Простые эксперименты с дронами на школьных занятиях

Введение

В современном образовательном процессе все большее внимание уделяется практическому обучению и экспериментам, что способствует развитию критического мышления, творческого подхода и повышает мотивацию к учебе, позволяет учащимся лучше понимать изучаемые концепции и применять знания на практике. В этом контексте дроны становятся отличным инструментом, который может сделать уроки более интерактивными и увлекательными.

Как дроны могут сделать уроки более интерактивными? Квадрокоптеры дают возможность проводить реальные эксперименты в области физики, математики, информатики и даже искусства. Управление дроном требует понимания принципов аэродинамики, программирования и т.д.

В этой статье мы рассмотрим три простых эксперимента с дронами, которые можно провести на школьных занятиях, и покажем, как они связаны с примерами из реальной жизни.

Эксперимент 1: Измерение скорости и высоты

Цель: понять, как скорость влияет на высоту полета.

Этот эксперимент поможет учащимся понять основные принципы аэродинамики и движения в воздухе.

Процесс: использование встроенных датчиков для сбора данных.

Шаг 1: Подготовка оборудования

• Дрон со встроенными датчиками высоты и скорости.
• Смартфон или планшет с приложением для управления дроном и записи данных.
• Безопасное открытое пространство для полетов.

Шаг 2: Проведение полета на различных высотах

• Запустите дрон и поднимите его на определенную высоту, например, 5 метров.
• Пилотируйте дрон по прямой линии на этой высоте и запишите скорость, которую показывает приложение.
• Повторите эксперимент на высотах 10, 15 и 20 метров.

Шаг 3: Сбор и запись данных

• Запишите все полученные данные в таблицу, указав высоту и соответствующую скорость полета.
• При необходимости повторите полеты для повышения точности результатов.

Анализ: построение графиков и обсуждение результатов.

Шаг 4: Построение графика

• Постройте график зависимости скорости от высоты полета.
• Используйте программное обеспечение или выполните построение вручную.

Шаг 5: Обсуждение результатов

• Проанализируйте полученный график: как изменяется скорость при увеличении высоты?
• Обсудите возможные причины наблюдаемых изменений, такие как разреженность воздуха или влияние ветра.

Шаг 6: Связь с реальной жизнью

• Поговорите о том, как эти принципы применяются в авиации.
• Обсудите, почему самолеты летают на больших высотах и как это влияет на их скорость и эффективность.

Эксперимент 2: Влияние веса на полет

Цель: изучить, как дополнительный вес влияет на маневренность и время полета.

Второй эксперимент позволяет учащимся понять, как изменение веса дрона влияет на его производительность, маневренность и продолжительность полета.

Процесс: добавление небольших грузов и наблюдение изменений.

Шаг 1: Подготовка оборудования

• Дрон с возможностью крепления дополнительных грузов.
• Набор небольших грузов (например, монетки, маленькие батарейки).
• Весы для точного измерения добавляемого веса.

Шаг 2: Базовый полет без груза

• Проведите контрольный полет без дополнительного веса.
• Запишите время полета до разряда батареи и отметьте маневренность дрона.

Шаг 3: Добавление груза

• Прикрепите к дрону небольшой груз, например, 10 граммов.
• Повторите полет, записывая время и наблюдения о маневренности.
• Постепенно увеличивайте вес груза (20 г, 30 г и т.д.) и повторяйте эксперимент.

Анализ: обсуждение принципов аэродинамики.

Шаг 4: Сравнение результатов

• Составьте таблицу с данными о весе груза, времени полета и маневренности.
• Обратите внимание на тенденции: как увеличение веса влияет на время полета и управляемость дрона.

Шаг 5: Обсуждение аэродинамики

• Объясните, как дополнительный вес увеличивает нагрузку на двигатели и расход энергии.
• Поговорите о принципах подъемной силы и сопротивления воздуха.
• Обсудите, как эти принципы влияют на реальный транспорт, например, на грузовые самолеты или автомобили.

Шаг 6: Выводы

• Сделайте выводы о важности оптимизации веса для эффективности полета.
• Обсудите, как инженеры решают проблемы веса в авиации и космонавтике.

Эксперимент 3: Навигация по заданному маршруту

Цель: развитие навыков программирования и планирования.

Третий эксперимент фокусируется на программировании и навыках планирования, позволяя учащимся задать маршрут для дрона и оценить его точность.

Процесс: задать маршрут и запрограммировать дрон на его выполнение.

Шаг 1: Подготовка оборудования

• Дрон с функцией программирования маршрута.
• Компьютер или планшет с соответствующим программным обеспечением.
• Открытая площадка с отметками для контроля маршрута (например, конусы или разметка на земле).

Шаг 2: Планирование маршрута

• Совместно с учащимися нарисуйте на бумаге простой маршрут, например, квадрат или восьмерку.
• Переведите этот маршрут в координаты или последовательность команд для дрона.

Шаг 3: Программирование дрона

• Используйте программное обеспечение для ввода маршрута в дрон.
• Объясните учащимся основы программирования: циклы, условия, последовательность действий.

Шаг 4: Выполнение полета

• Запустите дрон и наблюдайте, как он выполняет заданный маршрут.
• Записывайте любые отклонения от плана.

Анализ: оценка точности и факторов, влияющих на отклонения.

Шаг 5: Оценка результатов

• Сравните фактический маршрут дрона с запланированным.
• Измерьте отклонения и запишите их.

Шаг 6: Обсуждение факторов влияния

• Обсудите возможные причины отклонений: ветер, погрешности в программировании, технические ограничения.
• Поговорите о важности точности в программировании и навигации.

Шаг 7: Улучшение программы

• Предложите учащимся внести изменения в программу для повышения точности.
• Повторите эксперимент и сравните результаты.

Шаг 8: Связь с реальной жизнью

• Объясните, как такие навыки применяются в робототехнике, логистике и автоматизированных системах.
• Обсудите значение программирования и точного планирования в современном мире.

Методические рекомендации

Подготовка материалов и оборудования

• Безопасность прежде всего. Убедитесь, что дроны исправны, а операторы обучены основам управления.
• Доступность. Выберите дроны, подходящие для образовательных целей, с простым управлением и необходимыми функциями.
• Материалы. Подготовьте все необходимые материалы заранее, включая дополнительные батареи, инструменты и средства первой помощи.

Обеспечение безопасности во время экспериментов

• Выбор места. Проводите эксперименты на открытых площадках вдали от людей и препятствий.
• Правила поведения. Объясните учащимся правила безопасности и поведения во время работы с дронами.
• Наблюдение. Преподаватель или опытный оператор должен постоянно контролировать процесс.

Интеграция результатов в учебный процесс

• Связь с учебной программой. Подчеркните, как эксперименты связаны с темами уроков и образовательными стандартами.
• Обсуждение. Организуйте обсуждения и презентации результатов, стимулируя критическое мышление.
• Документация. Поощряйте учащихся за ведение записей, составление отчетов и обсуждение выводов.

Заключение

Преимущества использования дронов для практического обучения очевидны: они делают занятия более динамичными, помогают учащимся лучше понять сложные концепции и развивают широкий спектр навыков, от технических до коммуникативных.

Мотивация учащихся через интерактивные занятия значительно повышается, когда они видят реальные результаты своих действий и могут применять знания на практике. Эксперименты с дронами стимулируют интерес к науке и технологиям, что особенно важно в современном мире.