Что такое образовательная робототехника сегодня
Данная статья — «лонгрид» для тех, кто интересуется данной сферой. Людям, совсем далеким от техники будет сложно понять, о чем идет речь.
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.
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:
1. Низкая жесткость больших конструкций
2. 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:
1. Вы обладаете хотя бы минимальными знаниями о механизмах и программировании и способны изучить набор в полной мере самостоятельно.
2. 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.
Исключением можно считать книжки — сборники разнообразных механических узлов из LEGO (и не только). Такая шпаргалка очень полезна при проектировании.
Как происходит процесс программирования?
Для LEGO Mindstorms EV3 есть несколько вариантов:
1. 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.
2. 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.
3. 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!
