Рабочая программа учебной дисциплины ОП.14.В. «Робототехника и прикладное программирование» по специальности 09.02.07 «Информационные системы и программирование»

Вид учебной работы

Объем часов

Максимальная учебная нагрузка (всего)

122

Обязательная аудиторная учебная нагрузка (всего)

122

в том числе:

Практические работы

60

Аттестация в форме дифференцированного зачета

Наименование разделов и тем

Содержание учебного материала, лабораторные и практические работы, самостоятельная работа обучающихся

Объем часов

Коды формируемых компетенций

Уровень освоения

Раздел 1.

Робототехника как прикладная наука

Тема 1.1. История развития робототехники

Содержание учебного материала

12

1.Робототехника в системе наук

2

ОК 1. ОК 7

2

2.История развития робототехники

2

ОК 7 ОК 7

2

3.Законы робототехники

2

ОК 1 ПК.1.3

2

4.Классификация роботов

2

ОК 9 ПК 2.3

2

5.Промышленные,поисковые, военные, бытовые, исследовательские роботы

2

ОК 1 ОК 9

2

6.Области использования робототехнических устройств

2

ОК 1 ПК 2.3

2

Раздел 2.

Оборудование для изучения робототехники

Тема 2.1. Базовые конструкторы в образовательной робототехнике.

Содержание учебного материала

10

1.Знакомство с платой Arduino, ее особенности, виды и предназначения.

2

. ОК 7 ПК.1.3.

2

2.Важные компоненты платы Arduino

2

. ОК 7 ПК.1.3.

2

3.Описание и назначение датчиков стандартного набора

LEGO Mindstorms NXT

2

ОК 1

2

Практические работы

4

1.

Работа с конструктором Lego Mindstorms с помощью программы LEGO Digital Designer

2

ОК 1, ОК 7 ПК.1.3.

3

2.

Создание мини-проекта в программе LEGO Digital Designer

2

ОК 1, ОК 2. ОК 7 ОК 9

3

Раздел 3

Электронные и конструкционные компоненты на базе Arduino UNO

Тема 3.1. Основы конструирования.

Содержание учебного материала

30

1.Устройства для управление роботом

2

ОК 5 ОК 11

2

2.Особенности работы сервомотора

2

ОК 11ПК 1.4.

2

3. Особенности работы сервоприводов

2

ПК 1.4.

2

4.Датчики касания, расстояния, освещенности цвета и их назначение

2

ОК 5 ПК 2.3

2

5.Шилды и компоненты платы Arduino

2

ОК 10 ПК 2.3

2

6.Электронные компоненты робототехнического конструктора, и принципы их работы

2

ОК 10 ПК 1.4.

2

7.Пайка,припой,флюс

2

ПК 1.4. ПК 2.3

Практические работы

16

1

Подключение светодиода к плате Arduino

2

ОК 7 ОК 11 ПК 1.4.

3

2

Применение нажатие кнопки на примере зажигания светодиода. Предотвращение дребезга контактов

2

ОК 7 ОК 11

3

3

Потенциометр. Повторение закона Ома на примере яркости светодиода

2

ОК 7 ОК 11

3

4

Светодиодная шкала 10 сегментов. Вращением потенциометра изменение количество светящихся светодиодов

2

ОК 7 ОК 11 ПК 1.4.

3

5

RGB-светодиод. Широтно-импульсная модуляция.

2

ОК 7 ОК 11

3

6

Семисегментный индикатор одноразрядный. Вывод цифр на индикаторе

2

ОК 7 ОК 11

3

7

Матрица 4-разрядная из 7-сегментных индикаторов. Вывод динамической индикации

2

ОК 7 ОК 11 ПК 1.4.

3

8

Микросхема сдвигового регистра 74НС595. Управление матрицей из 4 разрядов, экономим выходы Arduino

2

ОК 7 ОК 11 ПК 1.4.

3

Раздел 4

Модели конструкторов на базе конструкторов Lego Mindstorms и платформе Arduino

Тема 4.1. Основы конструирования.

Содержание учебного материала

36

1.Системы манипуляции и системы передвижения.

2

ОК 10 ПК 2.3

2

2. Роботы с захватными устройствами.

2

ОК 10 ПК 2.3

2

3. Виды захватных устройств.

2

ОК 7 ПК 1.5.

2

4.Системы передвижения роботов.

2

ОК 10 ПК 1.4.

2

5. Колесные, гусеничные, шагающие, гибридные роботы.

2

ОК 9 ПК 2.3

2

6.Разновидности двухмоторных роботов.

2

ОК 9 ПК 2.3

2

7.Механические передачи (зубчатая, червячная, ременная), их назначение и применение в конструкциях роботов.

2

ОК 10 ПК 1.5.

2

Практические работы

22

1.

 Работа со светодиодной матрицей 8x8

2

ОК 7 ПК 1.5.

3

2.

 Фоторезистор. Обработка освещённости, зажигая или гася светодиоды

2

ОК 7 ПК 1.5.

3

3.

 Использование датчик температуры аналоговый LM335. Принцип работы, пример работы

2

ОК 7 ПК 1.5.

3

4.

 Индикатор LCD1602. Принцип подключения, вывод информации на него

2

ОК 7 ПК 1.5.

3

5.

Сервопривод. Применение потенциометра

2

ОК 7 ПК 1.5.

3

6.

 Обработка данных от джойстика. Управление Pan/Tilt Bracket с помощью джойстика

4

ОК 7 ПК 1.5.

3

7.

Датчик температуры DS18B20

4

ОК 7 ПК 1.5.

3

8.

Датчик влажности и температуры DHT11

4

ОК 7 ПК 1.5.

3

Раздел 5

Программное обеспечение робототехнического конструктора

Тема 5.1. Алгоритмизация

Содержание учебного материала

32

1.Понятие программы

1

ОК 5 ПК 2.3

1

2. Программирование мобильных роботов.

1

ОК 1 ОК 10

2

3.Обзор современных систем программирования мобильных роботов.

1

ОК 1 ПК 2.3

2

4.Классификация программного обеспечения.

1

ОК 10 ПК 2.3

2

5.Программирование Arduino

2

ОК 10

2

6. Интерфейс и особенности программирования в среде Scratch

2

ОК 10 ПК 2.3

2

7.Интерфейс и особенности программирования в среде RoboLab.

2

ОК 9 ПК 2.3

2

8.Решение прикладных задач.

Алгоритм движения по кругу, вперед – назад, по квадрату и «восьмеркой». Запуск и отладка программы.

2

ОК 1 ПК 2.3

2

9. Использование простых механизмов в робототехнике.

2

ОК 9 ОК 1

2

Практические работы

18

1.

Работа в среде программирования scratch

4

ОК 4 ОК 7

3

2.

Решение прикладных задач с помощью датчиков базового набора конструктора

2

ОК 7 ПК 1.5.

3

3.

Ультразвуковой датчик расстояния HC-SR04. Принцип работы, подключение, пример

2

ОК 7 ПК 2.3

3

4.

Работа со считывателем RFID на примере RC522.

2

ОК 7 ПК 1.5.

3

5.

Вариативное использование датчиков для решения задачи прохождения лабиринта.

4

ОК 4. ОК 5 ОК 7

3

6.

Реализация задач движения по линии в различных программных средах (черная линия, цветная линия, инверсная линия, прерывающаяся линия).

4

ОК 4 ОК 7 ПК 2.3

3

Дифференцированный зачет

2

ОК 5

Всего:

122

Результаты обучения

(освоенные умения, усвоенные знания)

Формы и методы контроля и оценки результатов обучения

В результате освоения дисциплины обучающийся должен иметь практический опыт:

Проводить тестирование программного модуля по определенному сценарию.

Оценка результатов тестирования программных модулей компонентов ARDUINO . Темы 3.1- 3.7

-Анализировать алгоритмы, в том числе с применением инструментальных средств.

Оценка построения и анализа алгоритмов SCRATH. Темы 5.1- 5.9

-Осуществлять рефакторинг и оптимизацию программного кода.

Оценка и контроль за выполнением рефакторинга и оптимизации программируемых частей кода для работоспособности компонентов робототехники. Темы Раздела 4.

-Отлаживать программные модули.

Оценка интеграции программных модулей LEGO Digital Designer. Практические работы раздела 2.

В результате освоения дисциплины обучающийся должен знать:

- Основные принципы отладки и тестирования программных продуктов.

Фронтальный опрос, собеседование по разделу 4:

Оценка результатов выполнения различных видов тестирования по темам 4.5, 4.6, 4.7

- Инструментарий отладки программных продуктов.

фронтальный опрос, собеседование по темам 2.1. 2.2. 2.3. 2.4

Подготовка презентаций и докладов

- Инструментальные средства анализа алгоритма.

фронтальный опрос по теме 5.1

-Методы организации рефакторинга и оптимизации кода.

Оценка и контроль за выполнением рефакторинга и оптимизации программируемых частей кода для работоспособности компонентов робототехники. Темы Раздела 4.

-Основные методы отладки.

Оценка интеграции программных модулей LEGO Digital Designer. Практические работы раздела 2.

-Методы организации работы в команде разработчиков.

Разделение компилируемых частей одного кода для работы группы разработчиков. Интеграция частей кода в один алгоритм. ( проект умный дом)

- Основные виды заданий, выполняемых программируемыми роботами;

Тестирование по разделу №3

В результате освоения дисциплины обучающийся должен уметь:

- Выполнять отладку и тестирование программы на уровне модуля.

практические занятия по разделу 5.1,выполнение индивидуальных заданий

-Выполнять оптимизацию и рефакторинг программного кода.

практические занятия, индивидуальные проекты Arduino

-Выполнять отладку, используя методы и инструменты условной компиляции.

Оценка интеграции программных модулей LEGO Digital Designer. Практические работы раздела 2.

ОК 1. Выбирать способы решения задач профессиональной деятельности, применительно к различным контекстам

Подбор типов и метода конструирования элементов робототехники в практических работах №1 и №2 Темы 2.

ОК 2. Осуществлять поиск, анализ и интерпретацию информации, необходимой для выполнения задач профессиональной деятельности

Анализ способностей обучающегося к поиску различных нестандартных приемов программирования в рамках практической работы №1 раздела 2

ОК 4. Работать в коллективе и команде, эффективно взаимодействовать с коллегами, руководством, клиентами.

Групповой проект в среде Scratch,работа по командам над проектом Arduino в рамках практической работы №1 раздела 5.

Индивидуальные проекты Arduino, выполнение практических работ 5-6 в разделе 5.1

ОК 5. Осуществлять устную и письменную коммуникацию на государственном языке с учетом особенностей социального и культурного контекста.

ПР №6 раздела 5. Решение задачи прохождения лабиринта роботом.

Контроль за защитой проекта на дифференцированном зачете

ОК 7. Содействовать сохранению окружающей среды, ресурсосбережению, эффективно действовать в чрезвычайных ситуациях.

Соблюдение правил экологической безопасности при ведении профессиональной деятельности.

Обеспечивать ресурсосбережение на рабочем месте. Практические работы разделов 1-5

ОК 9. Использовать информационные технологии в профессиональной деятельности

Оценка мини- проекта ПР№2 Раздела 2.

ОК 10. Пользоваться профессиональной документацией на государственном и иностранном языках.

Применение в профессиональной деятельности инструкций на государственном и иностранном языке. Практические работы раздела 4. Контроль за правильным использованием руководств по эксплуатации технических средств робототехники ( в том числе на иностранном языке) Разделы 3.4.5.

ОК 11. Планировать предпринимательскую деятельность в профессиональной сфере

Контроль самостоятельного принятия решений по определению задач для эффективной реализации работоспособности компонентов Arduino - практические работы раздела 3.