Калькулятор расчета пеноблоков смотрите на этом ресурсе
Все о каркасном доме можно найти здесь http://stroidom-shop.ru
Как снять комнату в коммунальной квартире смотрите тут comintour.net Как правильно варикоз лечить
 

РОБОТОТЕХНИКА КАК ИННОВАЦИОННОЕ НАПРАВЛЕНИЕ ОБУЧЕНИЯ ИНФОРМАТИКЕ ВШКОЛЕ

Софронова Н. В.

ФГБОУ ВПО«Чувашский государственный педагогический университетим. И. Я. Яковлева», Чебоксары

 

Школьный курс информатики претерпевает изменения с первых лет своего существования – с 1985 года. Сначала это было программирование (на Бейсике или программированных калькуляторах), затем изучение прикладного программного обеспечения (которое занимало до 80% всего курса) [7]. С принятием новых школьных Стандартов мы видим, что информатика все больше становится междисциплинарным предметом, и опять усиление программирования. Вместе с тем надо отметить, что школьная информатика должна готовить к жизни в информационном обществе, которое развивается по своим законам. Кто из нас еще лет 20 назад мог предположить, что будет создан параллельный мир, в котором общаются (почти живут) наши дети!? Сетевые технологии прочно вошли в нашу жизнь. Что дальше? Думается, что развитие информационных технологий связано с робототехникой.

Робототехника — прикладная наука, занимающаяся разработкой автоматизированных технических систем. Робототехника опирается на такие дисциплины как электроника, механика, программирование, искусственный интеллект. Робот - это трехмерная машина, имеющая три измерения, соответствующие пространству живого существа. В широком понимании робот может быть определен как техническая система, способная замещать человека или помогать ему в выполнении различных задач. Робот, активно взаимодействующий с окружающей средой, в общем виде должен содержать следующие системы: управляющую, информационно-измерительную (сенсорную), систему связи, исполнительную (моторную).

В настоящей статье мы остановимся на проблеме обучения робототехнике в школе. Однако нельзя не указать на другие возможности применения роботов в учебных заведениях. Например, технология R.BOT создает безбарьерную среду для инвалидов-школьников, позволяет им полноценно трудиться, учиться, отдыхать, общаться с другими людьми, не чувствуя ограничений, а также обеспечивает социальную адаптацию и интеграцию в общество миллионов инвалидов, отнесённых к категории слабозащищенных слоев населения, которые ранее часто были обречены жить в изоляции и в полной зависимости от других [6].

 

Для изучения робототехники в школе разработано несколько комплексов. Наиболее известные из них – это:

Robotis Bioloid;

LEGO Mindstorms;

fischertechnik;

Arduino.

 

Рассмотрим болееподробнокаждуюсистему

Robotis Bioloid

 

Robotis Bioloid — набор для создания робота, производимый корейской фирмой Robotis [5]. Набор предназначен для образовательных целей, а также для тех, кто увлекается робототехникой. Набор Bioloid включает в себя небольшие сервоприводы, называемые Dynamixels и представляющие собой самостоятельные модули, с помощью которых могут быть собраны роботы различной конструкции, например, колёсные или шагающие роботы. Набор Bioloid схож с наборами LEGO Mindstorms от компании LEGO и Vex Robotics Design System от компании VEX Robotics. Набор Bioloid часто используют участники международных соревнований RoboCup.

В комплект Bioloid входят сервоприводы Dynamixels, набор сенсоров, программное обеспечение, включающее в себя среду 3D моделирования и среду программирования на С-подобном языке.

LEGO Mindstorms

LEGO Mindstorms — это конструктор (набор сопрягаемых деталей и электронных блоков) для создания программируемого робота [2]. Впервые представлен компанией LEGO в 1998 году. Через 8 лет (2006) в свет вышла модель LEGO Mindstorms NXT, а в 2009 — LEGO Mindstorms NXT 2.0.

Наборы LEGO Mindstorms комплектуются набором стандартных деталей LEGO (палки, оси, колеса, шестерни) и набором, состоящим из сенсоров, двигателей и программируемого блока. Наборы делятся на базовый набор и расширенный.

Базовый набор поставляется в двух версиях: версия для широкой продажи и базовый обучающий набор. Оба набора могут быть использованы для участия в соревнованиях робототехники (например, во Всемирной олимпиаде роботов (англ. World Robot Olympiad)). Расширенный набор содержит большее количество деталей.

В комплект набора LEGO Mindstorms входит стандартное программное обеспечение NXT-G и Robolab, но также сторонние компании создали свое программное обеспечение для программирования роботов LEGO Mindstorms. Языки программирования для LEGO Mindstorms бывают графические и текстовые.

fischertechnik 

fischertechnik — развивающий конструктор для детей, подростков и студентов, изобретенный профессором Артуром Фишером в 1964 году [3].

Конструкторы fischertechnik часто используются для демонстрации принципов работы механизмов и машин в средних, специальных и высших учебных заведениях, а также для моделирования производственных процессов и презентационных целей.

Наборы для конструирования fischertechnik выпускает фирма fischertechnik GmbH, которая находится в Германии. Фирма fischertechnik GmbH входит в состав крупного немецкого холдинга fischerwerke GmbH & Co.KG, дочерние фирмы которого выпускают крепеж, крепежный инструмент, детали для автомобилей и различные изделия из пластмассы.

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.

Arduino

Неоспоримый интерес представляют конструкторы-платы Arduino. Arduino — это радио-конструктор, весьма простой, но достаточно функциональный для очень быстрого прототипирования и воплощения в жизнь технических идей [4]. Эта плата даёт возможность познакомиться с основами микроконтроллеров и реализовать свои идеи в железе, часто, даже не беря в руки паяльника. Основа платформы – собственно плата ардуино, со своим стандартом расположения выводов, программируемая из-под своей среды (Ардуино ИДЕ) на языке Виринг (фактически С++). Благодаря простоте освоения и доступности платформа получила широкое распространение, появились клоны платы, некоторые с полезными улучшениями. Документация и схема Arduino распространяется под лицензией Creative Commons Attribution Share-Alike и доступны на официальном сайте Arduino.

Еще одно перспективное направление в робототехнике – это создание антропоморфных роботов. Знакомство с базовыми принципами работы антропоморфных роботов начинается с человекоподобия этих систем. Удобство использования механизмов такого типа заключено в их анатомическом строении и полном совпадении со строением человека. В настоящее время в НПО «Андроидная техника» разработан робототехнический комплекс AR-600, возможности которого приближаются к необходимым для работы на орбитальных станциях [5]. В данной модели, построенной по структурной схеме подобно человеческому скелету, реализована инновационная система интерактивного управления. Исполнительная часть состоит из основания, на котором установлен двурукий антропоморфный робот, и блока контроля рабочей зоны. Устройство управления установлено на операторе и повторяет структурную схему манипуляторов. Робот оснащён системой технического зрения, управляемой головой оператора и обеспечивающей эффект присутствия. Информация из рабочей зоны отображается на панели оператора. Точное копирование роботом действий оператора – главное достоинство таких роботехнических комплексов. В один ряд с ним встаёт и универсальность, ведь на орбиту проще и выгоднее взять один механизм, чем десятки для разных операций.

Существуют и другие системы для разработки роботов.

Опишем систему обучения робототехнике с начальной школы по 11 класс. Будем учитывать, что обучение робототехнике пока не является обязательной составляющей ФГОС ООО, поэтому обучение робототехнике возможно по двум направлениям: внеклассная работа или профильное обучение (включая элективные курсы), и объединение с некоторыми дисциплинами школьного курса (прежде всего, физика, информатика, технология). Опишем систему обучения робототехнике по первому направлению. 

Таблица 1.

Система обученияробототехнике вовнеурочной работеили профильном обучении

Уровень   обучения

Цели и задачи

Рекомендуемые   системы

Особенности

Начальныеклассы

Сборкароботов, элементымеханикироботов

LEGO, LEGO

Mindstorms,   fischertechnik

Обучение должно бытьосновано   на потребностидетей   в конструировании

5-7 классы

Знакомство с   механикой роботов

LEGO Mindstorms,Robotis Bioloid,fischertechnik

Многие необходимые разделыфизики   детиеще не изучали,нужно   практикупредварятьтеорией

8-9 классы

Программированиероботов внутреннимиресурсами   систем

LEGO Mindstorms,Robotis Bioloid,fischertechnik

Программирование роботовхорошо коррелирует сучебной   программой поинформатике

10-11

классы

Программированиероботов с использованиеязыков программированияи внешних   устройств

LEGO Mindstorms,Robotis Bioloid,fischertechnik,Arduino

Внеклассная работа расширяетиуглубляетнавыкиучащихсяпо программированиюи физике

 

В настоящее время практически нет школ (кроме нескольких специализированных школ в системе дополнительного образования), в которых обучение робототехнике велось бы планомерно и систематизировано. Как правило, это фрагментарное обучение на одном-двух указанных в таблице 1 уровнях обучения. Поэтому представленная таблица на сегодняшний день носит умозрительный характер. Вместе с тем выделенные конструкторы и особенности обучения на каждом уровне находят применение в практике обучения школьников, но пока безсистемно.

 

Если обучение робототехнике начинают в школе с начальных классов, то естественно надо опираться на увлечение детей ЛЕГО-конструированием. Многие дети уже в детском садике с удовольствием собирают достаточно сложные конструкции ЛЕГО. Работы таких детей можно использовать в качестве образцов, стимулировать дальнейшее усложнение агрегатов. Вместе с тем надо отметить, что только сборка ЛЕГО и тому подобных моделей еще далека от робототехники. Робот должен выполнять какие-то действия, например, вращать что-то с помощью кулачкового механизма и пр. 

В 5-7 классах обучение робототехнике может быть основано на конструировании движущихся механизмов. Однако есть проблема в том, что физику в большинстве школ изучают с 7 класса, то есть основы механики дети еще не знают. Поэтому учитель должен каждое занятие предварять теоретическим материалом, причем в доступном для детей изложении.

В 8-9 классе обычно уже изучают основы программирования, поэтому использование встроенной системы команд для управления роботами детям вполне доступно. Обычно на уроках информатики в школах изучают Паскаль, то есть язык структурного программирования. Встроенные языки для конструкторов роботов так же имеют команды для построения основных алгоритмических структур: условие, цикл, процедура. К сожалению, примеры в школьных учебниках по информатике и задания ГИА и ЕГЭ не ориентированы на написание программ для управления роботами, однако принципиальное единство в построении команд можно и должно использовать.

В 10-11 классах учащиеся уже, как правило, ориентированы на будущее профессиональное обучение, поэтому робототехникой занимаются школьники, которые хотели бы связать свою дальнейшую профессиональную деятельность с информатикой или физикой. Им доступны как серьезные языки программирования (такие, как С или С++), так и сложные манипуляции с платами и датчиками. Поэтому среди рекомендуемых систем появляется Arduino, для работы с платами которого необходимы неплохие знания по электронике. 

Еще одно интересное направление, повышающее у школьников мотивацию изучения робототехники, - это возможность использования мобильных технологий для управления роботами. Надо заметить, что мобильные технологии – это одно из наиболее интенсивно развивающихся направлений научно-технического прогресса, которое пока не нашло отражения ни в ФГОС ООО, ни, естественно, в школьных учебниках. 

Рассмотрим возможности включения элементов робототехники в школьные дисциплины. 

Таблица 2.

Система обученияробототехникена основеобъединенияснекоторыми дисциплинами школьного курса

Дисциплина

Цели и задачи

Рекомендуемые   системы

Особенности

Информатика

Расширение знанийв областипрограммированияи моделирования

LEGO Mindstorms,Robotis Bioloid,fischertechnik

Связь с программированием,моделированием   исоциальнойинформатикой

Физика

Углублениепрактическихнавыков помеханике иэлектротехнике

LEGO Mindstorms,Robotis Bioloid,fischertechnik,Arduino

Связь с разделамифизики:   механика:основы   кинематики,основы   динамики;основы   электродинамикииэлектростатика и др.

Технология

Вначальныхклассах-конструирование

LEGO, LEGO

Mindstorms,   fischertechnik

Всоответствии с ФГОСООО по направлению

«Индустриальные   технологии»

 

Рассказы о роботах на уроках информатики можно начинать с самых первых уроков, независимо от возраста учащихся в рамках раздела «Социальная информатика». Далее, когда учащиеся будут изучать программирование или моделирование, учитель может демонстрировать изучаемые алгоритмические структуры или приемы моделирования на роботах. Однако в классе должна быть группа учащихся, на которые учитель может «опереться», те, кто изучают робототехнику во внеурочное время.

 

На уроках физики робот может демонстрировать реальное воплощение основных законов механики и электродинамики. Главная проблема такой интеграции – это отсутствие методической литературы и учебно-методических пособий. Разработка электронного пособия «Робототехника в школе» началась в Чувашском государственном педагогическом университете им. И. Я. Яковлева. В республике в 123 школах есть конструкторы LEGO Mindstorms, приобретенные и распространенные по школам Министерством образования и молодежной политики Чувашии. За два года использования конструкторов уже накоплен опыт, который и будет систематизирован в разрабатываемом электронном пособии. Здесь же будут приведены примеры использования конструктора на уроках технологии.

 

Считаем, что создание роботов и управление ими это не только увлекательный процесс, но и занятие, имеющее большое дидактическое и воспитательное значение. Во-первых, роботы «возвращают» детей в реальность. Чуть ли не с первых лет жизни дети играют в компьютерные игры, в которых существуют свои правила (например, несколько жизней, нереальные прыжки или передвижения под водой без скафандра и пр.). У детей происходит смешение виртуального и реального миров. Роботы существуют в реальной среде и подчиняются законам реального мира. Во-вторых, скучное для многих школьников программирование превращается в увлекательнейшее занятие по составлению программы для управления роботом. Чтобы дети лучше могли понять смысл команд языков программирования, было придумано множество Исполнителей, первый из которых – знаменитая черепашка Лого (разработчик – Сеймур Пейперт). Робот тоже исполнитель, только существующий не в виртуальной, а реальной среде. И, наконец, интегративное значение роботов, для создания которых необходимо обладать знаниями в области программирования, технологий (чтобы собрать робота), физики (работа с датчиками) и пр. В целом робототехника в школе полностью соответствует основной идее новых Стандартов – формирование не только знаний и умений, но и способности применять их на практике.

Литература:

1. AR-600. Разработчик: НПО «Андроидная техника», 2007 г. : http://new.tsniimash.ru/main.php?id=5&nid=761&hl=sar-400

2. LEGO Mindstorms : http://www.mindstorms.su

3. Интеллектуальные конструкторы fischertechnik: обучение через игру: http://pacpac.ru

4. КМБ для начинающих ардуинщиков : http://robocraft.ru/blog/arduino/2873.html

5. Образовательный набор Robotis Bioloid Beginner : http://www.bogart.ru/xcat/51.html

6. Роботы R.BOT в школах : http://promo.rbot.ru/?p=5317

7. Софронова, Н. В. Теория и методика обучения информатике: М: Высшая школа, 2006. – 226 с.

 

Источник: http://gov.cap.ru/UserFiles/orgs/GrvId_130/sofronova_roboti.pdf