц. - М.: Символ, 2016.