Урок по робототехникен
Тема урока: Ременные передачи.
Дополнительное образование детей
Лосева Марина Ивановна
Педагог дополнительного образования класса образовательной робототехники
МБОУ ДО ДДиЮ «Факел» города Томска
Цель: Познакомиться с ременными передачами
Задачи:
Личностные:
Развитие коммуникабельности, умения анализировать, обобщать, сравнивать
Развитие заинтересованности в расширении и углублении получаемых знаний;
Метапредметные:
Овладение основными методами познания окружающего мира (наблюдение, сравнение, анализ, синтез, обобщение, моделирование);
Понимание и принятие учебной задачи, поиск и нахождение способов ее решения;
Выполнение учебных действий в разных формах (теоретический опрос, практическая работа с моделями)
Предметные:
Воспитание познавательного интереса к экспериментам в конструировании и программировании моделей с ременными передачами;
Обобщение и систематизирование знаний по теме «Механические передачи»;
Овладение основами логического и алгоритмического мышления, пространственного воображения;
Предполагаемы результаты:
У обучающихся должны сформироваться следующие универсальные учебные действия (УУД):
Познавательные: общеучебные умения структурировать знания, контроль и оценка процесса и результатов деятельности
Логические: анализ, сравнение, синтез
Регулятивные: столкнувшись с новой практической задачей, самостоятельно формулировать познавательную цель и строить свои действия в соответствии с ней
Личностные: мотивация к учебной деятельности. Интерес к способу решения и общему способу действия.
Коммуникативные: умение выражать свои мысли
Продолжительность занятия: 45 минут
Тип урока: комбинированный
Класс: обучающиеся 1 класса, 10 человек
Оборудование: компьютеры, наборы Lego WeDo 9580, проектор, экран.
Структура урока.
1) Организационный этап. Постановка цели и задач урока. 5 мин
2) Ход урока. 35 мин
3) Рефлексия (подведение итогов занятия) 5 мин
| Организационный этап. Постановка цели и задач урока. |
|
| Деятельность педагога | Деятельность обучающихся |
| Проверяет готовность обучающихся к уроку: Здравствуйте, ребята! Вы готовы к великим открытиям? «Если вы хотите сделать что-то великое в один прекрасный день, помните: один прекрасный день – это сегодня!» - так сказал Джордж Лукас - американский кинорежиссёр, сценарист, известный в качестве создателя саги «Звёздные войны» и серии приключенческих фильмов об Индиане Джонсе. | Слушают, смотрят 1 слайд презентации |
| Озвучивает тему и цель урока: Итак, сегодня настал тот прекрасный день, чтобы мы с вами совершили что-то великое… Вы готовы? Сегодня мы откроем для себя…как вы думаете –ЧТО?.. правильно (читают с экрана) - ременные передачи. Мы выступим в роли первооткрывателей, и проведем несколько экспериментов с ременными передачами! | Смотрят слайд 2 презентации Озвучивают вслух написанную на экране тему «Ременные передачи» |
| Осуществляет контроль пройденного материала. Но прежде нам нужно кое-что вспомнить! На прошлом занятии мы изучали с вами виды механических передач движения. Кто может их назвать? С помощью чего осуществляется передача движения? А кто мне скажет – как мы осуществляли повышение и понижение скорости в зубчатых передачах? Отлично! Вы все поняли и вспомнили! | Дети отвечают. (3 слайд) Ответ: Вид механической передачи движения - зубчатые передачи. Зубчатая передача осуществляется при помощи зубчатых колес-шестерёнок, которые зацепляются зубчиками друг за друга. Повышение скорости: ведущая шестеренка – большая, ведомая-маленькая. Понижение скорости: ведущая-маленькая, ведомая- большая. |
| Ход урока |
|
| А теперь посмотрите на экран. (На экране – видео). Это зеленое колёсико, которое надето на ось мотора, называется шкив. Я включаю мотор, и шкив начинает вращаться. А на оси рядом – ещё один шкив. Как же мне заставить и его вращаться?.. | Слайд 4 (видео) Дети анализируют |
| Проводит параллель с ранее изученным материалом: Давайте попробуем провести аналогию с зубчатыми передачами. Там движение от одной шестеренки передавалось другой за счет тесного контакта между зубчиками. Наводящими вопросами педагог помогает выявить причинно-следственные связи при передаче механического движения при помощи шкивов. А здесь один и другой шкивы не соединяются. Как же, при помощи чего можно заставить вращаться второй шкив?.. Молодцы! | Дети определяют закономерность и высказывают свою точку зрения. Ответ: соединить оба шкива ремнем (резинкой) |
| Объясняет новую тему: Два шкива, соединенные ремнем – это и есть ременная передача . Один шкив, который надет на ось мотора, называется ведущий – он передает движение от мотора посредством ремня второму шкиву, который называется ведомым (так же, как и в зубчатой передаче). В ременной передаче всегда есть два шкива и ремень. В качестве ремня может использоваться резинка, веревка, цепочка… | Слушают, смотрят презентацию. |
| Обратите внимание: ремень натянут между шкивами прямо, без перекрещивания. В таком случае мы получаем прямую ременную передачу. А кто заметил, как крутятся шкивы – в одну сторону, или в разные; с одинаковой скоростью или с разными? Вы всё подметили верно! Молодцы! При прямой ременной передаче шкивы вращаются с одинаковой скоростью в одном направлении. | Слушают, смотрят презентацию. Ответ: шкивы крутятся с одинаковой скоростью в одном направлении |
| А посмотрите теперь на экран. Что поменялось? Теперь ремень натянут перекрёстно. Как теперь вращаются колёса шкивов: каково их направление и скорость вращения? Такая ременная передача, при которой ремень перекрещен называется перекрестной ременной передачей | Слушают, смотрят презентацию. Анализируют. Делают выводы. (При перекрестном одевании ремня шкивы вращаются в разные стороны с одинаковой скоростью) |
| Эмоциональный настрой: Ну что ж, по-моему, настал момент «…сделать что-то великое…» Вы готовы? А сейчас мы с вами приступим к практической реализации ременной передачи, которую мы только что для себя открыли. Мы создадим проект «Танцующие птички», более того – мы выступим в роли экспериментаторов, заставляя наших птичек крутиться по-разному! Посмотрите внимательно видео на экране. | Дети смотрят на экране видео про Танцующих птичек. (Приложение к компьютерной программе Lego WeDo 9580) |
| Постановка задачи: сможете ли вы создать таких же Танцующих птичек, чтобы они крутились в разные стороны? Чтобы крутились с разными скоростями? | Дети разбиваются на пары, рассаживаются на рабочие места за компьютерами. Каждой паре выдаётся набор лего, и дети собирают по схеме «Танцующих птичек». (См. приложение – видео «Занятие в классе образовательной робототехники») |
| Педагог следит за процессом сборки и программирования. Даёт советы. | Обучающиеся собирают модель по схеме, и предлагают свои варианты решений по модернизации конструкции и программы для достижения поставленной задачи. Объясняют свой выбор. |
| Закрепление знаний: Выполнение упражнения (Упражнение выполнено педагогом Лосевой М.И. на сайте https://learningapps.org/4098193) https://learningapps.org/display?v=pnezi55m217 Педагог наблюдает за выполнением упражнения. | После окончания практической части сборки, модернизации и программирования модели, обучающиеся самостоятельно выполняют задание |
| 3.Рефлексия |
|
| После сборки конструкции и её модернизации идёт обсуждение: кто и каким образом сделал так, чтобы птички крутились в разные стороны, с одинаковыми и с разными скоростями (см. Приложение 1) | Учащиеся дают оценку своей деятельности по её результатам |
Вывод:
В ходе занятия обучающиеся узнали:
о способах передачи движения и видах ременной передачи
о влиянии диаметра шкива на скорость движения
Создали и запрограммировали действующие модели. Приобрели опыт устного общения с использованием специальных терминов.
ПРИЛОЖЕНИЕ 1
Прямая ременная передача
Перекрёстная ременная передача
Снижение скорости
Увеличение скорости
Вокал, иностранные языки, вышивание крестиком или роботы? В помощь сомневающимся родителям эксперты Smartbabr приводят аргументы «за» робототехнику.
Занятия робототехникой помогают развивать логическое и системное мышление, а также творческие способности. Даже если ваш ребенок не станет инженером и умение управлять роботом ему не понадобится, то понимание как работает автоматическое устройство и опыт конструирования обязательно пригодятся в другой деятельности, какую бы профессию ребенок не выбрал в будущем.
Сейчас школьное образование в основном формальное. Оно не позволяет человеку успешно строить свою жизнь в сложном техническом мире. Благодаря робототехнике ребенок на практике знакомится с черчением, 3D-моделированием, конструированием, постигает трехмерное восприятие пространства и многое другое. Словом, учится думать не только «головой», но и «руками». А так же одновременно: и головой, и руками.
На кружках по робототехнике старшеклассники видят в действии физические законы. Ученики 5-7 классов решают интересные геометрические и математические задачи. Детсадовцы и ребята из начальной школы занимаясь робототехникой развивают такие, как моторика, внимание и умение работать в группе.
Если робототехнику добавят в основную программу, даже в рамках предмета технологии, ее смысл начнет теряться. Сегодня школы тратят время и ресурсы выборочно. Например, многие образовательные учреждения не поддерживают одаренных детей, хотя есть соответствующие государственные программы и их реализация входит в задачи школы. Да и уроки технологии преподают не везде. Есть вероятность, что похожее произойдет и с занятиями по робототехнике: формально они будут, но будут ли полезны - спорный вопрос. Конечно, возможны исключения и где-то промелькнет великое, хорошее.
Но в любом случае для одаренных, заинтересованных в изучении робототехники ребят кружки подходят больше, так как помогают уйти глубже. Поэтому даже если робототехнику введут в основную школьную программу, отказываться от кружкового движения нельзя.
Я считаю, что занятие робототехникой очень сильно развивает логику, повышает системность мышления, все это так же влияет на степень осознанности в принимаемых решениях. Сама сборка роботов может помочь в развитии мелкой моторики рук. Дети так же получают знания не только о том, как устроены роботы, но и как функционируют уже действующие системы. Данный навык поможет им в будущем при проектировании своих собственных систем в любой отрасли, ведь набор правил и ограничений есть в любом виде деятельности.
Уверен, что изучать робототехнику, хотя бы в каких-то простых и наглядных примерах можно начинать уже с 5-6 лет. Ребенок в этом возрасте уже досточно полно осознает свои действия, а так же обладает мышлением, которое еще не успело «зарости» шаблонами. В этом возрасте дети очень открыты и просто фонтанируют идеями и креативом. Взгляните хотя бы на их рисунки. Все это может способствовать в будущем развитию качественно новых систем, этими детьми которые будут уникальны в своем роде.
Стоит ли включать эту дисциплину в школьную программу? Не уверен. Ведь существует гост, а под него, без должного участия государства, достаточно сложно подстроиться с чем-то инновационным. А вот в качестве факультатива - это да. Однако сейчас существует большой дефицит таких специалистов, которые бы согласились вести данные предметы в школах. Думаю здесь дело за техническими высшими учебными заведениями, которые в рамках профорентационной работы возьмут на себя эту ношу.
Занятия робототехникой помогают развивать логическое и системное мышление, а также творческие способности. Это очень полезные качества, которые обязательно пригодятся ребенку будущем, даже если его карьера не будет связана с техническими науками. Если углубиться с процесс занятий робототехникой, то можно понять, что успехи в этой области невозможны без знаний физики, математики, информатики и способности применять их при решении нестандартных задач. То есть робототехника метапредметна, и те учителя, которые уже сейчас организуют для своих ребят кружки по развитию робототехнических навыков, обязательно получат в будущем дивиденды в виде развития и воспитания эрудированной и интересующейся личности своих учащихся, которые будут способны анализировать и логически рассуждать, используя знания из различных областей, и работать на стыке наук, что обязательно будет востребовано в будущем.
Кроме того, робототехникой могут заниматься не только взрослые школьники, но и дети дошкольного возраста. Элемент управления роботом для дошкольников носит развлекательный характер. Для начальной школы занятия робототехникой дают развитие логического мышления, также на этом этапе у них появляется потребность к созданию нового. Старшеклассникам же интересно создание моделей роботов для решения реальных проблем и задач. Как правило, на данном этапе ученики уже осознают, для чего они занимаются робототехникой, и таким образов у них формируется потребность в изучении технических дисциплин, ведению проектной деятельности, изучению смежных наук, направленных на решение конкретной задачи.
Безусловно, должна быть возможность занятия робототехникой хотя бы в рамках кружковой деятельности. В большей степени робототехника как школьный предмет может быть направлена на объяснение и применение теоретических знаний, полученных на уроках, как междисциплинарная прикладная проектная деятельность. Если говорить о дисциплине «технология», то она направлена, как правило, на получение практического навыка создания чего-либо, поэтому робототехника может также быть ее элементом.
Робототехнику я бы разделил на две большие составляющие: программирование и электроника.
Владение этими составляющими по отдельности уже делает из молодых людей востребованных специалистов, а одновременное владение и первым, и вторым делает одного специалиста равносильного двум.
Считаю, что робототехника пойдет на пользу ребятам любых возрастов, так как развивает общее представление о том, как устроена любая техника.
Что дает изучение строения и управления роботами детям? Очень правильный вопрос. Его актуальность особо остро встанет лет через 50 лет, когда вычислительная мощность компьютеров превзойдет возможности человеческого мозга. Уже сейчас нас окружает техника. Понимать человеко-машинный интерфейс - значит контролировать машины. Нашим детям надо закладывать основы взаимодействия человек-компьютер-робот уже сейчас, дабы избежать сценариев фильма «Терминатор».
Если говорить о школьном образовании, то я считаю, что надо включать занятия по робототехнике в качестве факультатива в классах с углубленным изучением математики и физики с тем, чтобы привязать фундаментальные науки к практике. Начинать надо с 5 класса и исключительно для интересующихся.
Задача, которая сейчас стоит перед системой российского образования – подготовка инженеров-творцов, которые могли бы изобретать и внедрять новые технологии, аналогов которым не было бы в мире. Сейчас можно утверждать, что в ближайшие пять лет самыми востребованными профессиями будут инженерные специальности. Соответственно, те дети, которые будут увлекаться робототехникой и конструированием уже сейчас – это будущие инженеры-инноваторы, которые будут востребованы не только на российском, но и на международном рынке.
В первую очередь, основы робототехники и программирования учат ребенка мыслить логически, выстраивать правильные причинно-следственные связи, проводить аналитические операции и грамотно делать выводы. Во-вторых, современные дети, которые знакомы с различными мобильными устройствами (такими как смартфоны и планшеты с touch-интерфейсом), не умеют писать и рисовать от руки, у них просто не активируются ответственные за творчество части головного мозга. Такие дети не способны творить, они могут только что-то рекомбинировать или просто потреблять.
Увлечение робототехникой, программированием, конструированием побуждает детей любого возраста к творческому мышлению и производству уникального продукта. Это залог успешного будущего не только для отдельно взятого ребенка, но и для страны в целом.
Начинать учить детей робототехнике нужно как можно раньше, так как интерес к инженерным специальностям проявляется буквально с 5 лет. Этот интерес нужно развивать и продвигать повсеместно, не только в школах, но и в детских садах, частных клубах и кружках.
Фото: russianrobotics.ru, из личных архивов экспертов
Одним из наиболее перспективных направлений в сфере IT-технологий является робототехника. Почему? Да потому что в течение следующих пятнадцати лет в мире появится дюжина новых профессий, в основе которых и будут знания из робототехнической области.
Речь идет о таких специальностях, как:
проектировщик промышленной робототехники;
проектировщик-эргономист;
инженер-композитчик;
оператор многофункциональных робототехнических комплексов;
проектировщик детской робототехники;
проектировщик медицинских роботов;
проектировщик домашних роботов;
проектировщик нейроинтерфейсов по управлению роботами.
Самоуправляющие устройства стали применятся во второй половине прошлого столетия. Изначально роботы трудились в сферах производства и исследований, но затем успешно перекочевали в сферу услуг. Безусловно, роботы на текущий момент не являются каким-нибудь массовым явлением, но вектор выбран и изменить его практически невозможно. Именно поэтому можно говорить о том, что в ближайшем будущем роль человека, как рабочего, кардинально измениться. Но как подступиться к робототехнике? С чего начать свое увлекательное путешествие? Давайте попробуем ответить на эти вопросы.
Робототехника для детей
Начинать осваивать азы робототехники лучше всего в раннем возрасте, но это не означает, что взрослому человеку путь закрыт. Дело в том, что ребенок быстрее усваивает новые навыки, у него нет забот, которые могли бы помешать заниматься любимым хобби. Кроме того, робототехника для детей направлена на изучение конкретного предмета, в то время как профессиональная занимается решением сложных задач. Например, дети и любители могут разбирать простые механизмы, чтобы понять принцип их работы, а вот более зрелые специалисты создают сложные промышленные манипуляторы.
Чтобы понять, есть ли у ребенка склонность к робототехнике, достаточно купить конструктор (благо детские роботы сегодня не в дефиците) и посмотреть, проявляет ли он интерес к процессу его сборки. Если да, то можно подыскать кружок робототехники, в котором ребенок сможет развить фантазию, логику, мелкую моторику, пространственное восприятие, терпеливость и концентрацию.
Стоит отметить, что направления в робототехнике бывают разные: программирование, электроника, конструирование. Если ребенку нравится собирать конструктор, скорее всего ему подходит конструирование. Заниматься электроникой следует тем, кому интересно познавать, как устроена та или иная вещь. Программирование заинтересует любого юного математика.
В каком возрасте начинать учиться?
Идеальный возраст для старта в робототехнике 8-12 лет. Раньше у ребенка могут возникнуть трудности с пониманием принципов работы тех или иных механизмов, а о желании учить математику (которая крайне необходима для составления алгоритмов, проектирования схем и механизмов) в раннем возрасте лучше не упоминать. Ну кто из нас хотел штудировать формулы и теоремы, когда на улице отличная погода, а под телевизором расположилась Sony PlayStation? Вопрос риторический.
А вот в 8-9 лет дети без особых проблем могут понимать и запоминать, что такое конденсатор, светодиод, резистор. В этом возрасте они уже могут осваивать понятия из школьной физики, значительно опережая программу наших учебных заведений.
Если до 14-15 лет ребенок не утратит интерес к своему хобби, ему следует продолжать заниматься математикой и начать изучение программирования. Вне кружков его ожидает много интересного: математический базис, теория механизмов и машин, реализация алгоритмов автоматической навигации, проектирование электромеханической оснастки робототехнического устройства, машинное обучение и алгоритмы компьютерного зрения (что-то меня понесло).
Немного о выборе конструкторов
Для каждой возрастной группы имеются свои образовательные платформы и конструкторы, отличающиеся степенью сложности. Сегодня на рынке представлены как зарубежные, так и отечественные наборы, стоимость которых варьирует от 400 до 15 000 гривен.
8-11 летнему ребенку подойдут конструкторы от BitKit, Fischertechnik или (конечно, в ассортименте этих производителей имеются наборы и для взрослых детей). Например, продукция BitKit направлена на изучение электроники (их конструктор Омка я тестировал лично и писал об этом зимой 2016 года – ); Fischertechnik – приближает к настоящей разработке роботов, в их наборах есть и штекеры, и провода, и визуальная среда программирования; Lego предлагает очень известные конструкторы с интересными и яркими деталями, подробной инструкцией и большими возможностями.
Стандартом в области образовательной робототехники являются модули Arduino, а также одноплатный компьютер . Для работы с ними потребуются базовые навыки программирования, но в конечном итоге можно научиться собственными руками создавать всевозможные “умные” устройства – от системы автоматического полива до сигнализации.
Где заниматься робототехникой?
Курсы робототехники для детей в Украине предлагают следующие организации:
курс “Stem Fll” от First Lego League;
курс “Робо-3D Junior” от RoboUa;
курс “Робо-3D” от Lego Mindstorms;
курсы на базе Arduino, Lego и Fischertechnik от Robot School;
курсы для детей от 4х лет от студии МАН;
учебная программа от Boteon;
курс “Подготовка к полету” от Singularity Studio;
курсы от IT-школы “Смарт”.
Самостоятельное обучение: возможно ли?
Для самостоятельного изучения в интернете имеется множество бесплатных онлайн-курсов. Но вряд ли такой формат подойдет ребенку, поэтому дистанционное образование может быть привлекательным исключительно для взрослого человека.
Что касается ребенка, ему в помощь помимо увлекательных и полезных наборов пригодятся книги по робототехнике, а именно:
Брага Ньютон, “Создание роботов в домашних условиях”;
Дуглас Вильямс, “Программируемый робот, управляемый с КПК”;
Оуэн Бишоп, “Настольная книга разработчика роботов”;
Вадим Мицкевич, “Занимательная анатомия роботов”;
Владимир Гололобов, “С чего начинаются роботы”.
Подобных работ очень много. К сожалению, робототехника быстро развивается и актуальность информации в книгах устаревает. Поэтому под рукой всегда должны быть тематический форумы и профильные сайты.
Что в итоге?
В итоге мы получаем очень перспективное направление, которое не стоит ни в коем случае игнорировать. Если у вас есть дети, задумайтесь об их будущем и возможно моя статья на Keddre станет катализатором для поиска подходящих кружков.
Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter .
Постепенно в повседневную жизнь входят высокие технологии: «умный дом», интерактивные художественные выставки, боты-собеседники. Неудивительно, что обучать азам программирования и роботостроения начинают еще до школы. Центры робототехники и инженерные кружки открываются все чаще. По разным данным, в России действуют около 400 кружков, связанных с робототехникой и IT, официальной статистики пока еще нет. И это число будет только расти.
От кружка юных инженеров и радиолюбителей до секции «Робототехника»
Робототехника встроилась в образовательный процесс органично и почти без шума. В 2016 году роботы мигают светодиодами на всех уровнях учебных учреждений: от садов до университетов, но больше всего – в школе. Робототехника считается инструментом для углубленного изучения таких дисциплин, как информатика, физика и технология. Поэтому постичь начала роботостроения школьники могут не только в кружках, но также в школах и вузах, где роботы все больше внедряются в учебный процесс.
Кружковая система дополнительного образования особенно хорошо знакома людям старшего поколения, из стран бывших союзных республик СССР. Бесплатное советское образование было щедро дополнено внешкольными занятиями на базе дворцов и домов пионеров (по данным Википедии, 1971 году действовало 4 400 «дворцов»).
Развивали пространственное мышление у будущих инженеров кружки технического моделирования и конструирования, радиомастерские. Школьники «с нуля» создавали модели автомобилей и самолетов, учились работать с оборудованием (токарные станки, выжигательные аппараты, лобзики и напильники), знакомились с принципами работы электричества.
Советская система образования по инженерно-техническим специальностям, частью которой были «кружки», считалась одной из лучших в мире. Сегодня же принято говорить больше о минусах образования в России, а лидирующие позиции в сфере технологий занимают американские и азиатские учебные заведения.
Вместе с распадом СССР в упадок пришла и культура дополнительного образования и кружков. Кружки стали платными, а тематика потеряла в разнообразии: популярными стали спортивные секции, танцевальные и художественные школы. Как повлияло такое изменение в учебном меню целого поколения детей, можно судить уже сейчас. Выпускники вузов с дипломами о гуманитарном образовании не находят работу, а предприятия днем с огнем ищут инженерные кадры.
В 2000-х годах все более заметным становится интерес к робототехнике в образовании. С 2002 года в России проводятся внутренние и Международные состязания роботов. В это же время формируется Российская ассоциация образовательной робототехники (РАОР) . С 2008 года на основе РАОР работает Всероссийский учебно-методический центр образовательной робототехники (ВУМЦОР) – организация поставляет методички и снабжает всех желающих правовой информацией и рекомендациями для открытия робототехнического кружка.
Также с 2008 года фонд Олега Дерипаски «Вольное дело» запустил программу «Робототехника» , которая поддерживает образовательные и соревновательные проекты.
В 2014 году о роботах заговорили на государственном уровне. В АСИ (Агентство стратегических инициатив, учредитель – Правительство Российской Федерации) анонсировали Национальную техническую инициативу. Глобальная идея НТИ – к 2035 году вывести Россию на конкурентных уровень на рынке высоких технологий. Одним из направлений программы стала поддержка и популяризация технического образования.
Вместе с популяризацией робототехники в образовательной среде появилось понятие STEM (или STEAM). Это направление в мировом образовательном процессе, его характеризует междисциплинарный подход к обучению. Ключевые дисциплины зашифрованы в аббревиатуре: Science, Technology, Engineering, Art (не всегда), Math. Система призвана развивать будущих инженеров и робототехников.
При государственной поддержке открываются не просто кружки, но и целые технопарки — детские центры, объединяющие кружки по разным техническим направлениям. Пока технопарков не много. В мае в Москве заработал первый детский центр при “Мосгормаш” , в конце сентября открылся технопарк “Кванториум”. В регионах также собираются открывать технопарки. Они должны появиться в 17 регионах: в Мордовии, Татарстане, Чувашии, Алтайском крае и в других.
От конструктора к микросхеме
Несмотря на то, что роботы включены в занятия для детей с дошкольного возраста, главную роль в становлении самых маленьких будущих инженеров играет не электроника, а творчество. В системе STEM образования в занятиях для дошкольников на первом плане – свобода мыслить и создавать. Поэтому в кружках для детей до 6 лет активно используют простые конструкторы и кубики.
Основная масса кружков по робототехнике ориентирована на детей возраста начальной и средней школы.
“Как правило, в программу подобных детских курсов входит знакомство со схемотехникой, основами программирования и робототехники. Разница между кружками состоит в их задаче: ребенок либо развлекается, либо учится. Исходя из этого и подбирается методика обучения и технологии. Глобальная цель РОББО Клуба – вырастить поколение молодых инноваторов, которые были бы конкурентоспособны не только на российском рынке, но и в мире. Поэтому наш курс рассчитан на работу с детьми разного возраста: с дошкольниками мы создаем анимационные программы и классические компьютерные игры (Pac-man, Arkanoid), программируем роботов на выполнение различных задач, со школьниками занимаемся программированием на «взрослых» языках, 3D-моделированием, 3D-конструированием и 3D-печатью. Так, ребенок приходит к нам только с навыками чтения, а уходит с напечатанным на 3D-принтере, собранным и запрограммированным самостоятельно роботом”, — поясняет Павел Фролов, продюсер детского робототехнического проекта для образования «РОББО»
Робототехника дополняет пройденный материал на уроках технологии, физики и математики. Дмитрий Спивак, директор санкт-петербургского кружка робототехники для детей Robx считает, что именно на кружковых занятиях ребенок может применить знания механики и электродинамики, вникнуть в текстовые языки программирования (например, С). “В средней школе наши подопечные начинают знакомство с Arduino, более сложные программами для 3D моделирования — OpenSCAD, параметрическим моделированием, где дети описывают фигуры кодом” — говорит Дмитрий.
Образовательная робототехника, как правило, начинается с конструкторов Lego. В наборах соблюдается баланс конструирование-программирование. После того, как ребенок освоит азы, он может углубиться в одно из направлений, более глубоко изучать программирование и конструирование. На занятиях с уклоном в программирование ученики работают с разными языками и программами для программирования, занимаются 3D моделированием. Конструкторские кружки готовят будущих инженеров: здесь дети самостоятельно разрабатывают форму и “начинку” робота.
Lego и Ко
Рынок STEM и роботизированных конструкторов довольно разнообразен. Большинство производителей охватывает все возрастные категории, от наборов для дошкольного образования до модулей с 4-ядерными процессорами для средних и старших школьников.
Мировым и российским лидером в сфере образовательной робототехники является дочерняя компания холдинга LEGO Group — LEGO Education. Датскому бренду принадлежат не только наборы и методические разработки, но и сеть специализированных детских центров, а также ЛЕГО Академия, где обучение могут пройти педагоги. На данный момент 16 центров дополнительного образования являются официальными партнерами Lego Education Afterschool Programs в России.
Lego Education работает с 1980 года. В линейке бренда как конструкторы без электронной составляющей (Lego Простые механизмы, Первые конструкции), наборы с микропроцессором и датчиками для изучения робототехники в младшей школе (Lego WeDo) так и наборы для демонстрации научных принципов в средней школе (Lego Технология и физика) и наборы легендарной серии MINDSTORMS.
Похожая на Lego, но гораздо менее известная американская компания Pitsco была основана в 1971 году тремя преподавателями. Наборы для младшего возраста Elementary STEM представлены скорее творческими общеразвивающими игрушками – летучие змеи, ракеты. Роботы включены в направление Tetrix – роботизированные металлические конструкторы, широко известные в России. Металлические детали делают такие наборы универсальными, Tetrix совместим с контроллером Lego MINDSTORMS. Роботы на основе Tetrix часто участвуют в соревнованиях, в том числе и в студенческих категориях.
Открытая платформа Arduino в отличие от прочих уникальная плата с программной оболочкой. Это делает Arduino универсальной основой для робототехнических конструкций любого уровня в рамках детского образования. На основе Arduino создано несколько брендов робототехнических наборов-конструкторов. Платформу можно приобрести отдельно. Минус платформы в том, что конструирование достаточно сложное, подразумевает работу ребенка с паяльником.
Отечественные наборы представлены двумя заметными на рынке брендами – ТЕХНОЛАБ и Амперка. Для ТЕХНОЛАБ разработаны методички при поддержке специалистов факультета «Робототехника и комплексная автоматизация» МГТУ им Н.Э.Баумана. Продукты ТЕХНОЛАБ — тематические и возрастные модули. В каждом модуле – несколько робототехнических наборов. Такой «оптовый» подход предполагает высокую цену конструкторов: от 93 тыс. рублей за модуль для детей 5-8 лет и до 400 тыс. рублей за модуль воздушных роботов.
Амперка – стартап 2010 года, основанный на платформе Arduino. Продукты Амперки — наборы под игровыми названиями: «Матрешка», «Малина», «Электроника для чайников» и т.д. Также на сайте Амперки можно купить отдельные комплектующие – платы Arduino, датчики, коммутаторы.
Корейский бренд Robotis предлагает робототехнические наборы для каждого уровня. Это пластмассовые роботы для начальной школы (Robotis Play, Robotis Dream) и человекоподобные роботы на основе сервомоторов Robotis Bioloid.
Корейские производители HunaRobo и RoboRobo акцентируют внимание на конструкторах для детей младшего и среднего возраста. Наборы корейских брендов включают базовые элементы: материнскую плату, двигатель и редуктор, RC приемник и пульт управления.
VEX Robotics — частная компания с фокусом на мобильную робототехнику, базируется в США. Бренд принадлежит компании Innovation First, Inc., которая разрабатывает электронику для автономных наземных роботов. Бренд поделен на два направления – серия VEX IQ для начального уровня и VEX EDR– платформа для продвинутых учеников. Мобильные программируемые роботы VEX на пульте управления ориентированы на соревнования и навыки программирования.
Вместо заключения
Широкий ассортимент робототехнических обучающих платформ, государственная поддержка и мода на роботов только встраивают робототехнику в образование. Инженерные и робототехнические кружки и занятия скорее исключение, особенно в регионах. Однако, уже сегодня сотни тысяч детей получили возможность учиться дополнительно по инженерным и IT направлениям. И это число в ближайшее время будет только расти — СМИ рапортуют о новых технопарках и кружках, а власти — о готовности поддержать подобные инициативы.
Хочется верить, что усиленная интеграция дополнительного технического образования в итоге даст толчок к формированию большего количества технических специалистов высокого уровня в будущем. Кружковое движение стремится к широкому охвату — программы робототехнических занятий построены так, чтобы заинтересовать любого ребенка. Основные технические законы и понятия становятся доступнее. Занятия робототехникой как минимум расширяют кругозор, как максимум — обеспечат будущее инженерными и техническими кадрами. Верим в максимум!
Тест должен содержать простые и чётко сформулированные вопросы о конструкторе, о лего, о законах физики, математики и т.д. Рекомендуемое количество вопросов от 10 до 20. Ученики отвечают на простые вопросы, проверяют свой уровень знаний. В тест рекомендуется включить несколько вопросов на смекалку из цикла: "А что если...". В результате тестирования мы должны понять научился ли чему-нибудь ученик.
Приведём примерные вопросы для проведения мониторинга знаний по робототехнике за 1 полугодие.
1) Конструирование это - .....(выберите верное определение термина)
2)По ключевым словам определить вид конструктора: шарик, желобок, угол наклона, препятствия.
3) Выберите основные характеристики деревянного конструктора:
4) Выберите пропущенное слово: ____________конструктор состоит из различных по цвету и размеру кирпичиков, которые «надеваются» друг на друга с помощью специальных креплений.
5) Выберите конструктор, который может превращаться из одной законченной модели в другую.
6) Набор из различных металлических пластинок, уголков, которые скрепляются между собой болтиками называется?
7) Непосредственное использование материалов для обеспечения некоторой механической функции; при этом все основано на взаимном сцеплении и сопротивлении тел. Выберете соответствующий данному определению термин:
8) Кто сформулировал три закона Робототехники? Назовите Имя и Фамилию писателя фантаста, сформулировавшего три закона робототехники.
9) Антропоморфная, имитирующая человека машина, стремящаяся заменить человека в любой его деятельности. Укажите термин соответствующий данному определению:
10) Кто придумал слово "Робот"? Назовите Имя и Фамилию писателя фантаста, автора слова "РОБОТ".
11) Автоматическое устройство, созданное по принципу живого организма. Действуя по заранее заложенной программе и получая информацию о внешнем мире от датчиков, самостоятельно осуществляет производственные и иные операции, обычно выполняемые человеком. Укажите термин соответствующий данному определению:
12) Совокупность механизмов, заменяющих человека или животное в определенной области; используется она главным образом для автоматизации труда. Укажите соответствующий данному определению термин:
13) Деталь конструктора Lego Mindstorms EV3, предназначенный для программирования точных и мощных движений робота:
