Робототехника в образовании. Образовательная робототехника

Как вы оцениваете образовательную робототехн ику в России и что нас ждет в ближайшие 5 лет? Такой вопрос мы задали тренерам, судьям и участникам Всероссийской робототехнической олимпиады. Самые интересные ответы ниже.

Сергей Филиппов, учитель робототехники ФМЛ 239, Санкт-Петербург, тренер команд-победителей российских и международных соревнований:

На уровне школьной робототехники я считаю, что у нас ускоренное развитие и мы входим в мировой уровень. Студенческая — сильно отстает — это не одно десятилетие надо активно работать. И возникнет странная ситуация, когда мотивированные, талантливые и очень опытные школьники придут в вузы. Не всех их смогут обеспечить достаточно интенсивной и интересной учебой и работой.

В прошлом году на ВРО наблюдался стремительный скачок усложнения творческих проектов, и они были очень интересные. В этом году тенденция поддерживается, но немножко устаканивается — нового рывка не было. Хотя предлагаются довольно интересные решения, технологии.

Федеральный тьютор по робототехнике и высоким технологиям в детских технопарках «Кванториум»:

Я думаю, что поколение детей, которое выросло, скажем, с уровня LEGO, перейдет сейчас уже на следующий этап, добавится более сложная электроника, мехатроника и прочее. И я думаю, что будущее за DIY-роботами — сделай своими руками — мейкеры и прочие ребята, которые будут делать роботов как-будто из хлама. Собрали своего робота и вау.

Динара Гагарина, Занимательная робототехника, и Андрей Гурьев, Кванториум

Александр Колотов, Университет Иннополис:

О том, что будет дальше, можно только фантазировать. Если мы посмотрим тренды в сети интернет, какие задачи сейчас решаются ведущими робототехниками, вузами исследовательскими или уже реализуется в коммерческих проектах, то видно, что образовательная робототехника в какой-то момент должна начать соответствовать этому уровню, что должна выстраиваться какая-то определенная ступенька подготовки. Задачи, которые должны ставить перед собой участники, тренеры, которые готовят этих участников, с каждым годом усложняться должны. Потому что, если говорить избитую достаточно фразу из «Алисы в Зазеркалье», что чтобы остаться на месте, нужно быстро бежать, а чтобы попасть куда-то, нужно бежать в два раза быстрее. Также и сейчас, если мы хотим, чтобы наши школьники, которые сейчас занимаются робототехникой, через 5 лет условно пришли в вуз, а через 5 лет после вуза пришли на предприятие, получается через 10 лет, то они должны задачи решать не 30-летней давности, которые потеряли актуальность, а задачи, которые сейчас актуальны, только тогда через 10 лет они смогут выбиваться в тот робототехнический уклад, которые сформируется через 10 лет, а он сформируется мгновенно. Мы знаем, что 10 лет назад облачные технологии, нейроинтерфейсы и нейронные сетки — это все была какая-то фантазия, сейчас инструментарий шагнул далеко вперед и каких-то базовых основ, базовой математики уже достаточно, чтобы начать понимать и с этим знакомиться. Базовая математика у школьников есть. Математика, программирование, физика есть. Соответственно они могут научиться не просто решать задачи позавчерашнего дня, а хотя бы вчерашнего или сегодняшнего дня. Я вижу развитие такое. Это не только в России, но и по всему миру. А у нас, может быть, получится задать тон, какие задачи могут решать школьники.

Нашим школьникам, это не секрет, традиционно нравится решать сложные задачи, которые являются challenge . Мы слабы в доведении до конца, т.е. нам нравится задача, она нас мотивирует, но когда уже более-менее все понятно, как все должно работать, все выстроено…. Плюс, наверное, это российская тоже черта — перфекционизм — это другая проблема, когда хочется все время лучше и лучше. Можно остановиться …

Игорь Лосицкий , Университет ИТМО:

Я хорошо оцениваю состояние, поскольку, если сравнивать с мировой, то у нас неплохие результаты, судя по результатам олимпиады, значит и уровень образовательной робототехники в норме относительно среднемирового. Перспективы … Не знаю… Как-то началось все очень так с каким-то пафосом, с какими-то ожиданиями, а, глядя по сторонам, можно заметить, что занимаются одни и те же люди, больше их не становится, уровень иногда растет, иногда падает. Потому что перспектив у детей, как робототехников, в России очень мало. Они все равно становятся либо инженерами, либо программистами в итоге… , но я пока не знаю, чтобы это было таким же массовым явлением, которое сильно востребовано в России настолько же, например, как программирование.

Максим Васильев, РАОР:

Если сравнивать, например, с другими странами, в том числе близлежащими, то состояние образовательной робототехники в России неплохое. Она достаточно популярна, она поддерживается на очень многих уровнях — государственном, частном, например, частный университет Иннополис проводит серьезную олимпиаду. Много движений, где робототехника, начинает свое место занимать, начиная от допобразования до Кванториумов, робототехника учитывается при поступлении в вузы. Процесс идет сейчас достаточно семимильными шагами. Думаю, что все хорошо, если о перспективах говорить, то будет еще лучше.

Усложнение будет в том смысле, что меняются технологии, добавляются вещи общего технического плана, в том числе опускаются в образовательную робототехнику. LEGO выпустит новый набор по робототехнике, там будут какие-то новые технологии, которых сейчас нет в EV3 (который сейчас самый популярный). Подтянутся другие производители, которые тоже это включат (может быть, это элементы технического зрения). Это все, с одной стороны усложнится, но тем не менее это все равно будет доступно детям.

В школе не нужно заниматься образовательной робототехникой… Не к месту совершенно. У школы есть стандартные образовательные предметы, которые крайне нужны и важны: физика, химия, математика. Лучше бы астрономию вернули, черчение… Учителям это не нужно. Особенно сидеть, собирать этих роботов. Они плохо понимают, это не в их интересах. Учитель информатики учился на информатика, ему механика чужда.

Дмитрий Алексеев, генеральный директор компании DNS, Центр развития робототехники во Владивостоке:

С образовательной робототехникой все хорошо. Нас ждет развитие робототехники самой по себе… Будут усложняться сами роботы. Я думаю, что мы скоро увидим в рамках школьных соревнований задачи на распознавание образов, техническое зрение. Честно говоря, думаю, что следующая версия LEGO будет это поддерживать. Ну, если LEGO не сделает, мы сделаем.

Робототехника - универсальная наука, в которую входит большое количество специализаций, многие из них уже стали частью жизни общества. Роботы имеют связь со смартфонами, а вскоре обзаведутся своими приложениями, экосистемами. Просвещенный в этом мире человек сможет чувствовать себя как рыба в воде.

Больше полезных материалов в разделе " ": кружки, курсы и вузы (робототехника и искусственный интеллект).

Робототехника является прикладной научной отраслью, которая специализируется на создании роботов и автоматизированных технических систем. Отрасль еще называют роботостроением, что подразумевает процесс, аналогичный машиностроению. Сегодня существует промышленная, строительная, авиационная, космическая, подводная и военная робототехника. В последнее время актуальными стали боты-помощники и роботы для игр.

«Сестрой» робототехники является мехатроника - дисциплина, которая изучает создание и эксплуатацию машин, а также систем с программным управлением. Нередко мехатронику считают синонимом электромеханики и наоборот. Профессионалы-мехатроники занимаются заводскими станками, оснащенными программным обеспечением, беспилотными транспортными средствами, современной офисной техникой и пр. В общей сложности, их специализация - приборы, выполняющие конкретную задачу. Робототехника находится в родстве с мехатроникой.

Прямая задача инженера-робототехника - изготовить робота. Ему принадлежит выбрать задачи, для выполнения которых нужен бот, продумать его механику, электронную составляющую, запрограммировать действия. Естественно, одному специалисту не справиться с такой задачей, а поэтому робототехники трудятся в команде.

Но разработка и создание машины - это не все. Устройству необходимо качественное обслуживание - управление, отслеживание «самочувствия», ремонт. Здесь в игру вступает робототехник, который специализируется на обслуживании.

Основа современной робототехники состоит из механики, электроники и программирования. Футурологи прогнозируют, что со временем в ход пойдут био- и нанотехнологии. Это приведет к появлению киборга - кибернетического организма, который будет промежуточным звеном между человеком и роботом. Следовательно, получить образовании в данной сфере - означает иметь большие профессиональные и финансовые перспективы.

Где потом работать?

В специалистах по робототехнике нуждаются конструкторские бюро авиации и космонавтики, такие как НПО им. С.А.Лавочкина, научно-исследовательские центры, специализирующиеся на космической отрасли, медицине, нефтедобыче, компании, занимающиеся роботостроением.

Если Вы хотите посвятить себя робототехнике, то должны интересоваться точными науками, инженерным делом, обладать аналитическим сладом ума, отлично структурированным мышлением «приправленным» богатым воображением.

В итоге, Вам нужно овладеть знаниями в области механики, программирования, теории автоматического управления, проектирования автоматических систем. Также неплохо бы иметь навыки конструирования и «очумелые» ручки - придется работать с паяльником и не только.

Познаем азы еще в школе

Если задуматься серьезно, робототехника является идеальным предметом школьной программы. Она позволяет рисовать увлекательные образы будущего, которые популяризирует кино, литература, игры. Этот мир сегодня еще кажется сказочным, но если вникнуть глубже, то можно заметить, что он намного реальнее, чем нам может показаться.

На российском рынке присутствуют компании, которые предлагают обучающие курсы по робототехнике для школ, а также программы с использованием образовательных конструкторов для дошкольников и школьников.

В их число входят (это лишь небольшой перечень):

• «Роботбаза», «ИнноПарк», семейный досуговый центр «Интерес», Политехнический музей, музей занимательной науки «Экспериментаниум», (Москва).
• Санкт-Петербургский городской Дворец творчества юных робототехников, Санкт-Петербургский центр детского и юношеского технического творчества (Санкт-Петербург).
• Сеть учебно-творческих центров «Гений», центр инновационно-технического развития«Робот Центр», Дворец молодежи (Екатеринбург).
• Кружок робототехники при ННГУ им. Н. И. Лобачевского, Нижегородский Институт Информационных Технологий, Поволжский центр аэрокосмического образования (Нижний Новгород).
• Областной центр технического творчества учащихся, Профессиональный лицей № 3 (Ростов-на-Дону).
• Студия «Роботикс» в рамках университета «Иннополис», инновационный технопарк «Идея», Центр детского технического творчества им. В. П. Чкалова (Казань).
• «Лига Роботов» (франшиза).
• "РОББО Клуб" (франшиза).

Новый, расширенный список кружков по робототехнике для детей смотрите .

Какие навыки это позволит развить?

• Дает понятие профориентации в раннем возрасте.
• Расширяет политехнический кругозор, закрепляет на практике знания, полученные во время изучения основ наук.
• Развивает навыки проектной и конструкторской деятельности и пр.

Где получить высшее образование?

Чтобы связать свою профессиональную деятельность с этой сферой, необходимо получить образование в направлении «мехатроника и робототехника», после чего будет присвоена квалификация «инженер». Тем более что в России общее количество ВУЗов, где обучают «Мехатронике и робототехнике» доходит до 40.

Желающие могут стать студентами:

Факультета специального машиностроения кафедры «специальной робототехники и мехатроники» Московского государственного технического университета им. Н.Э. Баумана.

Кафедры «автоматизации и робототехники» Омского Государственного технического университета.

Санкт-Петербургского государственного университета аэрокосмического приборостроения (СГУАП)

Магнитогорского государственного технического Университета.

Южно-Российского Федерального Университета (Новочеркасский ГТУ).

Саратовского государственного технического Университета.

Робототехника является одним из самых перспективных направлений технологического бизнеса. Продажи роботов неустанно увеличиваются, а поэтому есть смысл серьезно задуматься о получении образования в этой сфере.

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.

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.

Тюменский областной государственный институт

развития регионального образования

ОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ

РОБОТОТЕХНИКА
Методические рекомендации

Составитель:

Бояркина Ю.А., к.п.н., доцент кафедры естественно-математического образования ТОГИРРО

Образовательная робототехника.

Методическое пособие. / Составитель Бояркина Ю.А.-

Тюмень: ТОГИРРО, 2013

Данное пособие является методической помощью специалистам и педагогам образовательных учреждений, ведущим практическую деятельность по реализации образовательных программ в области образовательной робототехники.

В пособии рассматривается круг вопросов, связанных с использованием образовательной робототехники на уроках в начальной школе, основной и старшей школе в условиях введения ФГОС. Пособие содержит апробированные материалы, обобщающие опыт внедрения образовательной робототехники учебными заведениями Тюменской области.

Методическое пособие рекомендуется педагогическим работникам, реализующим программы общего образования в условиях введения ФГОС в образовательном учреждении, методистам, курирующим реализацию направления робототехники, слушателям курсов повышения квалификации, руководителям образовательных учреждений.

ГЛАВА I

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ И МЕТОДИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ РЕАЛИЗАЦИИ РОБОТОТЕХНИКИ В ОБРАЗОВАТЕЛЬНОМ ПРОЦЕССЕ ШКОЛЫ

Хороший инженер должен состоять из четырёх частей: на 25% - быть теоретиком; на 25% - художником, на 25% - экспериментатором и на 25% он должен быть изобретателем

П.Л.Капица

Уже в школе дети должны получить возможность
раскрыть свои способности, подготовиться к жизни
в высокотехнологичном конкурентном мире

Д. А. Медведев

1. 
   ВВЕДЕНИЕ

Робототехника - прикладная наука, занимающаяся разработкой автоматизированных технических систем. Робототехника опирается на такие дисциплины, как электроника, механика, программирование.

Робототехника является одним из важнейших направлений научно- технического прогресса, в котором проблемы механики и новых технологий соприкасаются с проблемами искусственного интеллекта. На современном этапе в условиях введения ФГОС возникает необходимость в организации урочной и внеурочной деятельности, направленной на удовлетворение потребностей ребенка, требований социума в тех направлениях, которые способствуют реализации основных задач научно-технического прогресса. К таким современным направлениям в школе можно отнести робототехнику и робототехническое конструирование. В настоящий момент во многих образовательных учреждениях России и Тюменской области осуществляется попытка встроить в учебный процесс Lego робототехнику. Проводятся соревнования по робототехнике, учащиеся участвуют в различных конкурсах, в основе которых -использование новых научно-технических идей, обмен технической информацией и инженерными знаниями.

В современном обществе идет внедрение роботов в повседневную жизнь, очень многие процессы заменяются роботами. Сферы применения роботов различны: медицина, строительство, геодезия, метеорология и т.д. Очень многие процессы в жизни человек уже и не мыслит без робототехнических устройств (мобильных роботов): робот для всевозможных детских и взрослых игрушек, робот – сиделка, робот – нянечка, робот – домработница и т.д.

Специалисты, обладающие знаниями в области инженерной робототехники, в настоящее время достаточно востребованы. Благодаря этому вопрос внедрения робототехники в учебный процесс, начиная уже с начальной школы и далее на каждой ступени образования, включая ВУЗы, достаточно актуален. Если ребенок интересуется данной сферой с самого младшего возраста, он может открыть для себя много интересного и, что немаловажно, развить те умения, которые ему понадобятся для получения профессии в будущем. Поэтому внедрение робототехники в учебный процесс и внеурочное время приобретают все большую значимость и актуальность.

Целью использования Лего-конструирования в системе дополнительного образования - явля-ется овладение навыками начального технического конструирования, развитие мелкой моторики, изучение понятий конструкции и основных свойств (жесткости, прочности, устойчивости), навык взаимодействия в группе. В распоряжение детей предоставлены конструкторы, оснащенные микро-процессором и наборами датчиков. С их помощью школьник может запрограммировать робота - умную машинку на выполнение определенных функций.

Новые стандарты обучения обладают отличительной особенностью - ориентацией на резуль-таты образования, которые рассматриваются на основе системно - деятельностного подхода. Такую стратегию обучения помогает реализовать образовательная среда Лего.

Конструкторы LEGO бывают различных видов, направленные на образование детей с учетом удовлетворения возрастных особенностей и потребностей ребенка.

Рассмотрим классификацию конструкторов , используемых в образовательных учрежде-ниях.

1. 
   WeDo – конструктор, предназначенный для детей от 7 до 11 лет. Позволяет строить модели машин и животных, программировать их действия и поведение.
2. 
   E - lab «Энергия, работа, мощность» - для детей от 8 лет. Знакомит учащихся с различными источниками энергии, способами ее преобразования и сохранения.
3. 
   E - lab «Возобновляемые источники энергии» - для детей от 8 лет. Знакомит учащихся с тремя основными возобновляемыми источниками энергии.
4. 
   «Технология и физика» - для детей от 8 лет. Позволяет изучить основные законы механики и теории магнетизма.
5. 
   «Пневматика» - для детей от 10 лет. Позволяет конструировать системы, в которых используется поток воздуха.
6. 
   LEGO Mindstorms «Индустрия развлечений. Перворобот» (RCX ) - это конструктор (набор сопрягаемых деталей и электронных блоков) для детей от 8 лет. Предназначен для создания программируемых роботизированных устройств.
7. 
   LEGO Mindstorms «Автоматизированные устройства. Перворобот» (RCX ) - для детей от 8 лет. Позволяет создать программируемые роботизированные устройства.
8. 
   LEGO Mindstorms «Перворобот» (NXT ) - для детей от 8 лет. Позволяет создавать как простые, так и достаточно сложные программируемые роботизированные устройства.

Конструкторы ПервоРобот NXT позволяют учителю самосовершенствоваться, брать новые идеи, привлечь и удержать внимание учащихся, организовать учебную деятельность, применяя различные предметы, и проводить интегрированные занятия. Дополнительные элементы, содержа-щиеся в каждом наборе конструкторов, позволяют учащимся создавать модели собственного изоб-ретения, конструировать роботов, которые используются в жизни.

Данные конструкторы показывают учащимся взаимосвязь между различными областями зна-ний, на уроках информатики решать задачи по физике, математике и т.д. Модели конструктора ПервоРобота NXT дают представление о работе механических конструкций, о силе, движении и скорости, помогают производить математические вычисления. Данные наборы помогают изучить разделы информатики: моделирование и программирование.

1. 
   МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ РОБОТОТЕХНИКИ В ОБРАЗОВАТЕЛЬНОМ ПРОЦЕССЕ

В рамках школьного урока и дополнительного образования робототехнические комплексы Лего могут применяться по следующим направлениям:

• 
  Демонстрация;
• 
  Фронтальные лабораторные работы и опыты;
• 
  Исследовательская проектная деятельность.

• 
  Объяснительно - иллюстративный - предъявление информации различными способами (объяснение, рассказ, беседа, инструктаж, демонстрация, работа с технологическими картами и др);
• 
  Эвристический - метод творческой деятельности (создание творческих моделей и т.д.);
• 
  Проблемный - постановка проблемы и самостоятельный поиск её решения обучающимися;
• 
  Программированный - набор операций, которые необходимо выполнить в ходе выполнения практических работ (форма: компьютерный практикум, проектная деятельность);
• 
  Репродуктивный - воспроизводство знаний и способов деятельности (форма: собирание моделей и конструкций по образцу, беседа, упражнения по аналогу);
• 
  Частично - поисковый - решение проблемных задач с помощью педагога;
• 
  Поисковый – самостоятельное решение проблем;
• 
  Метод проблемного изложения - постановка проблемы педагогом, решение ее самим педагогом, соучастие обучающихся при решении.

Проектно-ориентированное обучение – это систематический учебный метод, вовлекающий учащихся в процесс приобретения знаний и умений с помощью широкой исследовательской деятельности, базирующейся на комплексных, реальных вопросах и тщательно проработанных заданиях.

Основные этапы разработки Лего-проекта:

1. 
   Обозначение темы проекта.
2. 
   Цель и задачи представляемого проекта. Гипотеза.
3. 
   Разработка механизма на основе конструктора Лего-модели NXT (RCX).
4. 
   Составление программы для работы механизма в среде Lego Mindstorms (RoboLab).
5. 
   Тестирование модели, устранение дефектов и неисправностей.

При разработке и отладке проектов учащиеся делятся опытом друг с другом, что очень эффективно влияет на развитие познавательных, творческих навыков, а также самостоятельность школьников. Таким образом, можно убедиться в том, что Лего, являясь дополнительным средством при изучении курса информатики, позволяет учащимся принимать решение самостоятельно, применимо к данной ситуации, учитывая окружающие особенности и наличие вспомогательных материалов. И, что немаловажно, – умение согласовывать свои действия с окружающими, т.е. работать в команде.

Дополнительным преимуществом изучения робототехники является создание команды и в перспективе участие в городских, региональных, общероссийских и международных олимпиадах по робототехнике, что значительно усиливает мотивацию учеников к получению знаний. Основная цель использования робототехники – это социальный заказ общества: сформировать личность, способную самостоятельно ставить учебные цели, проектировать пути их реализации, контролировать и оценивать свои достижения, работать с разными источниками информации, оценивать их и на этой основе формулировать собственное мнение, суждение, оценку. То есть формирование ключевых компетентностей учащихся.

Компетентностный подход в общем и среднем образовании объективно соответствует и социальным ожиданиям в сфере образования, и интересам участников образовательного процесса. Компетентностный подход – это подход, акцентирующий внимание на результатах образования, причём в качестве результата образования рассматривается не сумма усвоенной информации, а способность действовать в различных проблемных ситуациях.

Главная задача системы общего образования – заложить основы информационной компетентности личности, т.е. помочь обучающемуся овладеть методами сбора и накопления информации, а также технологией ее осмысления, обработки и практического применения.

Более подробно возможности включения робототехники в изучение общеобразовательных предметов представлены в таблице 1.

Таблица 1

Возможности использования робототехники в образовательном процессе