Карпутіна А.Ю. Освітня робототехніка

Робототехнік одночасно є інженером, програмістом та кібернетиком, повинен мати знання в галузі механіки, теорії проектування та управління автоматичними системами. Тому, щоб стати кваліфікованим фахівцем у цій галузі, потрібно мати колосальні знання та практичні навички у різних галузях.

Найпопулярніші спеціальні майбутнього, пов'язані з робототехнікою

Інженери-робототехніки займаються створенням роботів. Виходячи з цілей проекту вони продумують електронну начинку, механіку руху, програмують машину на певні дії. Причому робота зі створення робота зазвичай ведеться цілою командою розробників.

Однак недостатньо створити інноваційну автоматизовану техніку, потрібно керувати її роботою, проводити регулярний огляд та ремонт. Цим, зазвичай, займається обслуговуючий персонал.

Крім того, робототехніка постійно розвивається. Починає процвітати кібернетика, яка має на увазі поєднання біо-і нанотехнологій. Кваліфіковані фахівці цієї галузі регулярно займаються дослідженнями та здійснюють революційні відкриття.

У робототехніці можна виділити 7 затребуваних спеціальностей:

1. Інженер-електронік – розробляє робототехніку, ремонтує обладнання та забезпечує надійність електронних елементів керування.

2. Сервісний інженер – займається технічним обслуговуванням та ремонтом робототехніки, проводить діагностику обладнання, а також проводить навчання та консультації операторів, які керуватимуть роботами.

3. Електротехнік – універсальний спеціаліст з електронних приладів, який відповідає за коректне генерування, перетворення та формування електричних сигналів, а також забезпечує проведення багатьох інших процесів. Повинен мати великі знання з фізики, математики та хімії.

4. Програміст робототехніки – розробляє програмне забезпечення для роботів відповідно до їх призначення. Також бере участь у сервісному обслуговуванні, здійснює запуск та налагодження інноваційних механізмів.

5. Фахівець 3D-моделювання – поєднує в собі навички візуалізатора та модельєра. До обов'язків спеціаліста входить розробка тривимірних моделей робототехніки.

6. Розробник додатків – займається створенням функціональних додатків для дистанційного керування робототехнікою.

7. Педагог спеціальності «Робототехніка» – може займатися навчанням школярів, студентів профільних вишів, викладати на просунуті або підготовчі курси, вести курси підвищення кваліфікації, брати участь у семінарах та лекціях.

Де навчають робототехніки у Росії?

ВНЗ, які готують фахівців з робототехніки:

1. Московський технологічний університет (МІРЕА, МГУПІ, МІТХТ) - www.mirea.ru

2. Московський державний технологічний університет "Станкін" - www.stankin.ru

3. Московський державний технічний університет ім. Н. Е. Баумана - www.bmstu.ru

4. Національний дослідницький університет "МЕІ" - mpei.ru

5. Сколківський інститут науки та технологій – sk.ru

5. Московський державний університет шляхів сполучення Імператора Миколи II – www.miit.ru

6. Московський державний університет харчових виробництв - www.mgupp.ru

7. Московський державний університет лісу - www.mgul.ac.ru

Дистанційні курси:

Перший російський виш, який запустив онлайн-курси навчання робототехніки. На даний момент студенти та учні старших класів можуть записатися на два потоки: «Практична робототехніка» та «Основи робототехніки».

2. Просвітницький проект "Лекторіум" - www.lektorium.tv

Проводить онлайн-курси з основ робототехніки для старшокласників, студентів та спеціалістів.

3. Освітня програма Intel - www.intel.ru

Клуби та гуртки для підлітків:

Університет Innopolis запустив у трьох регіонах Росії програму навчання школярів.

2. Клуб «РОБОТРЕК» у Саратові – робототехніка-саратів.рф

3. «Ліга роботів» у Москві – obraz.pro

4. Навчальний центр Edu Craft у Москві - www.edu-craft.ru

5. Клуби My Robot у Санкт-Петербурзі – hunarobo.ru

6. Академія робототехніки в Краснодарі - www.roboticsacademy.ru

7. Лабораторія робототехніки Політехнічного музею Москви – www.roboticsacademy.ru

Повний список гуртків та клубів у всіх містах Росії можна знайти на сайті: edurobots.ru.

Таким чином, люди будь-якого віку та спеціальності мають можливість у найкоротші терміни освоїти навички створення автоматизованих систем. Практично на всіх курсах навчання видають сертифікат, що підтверджує факт набуття слухачем теоретичних та практичних знань щодо розробки робототехніки.

Коротко про себе:

Я не є фахівцем у галузі педагогіки та освіти, до дітей ставлюсь суто як особистостей на початку життєвого шляху, а не до «квітів життя» і маю на меті зацікавити їх і передати їм свій досвід. У робототехніці працюю вже кілька років та маю непідробний інтерес до цієї сфери.

Гуртків робототехніки в Росії стає все більше, проте мало хто з батьків розуміє, що саме собою являє цей напрямок. Більшість ставиться до нього скептично, вважаючи, що все зав'язане на звичайному LEGO, в яке можна пограти і вдома або ж вважають, що це відірваний від життя предмет, на який можна відправити дитину заради її розваги та відпочинку. З іншого боку, деякі вважають це заняття долею геніїв чи ботаніків. Ну, або що воно здатне зробити генія з їхньої дитини.

Насправді ж, освітня робототехніка не є ні хитромудрим предметом, ні професією майбутнього, ні безтурботною розвагою. А вона є базою для серйозного вивчення прикладних технічних навичок, необхідних для майбутнього технаря вже зараз.

Безумовно, це заняття не для всіх - багато дітей не горять бажанням вивчати «нудну» теорію замість того, щоб, умовно, побавитися в спортивній секції. Однак тих, хто любить весь час щось створювати своїми руками, цікавиться комп'ютерною технікою або просто виявляє інтерес до будь-якої техніки, освітня робототехніка здатна навчити багатьом навичкам, наприклад:

• Самостійне проектування конструкцій
• Розуміння принципів роботи різних механізмів
• Основ комп'ютерної грамотності
• Принципи програмування
• Оптимізації процесів та пошуках альтернативних рішень
• Застосування англійської мови (стандарт у технічній галузі)
• Розуміння «навіщо потрібна математика»
• Взаємодія програмної частини з конструкцією
• Роботі у складі команди та загальної соціалізації

Найголовніше - не варто націлюватися на конкретні результати, як заняття призових місць на різних змаганнях з робототехніки. Вони потрібні насамперед для соціалізації, створення інтересу до галузі та духу змагання. Це той самий випадок, коли у всіх сенсах участь важливіша за перемогу. Тут робототехніка ближча до художньої школи з її виставками, де головне – на інших подивитися, та себе показати.

Як результат навчання можна розглядати поступове збільшення складності створюваних проектів (як у гуртку, так і вдома), проте тут все індивідуально.

Перейдемо до питань, що найбільш часто ставляться:

Чим ми займаємось на робототехніці?

Для цього нам часто доводиться використовувати математику і банальну інтуїцію. А логічне мислення – взагалі наше все.

Чому "LEGO"?

У скептицизму у бік LEGO є дві причини:

1. Поверхневе знайомство із цим набором. Багато викладачів з гуртків робототехніки (навіть вузівських!) грішать тим, що погано знають те, на чому вони працюють. Будучи не дуже знайомі з основами конструювання механізмів та програмування, вони не в змозі оцінити всі можливості інструменту, а тим більше задіяти їх у освітніх цілях.

2. Високо задертий ніс у адептів «старої школи». Це про тих, хто заявляє, що ті, хто займаються на LEGO не знають ні про транзисторів-резисторів, і взагалі ми тут із готових блоків все робимо і блоками програмуємо. Усі вони вірно говорять. Не знаємо. Тільки робототехніка не про електроніку та паяння, а про вирішення практичних завдань та автоматизацію. Є ще варіант з «крутими програмістами», які відразу займаються програмуванням мікроконтролерів і миготінням світлодіодами, геть-чисто забуваючи про механічну частину.

Насправді у LEGO Mindstorms всього 2 істотних мінуса:

• Низька жорсткість великих конструкцій
• Великий розмір та вага головного модуля та двигунів (мініатюрних сервоприводів у наборі немає)

Якого віку підходить робототехніка?

Приблизно від 6-7 до 67 років:)

З 7 років зазвичай дитина досить дозріває, щоб усвідомлено вникати у складні речі без втрати інтересу. У цьому віці займаємося вже на "Єві", освоюючи такі поняття як "градус кута, відсоток, десятковий дріб" (ну а як інакше, тут ми вже з датчиками впритул працюємо). Зазвичай ні в кого особливих проблем із цим немає, якщо є інтерес до пізнання. Проблеми виникають лише тоді, коли нам уже потрібно щось ділити-множити, а в школі цього ще не проходили.

10-14 років - найефективніший вік на навчання, оскільки ставлення до предмета зазвичай серйозніше, інтерес професійніший, і немає страху перед математикою рівня шостого класу. До того ж можна розповісти, для чого потрібні ці горезвісні синуси-косинуси, прикладний зміст яких у школі залишається невивченим.

Також через рік навчання можна перейти з LEGO на вільну елементну базу (одноплатні комп'ютери та датчики з китаю + алюмінієві профілі з будівельного магазину).

А що якщо купити таке LEGO додому і займатися самим?

Ви маєте хоча б мінімальні знання про механізми та програмування і здатні вивчити набір повністю самостійно. У вас є зайві ~40 УРАХУВАННЯМ. на купівлю набору та деяких додаткових модулів. Однак навіть у цьому випадку краще паралельно вчитися в гуртку, розвиваючи вдома ті ідеї, які спали на думку після вивчення нової теми.

Чому ми не використовуємо інструкції?

Інструкції - від лукавого:)

Якщо у гуртку збирають за інструкціями постійно – це свідчення професійної некомпетентності викладача. Таке часто спостерігається у гуртках з франшизи та при школах.

Як відбувається процес програмування?

1. Вбудоване середовище для програмування у головному модулі. Звідти можна програмувати прості лінійні алгоритми типу «спочатку їдь вперед до стіни, потім поверни рівно наліво». Із цього ми починаємо. Це дозволяє нам відкласти вивчення програмування з комп'ютера і зосередитися на основах.
2. Спеціальне програмне забезпечення для комп'ютерів та планшетів, засноване на "дорослій" системі візуального програмування LabView. Програма збирається із блоків-функцій. Це дозволяє уникнути проблем із вивченням синтаксису і за функціоналом нічим не поступається дорослому текстовому програмуванню. Щоправда, виглядає громіздко, так. Зате наочно. Цикли, умовні оператори, змінні, функції і все ось це ось – у наявності. Це наш основний інструмент.
3. За бажання можна використовувати Сі або іншу мову програмування, але якщо постало таке питання, то для цього краще використовувати Arduino і взагалі це вже зовсім інша історія.

На цьому я закінчу, дякую за читання!

Робототехніка- Універсальний інструмент для освіти. Вписується й у додаткову освіту, й у позаурочну діяльність, й у викладання предметів шкільної програми, причому у чіткій відповідності до вимог ФГОС. Підходить для будь-якого віку - від дошкільнят до профосвіти. Причому навчання дітей з використанням робототехнічного обладнання - це навчання в процесі гри та технічна творчість одночасно, що сприяє вихованню активних, захоплених своєю справою, самодостатніх людей нового типу. Важливо, що застосування робототехніки як інноваційної методики на заняттях у звичайних школах та в дитячих садках, установах додаткової освіти забезпечує рівний доступ дітей усіх соціальних верств до сучасних освітніх технологій.

Освітня робототехніка дає можливість на ранніх кроках виявити технічні нахили учнів та розвивати їх у цьому напрямі.

Робототехніку можна використовувати в початковій, основному загальній та середній (повній) загальній освіті, в галузі початкової професійної освіти, а також спеціального (корекційного) навчання.

Однією з важливих особливостей роботи з освітньою робототехнікою має стати створення безперервної системи- робототехніка повинна працювати на розвиток технічної творчості, виховання майбутнього інженера, починаючи з дитячого садка і до моменту здобуття професії та навіть виходу на виробництво.

Дошкільна освіта

Вперше з рук дитини вийде продукт, здатний реально виконати задумані дії, вирішити поставлені завдання. Створивши свої перші моделі, діти вперше освоять основні засади конструювання та програмування.

Конструктори «Перші конструкції», «Перші механізми»

початкова школа

Предмет «Навколишній світ»

Соціальне замовлення суспільства диктує, що сучасний школяр повинен знайомитися з навколишнім світом не тільки теоретично, але й осягати його таємниці безпосередньо на практиці. Об'єднати теорію і практику можливо, якщо використовувати освітню робототехніку на уроках навколишнього світу (понад 25 тем) у початкових класах, що забезпечить істотний вплив на розвиток у учнів мови та пізнавальних процесів (сенсорний розвиток, розвиток мислення, уваги, пам'яті, уяви), а також емоційної сфери та творчих здібностей. Наприклад, у програмі Плешакова А.А. «Зелений дім» освітня робототехніка дозволить створювати на уроках динамічні схеми, що відображають ті чи інші явища, зробить демонстрацію дослідів яскравішою, яскравішою та наочнішою.

Основна та старша школа

У ході занять хлопці не тільки і не стільки займаються робототехнікою, скільки використовують її, як інтерактивний елемент, за допомогою якого деякі теоретичні знання закріплюються на практиці. Теоретичні знання можуть бути, як за точними науками: математикою та фізикою, так і з природних: хімії, астрономії, біології, екології.

Комерційні компанії, які активно підтримують освітню робототехніку, зрозуміли необхідність підготовки навчальних матеріалів для таких програм, і, таким чином, з'явилися освітні набори Green City і Space Challange.

Предмет «Фізика»

На уроках фізики робототехніку можна застосовувати для лабораторних, практичних робіт і дослідів, а також для дослідницької проектної діяльності щодо розділів: «Фізика та фізичні методи вивчення природи», «Механічні явища», «Теплові явища», «Електричні та магнітні явища», «Електромагнітні коливання та хвилі».

Предмет «Інформатика»

Освітні конструктори дозволять більш інтенсивно формувати ключові компетенції учнів під час уроків інформатики щодо розділів: «Інформаційні основи процесів управління», «Уявлення про об'єкти навколишнього світу», «Уявлення про систему об'єктів», «Основні етапи моделювання», «Алгоритми. Виконавець алгоритму, Середовище програмування, Архітектура ПК. Взаємодія пристроїв комп'ютера».

Предмет «Технологія»

Найбільш гармонійно освітня робототехніка вбудовується у такі розділи предмета «Технології» як «Машини та механізми», «Графічне представлення та моделювання», «Електротехнічні роботи».

Предмет «Математика»

Одним із яскравих та простих прикладів закріплення знань зі шкільного курсу математики є розрахунок траєкторії руху робота. Залежно від рівня знань тут можуть використовуватися як і звичайний метод спроб та помилок, так і науковий підхід: тут їм можуть знадобитися і властивості пропорції (6-7 клас), і знання формули довжини кола (8-9) і навіть тригонометрія (10) -11 клас).

Позаурочна діяльність

Проектно-орієнтована робота з конструктором дозволяє організувати факультативне, домашнє та дистанційне навчання.

У школі хлопці можуть займатися у гуртках, факультативах, відвідувати заняття з урахуванням установ додаткової освіти. Форми роботи можуть бути різноманітними: загальнорозвиваючі гуртки для дітей початкової та середньої ланки; проектно-дослідні гуртки для старшокласників, включення досліджень на базі освітніх конструкторів у діяльність наукового товариства учнів та багато іншого.

Організація гуртків з робототехніки дозволяє вирішити цілий спектр завдань, у тому числі залучення дітей групи ризику, створення умов для самовираження підлітка, створення для всіх дітей ситуації успіху, адже робототехніка – це ще й спосіб організації дозвілля дітей та підлітків із використанням сучасних інформаційних технологій.

Крім того, завдяки використанню освітніх конструкторів ми можемо виявити обдарованих дітей, стимулювати їх інтерес та розвиток навичок практичного вирішення актуальних освітніх завдань.

Професійну освіту

Підходячи до моменту переходу на ступінь професійної освіти, школяр завдяки освітній робототехніці, як правило, вже зробив свій професійний вибір. Вбудовування робототехніки в освітній процес у закладах професійної освіти, чи то заклад НУО, СПО, ВНЗ, допомагає підлітку не просто розвивати в собі технічні нахили, відбувається розуміння суті обраної професії. Робототехніка дозволяє реалізувати вже професійні знання через моделювання, конструювання та програмування. Головна мета на етапі вбудовування робототехніки на щаблі професійної освіти – забезпечити взаємодію освіти, науки та виробництва.

Конструктори для створення роботів

Інженерно-технічна спрямованість використання освітньої робототехніки служить блискучою можливістю дитині виявити свої знання у галузі інженерно-технічної думки шляхом швидкого (мобільного) створення конструкторів з використанням простих та складних інженерних механізмів та технічних рішень.

В даний час в освіті застосовують різні робототехнічні комплекси, наприклад LEGO Education, FischerTechnik, Mechatronics Control Kit, Festo Didactic та інші.

Серія Lego Education

У серію Lego Education входять конструктори Lego WeDo та Lego Mindstorms.

Lego WeDo

Конструктор призначений для дошкільнят та школярів молодших класів. Хоча елементна база цього конструктора дуже спрощена, але в ньому ті ж ідеї, практично та сама електроніка та ПЗ, що і в Lego Mindstorms. За бажанням із цим набором можна використовувати старі деталі Lego та сумісні з ними. З Lego WeDo навіть дошкільнята можуть працювати практично самостійно або з мінімальною допомогою дорослих.

Кількість деталей у наборі Lego WeDo: 158. У наборі є 4 інструкції, у кожній по 3 моделі. У результаті ви отримуєте 12 занять – 12 моделей для 4-х тем.

Програмне забезпечення:Першоробот LEGO® WeDo™

Lego Mindstorms

Це – найвідоміший та розроблений програмований конструктор на ринку ігрового роботобудування та електронних конструкторів, який дозволить будь-якому школяреві зібрати справжнього робота. Вся електроніка «вбудована» в деталі Lego, що робить простий. Фантастичний монстр, промисловий автомат чи миролюбний андроїд – будь-які фантазії оживають разом із Lego Mindstorms. Нескінченні можливості конструктора та гнучкість програмного забезпечення захоплюють на довгі години навіть дорослих.

Середовище програмування(NXT G – це спрощений варіант програми LabVIEW) максимально проста: дії робота позначені іконками, які потрібно збирати у потрібній послідовності.

Вивчаються базові принципи конструювання та програмування роботів різних типів: мобільних, крокуючих, балансуючих, маніпуляторів та ін.

Комплектуються набором стандартних деталей LEGO (палиці, осі, колеса, шестерні) та набором, що складається з сенсорів, двигунів та програмованого блоку. Набори поділяються на базовий та ресурсний.

Базовий набір NXTпоставляється у трьох версіях:

• 8527 LEGO MINDSTORMS NXT - перша версія комерційного набору, 577 деталей;
• 9797 LEGO MINDSTORMS Education NXT Base Set – навчальний набір для навчання, 431 деталь;
• 8547 LEGO MINDSTORMS NXT 2.0 – друга версія комерційного набору, 619 деталей.

Склад робонабору EV3

Всі три набори містять одну і ту ж версію інтелектуального блоку NXT, відрізняються тільки версії прошивки, але це не принципово, так як прошивку можна легко оновити. Тож у цьому плані всі три набори абсолютно рівноцінні.

Базовий набір EV3 3.0поставляється в одній версії 31313. Набір конструктора LEGO EV3 змінився. Стало більше шестерень, ажурних елементів. Прибрали частину непотрібних маленьких штифтів. Але найголовніше, «мозок» комп'ютера нарешті зазнав значних змін і обіцяє стати цікавою іграшкою не лише для дітей, а й для дорослих робототехніків.

Комплект постачання EV3 3.0

• центральний блок керування
• 3 сервомотори (два великі і один маленький)
• датчик натискання (Touch Sensor, просто - кнопка)
• колірний сенсор
• датчик відстані

Також є ресурсні набори: 9648 та 9695 LEGO MINDSTORMS Education Resource Set - набір середній ресурсний, 817 деталей. Ресурсний набір містить більше видів та кількість деталей. Обидва набори можуть бути використані для участі у змаганнях робототехніки (наприклад, у Всесвітній олімпіаді World Robot Olympiad).

Роботи, які можна побудувати за допомогою EV3

• Вбудоване програмне забезпечення EV3 (EV3 Firmware V1.03H.bin)
• Програмне забезпечення EV3 (LMS-EV3-WIN32-UA-01-01-full-setup.exe)
• Інтернет-магазин компанії SMARTBRICKS - єдиної російської компанії, що виробляє комплектуючі для робототехнічних наборів LEGO

Конструктор FischerTechnik

Набори конструювання FischerTechnik випускає німецька фірма fischertechnik GmbH.

Треба відзначити, що хоча в Росії марка FischerTechnik не відома так широко, як Lego, в Європі це не тільки поширена марка дитячих пластмасових конструкторів, але і провідний постачальник навчальних конструкторів і моделей для шкіл і технічних училищ. Останнім часом лінійка конструкторів FischerTechnik розширилася до кількох десятків моделей різного рівня, для дітей від 5 років.

Основним елементом конструктора є блок з пазами та виступом типу «ластівчин хвіст». Така форма дає можливість поєднувати елементи практично в будь-яких комбінаціях. Також в комплекти конструкторів входять програмовані контролери, двигуни, різні датчики та блоки живлення, що дозволяє приводити механічні конструкції в рух, створювати роботів та програмувати їх за допомогою комп'ютера.

ROBO TX Навчальна лабораторія – набір для конструювання мобільних роботів та автоматичних пристроїв. Складається з понад 310 компонентів, з яких можна зібрати 11 різних моделей роботів, наприклад робота-футболіста, пральну машину, робота-навантажувача та інших.

Як і Lego, FischerTechnik може бути зручним, якщо у вас вже є такі конструктори, і ви використовуватимете для будівництва моделей старі деталі.

Середовище програмування: ROBO Pro.

Конструктор Arduino

Проект Arduino дозволить увійти у світ робототехніки з мінімальними витратами. Єдине «але» – програми для використовуваних Arduino мікропроцесорів пишуться на асемблері або з використанням спеціальних трансляторів з інших мов. Це рівень учнів старших класів та студентів вузу. Середовище Arduino IDE потребує знання мов рівня C чи Java. І як правило плати Arduino поставляються як набір для самостійного складання, що передбачає необхідність виконувати паяльні роботи з подальшим налагодженням та перепаюванням зібраних компонентів.

Андроїдні роботи конструктора Bioloid

Bioloid Comprehensive Kit – набір, що дозволяє зібрати до 26 варіантів конструкції робота. Від простого шлагбауму з 1 ступенем свободи до павука або гуманоїду з 18 ступенями свободи. Крім цього, цей набір надає Вам можливість створити Вашого унікального робота, спроектувавши, зібравши та запрограмувавши його самостійно.

Набір Bioloid Premium Kit схожий на конструктори LEGO Mindstorms, але є більш професійним та просунутим екземпляром. Набір використовується у Військово-морській академії США як навчальне обладнання в курсі машинобудування. Також набір Bioloid часто використовують учасники міжнародних змагань RoboCup.

BEAM-роботи

BEAM - Biology (Біологія), Electronics (Електроніка), Aesthetics (Естетика), Mechanics (Механіка). Роботи створюються з базових елементів із застосуванням паяння.

BEAM-роботи, на відміну від звичайних роботів, заснованих на цифровій технології та мікропроцесорах, створюються за аналоговими схемами. Замість дискретної програми поведінка роботів визначається аналоговими нейронними ланцюгами, здатними гнучко вибирати шлях обходу перешкод і реагувати на навколишній світ.

Змагання з робототехніки

Одним із важливих аспектів стимулювання дітей до самостійного розвитку творчої мисленнєвої діяльності та підтримки інтересу до технічного навчання є їхня участь у конкурсах, олімпіадах, конференціях та фестивалях технічної спрямованості.

Існує ціла система змагань із робототехніки різного рівня: регіональні, міжрегіональні, всеросійські, міжнародні.

У Самарській області щорічно проводиться обласний фестиваль із робототехніки на основі правил всесвітньої олімпіади. Це змагання є першим ступенем до участі в таких змаганнях як «Робофест», «Євробот», «Робомір», спартакіада ​​«Robojam», «World Robot Olympia».

Змагання з робототехніки відрізняються від інших конкурсних заходів з кількох параметрів:

• Видовищність: дитина бачить позитивну роботу своїх однолітків, передові інженерно-технічні досягнення, нові рішення у галузі робототехніки.
• Змагальність: дозволяє виявити найбільш підготовлену команду, здатну оперативно вирішити поставлене тренером (організатором) завдання.
• Азартність: прагнення дітей до лідерства, випередження своїх однолітків, швидкого та безкомпромісного вирішення поставленого завдання якнайкраще проявляється під час змагань з робототехніки.

• Робототехніка: конструювання та програмування, Титульний лист
• Методика викладання робототехніки на базі конструктора Lego Mindstorms NXT

• Робоча програма "Освітня робототехніка" з урахуванням ФГЗС
• Освітня програма з робототехніки у початковій школі Lego WeDo (позаурочна діяльність, 1-3 клас)
• Робоча програма курсу «технологія» для 5-7 класів із застосуванням освітньої робототехніки

Курси підвищення кваліфікації з освітньої робототехніки

Цей матеріал написаний Халамовим Владиславом Миколайовичем, на його прохання публікую цей пост.

Шановні колеги!
До вас звертається директор учбово-методичного центру освітньої робототехніки. Наш центр об'єднує викладачів дошкільної, загальної, додаткової, професійної освіти, керівників ресурсних центрів з робототехніки, які ведуть науково-методичні розробки у сфері застосування освітньої робототехніки у предметному середовищі.
Як спеціаліст, який стояв біля витоків освітньої робототехніки в листопаді 2015 року, я був запрошений на засідання комісії з розвитку інформаційного суспільства до Ради Федерації. Однією з тем, що розглядаються на засіданні, став розвиток освітньої робототехніки. Незважаючи на популярність цього напряму, виявилося багато питань, які ще вирішити. У своїй статті я спробував розглянути їх з погляду професійної спільноти педагогів.

Ми хочемо дізнатися думку педагогів, науковців та всіх, кому цікава освітня робототехніка з приводу обговорюваних на засіданні комітету Ради Федерації питань, та запрошуємо їх до діалогу та обміну досвідом.

З повагою, Владислав Миколайович Халамов
Тел: +79823419526

Що таке освітня робототехніка? Думки експертів комісії Ради Федерації

У Раді Федерацій відбулося засідання комісії з розвитку інформаційного суспільства.
На засідання комісії було запрошено представників регіонів, вузів, Міністерства освіти і науки РФ, Програми «Робототехніка» Фонду «Вільна справа», інших зацікавлених структур.
На порядок денний було поставлено три питання:

То що таке «освітня робототехніка»?
Чим вона відрізняється від звичайної робототехніки?

Це питання повністю розкрило Аркадій Семенович Ющенко - доктор технічних наук, професор, зав. кафедрою Московського державного технічного університету імені М.Е. Баумана. Він розповів, що робототехнікою займається багато років.

Для мене робот складається з кількох частин, кожну з яких обслуговують відповідні спеціалісти, яких ми завжди готували. Наприклад, механічну частину – механіки, силову частину – електрики, комп'ютерну частину – електронники та програмісти. А робототехнік – це той, хто може поєднати всі ці частини (і роботу цих фахівців). Але коли я стикаюся з робототехнікою в школі, то для мене це просто вид навчального обладнання, що розвивається, яке використовується для того, щоб школяреві краще засвоїти знання шкільної програми і отримати необхідні додаткові навички.

Як фахівець, який стоїть біля витоків освітньої робототехніки, який знає це питання зсередини, не можу не погодитися з цією точкою зору.
Від себе хочу зазначити, що робототехніка – це не абстрактний об'єкт з категорії «найвищих» технологій, доступний для розуміння і освоєння лише обраним, як часто нам намагаються це уявити. Навпаки, це універсальний інструмент для загальної освіти. Робототехніка ідеально вписується й у додаткову освіту, й у позаурочну діяльність, й у викладання предметів шкільної програми, причому у чіткій відповідності до вимог ФГОС. Вона підходить для будь-якого віку – від дошкільнят до студентів.

А використання робототехнічного обладнання на уроках – це і навчання, і технічна творчість одночасно, що сприяє вихованню активних, захоплених своєю справою людей, які мають інженерно-конструкторське мислення.

Освітня робототехніка дає можливість на ранніх кроках виявити технічні нахили учнів та розвивати їх у цьому напрямі.

Таке розуміння робототехніки дозволяє вибудувати модель спадкового навчання для будь-якого віку – від вихованців дитячого садка до студентів.

Подібна наступність стає життєво необхідною в рамках вирішення завдань підготовки інженерних кадрів. Адже за даними педагогів та соціологів, дитина, яка не познайомилася з основами конструкторської діяльності до 7-8 років – у більшості випадків не зв'яже свою майбутню професію з технікою.

Проте, реалізація моделі технологічної освіти потребує відповідних методик. І кожна з них має відповідати своєму віку.

Мій багаторічний досвід практичної роботи з колективами професіоналів у галузі дошкільної, загальної, професійної та додаткової освіти дозволив побудувати цілісну освітню систему, що базується на принципах спадкоємності та навчання.

Для дошкільнят це пропедевтика, підготовка до школи з урахуванням вимог ФГОС. Це свого роду підготовчий курс до занять технічною творчістю у шкільному віці. Основа будь-якої творчості – дитяча безпосередність. Дорослі знають як не можна, як правильно. З такими настановами немає творчості. Для нас важливо починати заняття у тому віці, в якому дитині ще не встигли пояснити, чому так не можна. Діти відчувають потребу творити набагато гостріше за дорослих і важливо заохочувати цю потребу всіма силами. Психологам та педагогам давно відомо, що технічна творчість дітей покращує просторове мислення та дуже допомагає надалі при освоєнні геометрії та інженерної справи. Не кажучи вже про те, що на тлі таких цікавих занять відеоігри та смартфони втрачають свою привабливість у дитячих очах.

p align="justify"> Робота в школі спрямована на формування зацікавленості школяра в дослідженні фізичних властивостей предметів, різноманітних явищ навколишнього світу, в отриманні технічної освіти.

Об'єднати теорію та практику можливо, якщо використовувати освітню робототехніку щодо різних предметів.
У початкових класах освітню робототехніку з успіхом можна застосовувати на уроках навколишнього світу, математики, технології, що забезпечить істотний вплив на розвиток у учнів мови та пізнавальних процесів (сенсорний розвиток, розвиток мислення, уваги, пам'яті, уяви), а також емоційної сфери та творчі здібності.

У середній і старшій школі учні не тільки і не так займаються робототехнікою, скільки використовують її, як інтерактивний елемент, за допомогою якого теоретичні знання легко закріплюються на практиці. Освітню робототехніку можна використовувати як на уроках математики, інформатики, фізики та технології, так і хімії, астрономії, біології, екології.

Навчально-методичним центром РАОР розроблено лабораторні практикуми з фізики, інформатики, технології для учнів 6-9 класів, які дозволять закріпити пройдений матеріал з природничих дисциплін та отримати додаткові знання з певних тем.
До лабораторного практикуму входять збірка практичних завдань та методичні рекомендації для педагогів.

Переходячи на щабель професійної освіти, школяр завдяки освітній робототехніці зазвичай вже зробив свій професійний вибір. Вбудовування робототехніки в освітній процес установ професійної освіти допомагає підлітку не просто розвивати в собі технічні нахили, на цьому етапі відбувається розуміння суті обраної професії. Робототехніка дозволяє реалізувати вже професійні знання через моделювання, конструювання та програмування, приклади подібної практики представлені на порталі освітньої робототехніки www.фгос-гра.рф.

Для низки спеціальностей Навчально-методичним центром РАОР розроблено типові модулі: «Цифрові технології», «Робототехніка», «Радіоелектроніка».

Головною метою на щаблі професійної освіти стає забезпечення взаємодії освіти, науки та виробництва.
Щодо організації позашкільної або, так званої, неформальної освіти, то й тут освітня робототехніка займає гідне місце. Школярі можуть займатися творчих об'єднаннях, на факультативах, відвідувати заняття з урахуванням установ додаткової освіти. Форми роботи можуть бути різноманітними: загальнорозвиваючі заняття для дітей початкової та середньої ланки; проектно-дослідницька діяльність у наукових товариствах для старшокласників, та багато іншого.

Організація об'єднань із робототехніки дозволяє вирішити цілий спектр завдань, у тому числі залучення дітей групи ризику, створення умов для самовираження підлітка, створення для всіх дітей ситуації успіху, адже робототехніка – це ще й спосіб організації дозвілля дітей та підлітків із використанням сучасних інформаційних технологій.

Крім того, завдяки використанню освітніх конструкторів ми можемо виявити обдарованих дітей, стимулювати їх інтерес та розвиток навичок практичного вирішення актуальних освітніх завдань.

Одним із важливих аспектів стимулювання дітей до самостійного розвитку творчої мисленнєвої діяльності та підтримки інтересу до технічної творчості є їхня участь у конкурсах, олімпіадах, конференціях та фестивалях технічної спрямованості.
Існує ціла система змагань із робототехніки різного рівня: регіональні, міжрегіональні, всеросійські, міжнародні.
Для орієнтації дітей на реальний сектор економіки, з метою виховання майбутніх робітничих кадрів, створено унікальну лінійку змагань ІКАР (Інженерні кадри Росії) для дітей та підлітків. Найменшим учасникам змагань – 4-5 років.
Такі змагання відрізняються від інших конкурсних заходів за кількома параметрами:

Видовище: дитина бачить позитивну роботу своїх однолітків, передові інженерно-технічні досягнення, нові рішення у галузі робототехніки. Причому не досягнення взагалі, а пов'язані із конкретним виробництвом.
Змагальність: дозволяє виявити найбільш підготовлену команду, здатну оперативно вирішити поставлене тренером (організатором) завдання.
Азартність: прагнення дітей до лідерства, швидкого вирішення поставленого завдання якнайкраще проявляється під час змагань з робототехніки.

А найголовніше – вони не прив'язані до конкретного конструктора чи виробника. На наших змаганнях можна використовувати роботи, зібрані з будь-яких конструкторів або окремих деталей.
Засідання комісії в Раді Федерації підтвердило, що настав час ставити нові завдання, що дозволяють розвивати робототехніку не точково, а системно. Тільки так можна виховати підготовлені інженерні кадри, починаючи від знайомства з кубиками «Лего» у дитячому садку до здобуття професії та необхідних компетенцій.

Навчально-методичний центр освітньої робототехніки РАОР має великий досвід роботи у сфері розвитку робототехніки. Центром вже сьогодні підготовлено унікальні методичні посібники, розраховані на дітей різного віку. У них враховується взаємозв'язок дитячого садка та початкової школи, загальної та додаткової освіти, програм середньої, старшої школи та середньої та вищої профосвіти.

На допомогу педагогам розроблено комплект навчально-методичної літератури, куди увійшли: програми, конспекти занять, роздатковий матеріал. Педагоги охоче діляться напрацьованим досвідом із запровадження «освітньої робототехніки».
Шановні колеги та однодумці! Всі, кому цікава освітня робототехніка, та питання, що обговорюються на засіданні комітету Ради Федерації - запрошую до обговорення та обміну досвідом. Моя особиста пошта.

Освітня робототехніка

Підлісних Олена Вікторівна

вчитель інформатики

МБОУ ЗОШ №17

Г. Новий Уренгой

I. Введення.

Сучасне життя дуже важко уявити без використання інформаційних технологій. Інтенсивний перехід до інформатизації суспільства зумовлює все більш глибоке впровадження інформаційних технологій у різні сфери людської діяльності.

Введення нових державних стандартів загальної освіти

передбачає розробку інноваційних педагогічних технологій. Найважливішою відмінністю стандартів нового покоління є їх орієнтація на результати освіти, причому вони розглядаються на основі системно-діяльнісного підходу. Діяльність постає як зовнішня умова розвитку у дитини пізнавальних процесів. Це означає, що, щоб дитина розвивалася, необхідно організувати її діяльність. Отже, освітнє завдання полягає у створенні умов, які провокують дитячу дію.

Таку стратегію навчання легко реалізувати в освітньому середовищі ЛЕГО, яка поєднує в собі спеціально скомпоновані для занять у групі комплекти ЛЕГО, ретельно продуману систему завдань для дітей та чітко сформульовану освітню концепцію.

У російських освітніх програмах робототехніка набуває все більшого значення. Учні російських шкіл залучені до проектування та програмування робототехнічних пристроїв із застосуванням LEGO-роботів, промислових роботів, спеціальних роботів для МНС Росії.

ІІ. Актуальність. Людство гостро потребує роботи, які можуть без допомоги оператора гасити пожежі, самостійно пересуватися заздалегідь невідомою, реальною пересіченою місцевістю, виконувати рятувальні операції під час стихійних лих, аварій атомних електростанцій, у боротьбі з тероризмом. З'явилася потреба у мобільних роботах, призначених задоволення щоденних потреб людей. І вже зараз у сучасному виробництві та промисловості затребувані фахівці, які мають знання в цій галузі. Тому освітня робототехніка набуває все більшої значущості та актуальності в даний час.

ІІІ. Проблема.

Переді мною постала проблема: як забезпечити ефективне вивчення курсу робототехніки та практичне застосування в освітньому процесі?

IV. Цілі:

1. Привернення уваги обдарованих дітей до сфери високих технологій та інноваційної діяльності;
2. Популяризація науково-технічної творчості та робототехніки;
3. Формування компетенцій у галузі технічного виробництва із застосуванням робототехнічних систем;

V. Завдання:

1. Створення гуртка з робототехніки та науково-технічної творчості.
2. Розробка методики навчання основ робототехніки та науково-технічної творчості.
3. Розробка освітньо-змагального майданчика.
4. Впровадження робототехніки на уроки освітньої програми.

Звичайно, у своїх робочих програмах я обов'язково виділяю виховний аспект у викладанні курсу. Намагаюся під час підготовки до кожного заняття продумувати виховні завдання.

VI. Новизна.

Новизна концепції полягає в тому, що Конструктор та програмне забезпечення до нього надає чудову можливість навчатися дитині на власному досвіді. Такі знання викликають у дітей бажання рухатися шляхом відкриттів і досліджень, а будь-який визнаний і оцінений успіх додає впевненості в собі. Навчання відбувається успішно, коли дитина залучена в процес створення значущого та осмисленого продукту, який представляє для нього інтерес. Важливо, що при цьому дитина сама будує свої знання, а вчитель лише консультує її.

VII. Теоретичні аспекти.

Робототехніка – це прикладна наука, що займається розробкою автоматизованих технічних систем. Вона спирається такі дисципліни як електроніка, механіка, програмування.

Робототехніка є одним із найважливіших напрямів науково-технічного прогресу, в якому проблеми механіки та нових технологій стикаються з проблемами штучного інтелекту.

Конструктори LEGO Mindstorms дозволяють організувати навчальну діяльність з різних предметів та проводити інтегровані та метапредметні заняття. За допомогою цих наборів можна організувати високомотивовану навчальну діяльність із просторового конструювання, моделювання та автоматичного управління. А педагог може створити такі умови, щоб учневі схотілося поставити свій власний експеримент.

Великі можливості дають Лего-роботи щодо уроків інформатики на теми, пов'язані з програмуванням. Середовище програмування Лего дозволяє візуальними засобами конструювати програми роботам, тобто. дозволяють дитині буквально "помацати руками" абстрактні поняття інформатики. Конструювання роботів залишається за рамками уроку інформатики: діти лише програмують різну поведінку вже зібраних роботів, оснащених необхідними датчиками та приладами. Це дозволяє концентрувати увагу учнів на проблемах обробки інформації програмованими виконавцями, які вирішуються у курсі інформатики.

VIII. Методи навчання:

У своїй роботі я застосовую пояснювально-ілюстративний, евристичний, проблемний, програмований, репродуктивний, частково пошуковий, пошуковий методи навчання, а також метод проблемного викладу.

І все-таки, головним щодо робототехніки - це метод проектів.

Під шляхом проектів розуміють технологію організації освітніх ситуацій, у яких учні ставлять і вирішують власні завдання, і технологію супроводу самостійної діяльності учня.

Основні етапи розробки Лего-проекту:

1. Позначення теми проекту.
2. Мета та завдання представленого проекту.
3. Розробка механізму на основі конструктора Лего-моделі NXT.
4. Складання програми для роботи механізму серед Lego Mindstorms.
5. Тестування моделі, усунення дефектів та несправностей.

Під час розробки та налагодження проектів учні діляться досвідом друг з одним, що дуже ефективно впливає розвиток пізнавальних, творчих навичок, і навіть самостійність учнів. Таким чином, можна переконатися, що Лего дозволяє учням приймати рішення самостійно, враховуючи навколишні особливості та наявність допоміжних матеріалів. І, що важливо, – вміння узгоджувати свої події з оточуючими, тобто. - працювати в команді.

IX. Результати запровадження курсу робототехніки в освітній процес.

1. Lego дозволяє учням:

• спільно навчатися у межах однієї бригади;
• розподіляти обов'язки у своїй бригаді;
• виявляти підвищену увагу культурі та етиці спілкування;
• виявляти творчий підхід до вирішення поставленого завдання;
• створювати моделі реальних об'єктів та процесів;
• бачити реальний результат своєї роботи.

1. Створено робочу програму гуртка «Лего-конструювання та основи робототехніки Mindstorms NXT» на рік навчання. Розробляється методичне забезпечення занять: конспекти занять та презентації до них.
2. Визначено теми курсу «Інформатика та ІКТ», на яких можливе включення робототехніки до навчального процесу. Кориговано тематичне планування тем. Розробляються методичні матеріали для їхнього викладання.
3. В результаті навчання учні змогли показати свої досягнення на міському, регіональному та всеросійському рівні. Пугач Микита став призером міської конференції «Крок у майбутнє», а Ріпка Артем — її переможцем. Команда Альфа-X (Чернікова Ярослава та Пішненка Микола) посіла 1 місце у міському конкурсі з робототехніки в номінації «Кегельринг». А команда NXT.exe (Воловатов Роман та Рязанов Владислав) посіли 1 місце в номінації «Слідування по лінії» та 2 місце в номінації «Кегельринг». Ріпка Артем та Пугач Микита стали учасниками окружного конкурсу юних раціоналізаторів та винахідників «Від задуму до втілення». У 2012-2013 навчальному році команда NXT.exe (Рязанов Владислав, Татарчук Юрій, Ріпка Артем, Моргунов Андрій) взяла участь у роботі окружної Асамблеї юних винахідників у м. Надим. За результатами роботи команда NXT.exe отримала гранд третього ступеня. На всеросійському рівні також є нагороди: Ріпка Артем посів 2 місце у всеросійському конкурсі науково-технічної творчості «Юні техніки – майбутнє інноваційної Росії». Досягнуті результати показують, що хлопцям подобається займатися конструюванням, програмуванням, і вони готові продовжувати освоювати такий новий, сучасний, затребуваний напрямок, як робототехніка.
4. Підбиваючи підсумки впровадження курсу в освітній простір школи можна сказати, що спричинило:

• Підвищення якості освіти та зацікавленості предметом у учнів;
• Сформованість нових моделей навчальної діяльності, які використовують ІКТ;
• Сформованість інформаційної компетентності;
• Нові форми роботи з обдарованими дітьми;
• Інноваційне профільне навчання;
• Застосування ігрових технологій у навчанні;
• Сучасні ІКТ технології у додатковій освіті;
• Ефективна форма роботи проблемними дітьми;
• Розвиток творчого потенціалу учнів;
• Популяризація професії інженер (проектувальник).
• створення умов, які дозволяють реалізувати здібності та інтереси учнів;

Висновок.

Залучення школярів до досліджень у галузі робототехніки, обміну технічною інформацією та початковими інженерними знаннями, розвитку нових науково-технічних ідей дозволить створити необхідні умови для високої якості освіти, за рахунок використання в освітньому процесі нових педагогічних підходів та застосування нових інформаційних та комунікаційних технологій.

Підсумовуючи, можна сказати, що напрямок «Освітня робототехніка» має великі перспективи розвитку.