VII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2015

За последние годы успехи в робототехнике и автоматизированных системах изменили личную и деловую сферы нашей жизни. Сегодня промышленные, обслуживающие и домашние роботы широко используются на благо экономик ведущих мировых держав: выполняют работы более дёшево, с большей точностью и надёжностью, чем люди, используются на вредных для здоровья и опасных для жизни производствах. Роботы широко используются в транспорте, в исследованиях Земли и космоса, в хирургии, в военной промышленности, при проведении лабораторных исследований, в сфере безопасности, в массовом производстве промышленных товаров и товаров народного потребления. Роботы играют всё более важную роль в жизни, служа людям и выполняя каждодневные задачи.

Интенсивная экспансия искусственных помощников в нашу повседневную жизнь требует, чтобы пользователи обладали современными знаниями в области управления роботами, что позволит быстро развивать новые, умные, безопасные и более продвинутые автоматизированные и роботизированные системы. Чтобы удовлетворить эту потребность, образовательные учреждения должны адекватно реагировать на высокие требования к специалистам в области робототехники, разрабатывая и предлагая соответствующие курсы для учащихся, популяризируя область роботостроения и автоматизированных систем.

В последнее десятилетие значительно увеличился интерес к образовательной робототехнике. В школы закупают новое учебное оборудование. Робототехника в образовании — это междисциплинарные занятия, интегрирующие в себе науку, технологию, инженерное дело, математику (Science Technology Engineering Mathematics = STEM), основанные на активном обучении учащихся. Во многих ведущих странах есть национальные программы по развитию именно STEM образования.

Робототехника в школе представляет учащимся технологии 21 века, способствует развитию их коммуникативных способностей, развивает навыки взаимодействия, самостоятельности при принятии решений, раскрывает их творческий потенциал. Дети и подростки лучше понимают, когда они что-либо самостоятельно создают или изобретают. При проведении занятий по робототехнике этот факт не просто учитывается, а реально используется на каждом занятии.

То, что робототехника в будущем будет все больше проникать в повседневную жизнь обычного человека, уже понятно многим, если не всем. И с какими возможностями и трудностями столкнется человечество не известно. Но как подготовить подрастающее поколение к этим изменениям, выработать у них правильное отношение к проблеме, ознакомить с принципами и правилами функционирования роботов?

Учащимся начальной школы очень интересно конструировать, придумывать различные модели. Они, в основной массе, даже не подразумевают, что на занятиях по робототехнике приобретут базу для программирования в старшей школе, научатся управлять роботом. При создании различных конструкций учащиеся реализуют свои творческие способности, тренируют пространственное мышление.

Реализация этого в младших классах начальной школы происходит с использованием набора LEGO WeDo. Данный робот разработан специально для младших школьников, он также может быть сконструирован и запрограммирован различными способами.

Компания Lego очень серьезно подошла к этому вопросу и несколько лет назад выпустила специальный образовательный конструкторский набор LEGO Education WeDo. Несмотря на то, что набору уже несколько лет, только сейчас на него начали обращать внимание отечественные учебные заведения.

LEGO WeDo разрабатывался для учеников начальной школы (1-4 класс), но ничто не запрещает его использование для детей постарше.

Кроме этого существует специально разработанные учебные программы и методические рекомендации вплоть до организации рабочего пространства на русском языке.

Все это позволяет организовать увлекательный учебный процесс для малышей и уже с первых школьных лет приобщиться к удивительному миру роботов, а также развить логику и творческое мышление.

Начиная со старших школьников начальной школы можно заниматься программированием и конструированием робота LEGO Mindstorms NXT. На занятиях можно изучать основные особенности робота, заложить основы программирования, познакомиться с олимпиадными заданиями по робототехнике и дополнительными возможностями робота.

Для учащихся среднего звена робот интересен уже как исполнитель. Он воспринимается учащимися не как игрушка, а как управляемая модель конструктора. Для этого целесообразнее использовать образовательные наборы LEGO Mindstorms EV3.

Для привлечения учащихся старшего звена необходимо продемонстрировать возможности «серьезного» программирования робота с помощью различных языков. В данном возрасте учащиеся могут управлять роботом и с помощью текстовых языков программирования, что позволяет значительно сократить код программы, сэкономить память робота и увеличить быстродействие программы. С учащимися этой возрастной категории можно программировать робота на таких языках, как Java, RobotC, NXC.

Если мы говорим о перспективах направления робототехника, то мы подразумеваем робота не только как исполнителя при решении различных задач, но и как универсальную систему для сбора данных из окружающей среды. Дело в том, что к роботу LEGO Mindstorms NXT можно подключать не только датчики, входящие в стандартный набор. К роботу может подключаться дополнительный набор датчиков, используя который возможности робота значительно увеличиваются. Например, появляется возможность измерять температуру окружающей среды, давление, освещенность, магнитное поле, силу тока, напряжение. Используя такие датчики можно применять робота на таких предметах, как физика, химия, биология. Грамотное применение данных датчиков возможно, если учащиеся понимают принцип работы датчика и могут грамотно запрограммировать робота, чтобы правильно снять показания с датчика. Таким образом, мы снова сталкиваемся с необходимостью обучения учащихся программированию.

Итак, педагог, имея необходимое оборудование, может построить непрерывную модель обучения робототехнике в школе. С первоклассниками изучаем особенности работы LEGO WeDo, далее LEGO Mindstorms NXT/EV3 и его программирование на языке NXT-G, далее можно программировать на различных текстовых языках и расширять возможности робота с помощью различных датчиков. Таким образом, можно вовлечь в процесс обучения с помощью роботов не только учащихся, но и учителей различных предметов. А выпускники, активно участвующие в различных мероприятиях, связанных с робототехникой, будут иметь большой багаж знаний не только по программированию, но и по физике, конструированию, химии и другим предметам.

Литература

1. Sergeyev A. Alaraje N. Promoting Robotics Education: Curriculum and State-of-the-Art Robotics Laboratory Development // The Technology Interface Journal. Vol. 10 N3. 2010.

2. Гейтс У. Механическое будущее // В мире науки. Информационные технологии. 2007, № 5.

3. Hussein B., Nyseth K. A method for learning in project management, “Learning by projects” // 9th International Workshop on Experimental Interactive Learning in Industrial Management, “New Approaches on Learning, Studying and Teaching”, Espoo, Helsinki University of Technology SimLab, June 5-7, 2005.

4. Pei-Yin Chung, Chin-Jui Chang. Design, Development and Learning Assessment by Applying NXT Robotics Multi-Media Learning Materials: A Preliminary Study to Explore Students’ Learning Motivation // World Academy of Science, Engineering and Technology, Issue 65. 2010.

Код для цитирования: Скопировать