Версия 11:02, 19 июня 2014

Робототехника - универсальный инструмент для образования. Вписывается и в дополнительное образование, и во внеурочную деятельность, и в преподавание предметов школьной программы, причем в четком соответствии с требованиями ФГОС. Подходит для всех возрастов - от дошкольников до профобразования. Причем обучение детей с использованием робототехнического оборудования - это и обучение в процессе игры и техническое творчество одновременно, что способствует воспитанию активных, увлеченных своим делом, самодостаточных людей нового типа. Немаловажно, что применение робототехники как инновационной методики на занятиях в обычных школах и в детских садах, учреждениях дополнительного образования обеспечивает равный доступ детей всех социальных слоев к современным образовательным технологиям.

Образовательная робототехника дает возможность на ранних шагах выявить технические наклонности учащихся и развивать их в этом направлении.

Робототехнику можно использовать в начальном, основном общем и среднем (полном) общем образовании, в области начального профессионального образования, а также специального (коррекционного) обучения.

Одной из важных особенностей работы с образовательной робототехникой должно стать создание непрерывной системы - робототехника должна работать на развитие технического творчества, воспитание будущего инженера, начиная с детского сада и до момента получения профессии и даже выхода на производство.

Дошкольное образование

Впервые из рук ребенка выйдет продукт, способный реально выполнить задуманные действия, решить поставленные задачи. Создав свои первые модели, дети впервые освоят основные принципы конструирования и программирования.

Конструкторы «Первые конструкции», «Первые механизмы»

Начальная школа

Предмет «Окружающий мир»

Социальный заказ общества диктует, что современный школьник должен знакомиться с окружающим миром не только на теоретическом уровне, но и постигать его тайны непосредственно на практике. Объединить теорию и практику возможно, если использовать образовательную робототехнику на уроках окружающего мира (более 25 тем) в начальных класса, что, обеспечит существенное воздействие на развитие у учащихся речи и познавательных процессов (сенсорное развитие, развитие мышления, внимания, памяти, воображения), а также эмоциональной сферы и творческих способностей. Например, в программе Плешакова А.А. «Зеленый дом» образовательная робототехника позволит создавать на уроках динамические схемы, отражающие те или иные явления, сделает демонстрацию опытов яркой, красочной и более наглядной.

Основная и старшая школа

В ходе занятий ребята не только и не столько занимаются робототехникой, сколько используют ее, как некий интерактивный элемент, с помощью которого некие теоретические знания закрепляются на практике. Теоретические знания могут быть, как по точным наукам: математике и физике, так и по естественным: химии, астрономии, биологии, экологии.

Коммерческие компании, активно поддерживающие образовательную робототехнику, поняли необходимость подготовки обучающих материалов для таких программ, и, таким образом, появились образовательные наборы «Green City» и «Space Challange».

Предмет «Физика»

На уроках физики робототехнику можно применять для лабораторных, практических работ и опытов, а также для исследовательской проектной деятельности при изучении разделов: «Физика и физические методы изучения природы», «Механические явления», «Тепловые явления», «Электрические и магнитные явления», «Электромагнитные колебания и волны».

Предмет «Информатика»

Образовательные конструкторы позволят более интенсивно формировать ключевые компетенции учащихся на уроках информатики при изучении разделов: «Информационные основы процессов управления», «Представление об объектах окружающего мира», «Представление о системе объектов», «Основные этапы моделирования», «Алгоритмы. Исполнитель алгоритма», «Среда программирования», «Архитектура ПК. Взаимодействие устройств компьютера».

Предмет «Технология»

Наиболее гармонично образовательная робототехника встраивается в такие разделы предмета «Технологии» как «Машины и механизмы», «Графическое представление и моделирование», «Электротехнические работы».

Предмет «Математика»

Одним из ярких и простых примеров закрепления знаний из школьного курса математики является расчет траектории движения робота. В зависимости от уровня знаний здесь могут использоваться как и обычный метод проб и ошибок, так и научный подход: здесь им могут понадобиться и свойства пропорции (6-7 класс), и знание формулы длины окружности (8-9ый) и даже тригонометрия (10-11 класс).

Внеурочная деятельность

Проектно-ориентированная работа с конструктором позволяет организовать факультативное, домашнее и дистанционное обучение.

В школе ребята могут заниматься в кружках, на факультативах, посещать занятия на базе учреждений дополнительного образования. Формы работы могут быть разнообразными: общеразвивающие кружки для ребят начального и среднего звена; проектно-исследовательские кружки для старшеклассников, включение исследований на базе образовательных конструкторов в деятельность научного общества учащихся и многое другое.

Организация кружков по робототехнике позволяет решить целый спектр задач, в том числе привлечение детей группы риска, создание условий для самовыражения подростка, создание для всех детей ситуации успеха, ведь робототехника - это еще и способ организации досуга детей и подростков с использованием современных информационных технологий.

Кроме того, благодаря использованию образовательных конструкторов мы можем выявить одаренных детей, стимулировать их интерес и развитие навыков практического решения актуальных образовательных задач.

Профессиональное образование

Подходя к моменту перехода на ступень профессионального образования, школьник благодаря образовательной робототехнике, как правило, уже сделал свой профессиональный выбор. Встраивание робототехники в образовательный процесс в учреждениях профессионального образования, будь то учреждение НПО, СПО, ВУЗ, помогает подростку не просто развивать в себе технические наклонности, происходит понимание сути выбранной профессии. Робототехника позволяет реализовать уже профессиональные знания через моделирование, конструирование и программирование. Главная цель на этапе встраивания робототехники на ступени профессионального образования - обеспечить взаимодействие образования, науки и производства.

Конструкторы для создания роботов

Инженерно-техническая направленность использования образовательной робототехники служит блестящей возможностью ребенку проявить свои знания в области инженерно-технической мысли путем быстрого (мобильного) создания конструкторов с использованием простых и сложных инженерных механизмов и технических решений.

В настоящее время в образовании применяют различные робототехнические комплексы, например, LEGO Education, FischerTechnik, Mechatronics Control Kit, Festo Didactic и другие.

Серия Lego Education

В серию Lego Education входят конструкторы Lego WeDo и Lego Mindstorms.

Lego WeDo

Конструктор предназначен для дошкольников и школьников младших классов. Хотя элементная база этого конструктора сильно упрощена, но в нём те же идеи, практически та же электроника и ПО, что и в Lego Mindstorms. При желании с этим набором можно использовать старые детали Lego и совместимые с ними. С Lego WeDo даже дошкольники могут работать практически самостоятельно или с минимальной помощью взрослых.

Количество деталей в наборе Lego WeDo: 158. В наборе есть 4 инструкции, в каждой по 3 модели. В итоге вы получаете 12 занятий – 12 моделей для 4-х тем.

Программное обеспечение: ПервоРобот LEGO® WeDo™

Lego Mindstorms

Это – самый известный и разработанный программируемый конструктор на рынке игрового роботостроения и электронных конструкторов, который позволит любому школьнику собрать настоящего робота. Вся электроника «встроена» в детали Lego, что делает сборку простой. Фантастический монстр, промышленный автомат или миролюбивый андроид – любые фантазии оживают вместе с Lego Mindstorms. Бесконечные возможности конструктора и гибкость программного обеспечения увлекают на долгие часы даже взрослых.

Среда для программирования (NXT G – это упрощенный вариант программы LabVIEW) максимально простая: действия робота обозначены иконками, которые нужно собирать в нужной последовательности.

Изучаются базовые принципы конструирования и программирования роботов различных типов: мобильных, шагающих, балансирующих, манипуляторов и др.

Комплектуются набором стандартных деталей LEGO (палки, оси, колеса, шестерни) и набором, состоящим из сенсоров, двигателей и программируемого блока. Наборы делятся на базовый и ресурсный.

Базовый набор NXT поставляется в трех версиях:

• 8527 LEGO MINDSTORMS NXT – первая версия коммерческого набора, 577 деталей;
• 9797 LEGO MINDSTORMS Education NXT Base Set – образовательный набор для обучения, 431 деталь;
• 8547 LEGO MINDSTORMS NXT 2.0 – вторая версия коммерческого набора, 619 деталей.

Все три набора содержат в себе одну и ту же версию интеллектуального блока NXT, отличаются только версии прошивки, но это не принципиально, так как прошивку можно легко обновить. Так что в этом плане все три набора совершенно равноценны.

Базовый набор EV3 3.0 поставляется в одной версии 31313. Комплект конструктора LEGO EV3 изменился. Стало больше шестерёнок, ажурных элементов. Убрали часть не нужных маленьких штифтов. Но самое главное, «мозг» компьютера наконецто претерпел значительные изменения и обещает стать любопытной игрушкой не только для детей, но и для взрослых робототехников.

Комплект поставки EV3 3.0

• центральный блок управления
• 3 сервомотора (два больших и один маленький)
• датчик нажатия (Touch Sensor, попросту — кнопка)
• цветовой сенсор
• датчик расстояния

Так же есть ресурсные наборы: 9648 и 9695 LEGO MINDSTORMS Education Resource Set - набор средний ресурсный, 817 деталей. Ресурсный набор содержит больше видов и количество деталей. Оба набора могут быть использованы для участия в соревнованиях робототехники (например, во Всемирной олимпиаде роботов World Robot Olympiad).

Роботы, которые можно построить с использованием EV3

• 

  Конвейер с сортировкой кубиков по цвету

• 

  Погрузчик

• 

  Балансировщик

• 

  Гиробой

• 

  EV3RSTORM

• 

  Змея

• 

  SPIK3R

• 

  TRACK3R

• 

  GRIPP3R

• 

  Слон

• 

  Гитара

• 

  Принтер баннеров

• 

  BOBB3E

• 

  Гоночный грузовик

• 

  Самосвал

• Официальный сайт LEGO
• LEGO Mindstorms EV3
• Инструкции по сборке (предлагаемые LEGO)
• Руководство пользователя
• Встроенное программное обеспечение EV3 (EV3 Firmware V1.03H.bin)
• Программное обеспечение EV3 (LMS-EV3-WIN32-RU-01-01-full-setup.exe)
• Интернет-магазин компании SMARTBRICKS - единственной российской компании производящей комплектующие для робототехнических наборов LEGO
• Плакат Lego

Конструктор FischerTechnik

Наборы для конструирования FischerTechnik выпускает немецкая фирма fischertechnik GmbH.

Надо отметить, что хотя в России марка FischerTechnik не известна так широко, как Lego, в Европе это не только широко распространенная марка детских пластмассовых конструкторов, но и ведущий поставщик учебных конструкторов и моделей для школ и технических училищ. В последнее время линейка конструкторов FischerTechnik расширилась до нескольких десятков моделей разного уровня, для детей начиная от 5 лет.

Основным элементом конструктора является блок с пазами и выступом типа «ласточкин хвост». Такая форма дает возможность соединять элементы практически в любых комбинациях. Также в комплекты конструкторов входят программируемые контроллеры, двигатели, различные датчики и блоки питания, что позволяет приводить механические конструкции в движение, создавать роботов и программировать их с помощью компьютера.

ROBO TX Учебная лаборатория - набор для конструирования мобильных роботов и автоматических устройств. Состоит из более 310 компонентов, из которых можно собрать 11 различных моделей роботов, например, робота-футболиста, стиральную машину, робота-погрузчика и других.

Как и Lego, FischerTechnik может быть удобен, если у вас уже есть такие конструкторы, и вы будете использовать для строительства моделей старые детали.

Среда программирования: ROBO Pro.

Конструктор Arduino

Проект Arduino позволит войти в мир робототехники с минимальными затратами. Единственное «но» – программы для используемых в Arduino микропроцессоров пишутся на ассемблере или с использованием специальных трансляторов с других языков. Это уровень учащихся старших классов и студентов вуза. Среда Arduino IDE требует знания языков уровня C или Java. И как правило платы Arduino поставляются как набор для самостоятельной сборки, что подразумевает необходимость выполнять паяльные работы с последующей отладкой и перепайкой собранных компонентов.

• Видеокурс для младших школьников по Arduino
• Мини-проекты с Arduino
• Видеоуроки по Arduino
• Установка и настройка Arduino в ОС Windows (Инструкция)

Андроидные роботы конструктора Bioloid

Bioloid Comprehensive Kit — набор, позволяющий собрать до 26 вариантов конструкции робота. От простого шлагбаума с 1 степенью свободы, до паука или гуманоида с 18 степенями свободы. Помимо этого, данный набор предоставляет Вам возможность создать Вашего уникального робота, спроектировав, собрав и запрограммировав его самостоятельно.

Набор Bioloid Premium Kit похож на конструкторы LEGO Mindstorms, но является более профессиональным и продвинутым экземпляром. Набор используется в Военно-морской академии США как учебное оборудование в курсе машиностроения. Так же набор Bioloid часто используют участники международных соревнований RoboCup.

• Конструктор Bioloid

BEAM-роботы

BEAM - Biolоgy (Биология), Electronics (Электроника), Aesthetics (Эстетика), Mechanics (Механика). Роботы создаются из базовых элементов с применением пайки.

BEAM-роботы, в отличие от обычных роботов, основанных на цифровой технологии и микропроцессорах, создаются по аналоговым схемам. Вместо дискретной программы поведение роботов задается аналоговыми нейронными цепями, способными гибко выбирать путь обхода препятствий и реагировать на окружающий мир.

• www.servodroid.ru
• Статья о beam-роботах
• Коллекция рецептов создания Beam-роботов
• Роботы-ходуны

Соревнования по робототехнике

Одним из важных аспектов стимулирования детей к самостоятельному развитию творческой мыслительной деятельности и поддержанию интереса к техническому обучению является их участие в конкурсах, олимпиадах, конференциях и фестивалях технической направленности.

Существует целая система соревнований по робототехнике разного уровня: региональные, межрегиональные, всероссийские, международные.

В Самарской области ежегодно проводится областной фестиваль по робототехнике на основе правил всемирной олимпиады. Это состязание является первой ступенью к участию таких соревнованиях как «Робофест», «Евробот», «Робомир», спартакиада «Robojam», «World Robot Olympia».

Соревнования по робототехнике отличаются от других конкурсных мероприятий по нескольким параметрам:

• Зрелищность: ребенок видит положительную работу своих сверстников, передовые инженерно-технические достижения, новые решения в области робототехники.
• Состязательность: позволяет выявить наиболее подготовленную команду, способную оперативно решить поставленную тренером (организатором) задачу.
• Азартность: стремление детей к лидерству, опережению своих сверстников, быстрому и бескомпромиссному решению поставленной задачи как нельзя лучше проявляется во время соревнований по робототехнике.

World Robot Olympia - Всемирная олимпиада роботов Олимпиада представляет собой соревнования LEGO-роботов трёх разных категорий: основной, творческой и футбола роботов. В России международные состязания роботов проводятся в четыре этапа: школьный, окружной, городской и всероссийский (возможны изменения на местах). Победители и призеры Всероссийского этапа приглашаются в Летний робототехнический лагерь, по результатам которого формируется Российская сборная, для участия в WRO. Региональный отборочный тур в Самаре проходит на базе СОЦДЮТТ.

Робофест - Международные соревнования роботов проходящее в три этапа: 1. Первые отборочные окружные соревнования по робототехнике в городах России 2. Второй этап - отбирают лучшие команды России 3. Международные соревнования

Евробот Робототехнический фестиваль школьников и студентов с разнообразными соревнованиями и сложными конструкциями роботов. Обычно проводится в рамках работы форума "Роботы"

Робомир - Всероссийский фестиваль научно-технического творчества Соревнования моделей только из конструктора лего

Спартакиада Robojam Предлагают пользоваться конструктором роботов «Лаборатория роботов», но также можно использовать роботы, собранные из других конструкторов или из отдельных деталей.

Hello, Robot!

RoboCup Junior

Состязания FIRST LEGO League и FIRST Technical Challenge — здесь соревнуются не только роботы, но и сами команды: оценивается командный дух, инженерная проработка проекта, умение делать презентацию.

Литература по образовательной робототехнике

• Учебно-методический комплект "Первый шаг в робототехнику" под авторством Копосова Д.Г., состоящий из учебника и рабочей тетради.
• "Программируем микрокомпьютер NXT в LabVIEW", автор: Белиовская Людмила Григорьевна
• "Робототехника для детей и родителей", автор: Филиппов С.А., преподаватель и тренер международной сборной по робототехнике (книга опубликована на сайте физико-математического лицея №239 Санкт - Петербурга)
• "Программируем микрокомпьютер NXT в LabVIEW", авторы: Беликовская Л., Беликовский А.
• книги "The LEGO Technic Idea Book" японского LEGO-гуру ISOGAWA Yoshihito.:
  • Simple Machines,
  • Fantastic Contraption
  • Wheeled Wonders

Несмотря на, то что книги на иностранном языке, переводить там особенно нечего - книги состоят исключительно из иллюстраций - различные LEGO механизмы сфотографированы с разных ракурсов, что позволит детально изучить их устройство или даже собрать такие же. Идеальный учебник по LEGO-конструированию.

Основы робототехники на базе конструктора Lego Mindstorms NXT. Филиппов С.А. Журнал «Компьютерные инструменты в школе», 1–6 номер, 2010 г., серия статей (с сайта http://www.robofinist.ru):

• Занятие 1. Основы конструирования, механическая передача
• Занятие 2. Шагающие роботы
• Занятие 3. Управление мобильным роботом
• Занятие 4. Танец в круге: играем в кегельринг
• Занятие 5. Движение по линии.
• Занятие 6. Ориентация на местности: объезжаем стены

Карпов В.Э. Мобильные минироботы. Метод. материалы по проведению занятий со школьниками/ Политехн.музей. -М., 2009.:

• Ч.I. Знакомство с автоматикой и электроникой
• Ч.II Знакомство с микроконтроллерами и интегральной схемотехникой: метод. материалы по проведению занятий со школьниками
• Ч.III. Спортивная робототехника: материалы по проведению занятий со школьниками

Учебные программы по образовательной робототехнике

Физико-математического лицея №239 Санкт - Петербурга:

• Робототехника: конструирование и программирование, Титульный лист
• Физика роботов
• Электротехника
• Радиоэлектронные системы управления
• Творческая лаборатория робототехники
• Основы ТАУ
• Методика преподавания робототехники на базе конструктора Lego Mindstorms NXT
• Планирование 5 класс
• Планирование 6 класс
• Планирование 7 класс

Уроки, мастер-классы, семинары по образовательной робототехнике

Уроки Алексея Александровича Ушакова:

Открытые уроки и мастер-классы по курсу «Робототехника»

Интересные факты о робототехнике

Слово "робот" впервые придумал известный чешский писатель и драматург Карел Чапек. Герою его пьесы «RUR» инженеру Россу удалось изобрести сложную машину (робота), которая могла выполнять все работы человека.

Один из первых роботов был построен американским инженером Венсли в 1925 году. Автор дал ему имя мистер Телевокс («теле» — по гречески «далекий», «вокс» — латинский «голос»), потому что этот робот был способен отвечать на команды, поданные голосом человека.