Архив Галактики

За партой с роботом

legoedurus's blog / 22.08.2014

В настоящее время явно выражена тенденция к внедрению роботов в различных сферах человеческой деятельности – здравоохранении, промышленности, военной сфере. Можно с уверенностью говорить, что это не временное явление – ведь ничто не заменит робота, когда необходимо выполнить сверхточные или опасные работы. Однако и в повседневной жизни мы стали чаще встречаться с ними: роботы-игрушки, роботы-пылесосы, системы автоматической парковки в автомобилях. Повышенный интерес к робототехнике рождает высокий спрос на специалистов в данной отрасли. Поэтому в настоящее время организация занятий по робототехнике в школе приобретает все большую значимость и актуальность.

Зачем школьнику робот?
Робототехника находится на пересечении нескольких учебных предметов: математика, физика, конструирование, информатика. Когда учащиеся занимаются робототехникой, то они начинают на практике использовать знания, полученные на занятиях математики, физики, технологии. Это решает одну из важнейших задач школы: научить ребят использовать свои знания. Только на практике ребята начинают понимать, как применять математические формулы, как работают физические законы.

Например, на уроках математики можно рассчитать траекторию движения робота, на физике – изучить свойства ультразвука и магнитного поля, на биологии определить влажность почвы, а на химии – рассчитать pH воды. Расхождения между вычислениями и практическими результатами эксперимента научат учащихся осознавать роль упрощений, так часто используемых в теории. Занятия робототехникой позволят разнообразить уроки, ответить на извечный вопрос школьников: «Зачем мне изучать синусы / законы Ньютона / биоценоз?», а также раскрыть технический потенциал учащегося и помочь ему с выбором будущей профессии.



Другая возможность, которую дают занятия робототехникой - это реализация творческих проектов. Разработка проектов позволит ребятам научиться работать в команде, самостоятельно ставить задачи и стараться их решить, сформировать исследовательские навыки. Решая проблему, команда определяет план разработки проекта, назначает исполнителей на каждую ее фазу, распределяет время, привлекает необходимые ресурсы, в том числе информационные. В процессе работы над проектом учащиеся имеют возможность проявить инициативу и творчество. Например, на занятиях по краеведению ребята могут построить макет памятника и сконструировать робота-гида, проводящего экскурсию. Также учащиеся могут попробовать решить бытовую задачу, сконструировав сигнализацию для дома, вентилятор, робота-уборщика. Выполнив несколько простых проектов, команда может приступать к решению более серьезных задач, например, созданию автопилота, спасательного робота или проектированию города на Марсе. Результатом работы над подобным проектом будет являться не только действующий робот, но и отчет, включающий в себя анализ проблемы, возможные варианты ее решения, описание конструкции робота и его программы. Итоговой защитой работы может стать проведение презентации перед одноклассниками или выступление на конференции НОУ.



Кроме учебных занятий по робототехнике следует обратить внимание на мероприятия, позволяющие привлечь интерес учащихся – соревнования, олимпиады, выставки, мастер-классы по программированию роботов. В образовательной робототехнике существует множество соревнований: Hello Robot, World Robotic Olympiad (WRO), FIRST, ELROB, ABU ROBOCON. Соревнования дают возможность ребятам общаться между собой, обмениваться знаниями и идеями. Эти соревнования имеют мировой масштаб, поэтому у учащихся, занимающихся робототехникой, есть возможность войти в состав российской сборной и представлять Россию на финалах международных соревнований в США, Японии, Индонезии или, что особенно приятно, у себя дома. На выставках школьники могут продемонстрировать своих роботов, рассказать о том, как они устроены, объяснить, где подобных роботов можно использовать в жизни.



От игр с конструктором к конструированию роботов
В настоящее время для обучения робототехнике в школах используются конструкторы LEGO Mindstorms. Данный выбор обусловлен простотой конструктора и широким охватом по возрасту: ребятам будет интересно заниматься с этим набором и в 5 классе, и в выпускном.



Первый конструктор LEGO Mindstorms был выпущен в 1998 году, и за 16 лет развития он претерпел множество изменений: увеличилось быстродействие робота, появилось множество новых деталей и приспособлений. Благодаря простоте конструктора, его изучение не занимает много времени и позволяет быстро переходить к практическим занятиям.



Используя данный набор, школьники могут выполнить проект в рамках любого предмета. На его базе можно организовать занятия по информатике, физике, математике, технологии. Большое число дополнительных датчиков – гироскопы, акселерометры, компасы, камеры - позволяют реализовывать самые интересные идеи. Полноразмерный сигвей, сканер изображений, подводная лодка, робот с автопилотом, робот, собирающий кубик Рубика быстрее человека, 3D-принтер – все эти проекты были выполнены из LEGO Mindstorms. Множество идей и реализаций можно найти в интернете и учебниках, посвященных LEGO.



Около года назад в продажу поступила новая версия конструктора LEGO Mindstorms EV3, расширяющая возможности ведения проектной деятельности. При создании данного конструктора разработчики тесно сотрудничали с преподавателями и результат их совместной работы очевиден. В новом роботе были учтены многие пожелания преподавателей: новый инструмент регистрации данных позволил проводить интересные опыты, в новой среде разработки стало возможным составлять интерактивные уроки и оформлять проекты.



Рассмотрим особенности нового набора подробнее.

• Для проведения экспериментов был создан инструмент регистрации данных. Он позволяет собирать, анализировать и обрабатывать данные, поступающие с датчиков. Учащиеся могут построить график по этим данным и определить характер исследуемой зависимости. Функция программирования робота с помощью графика позволит автоматизировать опыт. Например, можно запрограммировать робота так, чтобы он выталкивал в чашу с водой кубик льда при достижении определенной температуры воды.

• Программирование робота EV3 выполняется в графическом интерфейсе. Перетаскивая блоки команд, ученики формируют последовательность действий, которые будут выполняться роботом. Графический интерфейс позволяет быстро научиться программировать роботов, но, вместе с тем, он дает возможность создавать и сложные программы. В старших классах можно предложить учащимся использовать более профессиональные инструменты – программный пакет National Instruments LabVIEW или язык программирования RobotC.



• Новое программное обеспечение позволяет ученикам описывать свой проект по мере его создания во встроенных электронных тетрадях. Школьники могут добавлять видео о действиях робота, результаты экспериментов, фотографии. Такой унифицированный формат оформления проектов упрощает его анализ, преподаватель сможет более быстро определить текущее состояние проекта и внести необходимые коррективы.

• Для данного набора были специально подготовлены обучающие материалы, удовлетворяющие требованиям Федеральных государственных стандартов образования. Входящие в комплект пошаговые инструкции по сборке базовых моделей помогут сконструировать и запрограммировать первых роботов. В комплект также входит несколько глав самоучителя robot educator, который позволяет легко изучить конструктор и среду программирования. Специально для преподавателей выпускаются учебники, комплекты заданий и учебно-методические комплексы, посвященные LEGO роботам.

С конструкторами LEGO Mindstorms занятия в школе станут интереснее и привлекательнее для учеников, а изучение робототехники возродит интерес к техническим наукам и инженерным специальностям.

Автор А. М. Ворон, преподаватель НИИТ
Материал был опубликован в журнале "Директор школы" 03.2014