Oboznámenie sa s programom Kumir zvládnutie základov programovania.
Študenti v ňom môžu získať praktické zručnosti pri vytváraní a ladení algoritmu, práci s interpretmi ako Robot, Navrhovateľ, Vodnár, Kobylka, Korytnačka.
Pri štúdiu jednej z najťažších častí informatiky "algoritmizácia a programovanie".
Účel rozvoja :
Stiahnuť ▼:
Náhľad:
Metodický rozvoj v informatike.
Téma: "Robotér v programe KuMir na hodinách informatiky"
učiteľ techniky "Informatika a IKT"
Vysvetľujúca poznámka
Cieľ vývoja: naštudovať možnosti programovania na príklade konkrétneho exekútora Robota s využitím prostredia KUMIR; dať praktické zručnosti pre prácu s interpretom.
Metodický vývojzostavené na hodiny informatikyCvičte na počítači: práca so vzdelávacím vykonávateľom algoritmov; zostavovanie lineárnych, vetviacich a cyklických algoritmov na riadenie vykonávateľa; zostavovanie algoritmov so zložitou štruktúrou; použitie pomocných algoritmov (procedúry, podprogramy).
Študenti by mali vedieť:
- čo je interpret; SKI Robot, streda účinkujúci Robot;
- čo je algoritmus;aké sú hlavné vlastnosti algoritmu;
- spôsoby zápisu algoritmov: vývojové diagramy, vzdelávací algoritmický jazyk;základné algoritmické konštrukcie: sledovanie, vetvenie, slučka; štruktúry
- algoritmy; ⇒ priradenie pomocných algoritmov; technológie na vytváranie zložitých algoritmov:
Študenti by mali byť schopní:
- pochopiť popisy algoritmov v učebných osnovách algoritmický jazyk;
- vykonať sledovanie algoritmu pre známeho interpreta;
- zostaviť lineárne, vetviace a cyklické riadiace algoritmy pre vykonávateľa robota; prideľovať čiastkové úlohy; definovať a používať pomocné algoritmy.
Seminár 1 (2 hodiny) Lekcia 1.
Performer Robot.Systém príkazov vykonávateľa.
Plán lekcie.
- Popis UCS vykonávateľa, prostredia vykonávateľa.
2. Analýza typických robotických algoritmov.
Počas vyučovania.
Zvážte popis interpreta.
Prostredie exekútora: Performer Robot sa dokáže pohybovať labyrintom nakresleným v rovine rozdelenej na bunky.
Lyžiarsky robot : jednoduché príkazy: hore, dole, doľava, doprava, vyplniť.
Logické príkazy: (kontroly stavu)
hore zadarmo dole zadarmo
ľavá voľná pravá voľná.
Logické spojovacie prvky: AND, NOT, OR:
Príklad: (Nie je voľné) alebo (nie je voľné)
Príkaz pobočky: príkaz cyklu:
Ak podmienka potom nts pričom stav
séria príkazov séria príkazov
všetky kts
(V KIM 2009 Robotické príkazy odlišné od tých, ktoré sú deťom známe, čo viedlo k zmätok :)
Príkaz pobočky: príkaz cyklu:
Ak podmienka potom nts, zatiaľ čo stav robiť
séria príkazov séria príkazov
koniec koniec
Celkový pohľad na okno programu Kumir. Grafické prostredie robota:
v KIM demo verzia 2010 formát príkazu zmenený na zaužívané
Poradie vytvárania algoritmu:
1.Tímy Nástroje - Úprava štartovacieho prostredianakreslite steny na poli robota a nastavte robota do pôvodnej polohy.
2. Príkazy Robot - Zmeňte štartovacie prostrediezachrániť nové prostredie.
3. Príkazy Prilepiť – použite robotauveďte umelca.
4. V okne dokumentu napíšte algoritmus pomocou ponuky Vložiť.
5. Vykonanie príkazov - vykonávať nepretržite (alebo krok za krokom) spustiť algoritmus.
6. Zvážte výsledok vykonania algoritmu av prípade potreby ho odlaďte.
Lekcia 1 (2 hodiny) Lekcia 2.
Praktická práca "Kompilácia lineárnych algoritmov.
Úlohy: 1. Robot na ľubovoľnom mieste v poli. Vyfarbite bunku nad, pod a napravo od východiskovej pozície.
- Robot na ľubovoľnom mieste v poli. Posuňte robota o 4 polia doprava a premaľujte ich.
- Vytvorte nové počiatočné prostredie nakreslením štvorcového štvorca na hraciu plochu. Začnite tým, že ušetríte životné prostredie.
- Vytvorte nové východiskové prostredie nakreslením chodby s priechodmi v stenách na ihrisku. Uložte prostredie ako obst2.fil. Zmeňte štartovacie prostredie na novovytvorené.
Stretnutie 2 (2 hodiny) Lekcia 1.
Téma : Vetvenie a postupné spresňovanie algoritmu.
Analýza úloh CIM pomocou robota.
použite robota
alg kim 2009
skoro
ak nie spodok voľný
potom doprava
všetky
ak nie spodok voľný
potom doprava
všetky
ak nie spodok voľný
potom doprava
všetky
kon
použite robota
alg kim 2010
skoro
ak nie spodok voľný
potom doprava
všetky
ak nie spodok voľný
potom doprava
všetky
ak nie spodok voľný
potom doprava
všetky
kon
Atď. otrok. č. 14. Kompilácia a ladenie vetviacich algoritmov
Úlohy. Pozri prílohu.
Lekcia 3. Cyklické algoritmy. Lekcia 1-2
Cieľ: odhaliť podstatu konceptu cyklu v algoritmoch, ukázať formy zápisu cyklov v algoritmoch, dať zručnosti pri vytváraní a písaní cyklických algoritmov.
Atď. otrok. č. 15. Kompilácia a ladenie cyklických algoritmov
1. Vytvorte algoritmus, ktorý vyfarbí všetky vnútorné bunky susediace so stenou.
použite robota
alg
skoro
nc, zatiaľ čo právo zadarmo
zafarbiť; správny
kts
nc, kým je dno voľné
zafarbiť; cesta dole
kts
nc, kým sa dno neuvoľní
zafarbiť; doľava
kts
kon
2. Vytvorte algoritmus, ktorý vyplní všetky bunky medzi robotom a stenou. Vzdialenosť k stene nie je známa.
použite robota
alg
skoro
nc, zatiaľ čo právo zadarmo
správny; zafarbiť
kts
kon
3. Vytvorte algoritmus, ktorý prekreslí všetky bunky medzi dvoma stenami.
použite robota
alg uch3
skoro
nc ešte (horná časť nie je uvoľnená) alebo (dolná časť nie je uvoľnená)
správny
if (nie hore zadarmo) a (nie dole zadarmo)
potom
zafarbiť
všetky
kts
kon
4. Vytvorte algoritmus, ktorý vyplní všetky bunky okolo obdĺžnikovej steny.
alg uch4
skoro
maľovať;
nc až do uvoľnenia
maľovať;
kts
farba;vpravo
nc, kým sa dno neuvoľní
farba;vpravo;
kts
natrieť; nadol
nc, kým nezostane voľný
farba;nadol;
kts
farba;vľavo
nc, kým sa vrch neuvoľní
zafarbiť; vľavo;
kts
kon
použite robota
alg uch5
skoro
správny
nc, kým sa dno neuvoľní
zafarbiť; správny
kts
zafarbiť; cesta dole
nc, zatiaľ čo zostal voľný
zafarbiť; doľava
kts
nc, kým nezostane voľný
zafarbiť; cesta dole
kts
farba;vľavo;farba; hore;
nc, zatiaľ čo top zadarmo
zafarbiť; hore
kts
nc, kým sa vrch neuvoľní
zafarbiť; doľava
kts
kon
Aktivita 4, lekcia 1
Pomocné algoritmy.
Cieľ: zaviesť pojem hlavné a pomocný algoritmus; vysvetliť pravidlá používania pomocného algoritmu; analyzovať príklady algoritmov pomocou pomocného.
Plán lekcie
1.Zavedenie nových pojmov (hlavný a pomocný algoritmus, volanie) a vysvetlenie nových pojmov.
2. Analýza príkladov riešenia úloh pomocou pomocného algoritmu.
Pri riešení niektorých problémov je vhodné rozdeliť ich na menšie čiastkové úlohy, z ktorých každá môže byť navrhnutá ako nezávislý algoritmus. V tomto prípade sa najskôr zostaví takzvaný hlavný algoritmus, v ktorom sa volania pomocných algoritmov používajú na riešenie čiastkových úloh, ktoré sa pridávajú neskôr. Takéto riešenie sa nazývametóda sekvenčného zjemňovania.Umožňuje skupine programátorov pracovať na projekte, pričom každý rieši svoju vlastnú podúlohu.
V procese riešenia problému môže byť každý pomocný algoritmus v prípade potreby rozdelený na menšie pomocné algoritmy.
Zavolá sa príkaz na vykonanie pomocného algoritmu výzva a je zapísaný v tele hlavného algoritmu.
Jeden a ten istý algoritmus možno považovať za hlavný a pomocný vo vzťahu k iným algoritmom. V algoritmickom jazyku je najprv napísaný hlavný algoritmus a pomocné algoritmy sú napísané v riadku nižšie.
Úloha 1:
Robot je v ľavom hornom rohu poľa. Neexistujú žiadne steny ani zatienené bunky. Vytvorte algoritmus pomocou pomocného algoritmu a nakreslite štyri krížiky na jednu vodorovnú čiaru. Konečná poloha robota môže byť ľubovoľná.
Riešenie
Analýza na tabuli:
Úloha2. Robot je v ľavom hornom rohu poľa. Neexistujú žiadne steny ani zatienené bunky. Napíšte algoritmus, ktorý nakreslí šachovnicovo štvorec 8 x 8. Konečná poloha robota môže byť ľubovoľná.
Aktivita 4, lekcia 2
Praktická práca na PC "Riešenie problémov pomocou pomocných algoritmov".
Cieľ : vštepiť praktické zručnosti pri konštrukcii algoritmov metódou postupného spresňovania.
Plán lekcie
1. Úlohu úplne dokončí PC. Študenti dostávajú úlohy a plnia ich v prostredí softvéru Kumir. Výsledky práce sa uložia ako súbory na neskoršie overenie.
Úloha1 . Robot je v ľavom dolnom rohu poľa. Neexistujú žiadne steny ani zatienené bunky. Napíšte algoritmus, ktorý nakreslí 6 zvislých pruhov rovnakej dĺžky v 6 bunkách. Konečná poloha robota môže byť ľubovoľná.
Úloha2 .Pomocou pomocného nástroja vytvorte algoritmus na maľovanie buniek, ktoré tvoria číslo 1212.
Domáca úloha: Vymyslite algoritmus, ktorý nakreslí nasledujúci obrázok: Použite dva pomocné algoritmy na vyriešenie problému.
Aktivita 5 Lekcia 1-2
Test
"Kompilácia algoritmu v prostredí vykonávacieho robota".
Cieľ: otestovať nadobudnuté vedomosti o tvorbe a schopnosti analyzovať algoritmy v prostredí softvéru Kumir.
Úlohy pre kontrolná práca sú rozdelené podľa úrovní obtiažnosti a obsahujú 3 úlohy s vykonávateľom Robot (úloha 1 a 2 - na vetvenie a slučky, úloha 3 - na použitie pomocného algoritmu.) Texty úloh sú uvedené v prílohe.
Počiatočné a konečné podmienky a vytvorené algoritmy sú zaznamenané ako súbor.
Známka je nastavená podľa náročnosti úlohy. Žiak má právo zvoliť si typ úlohy.
Performer Robot Command systém pre účinkujúceho Robot Pohybové príkazy: hore, dole, doľava, doprava Robot sa pohybuje o jednu bunku nahor, nadol, doľava, doprava. Príkaz premaľovať - premaľuje bunku, v ktorej stojí Robot. Kontrola platnosti podmienky: hore voľný, dole voľný, vľavo voľný, vpravo voľný Robot skontroluje pravdivosť podmienky neprítomnosti steny v cele, kde sa robot nachádza. Môžete použiť záznam vytvorených zložených podmienok logické operácie A, ALEBO, NIE.
Performer Robot Priama úprava prostredia Všetky príkazy na úpravu prostredia sa vykonávajú pomocou myši: vložiť/odstrániť stenu - kliknúť na hranicu medzi bunkami, vymaľovať/vymazať bunku - kliknúť na bunku, presunúť robota - ťahať myšou do požadovanej bunky .
Executor Robot Príkazy ponuky Robot Zobraziť pole Robot Zviditeľní okno monitorovania robota. Tlačové prostredie Vytvorí súbor v vo formáte PDF, zobrazujúci aktuálnu situáciu farebne alebo čiernobielo. Uložiť prostredie do súboru Creates textový súbor s popisom situácie v internom formáte *.fil. Tento súbor je možné neskôr načítať ako spúšťacie prostredie (príkaz Zmeniť spúšťacie prostredie) alebo pri úprave spúšťacieho prostredia (príkaz Otvoriť spúšťacie prostredie editovať okná). Zmeniť ako štartovacie prostredie Nastaví nový názov súboru štartovacieho prostredia (pomocou štandardného dialógového okna) a načíta nové štartovacie prostredie. Návrat do štartovacieho prostredia Nastaví štartovacie prostredie na aktuálne.
Performer Robot Obrázok aktuálnej situácie v pozorovacom okne Obraz aktuálnej situácie je vždy úplne umiestnený v pracovnom poli pozorovacieho okna pre Robota. Pozadie pracovného poľa je zelené. Tienené bunky sú sivé. Medzi bunkami sú tenké čierne čiary. Steny Zobrazené ako hrubé žlté čiary. V bunke pracovného poľa pozorovacieho okna je robot zobrazený ako kosoštvorec.
Príklad robota interpreta 1. Vytvorme algoritmus s názvom „Knight's Move“ na presun robota z bodu A do bodu B (obr. 3). Algoritmus má tvar (obr. 4). Po jej vykonaní sa Robot presunie do požadovaného bodu (obr. 5). Algoritmus napísaný v jazyku interpreta sa nazýva program. Obr.3Obr.4 Obr.5
Robotický umelec má systém príkazov. Zvážte jednoduché príkazy robota. Celkovo je ich 5:
hore- posuňte robota o jednu bunku nahor
cesta dole- posuňte robota o jednu bunku nadol
doľava- posuňte robota o jednu bunku doľava
správny- posuňte robota o jednu bunku doprava
zafarbiť
Cvičenie 1. Nakreslite štvorec so stranou 3 buniek.
Spustenie Kumir
Odstráňte symbol "|" a nazvite náš algoritmus "Štvorec" (vedľa úradné slovo alg písať Námestie)
zafarbiť
zafarbiť
zafarbiť
Spustite program a uvidíte, čo sa stane. Stlačením spustíte F9 alebo tlačidlo na paneli s nástrojmi Spustite program
Ak takéto okno robota nemáte, potom na paneli s nástrojmi kliknite na „ Zobraziť okno robota“ alebo v ponuke Robot vyberte položku „ Zobraziť okno robota". Pokračujeme ďalej:
cesta dole
zafarbiť
cesta dole
zafarbiť
Potom poďme doľava a namaľujeme spodný okraj štvorca
doľava
zafarbiť
doľava
zafarbiť
Ostala nám jedna nenatretá bunka. Namaľujeme si to
hore
zafarbiť
Všetko je pripravené! V dôsledku toho náš program vyzerá takto:
použite robota
alg Square
zafarbiť
zafarbiť
zafarbiť
zafarbiť
zafarbiť
zafarbiť
zafarbiť
zafarbiť
Úloha 2.Použitím jednoduché príkazy robota, napíšte program, ktorý nakreslí písmeno P, R, W, W, T, N.
Podmienená slučka.
Robotický umelec má niekoľko podmienok: hore voľný spodný voľný ľavý voľný pravý voľný horná stena spodná stena
ľavá stena pravá stena
Úloha 3 .
kresliť vertikálna čiara z ľavej na pravú hranicu poľa používam slučku s podmienkou. Spočiatku je robot v ľavom hornom rohu.
Zdroj náš program Robot bude vyzerať takto:
použite robota
alg
skoro
zafarbiť
nc, zatiaľ čo právo zadarmo
správny
zafarbiť
kts
kon
V dôsledku vykonania tohto programu uvidíme nasledujúci obrázok:
Úloha 4.Napíšte program, ktorý vytvorí rám okolo pracovného poľa robota bez ohľadu na jeho veľkosť. Samozrejme, pomocou podmienených slučiek. V dôsledku toho by to malo dopadnúť takto:
Celý proces pozostáva z dvoch fáz: montáž a programovanie. Zbierať dobrá robota vyžaduje sa znalosť mechaniky. Ak chcete naprogramovať robota na určité akcie, musíte poznať jazyk, ktorému budete rozumieť základná doska alebo programový blok. Školské znalosti z informatiky tu nestačia.
Kde získať materiál?
Najprv sa musíte rozhodnúť, ako chcete robota zostaviť: z hotových súprav alebo si sami vyberte materiály. Výhodou stavebnice je, že nemusíte jednotlivé diely zháňať jednotlivo. Z jednej sady je najčastejšie možné zostaviť niekoľko zariadení.
Konštrukcia, ktorá nie je zostavená z hotovej sady, sa nazýva otvorený systém. Má to aj svoje výhody: váš robot bude individuálny a vy sami budete môcť vylepšiť dizajn. Určite však strávite viac času a úsilia.
Z čoho je robot vyrobený?
Puzdro - kovové alebo plastové "telo", ku ktorému sú pripojené zvyšné časti. Každý robot má zdroj energie – batérie alebo akumulátor. Podľa toho, akú úlohu bude robot vykonávať, sa vyberú senzory: dokážu rozpoznať farbu a svetlo a reagovať na dotyk.
Aby sa robot pohyboval, potrebujete motory. "hlava" celého mechanizmu - základnej dosky alebo programového bloku. S ich pomocou sa robot pripojí k počítaču a dostane súbor úloh.
Ako ho prinútiť niečo urobiť?
Aby robot mohol vykonať nejakú akciu, musíte vytvoriť počítačový program. Zložitosť tohto kroku závisí od montáže. Ak je robot zostavený zo sady Lego Mindstorms alebo mBot, ich softvér zvládnu aj deti.
Ak si zostavujete robota sami, musíte sa naučiť základy programovania a jazyk, v ktorom budete program písať, napríklad C++.
Prečo robot nemôže spustiť program?
Keď sa dostane na nové miesto, môže zablúdiť a spustiť program nesprávne. Aby robot robil všetko správne, je potrebné nastaviť senzory. Napríklad príliš jasné osvetlenie môže narúšať primerané rozpoznávanie farieb. V závislosti od povrchu, po ktorom sa robot pohybuje, sa prispôsobuje výkon motorov.
Môžem sa naučiť zostavovať a programovať v škole?
Napriek tomu, že robotika nie je zaradená do školských osnov, učitelia fyziky a informatiky môžu dieťa naučiť zostavovať a programovať. V Belgorode majú niektoré školy krúžky, kde robia roboty.
„Po hodinách s učiteľmi fyziky a informatiky sa učíme programovať. Už vieme, ako pracovať v LegoMindstorms a Robolab ( softvér pre roboty - cca. vyd.). Občas sa tiež učíme, ako robiť 3D kresby dielov,“ povedali študenti belgorodského inžinierskeho mládežníckeho internátneho lýcea a účastníci RoboFest-2018. Anton Peršin a Dmitrij Černov.
Kde sa okrem školy môže stať robotníkom?
Technická škola BelSU má triedu, kde sa učia zostavovať a programovať roboty. V roku 2017 sa v Belgorode otvorilo Quantorium, kde sa školáci učia robotiku už od deviatich rokov.
Ak sa chcete stať skutočným robotikom, môžete vstúpiť na Fakultu robotiky. V Belgorode takí ešte nie sú, ale v BSTU im. Shukhov má oddelenie technickej kybernetiky. Jej študenti vyhrávajú ceny na celoruských súťažiach v robotike.
Dokážete sa učiť sami?
Áno. Na internete je veľa zdrojov, kde sa môžete dozvedieť, čo postaviť a ako naprogramovať robota.
Bude robot užitočný?
Dá sa prispôsobiť na každodenné úlohy a urobiť z neho pomocníka v domácnosti. Na internete je množstvo príkladov, ako domáci vynálezcovia vytvárajú roboty na pečenie palaciniek či upratovanie bytu.
Ako potvrdiť svoj úspech pri vytváraní robotov?
Zúčastnite sa súťaží ako RoboFest. Existujú rôzne nominácie v závislosti od veku a smeru. V podstate každý typ robota má dráhu, na ktorej plní úlohy: zachytáva kocku alebo kreslí čiaru. Existujú aj statické systémy, v ktorých sudcovia hodnotia prezentáciu projektu a fungovanie mechanizmov.
Účastníci spravidla prichádzajú na súťaže s zostavené robotmi a v príprave trávia čas len kalibráciou senzorov a nastavovaním programu.
Redakcia je vďačná za pomoc pri tvorbe materiálu účastníkov RoboFestu-2018 Dmitrij Agafonov, Dmitrij Černov, Anton Peršin a Danila Migrina.
Natália Malyihina