CC BY
89
Организация дополнительного обучения учащихся образовательной робототехнике
В.В. Максимов,
Северо-Восточный федеральный университет, [email protected]
Аннотация
Рассматриваются организационные аспекты дополнительного обучения учащихся основам робототехники. Дается описание регионального проекта содействия развитию образовательной робототехники. Рассматриваются вопросы использования в обучении учащихся как Lego-конструкторов, так и других современных обучающих робот-конструкторов.
Введение
Робототехника является одним из самых перспективных и динамично развивающихся направлений прикладной науки и техники, в котором тесно переплетаются проблемы мехатроники, информационных технологий, искусственного интеллекта. Роботы широко и эффективно используются в промышленности, транспорте, медицине, образовании и многих других сферах человеческой деятельности.
Во многих странах, особенно в США, странах Юго-Восточной Азии, уделяют большое внимание ознакомлению детей с основами робототехники, организуют робототехнические олимпиады, соревнования, конкурсы. Например, в Республике Корея выпускают большое количество самых различных видов учебных роботов и образовательных робот-конструкторов, разрабатывают учебное и методическое обеспечение обучения учащихся робототехнике, на уровне правительства оказывают мощную поддержку таким образовательным учреждениям, как Высшая школа робототехники г.Сеула, на базе которой в настоящее время создается международный центр образовательной робототехники.
Образовательная робототехника в российских школах
В последние годы резко возрос интерес к образовательной робототехнике и в России. Во многих школах и центрах дополнительного образования детей Москвы, Санкт-Петербурга, Челябинской области и других российских регионов ведутся факультативные и кружковые занятия по основам робототехники. Проводятся всероссийские и региональные робототехнические фестивали, олимпиады, соревнования, летние лагеря и другие мероприятия по робототехнике для учащихся. По инициативе Федерального агентства по делам молодежи Российской Федерации и Фонда поддержки социальных инноваций «Вольное Дело»
успешно реализуется Общероссийская образовательная программа «Робототехника: инженерно-технические кадры инновационной России», одним из направлений которой является общая робототехника.
В обучении основам робототехники, соревнованиях роботов и других робототехнических мероприятиях для учащихся используют, в основном, широко распространенные во всем мире, простые в освоении робот-конструкторы Lego. Например, из стандартных деталей, сенсоров, двигателей и программируемого блока конструктора Lego Mindstorm NXT учащиеся проектируют и собирают учебные роботы различного уровня сложности, составляют для управления ими программы на компьютере с использованием среды программирования Robolab и испытывают их. Программы для управления роботами Lego Mindstorm NXT могут составляться и в других средах графического программирования, например, в среде LabVIEW. Благодаря использованию языка графического программирования, позволяющего создавать программы путем построения ее структурной схемы из готовых графических образов, приступить к программированию роботов могут учащиеся практически любого возраста без особой предварительной подготовки в области алгоритмизации и программирования. Кроме того, ознакомление учащихся старших класов с LabVIEW, одним из самых популярных в мире программных продуктов для работы с измерительными приборами, управления техническими объектами и технологическими процессам, представляет самостоятельный интерес. В настоящее время во многих российских школах и учреждениях дополнительного образования детей накоплен большой опыт организации и методического сопровождения обучения учащихся разного возраста основам робототехники с использованием, в основном, Lego-конструкторов WeDo и Mindstorm NXT.
Образовательные робот-конструкторы
Считается, что в мире пока еще нет серъезных конкурентов Lego-конструкторам, которые по многим параметрам превосходят другие аналоги, в т.ч. по доступности, распространенности и наличию солидной базы учебных и методических материалов. Но в последние годы на рынке конструкторов образовательных роботов начинает появляться качественная и, на наш взгляд, вполне конкурентоспособная в будущем продукция и других производителей. Наиболее перспективными среди них нам представляются корейские роботы. В России хорошо известен, например, робот-конструктор Robobuilder. Из набора RoboBuilder 5710K Robotic Kit можно собрать три базовых модели робота, в т.ч. андроид-ный человекоподобный робот, часто называемый "танцующим роботом". В 2011 г. в некоторых российских школах появился обучающий конструктор роботов Roborobo Robo-kit. Этот конструктор выпускается компанией Roborobo в виде 5 наборов различного уровня сложности.
С помощью набора Roborobo Robo-kit уровня 2 можно, например, собрать 12, а с помощью набора уровня 5 - 48 различных базовых моделей роботов. Многие из этих моделей являются упрощенными моделями настоящих роботов, которые используются в современном производстве, транспорте и других сферах. Кроме того, компания Roborobo выпускает "промежуточные" наборы, позволяющие пользователям наращивать имеющиеся у них наборы того или иного уровня до наборов следующего уровня. Конструктор Roborobo Robo-kit используется в качестве основного оборудования при изучении основ робототехники в большинстве школ Республики Корея.
На основе ознакомления и опыта работы с конструкторами Lego, в первую очередь, LegoMindstroms NXT, и корейскими робот-конструкторами Roborobo Robo-kit и Robikids мы можем сделать вывод о том, что при соответствующей организации продвижения и методической поддержки Roborobo Robo-kit имеет вполне реальные перспективы стать достаточно сильным конкурентом Lego Mindstorm NXT в России.
К достоинствам образовательного конструктора Roborobo Robo-kit можно отнести:
• наличие наборов 5 уровней сложности, а также промежуточных наборов для перехода из одного уровня на другой;
• большое количество и разнообразие рекомендуемых производителем базовых моделей роботов;
• использование более мелких деталей и блоков, чем в конструкторах Lego, что дает больше возможностей для конструирования новых и модернизации базовых моделей роботов;
• более сложный и длительный, чем при работе с конструкторами Lego, но в то же время более увлекательный и полезный для учащихся всх возрастов процесс сборки роботов с использованием таких инструментов, как отвертка и гаечный ключ;
• вполне доступные для образовательных учреждений и родителей цены.
Летняя школа ИТ и робототехники
Северо-Восточный федеральный университет имени М.К.Амосова (СВФУ) с 2010 г. сотрудничает с Высшей школой робототехники Сеула, уникальным специализированным учебным заведением профессионального образования в области робототехники, и через него - с компанией Roborobo, одним из основных производителей образовательных робот-конструкторов в Республике Корея. В 2011 г. СВФУ установил контакты с такими известными корейскими робот-компаниями, как корпорация ED и компания Robobuilder. В результате этого сотрудничества Малая компьютерная академия СВФУ получила возможность организовать
обучение учащихся и студентов - будущих учителей информатики образовательной робототехнике с использованием не только Lego Mindstorm NXT, но и робот-конструкторов Roborobo Robo-kit, Robobuilder и мобильного робота ED-7275.
В июле 2011 г. на базе СВФУ была проведена Саха-Корейская летняя школа информационных технологий и робототехники, одной из основных целей которой было ознакомление учащихся, студентов и преподавателей университета с образовательной робототехникой. На практических занятиях, которые вели специалисты компании Roborobo, корпорации ED и учитель Высшей школы робототехники г. Сеула при консультационной поддержке группы корейских студентов, слушатели летней школы собирали различные модели роботов, используя робот-конструкторы LegoMindstroms NXT и Roborobo Robo-kit - 2, учились составлять для них программы в графических средах программирования LabVIEW и ROGIC, знакомились с программированием мобильного робота ED-7275 на С++.
Результаты и опыт летней школы стали основой для разработки программ кружковых занятий для учащихся по основам робототехники, которые в настоящее время проводятся Малой компьютерной академией СВФУ при активном участии студентов университета. Кроме того в сентябре-октябре 2011 г. успешно были апробированы и такие формы ознакомления учащихся с робототехникой, как экспресс-робот-тренинги на выставках и во время выездных дней информационных технологий и робототехники, проводимых на базе школ. На кружковых занятиях, робот-тренингах и других мероприятиях Малой компьютерной академии СВФУ используются конструкторы LegoMindstroms NXT, Roborobo Robo-kit и Robobuilder.
Региональный проект по продвижению образовательной робототехники
Несмотря на актуальность и растущую популярность в мире образовательной робототехники, изучение робототехники в Республике Саха (Якутия) пока еще организовано только в нескольких школах и центрах дополнительного образования детей. Учитывая эту ситуацию, нами подготовлен проект по популяризации и содействию внедрению робототехники в образовательных учреждениях Северо-Востока России. Проект направлен, в первую очередь, на выявление учащихся и студентов, интересующихся техникой и современными технологиями, на содействие в реализации ими своих потенциальных возможностей в области образовательной робототехники. Проект предусматривает организацию кружковых занятий, тренингов, соревнований, конкурсов и учебной проектной деятельности учащихся в области робототехники, краткосрочные курсы повышения квалификации, обучающие и консультаци-
онные семинары и тренинги для учителей и педагогов дополнительного образования, проведение ознакомительных занятий, дней информационных технологий и робототехники, презентаций, выставок и других мероприятий по пропаганде образовательной робототехники среди руководителей органов управления образованием и образовательных учреждений, родителей и других слоев населения.
Для привлечения к участию в проекте учителей, учащихся и молодежи из отдаленных населенных пунктов планируется создание опорных пунктов в виде ресурсных центров на базе образовательных учреждений Университетского образовательного округа СВФУ. Малая компьютерная академия СВФУ будет обеспечивать консультационное и экспертное сопровождение деятельности этих центров, организовывать для них обучение и повышение квалификации педагогических, методических и технических кадров, предоставлять информационные и рекламные материалы, оказывать информационную и методическую поддержку по вопросам обучения учащихся и их подготовки к участию в конкурсах, соревнованиях и других мероприятиях по образовательной робототехнике.
Организация занятий с образовательными роботами
Многие считают, что ознакомление учащихся с робототехникой в школах вполне может быть организовано на уроках физики, технологии, информатики, а также в процессе проектной деятельности по этим предметам. Например, робот-конструкторы могут быть использованы на начальных занятиях по основам алгоритмизации и программирования. При этом учебный робот выступает в качестве реально существующего "исполнителя" со своей системой команд. Из этих команд учащиеся составляют на компьютере программу, используя простой и удобный графический интерфейс. Составленную на компьютере программу учащиеся загружают в память робота и запускают ее, что позволяет им сразу же увидеть и оценить по поведению и действиям материального объекта - робота результаты исполнения своей программы.
Больше времени и возможностей для изучения робототехники, проектирования, сборки, программирования и сборки роботов учащиеся получают на факультативных и кружковых занятиях по робототехнике. Эти занятия представляют собой междисциплинарные занятия, которые интегрируют в себе технологию, конструирование, моделирование и программирование. С помощью образовательных робот-конструкторов можно сконструировать роботы различного уровня сложности, что дает возможность вовлечь в работу с роботами учащихся разного возраста, в т.ч. учащихся младшего возраста. На кружковых занятиях по робототехнике естественным образом может быть организована групповая творческая проектная деятельность учащихся. Опыт работы Малой
компьютерной академии СВФУ показывает, что при этом вполне возможна организация эффективной совместной работы с роботами разновозрастной группы учащихся.
Заключение
Дополнительное образование детей в области робототехники способствует приобретению ими навыков разработки и реализации технических проектов, детального планирования, прогнозирования и оценки результатов своей деятельности, конструктивного взаимодействия и сотрудничества в процессе групповой деятельности, а также развитию их творческих способностей, логического и критического мышления, развитию таких личных качеств, как целеустремленность, ответственность, самостоятельность в принятии решений, умение доводить начатое дело до конца.
Литература
1. Park Jungmi, Um Gooyong, Choi Youngsuk. Intelligent Robot School. -Seoul: Roborobo Co., 2010 - 148 p.
2. Садырин В.В. Образовательная робототехника: достигнутые результаты и перспективы в регионе //Тр. Всероссийского съезда учителей информатики. - М.: МГУ, 2011.
3. Тевс Д.П., Гоголева О.С. Образовательная робототехника в школе // Педагогическое образование на Алтае (Педагогический университетский вестник Алтая). Электронный журнал. - 2011. - № 1.
