Освіта з робототехніки. Освітня робототехніка в Росії: стан та перспективи очима педагогів

Робототехніка в освіті

Існує безліч важливих проблем, на які ніхто не хоче звертати уваги доти, доки ситуація не стає катастрофічною.

Однією з таких проблем у Росії стає її недостатня забезпеченість інженерними кадрами. Дедалі частіше падають космічні ракетита супутники, відбуваються техногенні катастрофи, обумовлені недостатнім професіоналізмом обслуговуючого персоналу, розробників та проектувальників.

Це викликано, звичайно, цілою низкою причин. Проте, всі, пов'язані з освітнім середовищем, одностайно зазначають, що останні кілька років спостерігається зниження інтересу учнів до вивчення фізики, математики, астрономії (яку, до речі, взагалі винесли межі шкільного курсу) та інших точних наук, як наслідок, падіння якості освіти загалом.

Наприклад, А.М. Рейман, старший науковий співробітник Інституту прикладної фізики Російської академії наук, вважає: «У мене загальне відчуття деградації освіти в середній ланці, що призводить до зменшення кількості зацікавлених у навчанні старшокласників. Фізика виховувати можна і потрібно. І робити це треба рано, поки у дитини горять очі та не розвинувся утилітарний підхід до життя. ... А ще вони знатимуть дещо про сучасній науці, і їм не можна буде вішати локшину ... »

Роботу з мотивації дітей до занять серйозною наукою треба розпочинати якомога раніше, бажано у початковій школі! Звідки такий висновок? При анкетуванні дітей на предмет, чи бажають вони займатися в гуртках технічної спрямованості, визначилася наступна картина: у дев'ятих і старших класах практично ніякого інтересу, у 6-8-х класах інтерес проявився переважно у дітей, які самостійно вдома чи організаціях додаткової освітизаймаються лего-конструюванням, радіоелектронікою, програмуванням. А ось у учнів четвертого класу інтерес виявився просто величезним. Тобто якщо діти до 11-12 років не стосувалися технічної творчості, то з віком у них інтерес до цього заняття порушити досить складно. Тому роботу з пропедевтики робототехніки, фізики, знайомства з початками програмування необхідно проводити у початковій школі та п'ятих класах. В результаті до середньої школи прийдуть діти, у яких пристойно розвинені конструкторські навички, сформовано алгоритмічне мислення, прищеплено інтерес до експериментування.

Таким чином, необхідно активно починати пробудження інтересу до точних наук та масову популяризацію професії інженера, причому робити такі кроки необхідно для дітей з достатньо раннього віку. Необхідно повернути у суспільство масовий інтерес до науково-технічної творчості.

на теперішній моментіснує достатня кількість освітніх технологій, які сприяють розвитку критичного мислення та вміння вирішувати завдання, проте в освітніх середовищах, що надихають до новаторства через науку, технологію, математику, сприяють творчості, вмінню аналізувати ситуацію, застосувати теоретичні знанняДля вирішення проблем реального світу сьогодні спостерігається певний дефіцит.

Найбільш перспективний шлях у цьому напрямі – це робототехніка, що дозволяє в ігровій формізнайомити дітей із наукою. Робототехніка є ефективним методомдля вивчення важливих галузей науки, технології, конструювання, математики та входить до нової міжнародної парадигми: STEM-освіта (Science, Technology, Engineering, Mathematics).

Організація лабораторії робототехніки у школі чи закладі додаткової освіти – це:

• впровадження сучасних науково-практичних технологій у освітній процес;
• сприяння розвитку дитячої науково-технічної творчості;
• популяризація професії інженера та досягнень у галузі робототехніки;
• нові форми роботи з обдарованими дітьми;
• ефективні форми роботи з проблемними дітьми;
• можливості інноваційного навчання;
• ігрові технології у навчанні;
• популяризація професій науково-технічного спрямування.

Робототехніка в Росії Останнім часомінтенсивно розвивається. Завдяки чому все більша увага приділяється використанню наукомістких технологій та обладнання. високим рівнемавтоматизації та роботизації.

Для переходу до нових технологій необхідна система підготовки кадрів інноваційної економіки(школяр – робітник – дипломований спеціаліст) на сучасних підходах та мотивації.

В даний час відбувається масштабна роботизація різних сфер людського життя: машинобудування, медицини, космічної промисловості тощо. Промислові роботи стали невід'ємною частиною багатьох сфер виробництва.

Освітня робототехніка сьогодні набирає популярності у школах та гуртках додаткової освіти. Учні залучені до освітнього процесу завдяки створенню моделей – роботів, проектування та програмування робототехнічних пристроїв та беруть участь у робототехнічних змаганнях, конкурсах, олімпіадах, конференціях.

Освітня робототехніка – частина інженерно-технічної освіти. Зараз необхідно активно розпочинати популяризацію професії інженера вже починаючи зі школи. Дітям потрібні зразки для наслідування в галузі інженерної діяльності. Робототехніка розвиває учнів як випереджального розвитку, спираючись на інформатику, математику, технологію, фізику, хімію. Робототехніка передбачає розвиток навчально-пізнавальної компетентності учнів.

Освітня робототехніка - це учбове середовище, засноване на використанні роботів для викладацьких цілей. У ній учні залучені і мотивовані самостійним моделюванням і конструюванням моделей (об'єктів, що мають схожі або цілком ідентичні до реальних об'єктів характеристики). Ці моделі створюються з використанням різних матеріалівта контролюються комп'ютерною програмною системою, що називається прототипом або симуляцією.

В опитуванні, проведеному серед 11-13-річних, було з'ясовано, що діти швидше віддадуть перевагу забратися в кімнаті, з'їсти суп, сходити до стоматолога, винести сміття, ніж зробити математику. Як це видима відсутність мотивації до вивчення математики впливає успішність? На жаль, відсутність мотивації негативно впливає на продуктивність у математичних, наукових, технологічних та інженерних (STEM) галузях; областях, життєво важливих для національної глобальної конкурентоспроможності, інновацій, економічного зростання та продуктивності.

З цією метою збільшується попит на STEM-пов'язану освіту та курси для працівників від технічного до докторського рівня освіти. STEM освіта та курси можуть на виході збільшити середній потенціал працівників на 26%. До 2019 приблизно 92% традиційних професій STEM будуть вимагати деякі форми додаткової освіти включаючи певні рівні специфічних промислових сертифікацій. Далі деякі звіти припускають, що навіть працівники не STEM професій будуть потребувати отримання деяких основних STEM компетенцій щоб відповідати глобальним вимогам та вижити в сучасному технологічному суспільстві.

Навчання за допомогою освітньої робототехніки дозволяє учням задуматися про технології. У процесі моделювання, конструювання, програмування та документування автономних роботів, учні не тільки навчаються тому, як працюють технології, але й значним та захоплюючим способом застосовують знання та вміння, отримані у школі. Освітня робототехніка багата на можливості в інтеграції не тільки в галузях науки, технології, інженерії та математики (STEM), але і в багатьох інших областях, у тому числі й грамотності, суспільних науках, танці, музику та мистецтво, дозволяючи учням знаходити способи працювати спільно, щоб розвинути їх навички співпраці та самовираження, навички вирішення проблем, критичного та інноваційного мислення.

Освітня робототехніка – це інструмент навчання, що покращує учнівський досвід через практичне вивчення. І найважливіше, освітня робототехніка надає веселе та цікаве середовище навчання через його практичний характер та інтеграцію технологій. Привабливе середовище навчання мотивує навчатися незалежно від навичок і знань, необхідних для виконання поставлених цілей для завершення проекту, що їх зацікавив.

Як викладач може зацікавити учнів у вивченні предметів, які потребують навичок у галузі науки, технології, інженерії та математики (STEM)? Освітня робототехніка пропонує унікальну альтернативу традиційним методамнавчання.

Інтерес до використання роботів для навчання учнів молодших класівз'явився у першій половині 80-х років. з початком використання програм, розроблених за допомогою технологій, доступних на той момент. Але він залишався незатребуваним якийсь час через обмежений доступ до пов'язаних з ним технологій, дорожнечу, відсутність досліджень та необхідність проведення великої кількостітестувань, що заважало широкому використанню роботів для викладацьких цілей. Але часи змінилися. За минуле десятиліття з приходом технологічних інновацій школярі зараз повністю акультуровані до використання технологій завдяки аудіоплеєрам, смартфонам, планшетам, інтернету та віртуальним світам, створеним іграми, в які вони грають. Учні мають мотивацію до використання цих пристроїв, які в свою чергу можуть додати новий вимір повсякденному викладанню.

Маленькі діти – справжні інженери. Вони створюють фортеці, вежі з кубиків, замки з піску і розбирають свої іграшки, щоб дізнатися, що всередині. І також у цьому віці діти певною мірою знайомі з конструкторами. Ще до досягнення дитсадківського віку кожна дитина вже гралася з конструктором, або принаймні знає, що це таке. Використовуючи цю асоціацію, можна залучити дітей до процесу навчання.

Вибір важливої ​​та цікавої для дітей теми для проектування є великою мотивацією до навчання. Наприклад, діти на уроці дізналися про квіти. Вони створили невеликий сад та їхнє завдання – захистити його від шкідників. Вчителем пропонується вирішити цю проблему за допомогою робототехнічних наборів.

Кожній дитині призначається її роль у проекті на основі його знань та стилю навчання: розробник, проектувальник, програміст, фотограф, тощо. Діти досліджують процес проектування за допомогою наступних кроків для вирішення проблеми: постановка проблеми, мозковий штурм для вирішення проблеми, вибір робочої ідеї, проектування рішення, створення рішення, використовуючи робототехнічні набори, програмування моделі, документація процесу, і демонстрація проекту, що вийшов.

У процесі роботи над проектом учні дізнаються про фізику, розробку та технології, розвивають навички роботи в команді та комунікативні здібностіза допомогою спільної роботи над проблемою та експериментування з різними ідеями.

Діти навчаються працювати спільно і починають швидко розуміти важливість кожного члена команди. Наприклад, розробник нічого не може створити без проектувальника, тому що він не знає особливостей проектування, а програміст не може працювати без розробника, так як без готової моделі йому не буде нічого програмувати.

Діти не знайомі з конструкторами також мають створити проект на основі простих механізмів. Їм надається простір дій у тому, щоб допомогти їм вчитися, граючи з деталями конструктора. Також можна принести їм недопрацьовані чи зроблені некоректно моделі та дати їм можливість виправити їх. Ціль полягає в тому, щоб не давати дітям приклад для копіювання, але надати їм деяке керівництво про те, як зробити модель, що дозволить їм включитися в роботу з рештою групи. Це справді добре працює, і діти починали методом спроб і помилок виправляють модель і навчаються програмувати її. Вони можуть використовувати різні стратегії для досягнення кінцевого результату.

Конспектування проекту також важливе для дітей. Воно допомагає їм систематизувати отриману інформацію та краще її запам'ятати. Також воно допомагає відслідковувати їхні успіхи у роботі.

Учні розвивають технологічну швидкість при використанні комп'ютерів, цифрових фотоапаратів та інших пристроїв, які вони можуть використовувати при розробці. Вони навчаються програмувати та дізнаються базові технічні поняття, які потрібні для коректного моделювання. Розвиваючи технологічну швидкість, вони самовиражаються різними способами за допомогою моделювання, запису, фотографування та обговорення їх проекту. І найголовніше вони розвивають самооцінку та впевненість у собі як учні.

Вищеописане демонструє, що освітня робототехніка – це потужний інструментякий може бути використаний для навчання.

1. Діти формують свої знання завдяки процесу моделювання значущих для них проектів та втіленню їх власних ідей, використовуючи самостійно розроблені алгоритми;
2. Діти навчаються завдяки одночасної роботі у віртуальному (програмування) та реальному світі(Створення моделі);
3. Діти стикаються з когнітивними конфліктами через порівняння умов та результатів у процесі програмування та тестування моделі;
4. Діти навчаються завдяки відображенню та відтворенню їх власних знань, обговорення їх спостережень;
5. Діти навчаються завдяки розмовам, заснованим на спільній роботі, обговоренням, аргументаціям

Робототехніка – універсальний інструмент освіти. Вона добре підходить як для додаткової освіти, так і для позаурочної діяльності. Також вона є непоганим варіантом для викладання її як предмета шкільної програми, Оскільки вона повністю відповідає вимогам ФГОС. Навчатися робототехніки можна з будь-якого віку.

Причому використання робототехнічного обладнання – це навчання, гра та творчість одночасно, що гарантує захопленість та зацікавленість, а також розвиток дитини у процесі навчання.

Освітня робототехніка дає можливість на ранніх кроках виявити технічні нахили учнів та розвивати їх у цьому напрямі. В даний час існує велика кількістьрізних робототехнічних наборів, що задовольняють будь-які вимоги. Кожен із наборів має свої особливості. Це і кількість, і тип деталей у наборі, і різноманітні середовища програмування, що імітують або підтримують відомі мови.

Робототехніка в школі – це чудовий спосіб підготовки дітей до сучасного життя, наповненого високими технологіями. Це необхідно, тому що наше життя просто рясніє різною високотехнологічною технікою. Її знання відкриває перед підростаючим поколінням масу можливостей та зробить подальший розвитоктехнологій швидшим.

Ще у 1980 році Лого Сеймур Пейпер, який є основоположником мови програмування, у своїй книзі запропонував застосовувати комп'ютери для навчання дітей. Пейпер у своїй пропозиції ґрунтувався на природній допитливості дітей та засобах для її задоволення. Адже кожна дитина - це архітектор, що самостійно будує структуру власного інтелекту, а як ви вже здогадалися, будь-якому архітектору необхідний матеріал, за допомогою якого все зводиться. І саме довкілляі є цим матеріалом. І що більше цих матеріалів, то більше зможе досягти дитина.

1. Для чого потрібні курси робототехніки для дітей?

Варто звернути увагу на той факт, що у повсякденному житті вдома, у школі, у громадських установахдітей оточують найрізноманітніші технічні пристрої та пристрої:

• Комп'ютер;
• ТБ;
• Автоматична пральна машина;
• Планшетні ПК;
• Смартфони, телефони та багато іншого.

Для дітей, як і для багатьох дорослих, всі ці пристрої є абсолютно незвіданими об'єктами, тобто кожен знає для чого потрібно той чи інший пристрій, а також як ним користуватися, але принцип роботи відомий небагатьом. Звідси виходить питання, а чи це потрібно взагалі знати? Відповідь – звичайно ж, і в першу чергу для того, щоб убезпечити себе, а також продовжити термін дії пристрою.

Також у багатьох може виникнути питання, а до чого тут робототехніка? Щоб отримати відповідь, варто зрозуміти, що таке робот. Це автоматизований механізм, який має програму виконання тієї чи іншої функції. Тобто звичайну пральну машинку автомат можна назвати роботом, який запрограмований для прання, полоскання та вичавлювання білизни, причому для цього передбачені різні режими.

Програма робототехніки в школі дозволяє дітям ближче дізнатися про принципи роботи таких пристроїв. Це дозволить зробити дітей мобільнішими, підготовленими до впровадження різних інновацій у повсякденне життя. При цьому вони можуть бути технічно грамотнішими. У теоретичному аспекті даного питаннядітям допомагають такі предмети як фізика, математика, інформатика, хімія та біологія. А ось синтезатором таких наук, який здатний розвивати технічний рівень грамотності підростаючого покоління, шляхом науково-практичних досліджень та творчих проектівє робоча програмаз робототехніки у школі.

1.1. Інтерес дітей до навчання

Варто відзначити, що завдяки допитливості дітей курси робототехніки в школах цілком здатні перетворитися на найцікавіший метод пізнання та вивчення не лише цифрових технологій та програмування, а й усього навколишнього світу, і навіть самого себе.

При цьому особливість даного предмета полягає в тому, що діти постійно стикаються з різною технікою не тільки в школі, а й удома, а також у повсякденному житті. Це суттєво посилює інтерес до здобуття знань і дозволяє легше та швидше засвоювати інформацію.

1.2. Основні проблеми програми робототехніки у школі

При введенні в шкільну програму курсів робототехніки навчальному процесіми стикаємося з двома головними проблемами:

• Недостатній рівень методичних матеріалів;
• Висока вартість однієї одиниці робототехнічного конструктора. При цьому слід зазначити, що у переважній більшості випадків використовуються іноземні розробки.

на Наразіу програмах робототехніки в школі можуть застосовуватись різні спеціальні робототехнічні комплекси, такі як Mechatronics Соntrol Kit, Festo Didасtiс, LEGO Мindstоrms і так далі. Однак можна виділити комплекси, які користуються найбільшим поширенням у Росії. До них належить таке:

• LEGO Мindstоrms. Це спеціальний конструктор нового покоління, представлений компанією Лего в 2006 році. Мозком робототехнічного конструктора є мікрокомп'ютер Лего. До його портів підключаються різні датчики, а також виконавчі пристрої (механізми). Залежно від фантазії конструктора робота можна зібрати у вигляді людини, машини, тварини тощо. При цьому побудований механізм здатний виконувати різні функції. Щоб задати роботу поведінка необхідно написати програму. Зробити це можна як за допомогою мікрокомп'ютера, на якому передбачені клавіші, або за коштами спеціального програмного забезпечення на ПК.
• Конструктор Fischertechnik. Цей конструктор є розвиваючим. Він підходить як для дітей, так і для підлітків та студентів. Такий конструктор дозволяє створювати найрізноманітніших роботів та задавати їм програми за допомогою комп'ютера.
• Scratch Board.
• Arduino.
• Конструктори УМКІ. Такі модулі оснащені мікропроцесором та наборами датчиків.

Всі ці модулі мають досить високу вартість, що робить їх менш доступними. Однак при цьому вони здатні активно розвивати дітей у всіх напрямках пов'язаних робототехнікою– мислення, логіка, алгоритмічні та обчислювальні здібності, а також дослідницькі навички та, найголовніше, технічну грамотність.

2. Освітня робототехніка у початковій школі

Враховуючи вищезгадані проблеми, на даний момент програма робототехніки в школі доступна ще не скрізь. Проте навіть без використання спеціальної техніки, конструкторів та справжніх роботів у шкільних програмах з інформатики та ІКТ варто розпочати вивчення введення у робототехніку. Це дозволить ближче познайомити учнів з предметом, а також допоможе в подальших кроківу цій сфері знань. При цьому достатньо провести лише два заняття, після чого діти зможуть самостійно займатися робототехнікою.

Основи робототехніки для дітей у початковій школі дозволять зрозуміти учням, що таке робот та принцип його роботи. Також дітям буде цікаво знати, що поняття «робот» було вигадано письменником фантастом Карелом Чапеком у далекому 1920 році. Це основи робототехніки, що дозволяють поринути у світ повний дивовижних винаходів і високих технологій, які миттєво збуджують у дітей величезний інтерес до цієї науки.

Крім цього, основи робототехніки допоможуть дітям, які вибрали шлях вивчення роботів у подальшому навчанні.

Технології не стоять на місці, вони постійно розвиваються, і цілком можливо, що саме ваша дитина чи учень сконструює наноробота, яка зможе лікувати найскладніші захворювання. Програма робототехніки в школі – це величезний крок до технологій майбутнього, розвитку та досконалості технологій.

3. Майстер-клас з робототехніки: Відео

Сьогодні заняття робототехнікою стають дуже популярними. Школярам такі уроки допомагають сформувати та розвинути критичне мислення, навчитися творчо підходити до процесу вирішення завдань різного рівня складності, а також здобути навички роботи в команді.

Нове покоління

Сучасна освіта переходить на новий витоксвого розвитку. Багато педагогів та батьків шукають можливість зацікавити дітей наукою, прищепити любов до навчання і зарядити бажанням творити і мислити неординарно. Традиційні форми викладу матеріалу вже давно втратили актуальність. Нове покоління не схоже на своїх прабатьків. Вони хочуть навчатися жваво, цікаво, інтерактивно. Це покоління легко орієнтується в сучасних технологіях. Діти хочуть розвиватися так, щоб не тільки йти в ногу з технологіями, що стрімко розвиваються, а й безпосередньо брати участь у цьому процесі.

Багато хто з них цікавиться: «Що таке робототехніка? Де цьому можна вчитися?

Освіта та роботи

Ця навчальна дисциплінавключає такі предмети, як конструювання, програмування, алгоритміку, математику, фізику та інші дисципліни, пов'язані з інженерією. Щорічно проводиться World Robotics Olympiad (всесвітня олімпіада з робототехніки – WRO). У освітній сфері- це масове змагання, що дозволяє краще дізнатися, що таке робототехніка для тих, хто вперше стикається з подібним предметом. Воно дає можливість спробувати свої сили учасникам більш ніж 50 країн. На змагання з'їжджаються близько 20 тисяч команд, до складу яких входять діти віком від 7 до 18 років.

Основна мета WRO: розвиток та популяризація НТТ (науково-технічної творчості) та робототехніки у молодіжному та дитячому середовищі. Подібні олімпіади є найсучаснішим освітнім інструментом XXI століття.

Нові можливості

Щоб діти краще розуміли, що таке робототехніка, на змаганнях застосовуються теоретичні та практичні навички, здобуті на заняттях у рамках клубної роботи та шкільної програми з вивчення природничо-наукових предметівта точних наук. Захопленість робототехнічної дисципліною поступово переростає у бажання глибше дізнатися про такі науки, як математика, фізика, інформатика та технології.

WRO - це унікальна можливість для її учасників та спостерігачів не тільки дізнатися глибше, що таке робототехніка, а й розвинути в собі навички творчості та критичного мислення, які так необхідні у XXI столітті.

Навчання

Інтерес до освітньої дисципліни робототехнічного спрямування зростає з кожним днем. Матеріальна базапостійно покращується і розвивається, багато ідей, що ще недавно залишалися мрією - сьогодні реальність. Вивчення предмета «Основи робототехніки» стало можливим для багатьох дітей. На уроках хлопці навчаються вирішувати завдання з обмеженими ресурсами, обробляти та засвоювати інформацію, а також використовувати її у правильному руслі.

Діти легко вчаться. Сучасне підростаюче покоління, яке виховується на різних гаджетах, як правило, не має труднощів у освоєнні дисципліни «Основи робототехніки», за умови бажання і потягу до нових знань.

Потрібно, що навіть дорослих людей складніше переучувати, ніж навчити чисті, але прагнучі дитячі уми. Позитивною тенденцією є колосальна увага до популяризації робототехніки молодіжному середовищііз боку урядових органів Росії. І це зрозуміло, оскільки завдання модернізації та залучення молодих спеціалістів – це питання конкурентоспроможності держави на міжнародній арені.

Важливість предмета

Сьогодні актуальним питаннямМіністерства освіти стоїть запровадження освітньої робототехніки в коло шкільних дисциплін. Вона вважається важливим напрямомрозвитку. На уроках технології діти повинні отримувати уявлення про сучасну сферу розвитку техніки та конструювання, які дають їм можливість самим вигадувати та будувати. Не обов'язково всім учням ставати інженерами, але можливість має бути у кожного.

Загалом уроки робототехніки вкрай цікаві дітям. Це важливо розуміти всім – і вчителям, і батькам. Такі заняття дають змогу побачити інші дисципліни в іншому світлі, зрозуміти зміст вивчення. Адже саме сенс, розуміння того, навіщо це потрібно, рухає умами хлопців. Його відсутність зводить нанівець усі зусилля вчителів та батьків.

Важливим фактором є те, що навчання робототехніки - процес, що не напружує і повністю поглинає дітей. Це не тільки розвиток особистості учня, а й можливість уникнути вулиці, несприятливої ​​обстановки, дозвільного проведення часу і наслідків, що тягнуть за ним.

Походження

Сама назва робототехніки походить від відповідного англійського robotics. Це прикладна наука, яка займається розробкою технічних автоматизованих систем. На виробництві вона одна із головних технічних основ інтенсифікації.

Усі закони робототехніки, як і наука, тісно пов'язані з електронікою, механікою, телемеханікою, механотронікою, інформатикою, радіотехнікою, електротехнікою. Сама робототехніка поділяється на промислову, будівельну, медичну, космічну, військову, підводну, авіаційну та побутову.

Поняття «робототехніка» вперше у своїх оповіданнях використав письменник-фантаст Це було у 1941 році (оповідання «Брехня»).

Саме слово «робот» придумали 1920 року чеський письменникита його брат Йозеф. Воно увійшло до науково-фантастичної п'єси «Россумські універсальні роботи», яка була поставлена ​​в 1921 році і мала великий глядацький успіх. Сьогодні можна спостерігати, як лінія, позначена в п'єсі, набула широкого розвитку у світлі науково-фантастичної кінематографії. Суть сюжету: господар заводу займається розробкою та налагодженням випуску великої кількості андроїдів, здатних працювати без відпочинку. Але ці роботи повстають проти творців.

Історичні приклади

Цікаво, що зародки робототехніки з'явилися ще в античні часи. Про це свідчать останки статуй, що рухаються, які були виготовлені в I столітті до н.е. Гомер писав в «Іліаді» про створених із золота служниць, здатних говорити і мислити. Сьогодні розум, яким наділяють роботів, отримав назву – штучний інтелект. Крім того, давньогрецькому інженеру-механіку Архіту Тарентському приписують розробку і створення механічного голуба, що літає. Ця подія датується приблизно 400 роком до н.

Таких прикладів безліч. Вони добре розкриті у книзі Макарова І.М. та Топчеєва Ю.І. «Робототехніка: історія та перспективи». У ній у популярній формі розказано про витоки сучасних роботів, а також окреслено робототехніку майбутнього та відповідний розвиток людської цивілізації.

Типи роботів

На сучасному етапі найважливішими класами роботів широкого призначення є мобільні та маніпуляційні.

Мобільний - це автоматична машина з шасі, що рухається, і керованими приводами. Ці роботи можуть бути крокуючими, колісними, гусеничними, повзаючими, плаваючими, літаючими.

Маніпуляційний - це автоматична стаціонарна або пересувна машина, що складається з маніпулятора з декількома ступенями рухливості та програмним керуванням, що виконує рухові та керуючі функції у виробництві. Такі роботи бувають у підлоговому, портальному чи підвісному вигляді. Найбільшого поширеннявони отримали на приладобудівних та машинобудівних виробництвах.

Способи переміщення

Велике поширення набули колісні та гусеничні роботи. Переміщення крокуючого робота є нелегким завданням динаміки. Такі роботи поки що не можуть мати стійкого руху, властивого людині.

Щодо літаючих роботів можна сказати, що більшість сучасних літаків якраз ними є, але керуються вони пілотами. Водночас, автопілот може контролювати політ на всіх стадіях. До літаючих робот відносяться і їх підклас - крилаті ракети. Такі апарати мають невелику вагу та виконують небезпечні місії, аж до ведення вогню за командою оператора. Крім того, є проектні апарати, які здатні до самостійного ведення вогню.

Існують літаючі роботи, що використовують методи руху, які використовують пінгвіни, медузи та скати. Цей спосіб переміщення можна побачити у роботів Air Penguin, Air Ray, Air Jelly. Їх виготовляє компанія Festo. А ось роботи RoboBee використовують методи польоту комах.

Серед роботів, що повзають, є ряд розробок, подібних до переміщення хробаків, змій і слимаків. У цьому робот використовує сили тертя на шорсткої поверхні чи кривизну поверхні. Подібне переміщення є корисним для вузьких просторів. Такі роботи необхідні для пошуку людей під уламками зруйнованих будівель. Змієподібні роботи здатні до переміщення у воді (такі як ACM-R5 виробництва Японії).

Роботи, що переміщаються по вертикальній поверхні, використовують такі підходи:

• подібні до людини, яка підіймається на стіну з виступами (Стенфордський робот Capuchin);
• подібні до гекконів, забезпечених вакуумними присосками (Wallbot» і Stickybot).

Серед плаваючих роботів існує багато розробок, що переміщуються за принципом наслідування риб. Ефективність такого руху на 80% перевищує ефективність руху з гребним гвинтом. Подібні конструкції мають низький рівень шуму та високу маневреність. Цим вони викликають великий інтересу дослідників підводного простору. До таких робіт відносяться моделі Ессекського університету – Robotic Fish та Tuna, розроблений інститутом Field Robotics. Вони змодельовані за рухом, характерним для тунця. Серед роботів, що імітують рух ската, відома розробка фірми Festo: Aqua Ray. А робот, що рухається як медуза, – це Aqua Jelly від того самого розробника.

Гурткова робота

Більшість гуртків з робототехніки орієнтовані на початкову та середню школу. Але й діти дошкільного вікуне обділені увагою. Головну роль грає розвиток творчості. Дошкільнята мають навчитися мислити вільно і втілювати свої ідеї у творчості. Саме тому заняття з робототехніки у гуртках для дітей віком до 6 років спрямовані на активне використання кубиків та простих конструкторів.

Шкільна програма, безперечно, ускладнюється. Вона дає можливість познайомитися з різними класами роботів, спробувати себе на ділі, заглибитись у науку. Нові дисципліни розкривають потенційні можливості дитини для здобуття професійних навичок та знань у вибраній галузі інженерії.

Робототехнічні комплекси

Сучасний розвиток робототехніки знаходиться в такій стадії, що, здається, ось-ось станеться потужнийривок у робототехнологіях. Це так само, як з відеозв'язком та мобільними гаджетами. Ще недавно все це видавалося недоступним для масового споживання. А сьогодні – це буденність, яка перестала дивувати. Натомість кожна виставка робототехніки показує нам фантастичні проекти, які захоплюють дух людини від однієї думки про їх впровадження в життя суспільства.

У системі освіти дозволяють реалізувати програму із застосуванням проектної діяльності саме комплексні установки з роботів, серед яких популярні:

Управління

За типом управління системи бувають:

• біотехнічними (командні, копіюючі, напівавтоматичні);
• автоматичні (програмні, адаптивні, інтелектуальні);
• інтерактивні (автоматизовані, супервізорні, діалогові).

До основних завдань управління роботами відносяться:

• планування рухів та положень;
• планування сил та моментів;
• ідентифікація динамічних та кінематичних даних;
• аналіз динамічної точності

p align="justify"> Велике значення у сфері робототехніки має розвиток методів управління. Це важливо для технічної кібернетики та теорії автоматичного управління.

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 звичайних школахта в дитячих садках, установах додаткової освіти забезпечує рівний доступ дітей усіх соціальних верствдо сучасних освітніх технологій.

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

Робототехніку можна використовувати в початковому, основному загальному та середньому (повному) загальну освіту, в області початкового 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 школярповинен знайомитися з навколишнім світом не тільки на теоретичному рівні, Але й осягати його таємниці безпосередньо на практиці. Об'єднати теорію та практику можливо, якщо використовувати освітню робототехніку на уроках навколишнього світу (понад 25 тем) у початкових класу, що, забезпечить істотний вплив на розвиток у учнів мови та пізнавальних процесів(сенсорний розвиток, розвиток мислення, уваги, пам'яті, уяви), а також емоційної сферита 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 робітта 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 інтенсивніше формувати ключові компетенціїучнів 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 рішенняактуальних 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 знаннячерез моделювання, конструювання та програмування. Головна метана 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 моделейроботів, 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, даний набірнадає 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 в Військово-морської академіїСША як учбове обладнанняу 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 з важливих аспектівстимулювання дітей до самостійного розвиткутворчої мисленнєвої діяльності та підтримки інтересу до технічного навчанняє їх участь у конкурсах, олімпіадах, конференціях та фестивалях технічного спрямування.

Існує ціла системазмагань 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