Что такое робототехника для школьников? Вузы, готовящие специалистов по робототехнике. Основная и старшая школа

Робототехник одновременно является инженером, программистом и кибернетиком, должен иметь знания в области механики, теории проектирования и управления автоматическими системами. Поэтому, чтобы стать квалифицированным специалистом в этой области, нужно иметь колоссальные знания и практические навыки в разных областях.

Самые востребованные специальни будущего, связанных с робототехникой

Инженеры-робототехники занимаются созданием роботов. Исходя из целей проекта, они продумывают электронную начинку, механику движения, программируют машину на определённые действия. Причём работа по созданию робота обычно ведётся целой командой разработчиков.

Однако недостаточно создать инновационную автоматизированную технику, нужно управлять её работой, проводить регулярный осмотр и ремонт. Этим, как правило, занимается обслуживающий персонал.

Кроме того, робототехника постоянно развивается. Начинает процветать кибернетика, которая подразумевает сочетание био- и нанотехнологий. Квалифицированные специалисты этой области регулярно занимаются исследованиями и совершают революционные открытия .

В робототехнике можно выделить 7 востребованных специальностей:

1. Инженер-электроник – разрабатывает робототехнику, ремонтирует оборудование и обеспечивает надёжность электронных элементов управления.

2. Сервисный инженер – занимается техническим обслуживанием и ремонтом робототехники, производит диагностику оборудования, а также проводит обучение и консультации операторов, которые будут управлять роботами.

3. Электротехник – универсальный специалист по электронным приборам, который отвечает за корректное генерирование, преобразование и формирование электрических сигналов, а также обеспечивает проведение многих других процессов. Должен иметь обширные знания в области физики, математики и химии.

4. Программист робототехники – разрабатывает программное обеспечение для роботов, согласно их назначению. Также участвует в сервисном обслуживании, осуществляет запуск и отладку инновационных механизмов.

5. Специалист 3D-моделирования – совмещает в себе навыки визуализатора и модельера. В обязанности специалиста входит разработка трёхмерных моделей робототехники.

6. Разработчик приложений – занимается созданием функциональных приложений для дистанционного управления робототехникой.

7. Педагог специальности «Робототехника» – может заниматься обучением школьников, студентов профильных вузов, преподавать на продвинутых или подготовительных курсах, вести курсы повышения квалификации, участвовать в семинарах и лекциях.

Где обучают робототехнике в России?

Вузы, готовящие специалистов по робототехнике:

1. Московский технологический университет (МИРЭА, МГУПИ, МИТХТ) – www.mirea.ru

2. Московский государственный технологический университет «Станкин» – www.stankin.ru

3. Московский государственный технический университет им. Н. Э. Баумана – www.bmstu.ru

4. Национальный исследовательский университет «МЭИ» – mpei.ru

5. Сколковский институт науки и технологий – sk.ru

5. Московский государственный университет путей сообщения Императора Николая II – www.miit.ru

6. Московский государственный университет пищевых производств – www.mgupp.ru

7. Московский государственный университет леса – www.mgul.ac.ru

Дистанционные курсы:

Первый российский вуз, запустивший онлайн-курсы обучения робототехнике. На данный момент студенты и ученики старших классов могут записаться на два потока: «Практическая робототехника» и «Основы робототехники».

2. Просветительский проект «Лекториум» – www.lektorium.tv

Проводит онлайн-курсы по основам робототехники для старшеклассников, студентов и специалистов.

3. Образовательная программа Intel – www.intel.ru

Клубы и кружки для подростков:

Университет Innopolis запустил в трёх регионах России программу обучения школьников.

2. Клуб «РОБОТРЕК» в Саратове – робототехника-саратов.рф

3. «Лига роботов» в Москве – obraz.pro

4. Учебный центр Edu Craft в Москве – www.edu-craft.ru

5. Клубы My Robot в Санкт-Петербурге – hunarobo.ru

6. Академия робототехники в Краснодаре – www.roboticsacademy.ru

7. Лаборатория робототехники Политехнического музея Москвы – www.roboticsacademy.ru

Полный список кружков и клубов во всех городах России можно найти на сайте: edurobots.ru .

Таким образом, люди любого возраста и специальности имеют возможность в кратчайшие сроки освоить навыки создания автоматизированных систем. Практически на всех курсах обучения выдают сертификат, подтверждающий факт приобретения слушателем теоретических и практических знаний по разработке робототехники.

Сегодня занятия робототехникой становятся очень популярными. Школьникам такие уроки помогают сформировать и развить критическое мышление, научиться творчески подходить к процессу решения задач различного уровня сложности, а также получить навыки работы в команде.

Новое поколение

Современное образование переходит на новый виток своего развития. Многие педагоги и родители ищут возможность заинтересовать детей наукой, привить любовь к обучению и зарядить желанием творить и мыслить неординарно. Традиционные формы изложения материала уже давно утратили свою актуальность. Новое поколение не похоже на своих прародителей. Они хотят учиться живо, интересно, интерактивно. Это поколение легко ориентируется в современных технологиях. Дети хотят развиваться так, чтобы не только идти в ногу со стремительно развивающимися технологиями, но и непосредственно участвовать в этом процессе.

Многие из них интересуются: «Что такое робототехника? Где этому можно учиться?».

Образование и роботы

Эта учебная дисциплина включает в себя такие предметы, как конструирование, программирование, алгоритмику, математику, физику и другие дисциплины, связанные с инженерией. Ежегодно проводится World Robotics Olympiad (всемирная олимпиада по робототехнике - WRO). В образовательной сфере - это массовое соревнование, позволяющее лучше узнать, что такое робототехника для тех, кто впервые сталкивается с подобным предметом. Оно дает возможность попробовать свои силы участникам более чем из 50 стран. На соревнования съезжаются порядка 20 тысяч команд, в состав которых входят дети от 7 до 18 лет.

Основная цель WRO: развитие и популяризация НТТ (научно-технического творчества) и робототехники в молодежной и детской среде. Подобные олимпиады являются современным образовательным инструментом XXI века.

Новые возможности

Чтобы дети лучше понимали, что такое робототехника, на соревнованиях применяются теоретические и практические навыки, полученные на занятиях в рамках клубной работы и школьной программы по изучению естественно-научных предметов и точных наук. Увлеченность робототехнической дисциплиной постепенно перерастает в желание глубже узнать такие науки, как математика, физика, информатика и технологии.

WRO - это уникальная возможность для ее участников и наблюдателей не только узнать глубже что такое робототехника, но и развить в себе навыки творчества и критического мышления, которые так необходимы в XXI веке.

Обучение

Интерес к образовательной дисциплине робототехнического направления растет с каждым днем. Материальная база постоянно улучшается и развивается, многие идеи, еще недавно остававшихся мечтой - сегодня реальность. Изучение предмета «Основы робототехники» стало возможным для большого числа детей. На уроках ребята учатся решать задачи с ограниченными ресурсами, обрабатывать и усваивать информацию, а также использовать ее в правильном русле.

Дети учатся легко. Современное подрастающее поколение, воспитывающееся на различных гаджетах, как правило, не имеет трудностей в освоении дисциплины «Основы робототехники», при условии наличия желания и тяги к новым знаниям.

Нужно что даже взрослых людей сложнее переучивать, чем научить чистые, но жаждущие детские умы. Положительной тенденцией есть колоссальное внимание к популяризации робототехники в молодежной среде со стороны правительственных органов России. И это понятно, так как задача модернизации и привлечения молодых специалистов - это вопрос конкурентоспособности государства на международной арене.

Важность предмета

Сегодня актуальным вопросом Министерства образования стоит введение образовательной робототехники в круг школьных дисциплин. Она считается важным направлением развития. На уроках технологии дети должны получать представления о современной сфере развития техники и конструирования, которые дают им возможность самим придумывать и строить. Не обязательно всем ученикам становиться инженерами, но возможность должна быть у каждого.

Вообще, уроки робототехники крайне интересны детям. Это важно понимать всем - и учителям, и родителям. Такие занятия дают возможность увидеть другие дисциплины в ином свете, понять смысл их изучения. А ведь именно смысл, понимание того, зачем это нужно, движет умами ребят. Его отсутствие сводит на нет все усилия учителей и родителей.

Важным фактором является то, что обучение робототехнике - процесс не напрягающий и всецело поглощающий детей. Это не только развитие личности ученика, но и возможность уйти от улицы, неблагоприятной обстановки, праздного времяпровождения и влекущих за ним последствий.

Происхождение

Само название робототехники происходит от соответствующего английского robotics. Это прикладная наука, которая занимается разработкой технических автоматизированных систем. На производстве она является одной из главных технических основ интенсификации.

Все законы робототехники, как и сама наука, тесно связаны с электроникой, механикой, телемеханикой, механотроникой, информатикой, радиотехникой, электротехникой. Сама робототехника подразделяется на промышленную, строительную, медицинскую, космическую, военную, подводную, авиационную и бытовую.

Понятие «робототехника» впервые в своих рассказах использовал писатель-фантаст Это было в 1941 году (рассказ «Лжец»).

Само слово «робот» придумали в 1920 году чешский писатели и его брат Йозеф. Оно вошло в научно-фантастическую пьесу «Россумские универсальные роботы», которая была поставлена в 1921 году и пользовалась большим зрительским успехом. Сегодня можно наблюдать, как линия, обозначенная в пьесе, получила широкое развитие в свете научно-фантастической кинематографии. Суть сюжета: хозяин завода занимается разработкой и наладкой выпуска большого числа андроидов, способных работать без отдыха. Но эти роботы в итоге восстают против создателей.

Исторические примеры

Интересно, что зачатки робототехники появились ещё в античные времена. Об этом свидетельствуют останки движущихся статуй, которые были изготовлены в I веке до н.э. Гомер писал в «Илиаде» о сотворенных из золота служанок, способных говорить и мыслить. Сегодня разум, которым наделяют роботов, получил название - искусственный интеллект. Кроме того, древнегреческому инженеру-механику Архиту Тарентскому приписывают разработку и создание механического летающего голубя. Это событие датируется приблизительно 400 годом до н.э.

Таких примеров большое множество. Они хорошо раскрыты в книге Макарова И.М. и Топчеева Ю.И. «Робототехника: история и перспективы». В ней в популярной форме рассказано об истоках современных роботов, а также очерчена робототехника будущего и соответствующее развитие человеческой цивилизации.

Типы роботов

На современном этапе важнейшими классами роботов широкого назначения являются мобильные и манипуляционные.

Мобильный — это автоматическая машина с движущимся шасси и управляемыми приводами. Эти роботы могут быть шагающими, колёсными, гусеничными, ползающими, плавающими, летающими.

Манипуляционный — это автоматическая стационарная или передвижная машина, состоящая из манипулятора с несколькими степенями подвижности и программным управлением, выполняющим двигательные и управляющие функции в производстве. Такие роботы бывают в напольном, портальном или подвесном виде. Наибольшее распространение они получили на приборостроительных и машиностроительных производствах.

Способы перемещения

Большое распространение получили колёсные и гусеничные роботы. Перемещение шагающего робота представляет нелегкую задачу динамики. Такие роботы пока не могут иметь устойчивого движения, присущего человеку.

Относительно летающих роботов можно сказать, что большинство современных самолётов как раз ими являются, но управляются они пилотами. В то же время автопилот может контролировать полёт на всех стадиях. К летающим роботам относятся и их подкласс - крылатые ракеты. Такие аппараты имеют небольшой вес и выполняют опасные миссии, вплоть до ведения огня по команде оператора. Кроме того, есть проектные аппараты, способные к самостоятельному ведению огня.

Существуют летающие роботы, использующие методы движения, которые используют пингвины, медузы и скаты. Этот способ перемещения можно увидеть у роботов Air Penguin, Air Ray, Air Jelly. Их производит компания Festo. А вот роботы RoboBee используют методы полёта насекомых.

Среди ползающих роботов есть ряд разработок, подобных по перемещению червям, змеям и слизням. При этом робот использует силы трения на шероховатой поверхности или кривизну поверхности. Подобное перемещение полезно для узких пространств. Такие роботы нужны для поиска людей под обломками разрушенных зданий. Змееподобные роботы способны к перемещению в воде (такие, как ACM-R5 производства Японии).

Перемещающиеся по вертикальной поверхности роботы, используют такие подходы:

подобные человеку, который взбирается на стену с выступами (Стэнфордский робот Capuchin);
подобные гекконам, снабжённых вакуумными присосками (Wallbot» и Stickybot).

Среди плавающих роботов существует много разработок, перемещающимся по принципу подражания рыбам. Эффективность такого движения на 80% превосходит эффективность движения с гребным винтом. Подобные конструкции имеют низкий уровень шума и высокую маневренность. Этим они вызывают большой интерес у исследователей подводного пространства. К таким роботам относятся модели Эссекского университета - Robotic Fish и Tuna, разработанный институтом Field Robotics. Они смоделированы по движению, характерному для тунца. Среди роботов, имитирующих движение ската известна разработка фирмы Festo: Aqua Ray. А робот, движущийся как медуза, - это Aqua Jelly от того же разработчика.

Кружковая работа

Большинство кружков по робототехнике ориентированы на начальную и среднюю школу. Но и дети дошкольного возраста не обделены вниманием. Главную роль здесь играет развитие творчества. Дошкольники должны научиться мыслить свободно и воплощать свои идеи в творчестве. Именно поэтому занятия по робототехнике в кружках для детей до 6 лет направлены на активное использование кубиков и простых конструкторов.

Школьная программа, безусловно, усложняется. Она дает возможность познакомится с различными классами роботов, попробовать себя на деле, углубиться в науку. Новые дисциплины раскрывают потенциальные возможности ребенка для получения профессиональных навыков и знаний в выбранной области инженерии.

Робототехнические комплексы

Современное развитие робототехники находится в такой стадии, что, кажется, вот-вот произойдет мощный рывок в робототехнологиях. Это так же, как с видеосвязью и мобильными гаджетами. Еще недавно все это казалось недоступным для массового потребления. А сегодня - это обыденность, переставшая удивлять. Зато каждая выставка робототехники показывает нам фантастические проекты, которые захватывают дух человека от одной только мысли об их внедрении в жизнь общества.

В системе образования позволяют реализовать программу с применением проектной деятельности именно комплексные установки из роботов, среди которых популярны:

Управление

По типу управления системы бывают:

биотехническими (командные, копирующие, полуавтоматические);
автоматические (программные, адаптивные, интеллектуальные);
интерактивные (автоматизированные, супервизорные, диалоговые).

К основным задачам управления роботами относятся:

планирование движений и положений;
планирование сил и моментов;
идентификация динамических и кинематических данных;
анализ динамической точности.

Большое значение в сфере робототехники имеет развитие методов управления. Это важно для технической кибернетики и теории автоматического управления.

Робототехника в России в последнее время интенсивно развивается. Благодаря чему всё большее внимание уделяется использованию наукоёмких технологий и оборудования с высоким уровнем автоматизации и роботизации.

Для перехода к новым технологиям необходима система подготовки кадров для инновационной экономики (школьник – рабочий – дипломированный специалист) на современных подходах и мотивации.

В настоящее время происходит масштабная роботизация различных сфер человеческой жизни: машиностроения, медицины, космической промышленности и т.д. Промышленные роботы стали неотъемлемой частью многих сфер производства.

Образовательная робототехника сегодня набирает популярность в школах и кружках дополнительного образования. Ученики вовлечены в образовательный процесс благодаря созданию моделей – роботов, проектированию и программированию робототехнических устройств и участвуют в робототехнических соревнованиях, конкурсах, олимпиадах, конференциях.

Образовательная робототехника - часть инженерно-технического образования. Сейчас необходимо активно начинать популяризацию профессии инженера уже начиная со школы. Детям нужны образцы для подражания в области инженерной деятельности. Робототехника развивает учеников в режиме опережающего развития, опираясь на информатику, математику, технологию, физику, химию. Робототехника предполагает развитие учебно-познавательной компетентности обучающихся.

Образовательная робототехника - это учебная среда, основанная на использовании роботов для преподавательских целей. В ней учащиеся вовлечены и мотивированы самостоятельным моделированием и конструированием моделей (объектов, имеющих схожие или полностью идентичные реальным объектам характеристики). Эти модели создаются с использованием различных материалов и контролируются компьютерной программной системой, именуемой прототипом или симуляцией.

В опросе, проведенном среди 11-13-летних, было выяснено, что дети скорее предпочтут убраться в комнате, съесть суп, сходить к стоматологу, вынести мусор, чем сделать математику. Как это видимое отсутствие мотивации к изучению математики влияет на успеваемость? К сожалению, отсутствие мотивации негативно влияет на производительность в математических, научных, технологических и инженерных (STEM) областях; областях, жизненно важных для национальной глобальной конкурентоспособности, инноваций, экономического роста и продуктивности.

С этой целью увеличивается спрос на STEM-связанное образование и курсы для работников от технического до докторского уровня образования. STEM образование и курсы могут на выходе увеличить средний потенциал работников на 26%. К 2019 приблизительно 92% традиционных STEM профессий будут требовать некоторые формы дополнительного образования включая определенные уровни специфических промышленных сертификаций. Далее, некоторые отчеты предполагают, что даже работники не STEM профессий будут нуждаться в получении некоторых основных STEM компетенций чтобы соответствовать глобальным требованиям и выжить в современном технологичном обществе.

Обучение при помощи образовательной робототехники позволяет учащимся задуматься о технологиях. В процессе моделирования, конструирования, программирования и документирования автономных роботов, ученики не только учатся тому, как работают технологии, но и значимым и увлекательным способом применяют знания и умения, полученные в школе. Образовательная робототехника богата возможностями в интеграции не только в областях науки, технологии, инженерии и математики (STEM), но и во многих других областях, в том числе и грамотности, общественных науках, танцах, музыке и искусстве, позволяя ученикам находить способы работать совместно, чтобы развить их навыки сотрудничества и самовыражения, навыки решения проблем, критического и инновационного мышления.

Образовательная робототехника - это инструмент обучения, улучшающий ученический опыт через практическое изучение. И самое важное, образовательная робототехника предоставляет веселую и интересную среду обучения из-за ее практического характера и интеграции технологий. Привлекательная среда обучения мотивирует обучаться независимо от навыков и знаний, необходимых для выполнения поставленных целей для завершения заинтересовавшего их проекта.

Как преподаватель может заинтересовать учеников в изучении предметов, которые требуют наличие навыков в области науки, технологии, инженерии и математики (STEM)? Образовательная робототехника предлагает уникальную альтернативу традиционным методам обучения.

Интерес к использованию роботов для обучения учеников младших классов появился в первой половине 80-х гг. с началом использования программ, разработанных с помощью технологий, доступных на тот момент. Но он оставался невостребованным какое-то время из-за ограниченного доступа к связанным с ним технологиям, дороговизны, отсутствия исследований и необходимости проведения большого числа тестирований, что мешало обширному использованию роботов для преподавательских целей. Но времена поменялись. За прошедшее десятилетие с приходом технологических инноваций, школьники сейчас полностью аккультурированы к использованию технологий благодаря аудиоплеерам, смартфонам, планшетам, интернету и виртуальным мирам, созданным играми, в которые они играют. У учеников есть мотивация к использованию этих устройств, которые в свою очередь могут добавить новое измерение повседневному преподаванию.

Маленькие дети – настоящие инженеры. Они создают крепости, башни из кубиков, замки из песка, и разбирают свои игрушки, чтобы узнать, что внутри. И также в этом возрасте, дети в какой-то мере знакомы с конструкторами. Еще до достижения детсадовского возраста каждый ребенок уже играл с конструктором, или по крайней мере знает, что это такое. Используя эту ассоциацию можно вовлечь детей в процесс обучения.

Выбор важной и интересной для детей темы для проектирования является большой мотивацией к обучению. Например, дети на уроке узнали о цветах. Они создали небольшой сад и их задача – защитить его от вредителей. Учителем предлагается решить эту проблему, используя робототехнические наборы.

Каждому ребенку назначается его роль в проекте на основе его знаний и стиля обучения: разработчик, проектировщик, программист, фотограф, и т.д. Дети исследуют процесс проектирования при помощи следующих шагов, для решения проблемы: постановка проблемы, мозговой штурм для решения проблемы, выбор рабочей идеи, проектирование решения, создание решения, используя робототехнические наборы, программирование модели, документация процесса, и демонстрация получившегося проекта.

В процессе работы над проектом ученики узнают о физике, разработке и технологиях, развивают навыки работы в команде и коммуникативные способности посредством совместной работы над проблемой и экспериментирования с различными идеями.

Дети учатся работать совместно, и начинают быстро понимать важность каждого члена команды. Например, разработчик ничего не может создать без проектировщика, так как он не знает особенностей проектирования, а программист не может работать без разработчика, так как без готовой модели ему будет нечего программировать.

Дети не знакомые с конструкторами тоже должны создать проект на основе простых механизмов. Им предоставляется простор действий для того, чтобы помочь им учиться, играя с деталями конструктора. Также можно принести им недоработанные или сделанные некорректно модели и дать им возможность исправить их. Цель состоит в том, чтобы не давать детям пример для копирования, но предоставить им некоторое руководство о том, как сделать модель, что позволит им включиться в работу с остальной группой. Это действительно хорошо работает, и дети начинали методом проб и ошибок исправляют модель и учатся программировать ее. Они могут использовать различные стратегии для достижения конечного результата.

Конспектирование проекта также важно для детей. Оно помогает им систематизировать полученную информацию и лучше ее запомнить. Также оно помогает отслеживать их успехи в работе.

Учащиеся развивают технологическую беглость при использовании компьютеров, цифровых фотоаппаратов и прочих устройств, которые они могут использовать при разработке. Они учатся программировать и узнают базовые технические понятия, которые требуются для корректного моделирования. Развивая технологическую беглость, они самовыражаются различными способами посредством моделирования, записи, фотографировании и обсуждения их проекта. И самое главное они развивают самооценку и уверенность в себе как ученики.

Вышеописанное демонстрирует, что образовательная робототехника - это мощный инструмент, который может быть использован для обучения.

Дети формируют свои знания благодаря процессу моделирования значимых для них проектов и воплощению их собственных идей, используя самостоятельно разработанные алгоритмы;
Дети учатся благодаря одновременной работе в виртуальном (программирование) и реальном мире (создание модели);
Дети сталкиваются с когнитивными конфликтами через сравнение условий и результатов в процессе программирования и тестирования модели;
Дети учатся благодаря отражению и воспроизведению их собственных знаний, обсуждению их наблюдений;
Дети учатся благодаря беседам, основанным на совместной работе, обсуждениям, аргументациям

Робототехника – универсальный инструмент для образования. Она хорошо подходит как для дополнительного образования, так и для внеурочной деятельности. Также она является неплохим вариантом для преподавания ее как предмета школьной программы, так как она полностью соответствует требованиям ФГОС. Обучаться робототехнике можно начиная с любого возраста.

Причем использование робототехнического оборудования – это обучение, игра и творчество одновременно, что гарантирует увлеченность и заинтересованность, а также развитие ребенка в процессе обучения.

Образовательная робототехника дает возможность на ранних шагах выявить технические наклонности учащихся и развивать их в этом направлении. В настоящее время существует большое количество различных робототехнических наборов, удовлетворяющих любым требованиям. Каждый из наборов имеет свои особенности. Это и количество, и тип деталей в наборе, и различные среды программирования, имитирующие или поддерживающие известные языки.

Кратко о себе:

Я не являюсь специалистом в области педагогики и образования, к детям отношусь сугубо как личностям в начале жизненного пути, а не к «цветам жизни» и преследую цель заинтересовать их и передать им свой опыт. В робототехнике работаю уже несколько лет и имею неподдельный интерес к этой сфере.

Кружков робототехники в России становится всё больше, однако мало кто из родителей понимает, что именно из себя представляет это направление. Большинство относится к нему скептически, считая что всё завязано на обычном LEGO, в которое можно поиграть и дома или же считают что это оторванный от жизни предмет, на который можно отправить ребенка ради его развлечения и отдыха. С другой стороны, некоторые считают это занятие уделом гениев или ботаников. Ну, или что оно способно сделать гения из их ребенка.

На самом же деле, образовательная робототехника не является ни заумным предметом, ни профессией будущего, ни беззаботным развлечением. А является она базой для серьезного изучения прикладных технических навыков, необходимых для будущего технаря уже сейчас.

Безусловно, это занятие не для всех - многие дети не горят желанием изучать «скучную» теорию вместо того чтобы, условно, порезвиться в спортивной секции. Однако, тех, кто любит всё время что-то создавать своими руками, интересуется компьютерной техникой или просто проявляет интерес к любой технике, образовательная робототехника способна обучить многим навыкам, например:

Самостоятельному проектированию конструкций
Пониманию принципов работы различных механизмов
Основам компьютерной грамотности
Принципам программирования
Оптимизации процессов и поисках альтернативных решений
Применению английского языка (стандарт в технической отрасли)
Пониманию «для чего нужна математика»
Взаимодействию программной части с конструкцией
Работе в составе команды и общей социализации

Конечно, всё это при условии достаточной оснащенности отдельно взятого кружка, профессиональной подготовке преподавателя и живому интересу с его стороны, а также некоторых других индивидуальных факторов.

Самое главное - не стоит нацеливаться на конкретные результаты, вроде занятия призовых мест на различных соревнованиях по робототехнике. Они нужны в первую очередь для социализации, созданию интереса к отрасли и духа соревнования. Это тот самый случай, когда во всех смыслах участие важнее победы. Здесь робототехника ближе к художественной школе с её выставками, где главное - на других посмотреть, да себя показать.

В качестве результата обучения можно рассматривать постепенное увеличение сложности создаваемых проектов (как в кружке, так и дома), однако тут всё индивидуально.

Перейдем к наиболее часто задаваемым вопросам:

Чем мы занимаемся на робототехнике?

Строим роботов, конечно! Интересных и разных. Из LEGO. Изучаем, что такое датчики, шестеренки, гусеницы, для чего это нужно и как это использовать. Воспроизводим некоторые приборы из «взрослого мира», вроде парктроника или охранной системы, а еще строим всякие гусеничные вездеходы.

Для всего этого нам часто приходится использовать математику и банальную интуицию. А логическое мышление - вообще наше всё.

Почему «LEGO»?

Образовательные наборы LEGO Mindstorms EV3 являются международным стандартом для образовательной робототехники, так как ни один другой набор не обладает таким уровнем стандартизации, простоты использования и глубины проработки. Выпущенное в 2013-м году третье поколение образовательного робототехнического набора от LEGO, EV3 (в народе «Ева») обладает поистине необъятной широтой возможностей, заложенных в программное обеспечение и аппаратную составляющую, а совместимость с любыми другими наборами LEGO даже 40-летней давности дает очевидную возможность использовать любые детали для строительства конструкций. Кстати, у LEGO в наборах есть шикарно реализованные механические узлы (дифференциалы, элементы различных типов передач, элементы подвески и тд) и даже внятная пневматика. Ни один другой набор не имеет ничего подобного на том же уровне реализации. Есть еще fischertechnik но он относительно редко мне встречался, а цена та-же.

У скептицизма в сторону LEGO есть две причины:

1. Поверхностное знакомство с этим набором. Многие преподаватели из кружков робототехники (даже ВУЗовских!) грешат тем, что плохо знают то, на чем они работают. Будучи не сильно знакомы с основами конструирования механизмов и программирования, они не в состоянии оценить все возможности инструмента, а тем более задействовать их в образовательных целях.

2. Высоко задранный нос у адептов «старой школы». Это о тех, кто заявляет, что те, кто занимаются на LEGO не знают ни о транзисторах-резисторах, и вообще мы тут из готовых блоков всё делаем и блоками-же программируем. Всё они верно говорят. Не знаем. Только робототехника не про электронику и пайку, а про решение практических задач и автоматизацию. Есть еще вариация с «крутыми программистами», которые сходу занимаются программированием микроконтроллеров и миганием светодиодами, напрочь забывая про механическую часть.

В реальности у LEGO Mindstorms всего 2 существенных минуса:

Низкая жесткость больших конструкций
Большой размер и вес главного модуля и двигателей (миниатюрных сервоприводов в наборе нет)

Но для образовательного процесса это редко бывает помехой.

Для какого возраста подходит робототехника?

Примерно от 6-7 и до 67 лет:)

На самом деле всё очень индивидуально. В возрасте 5-6 лет большинство детей еще остаются в фазе «игра - основа обучения». В этом возрасте главное - приобрести навык созидания, то есть научиться собирать из конструктора самостоятельно, без инструкций и подсказок, по своему разумению. Примерно с 5,5 лет я беру детей на занятия, где у них, по сути, проходят «прописи» - мы собираем из кубиков машинки, самосвалы, самолёты и вертолеты, и оснащаем эти постройки двигателями, чтобы у них крутились колёса и винты (занимаемся на LEGO WEDO 2.0). Программирование даю только тем, кто сам тянется узнать «как оно там происходит».

С 7 лет обычно ребёнок достаточно созревает, чтобы осознанно вникать в сложные вещи без потери интереса. В этом возрасте занимаемся уже на «Еве», осваивая такие понятия как «градус угла, процент, десятичная дробь» (ну а как иначе, тут мы уже с датчиками вплотную работаем). Обычно ни у кого особенных проблем с этим не возникает, если есть интерес к познанию. Проблемы возникают только тогда, когда нам уже нужно что-нибудь делить-умножать, а в школе этого еще не проходили.

10-14 лет - самый эффективный возраст для обучения, поскольку отношение к предмету обычно более серьезное, интерес более профессиональный, и нет страха перед математикой уровня шестого класса. К тому же можно рассказать, для чего нужны эти пресловутые синусы-косинусы, прикладной смысл которых в школе остаётся неизученным.

Также, спустя год обучения, можно перейти с LEGO на свободную элементную базу (одноплатные компьютеры и датчики из китая + алюминиевые профили из строительного магазина).

А что, если купить такое LEGO домой и заниматься самим?

Это вполне здравая идея, если:

Вы обладаете хотя бы минимальными знаниями о механизмах и программировании и способны изучить набор в полной мере самостоятельно. У вас есть лишние ~40 т.р. на покупку набора и некоторых дополнительных модулей. Однако даже в этом случае лучше параллельно учиться в кружке, развивая дома те идеи, которые пришли в голову после изучения новой темы.

Почему мы не используем инструкции?

Инструкции - от лукавого:)

Когда ребенок что-то строит по инструкции, он просто повторяет, не вникая в суть того, для чего та или иная деталь или узел нужен. Безусловно, купить дорогой набор LEGO Tehnic с кучей механики, пневматикой, и не построить предлагаемые модели по инструкции хотя бы ради изучения принципа работы - плохая идея. Эти модели очень сложные и интересные для изучения. Однако у нас в кружке главное - реализовать какой-либо принцип. А вот каким путем - уже проблема учащегося, которую он должен решить, используя свою голову. Пусть даже неправильно, с ошибками, но - сам. Инструкции у нас используются только когда мы собираем модель с очень сложной механикой и/или программой для изучения принципа работы.

Если в кружке собирают по инструкциям постоянно - это свидетельство профессиональной некомпетентности преподавателя. Такое часто наблюдается в кружках по франшизе и при школах.

Как происходит процесс программирования?

Для LEGO Mindstorms EV3 есть несколько вариантов:

Встроенная среда для программирования прямо в главном модуле. Оттуда можно программировать простые линейные алгоритмы типа «сначала едь вперед до стены, потом поверни ровно налево». С этого мы начинаем. Это позволяет нам отложить изучение программирования с компьютера, и сосредоточиться на основах.
Специальное программное обеспечение для компьютеров и планшетов, основанное на «взрослой» системе визуального программирования LabView. Программа собирается из блоков-функций. Это позволяет избежать проблем с изучением синтаксиса и по функционалу ничем не уступает взрослому текстовому программированию. Правда, выглядит громоздко, да. Но зато наглядно. Циклы, условные операторы, переменные, функции и всё вот это вот - в наличии. Это наш основной инструмент.
При желании можно использовать Си или другой язык программирования, но если встал такой вопрос, то для этого лучше использовать Arduino и вообще это уже совсем другая история.

На этом я закончу, спасибо за чтение!

Робототехника в образовании

Существует множество важных проблем, на которые никто не хочет обращать внимания до тех пор, пока ситуация не становится катастрофической.

Одной из таких проблем в России становится её недостаточная обеспеченность инженерными кадрами. Все чаще падают космические ракеты и спутники, происходят техногенные катастрофы, обусловленные недостаточным профессионализмом обслуживающего персонала, разработчиков и проектировщиков.

Это вызвано, конечно, целым рядом причин. Однако, все, связанные с образовательной средой, единодушно отмечают, что в последние несколько лет наблюдается снижение интереса учащихся к изучению физики, математики, астрономии (которую, кстати, вообще вынесли за пределы школьного курса) и прочих точных наук, и, как следствие, падение качества образования в целом.

Например, А.М. Рейман, старший научный сотрудник Института прикладной физики Российской академии наук, считает: «У меня общее ощущение деградации образования в среднем звене, приводящей к уменьшению числа заинтересованных в учебе старшеклассников.... Физика воспитывать можно и нужно. И делать это надо рано, пока у ребенка горят глаза и не развился утилитарный подход к жизни. ... А еще они будут знать кое-что о современной науке, и им нельзя будет вешать лапшу...»

Работу по мотивации детей к занятиям серьезной наукой нужно начинать как можно раньше, желательно в начальной школе! Откуда такой вывод? При анкетировании детей на предмет, желают ли они заниматься в кружках технической направленности, определилась следующая картина: в девятых и более старших классах практически никакого интереса, в 6-8-х классах интерес проявился в основном у тех детей, которые самостоятельно дома или в организациях дополнительного образования занимаются лего-конструированием, радиоэлектроникой, программированием. А вот у учащихся четвертого класса интерес оказался просто огромен. То есть, если дети до 11-12 лет не касались технического творчества, то с возрастом у них интерес к этому занятию возбудить достаточно сложно. Поэтому работу по пропедевтике робототехники, физики, знакомству с началами программирования необходимо проводить в начальной школе и пятых классах. В результате в среднюю школу придут дети, у которых прилично развиты конструкторские навыки, сформировано алгоритмическое мышление, привит интерес к экспериментированию.

Таким образом, необходимо активно начинать пробуждение интереса к точным наукам и массовую популяризацию профессии инженера, причем предпринимать такие шаги необходимо для детей с достаточно раннего возраста. Необходимо вернуть в общество массовый интерес к научно-техническому творчеству.

На настоящий момент существует достаточное количество образовательных технологий, которые способствуют развитию критического мышления и умения решать задачи, однако в образовательных средах, вдохновляющих к новаторству через науку, технологию, математику, способствующих творчеству, умению анализировать ситуацию, применить теоретические познания для решения проблем реального мира, сегодня наблюдается определенный дефицит.

Наиболее перспективный путь в этом направлении – это робототехника, позволяющая в игровой форме знакомить детей с наукой. Робототехника является эффективным методом для изучения важных областей науки, технологии, конструирования, математики и входит в новую международную парадигму: STEM-образование (Science, Technology, Engineering, Mathematics).