Вокал, иностранные языки, вышивание крестиком или роботы? В помощь сомневающимся родителям эксперты Smartbabr приводят аргументы «за» робототехнику.
Занятия робототехникой помогают развивать логическое и системное мышление, а также творческие способности. Даже если ваш ребенок не станет инженером и умение управлять роботом ему не понадобится, то понимание как работает автоматическое устройство и опыт конструирования обязательно пригодятся в другой деятельности, какую бы профессию ребенок не выбрал в будущем.
Сейчас школьное образование в основном формальное. Оно не позволяет человеку успешно строить свою жизнь в сложном техническом мире. Благодаря робототехнике ребенок на практике знакомится с черчением, 3D-моделированием, конструированием, постигает трехмерное восприятие пространства и многое другое. Словом, учится думать не только «головой», но и «руками». А так же одновременно: и головой, и руками.
На кружках по робототехнике старшеклассники видят в действии физические законы. Ученики 5-7 классов решают интересные геометрические и математические задачи. Детсадовцы и ребята из начальной школы занимаясь робототехникой развивают такие, как моторика, внимание и умение работать в группе.
Если робототехнику добавят в основную программу, даже в рамках предмета технологии, ее смысл начнет теряться. Сегодня школы тратят время и ресурсы выборочно. Например, многие образовательные учреждения не поддерживают одаренных детей, хотя есть соответствующие государственные программы и их реализация входит в задачи школы. Да и уроки технологии преподают не везде. Есть вероятность, что похожее произойдет и с занятиями по робототехнике: формально они будут, но будут ли полезны - спорный вопрос. Конечно, возможны исключения и где-то промелькнет великое, хорошее.
Но в любом случае для одаренных, заинтересованных в изучении робототехники ребят кружки подходят больше, так как помогают уйти глубже. Поэтому даже если робототехнику введут в основную школьную программу, отказываться от кружкового движения нельзя.
Я считаю, что занятие робототехникой очень сильно развивает логику, повышает системность мышления, все это так же влияет на степень осознанности в принимаемых решениях. Сама сборка роботов может помочь в развитии мелкой моторики рук. Дети так же получают знания не только о том, как устроены роботы, но и как функционируют уже действующие системы. Данный навык поможет им в будущем при проектировании своих собственных систем в любой отрасли, ведь набор правил и ограничений есть в любом виде деятельности.
Уверен, что изучать робототехнику, хотя бы в каких-то простых и наглядных примерах можно начинать уже с 5-6 лет. Ребенок в этом возрасте уже досточно полно осознает свои действия, а так же обладает мышлением, которое еще не успело «зарости» шаблонами. В этом возрасте дети очень открыты и просто фонтанируют идеями и креативом. Взгляните хотя бы на их рисунки. Все это может способствовать в будущем развитию качественно новых систем, этими детьми которые будут уникальны в своем роде.
Стоит ли включать эту дисциплину в школьную программу? Не уверен. Ведь существует гост, а под него, без должного участия государства, достаточно сложно подстроиться с чем-то инновационным. А вот в качестве факультатива - это да. Однако сейчас существует большой дефицит таких специалистов, которые бы согласились вести данные предметы в школах. Думаю здесь дело за техническими высшими учебными заведениями, которые в рамках профорентационной работы возьмут на себя эту ношу.
Занятия робототехникой помогают развивать логическое и системное мышление, а также творческие способности. Это очень полезные качества, которые обязательно пригодятся ребенку будущем, даже если его карьера не будет связана с техническими науками. Если углубиться с процесс занятий робототехникой, то можно понять, что успехи в этой области невозможны без знаний физики, математики, информатики и способности применять их при решении нестандартных задач. То есть робототехника метапредметна, и те учителя, которые уже сейчас организуют для своих ребят кружки по развитию робототехнических навыков, обязательно получат в будущем дивиденды в виде развития и воспитания эрудированной и интересующейся личности своих учащихся, которые будут способны анализировать и логически рассуждать, используя знания из различных областей, и работать на стыке наук, что обязательно будет востребовано в будущем.
Кроме того, робототехникой могут заниматься не только взрослые школьники, но и дети дошкольного возраста. Элемент управления роботом для дошкольников носит развлекательный характер. Для начальной школы занятия робототехникой дают развитие логического мышления, также на этом этапе у них появляется потребность к созданию нового. Старшеклассникам же интересно создание моделей роботов для решения реальных проблем и задач. Как правило, на данном этапе ученики уже осознают, для чего они занимаются робототехникой, и таким образов у них формируется потребность в изучении технических дисциплин, ведению проектной деятельности, изучению смежных наук, направленных на решение конкретной задачи.
Безусловно, должна быть возможность занятия робототехникой хотя бы в рамках кружковой деятельности. В большей степени робототехника как школьный предмет может быть направлена на объяснение и применение теоретических знаний, полученных на уроках, как междисциплинарная прикладная проектная деятельность. Если говорить о дисциплине «технология», то она направлена, как правило, на получение практического навыка создания чего-либо, поэтому робототехника может также быть ее элементом.
Робототехнику я бы разделил на две большие составляющие: программирование и электроника.
Владение этими составляющими по отдельности уже делает из молодых людей востребованных специалистов, а одновременное владение и первым, и вторым делает одного специалиста равносильного двум.
Считаю, что робототехника пойдет на пользу ребятам любых возрастов, так как развивает общее представление о том, как устроена любая техника.
Что дает изучение строения и управления роботами детям? Очень правильный вопрос. Его актуальность особо остро встанет лет через 50 лет, когда вычислительная мощность компьютеров превзойдет возможности человеческого мозга. Уже сейчас нас окружает техника. Понимать человеко-машинный интерфейс - значит контролировать машины. Нашим детям надо закладывать основы взаимодействия человек-компьютер-робот уже сейчас, дабы избежать сценариев фильма «Терминатор».
Если говорить о школьном образовании, то я считаю, что надо включать занятия по робототехнике в качестве факультатива в классах с углубленным изучением математики и физики с тем, чтобы привязать фундаментальные науки к практике. Начинать надо с 5 класса и исключительно для интересующихся.
Задача, которая сейчас стоит перед системой российского образования – подготовка инженеров-творцов, которые могли бы изобретать и внедрять новые технологии, аналогов которым не было бы в мире. Сейчас можно утверждать, что в ближайшие пять лет самыми востребованными профессиями будут инженерные специальности. Соответственно, те дети, которые будут увлекаться робототехникой и конструированием уже сейчас – это будущие инженеры-инноваторы, которые будут востребованы не только на российском, но и на международном рынке.
В первую очередь, основы робототехники и программирования учат ребенка мыслить логически, выстраивать правильные причинно-следственные связи, проводить аналитические операции и грамотно делать выводы. Во-вторых, современные дети, которые знакомы с различными мобильными устройствами (такими как смартфоны и планшеты с touch-интерфейсом), не умеют писать и рисовать от руки, у них просто не активируются ответственные за творчество части головного мозга. Такие дети не способны творить, они могут только что-то рекомбинировать или просто потреблять.
Увлечение робототехникой, программированием, конструированием побуждает детей любого возраста к творческому мышлению и производству уникального продукта. Это залог успешного будущего не только для отдельно взятого ребенка, но и для страны в целом.
Начинать учить детей робототехнике нужно как можно раньше, так как интерес к инженерным специальностям проявляется буквально с 5 лет. Этот интерес нужно развивать и продвигать повсеместно, не только в школах, но и в детских садах, частных клубах и кружках.
Фото: russianrobotics.ru, из личных архивов экспертов
Предлагаю вам конспект образовательной деятельности детей 10-12 лет (учащихся средней группы) по теме «В джунглях робототехники». Данная работа будет полезной как учителям школы, так и работникам дополнительного образования (руководителям кружков). Вашему вниманию предлагается , которое направлено на развитии у школьников любознательности, а также воспитание у них интереса к техническим областям, работе инженеров и программистов. Более подробно тут: https://repetitor.ru/repetitors/informatika , Вы найдете много интересного
Цель: формирование у детей представлений о том, что такое робототехника , какова её история, назначение и место в современном мире.
Демонстрационный материал:
Раздаточный материал: конструкторы Lego Education 9580
Методические приемы: беседа-диалог, игровая ситуация, рассматривание презентации, беседа, тематическая физкультминутка, эксперимент, продуктивная деятельность школьников, анализ, подведение итогов.
Учитель: «Здравствуйте, ребята!
Все прошлые занятия мы с вами знакомились с конструктором Лего и программой Lego Education. Вы научились собирать роботов по готовым инструкциям и самостоятельно программировать их действия. Сегодня мы с вами обобщим все наши знания по разделу «Забавные животные», а именно сконструируем четыре модели. 1 отдел:
Для этого сегодня мы с Вами совершим путешествие в джунгли, но не обычные, а джунгли робототехники. Путешественники разделятся на 4 группы. Каждый отдел должен собрать робота за короткое время, составить программу в среде Lego Education и «оживить модель». Какая же группа является самой энергичной, самой дружной, самой быстрой по научным экспериментам, мы узнаем, наблюдая за быстротой и правильностью сборки, а также поведением робота.
Учащиеся приступают к сборке.
Учитель: «Пока конструкторы заняты работой, мы приглашаем специалистов в области Лего-роботов рассказать об истории современных конструкторов и роботов».
Учащиеся: «Робототе?хника (от робот и техника; англ. robotics) - прикладная наука, занимающаяся разработкой автоматизированных технических систем и являющаяся важнейшей технической основой интенсификации производства.
Важнейшие классы роботов широкого назначения - манипуляционные и мобильные роботы.
Манипуляционный робот - автоматическая машина (стационарная или передвижная), состоящая из исполнительного устройства в виде манипулятора, имеющего несколько степеней подвижности, и устройства программного управления, которая служит для выполнения в производственном процессе двигательных и управляющих функций. Такие роботы производятся в напольном, подвесном и портальном исполнениях. Получили наибольшее распространение в машиностроительных и приборостроительных отраслях.
Мобильный робот - автоматическая машина, в которой имеется движущееся шасси с автоматически управляемыми приводами. Такие роботы могут быть колёсными, шагающими и гусеничными (существуют также ползающие, плавающие и летающие мобильные робототехнические системы.
Робототехнические комплексы также популярны в области образования как современные высокотехнологичные исследовательские инструменты в области теории автоматического управления и мехатроники. Их использование в различных учебных заведениях среднего и высшего профессионального образования позволяет реализовывать концепцию «обучение на проектах», положенную в основу такой крупной совместной образовательной программы США и Европейского союза, как ILERT.
Применение возможностей робототехнических комплексов в инженерном образовании даёт возможность одновременной отработки профессиональных навыков сразу по нескольким смежным дисциплинам: механика, теория управления, схемотехника, программирование, теория информации. Востребованность комплексных знаний способствует развитию связей между исследовательскими коллективами. Кроме того, студенты уже в процессе профильной подготовки сталкиваются с необходимостью решать реальные практические задачи.
Существующие робототехнические комплексы для учебных лабораторий:
Робототехника опирается на такие дисциплины, как электроника, механика, информатика, а также радиотехника и электротехника. Выделяют строительную, промышленную, бытовую, авиационную и экстремальную (военную, космическую, подводную) робототехнику. Важным конструктором для изучения роботов в школе стали конструкторы серии Лего.
LEGO (в переводе с датского языка- «играй хорошо») - серии игрушек, представляющие собой наборы деталей для сборки и моделирования разнообразных предметов. Наборы LEGO выпускает группа компаний LEGO Group, головной офис которой находится в Дании. Здесь же, в Дании, на полуострове Ютландия, в небольшом городке Биллунд находится и самый большой Леголенд в мире - город, полностью построенный из конструктора LEGO.
Основным продуктом компании LEGO являются разноцветные пластмассовые кирпичики, маленькие фигурки и т. д. Из LEGO можно собрать такие объекты, как транспортные средства, здания, а также движущихся роботов. Все, что построено, затем можно разобрать, а детали использовать для создания других объектов. Компания LEGO начала производство пластмассовых кирпичиков в 1949 году. С тех пор LEGO расширила сферу своей деятельности, создавая фильмы, игры, конкурсы, а также семь тематических парков развлечений. Однако имеется множество клонов и подделок конструктора.
Идет презентация «История роботов и Лего»
Учитель: «А теперь своими знаниями о джунглях поделятся юнные исследователи. Они расскажут вам о джунглях».
Учащиеся: «Джу?нгли - древесно-кустарниковые заросли в сочетании с высокими злаками. Жившие в Индии англичане позаимствовали это слово из языка хинди.
Самые большие джунгли существуют в бассейне реки Амазонки в большей части Центральной Америки (где они называются «сельва»), в экваториальной Африке, во многих районах Юго-Восточной Азии, в Австралии. Деревья в джунглях имеют несколько общих характеристик, которые не наблюдаются у растений менее влажных климатов: Основание ствола у многих видов имеет широкие, дровянистые выступы.
Верхушки деревьев часто очень хорошо связаны между собой с помощью лиан. Другими характеристиками джунглей могут служить необычайно тонкая (1-2 мм) кора деревьев. В джунглях встречаются широконосые обезьяны, ряд семейств грызунов, рукокрылые, ламы, сумчатые, несколько отрядов птиц, а также некоторые пресмыкающиеся, земноводные, рыбы и беспозвоночные.
На деревьях живут многие животные с цепкими хвостами. Очень много насекомых, особенно бабочек, много рыб. В джунглях живёт две трети всех видов животных и растений планеты. Предполагается, что миллионы видов животных и растений до сих пор не описаны».
Идет видео «Джунгли».
Учащиеся на основе конструктора Lego WeDo создают модели рычащий лев, обезьянку барабанщицу, голодного аллигатора и танцующих птиц. Учащие собирают роботов, программируют и демонстрируют модели. Ответственные оглашают результаты заполнения таблицы анализа поставленных целей и задач на открытом уроке.
Модели роботов
Группа №1.
Ученик №1.1: «Мы собрали модель «обезьянка-барабанщица» и запрограммировали ее. Энергия передается от ноутбука на мотор, а от мотора крутится сначала малое зубчатое колесо, затем коронное зубчатое колесо. Оно в свою очередь крутит ось. Кулачки поднимают и опускают лапы нашей барабанщицы. Перед нами стояла задача построить обезьянку, которая отбивала бы разные ритмы и это у нас получилось. Мы попробовали создать другие движения обезьянки, меняя положение кулачков. От изменения положения меняется звук и время ударов лапами обезьянки».
Ученик №1.2: «Несмотря на свой устрашающий вид эта большая, более двух метров ростом обезьяна очень дружелюбна; самцы из одной стаи обычно не соперничают друг с другом, а вожаку, чтобы его послушались, достаточно вытаращить глаза и издать соответствующий крик, ударяя себя пальцами по груди. Такое поведение - всего лишь инсценировка, за ним никогда не следует нападения.
Перед настоящей атакой долго и молча смотрит в глаза противнику. Пристальный взгляд, прямо в глаза, означает вызов не только у горилл, но и почти у всех млекопитающих, в том числе у собак, кошек и даже у людей. Маленькие гориллы остаются с матерью в течение почти четырех лет. Когда рождается следующий, мать начинает отдалять от себя старшего, но никогда не делает это грубо; она как бы предлагает ему самому попробовать свои силы во взрослой жизни.
Проснувшись, гориллы отправляются на поиски пищи. Оставшееся время они посвящают отдыху и играм. После вечерней трапезы устраиваются на земле своего рода подстилки, на которых и засыпают».
Группа №2.
Ученик №2.1: Мы собрали модель «рычащий лев». Энергия передается на мотор, который получает энергию от компьютера. Это приводит в движение зубчатое колесо, которое вращает коронное колесо. Коронное колесо подсоединено к той же оси, на которой закреплены передние лапы льва при вращении оси, лев садится или ложиться. Продемонстрируем работу модели.
Ученик №2.2:. «Лев - вид хищных млекопитающих, один из четырёх представителей рода пантер. Является второй по величине после тигра из ныне живущих кошек - масса некоторых самцов может достигать 250 кг. Характерная особенность льва - густая грива у самцов, чего нет у прочих представителей семейства кошачьих.
Предпочитает открытые пространства, где находит прохладу в тени редких деревьев. Для охоты же лучше иметь широкий обзор, чтобы издали заметить стада пасущихся травоядных и разработать стратегию, как лучше приблизиться к ним незамеченным. Внешне это ленивый зверь, который по долгу дремлет и бездельничает.
Только когда лев голоден и вынужден преследовать стада травоядных или когда должен защищать свою территорию, он выходит из оцепенения. Львы были популярны в культуре в античные времена и в Средневековье, они нашли своё отображение в скульптуре, живописи, на национальных флагах, гербах, в мифах, литературе и фильмах».
Группа №3.
Ученик №3.1: Мы собрали модель «голодный аллигатор». Энергия передается от компьютера на мотор, который вращает коронное зубчатое колесо. Это зубчатое колесо насажено на одну ось с шкивом. На маленький шкив надет ремень, передающий движение большому шкиву. Он открывает и закрывает пасть аллигатора. Продемонстрируем работу модели: кладем рыбку - рот закрывается, достаём рыбку - рот открывается.
Ученик №3.2: «Аллигатор - род, включающий всего два современных вида: американский (или миссисипский) аллигатор и китайский аллигатор. У крупных аллигаторов глаза отсвечивают красным цветом, у небольших особей - зелёным. По этому признаку аллигатора можно обнаружить в тёмное время суток. Самый крупный аллигатор, когда-либо зафиксированный в истории, был обнаружен на острове в американском штате Луизиана - его длина составила. Несколько гигантских особей было взвешено, вес самого крупного из них превысил тонну.
В мире есть только две страны, где обитают представители этого рода - это Соединённые Штаты Америки и Китай. Китайский аллигатор находится под угрозой исчезновения. Американский аллигатор обитает на восточном побережье США. Только во Флориде их численность превышает 1 млн особей. Единственным местом на Земле, где аллигаторы и крокодилы сосуществуют вместе, является Флорида.
Крупные самцы ведут одиночный образ жизни, придерживаясь своей территории. Более мелких самцов можно увидеть большими группами в непосредственной близости друг от друга. Крупные особи (как самцы, так и самки) защищают свою территорию, небольшие аллигаторы более толерантны по отношению к особям того же размера.
Разница между крокодилом и аллигатором: самое большое различие - в их зубах. Когда челюсти у крокодила сомкнуты, то виден большой четвёртый зуб нижней челюсти. У аллигатора же верхняя челюсть закрывает эти зубы. Также их можно отличить по форме морды: у настоящего крокодила морда острая, V-образная, у аллигатора - тупая, U-образная.»
Аллигатор
Группа №4.
Ученик №4.1: «Мы сконструировали модель «танцующие птицы». Энергия передается на мотор, а от компьютера вращается зубчатое колесо. Оно установлено на одной оси со шкивом, который тоже вращается. Сверху на шкив закреплена птица и на шкив надеть ремень. При вращении шкива, ремень движется и вращает другой шкив. Мы ставили перед собой цель, создать такую конструкцию, в которой бы птицы крутились сначала в одну сторону, а затем в разные. Продемонстрируем работу модели: меняя передачу, можно вращать птиц в разные стороны.»
Сегодня занятия робототехникой становятся очень популярными. Школьникам такие уроки помогают сформировать и развить критическое мышление, научиться творчески подходить к процессу решения задач различного уровня сложности, а также получить навыки работы в команде.
Современное образование переходит на новый виток своего развития. Многие педагоги и родители ищут возможность заинтересовать детей наукой, привить любовь к обучению и зарядить желанием творить и мыслить неординарно. Традиционные формы изложения материала уже давно утратили свою актуальность. Новое поколение не похоже на своих прародителей. Они хотят учиться живо, интересно, интерактивно. Это поколение легко ориентируется в современных технологиях. Дети хотят развиваться так, чтобы не только идти в ногу со стремительно развивающимися технологиями, но и непосредственно участвовать в этом процессе.
Многие из них интересуются: «Что такое робототехника? Где этому можно учиться?».
Эта учебная дисциплина включает в себя такие предметы, как конструирование, программирование, алгоритмику, математику, физику и другие дисциплины, связанные с инженерией. Ежегодно проводится World Robotics Olympiad (всемирная олимпиада по робототехнике - WRO). В образовательной сфере - это массовое соревнование, позволяющее лучше узнать, что такое робототехника для тех, кто впервые сталкивается с подобным предметом. Оно дает возможность попробовать свои силы участникам более чем из 50 стран. На соревнования съезжаются порядка 20 тысяч команд, в состав которых входят дети от 7 до 18 лет.
Основная цель WRO: развитие и популяризация НТТ (научно-технического творчества) и робототехники в молодежной и детской среде. Подобные олимпиады являются современным образовательным инструментом XXI века.
Чтобы дети лучше понимали, что такое робототехника, на соревнованиях применяются теоретические и практические навыки, полученные на занятиях в рамках клубной работы и школьной программы по изучению естественно-научных предметов и точных наук. Увлеченность робототехнической дисциплиной постепенно перерастает в желание глубже узнать такие науки, как математика, физика, информатика и технологии.
WRO - это уникальная возможность для ее участников и наблюдателей не только узнать глубже что такое робототехника, но и развить в себе навыки творчества и критического мышления, которые так необходимы в XXI веке.
Интерес к образовательной дисциплине робототехнического направления растет с каждым днем. Материальная база постоянно улучшается и развивается, многие идеи, еще недавно остававшихся мечтой - сегодня реальность. Изучение предмета «Основы робототехники» стало возможным для большого числа детей. На уроках ребята учатся решать задачи с ограниченными ресурсами, обрабатывать и усваивать информацию, а также использовать ее в правильном русле.
Дети учатся легко. Современное подрастающее поколение, воспитывающееся на различных гаджетах, как правило, не имеет трудностей в освоении дисциплины «Основы робототехники», при условии наличия желания и тяги к новым знаниям.
Нужно что даже взрослых людей сложнее переучивать, чем научить чистые, но жаждущие детские умы. Положительной тенденцией есть колоссальное внимание к популяризации робототехники в молодежной среде со стороны правительственных органов России. И это понятно, так как задача модернизации и привлечения молодых специалистов - это вопрос конкурентоспособности государства на международной арене.
Сегодня актуальным вопросом Министерства образования стоит введение образовательной робототехники в круг школьных дисциплин. Она считается важным направлением развития. На уроках технологии дети должны получать представления о современной сфере развития техники и конструирования, которые дают им возможность самим придумывать и строить. Не обязательно всем ученикам становиться инженерами, но возможность должна быть у каждого.
Вообще, уроки робототехники крайне интересны детям. Это важно понимать всем - и учителям, и родителям. Такие занятия дают возможность увидеть другие дисциплины в ином свете, понять смысл их изучения. А ведь именно смысл, понимание того, зачем это нужно, движет умами ребят. Его отсутствие сводит на нет все усилия учителей и родителей.
Важным фактором является то, что обучение робототехнике - процесс не напрягающий и всецело поглощающий детей. Это не только развитие личности ученика, но и возможность уйти от улицы, неблагоприятной обстановки, праздного времяпровождения и влекущих за ним последствий.
Само название робототехники происходит от соответствующего английского robotics. которая занимается разработкой технических автоматизированных систем. На производстве она является одной из главных технических основ интенсификации.
Все законы робототехники, как и сама наука, тесно связаны с электроникой, механикой, телемеханикой, механотроникой, информатикой, радиотехникой, электротехникой. Сама робототехника подразделяется на промышленную, строительную, медицинскую, космическую, военную, подводную, авиационную и бытовую.
Понятие «робототехника» впервые в своих рассказах использовал писатель-фантаст Это было в 1941 году (рассказ «Лжец»).
Само слово «робот» придумали в 1920 году чешский писатели и его брат Йозеф. Оно вошло в научно-фантастическую пьесу «Россумские универсальные роботы», которая была поставлена в 1921 году и пользовалась большим зрительским успехом. Сегодня можно наблюдать, как линия, обозначенная в пьесе, получила широкое развитие в свете научно-фантастической кинематографии. Суть сюжета: хозяин завода занимается разработкой и наладкой выпуска большого числа андроидов, способных работать без отдыха. Но эти роботы в итоге восстают против создателей.
Интересно, что зачатки робототехники появились ещё в античные времена. Об этом свидетельствуют останки движущихся статуй, которые были изготовлены в I веке до н.э. Гомер писал в «Илиаде» о сотворенных из золота служанок, способных говорить и мыслить. Сегодня разум, которым наделяют роботов, получил название - искусственный интеллект. Кроме того, древнегреческому инженеру-механику Архиту Тарентскому приписывают разработку и создание механического летающего голубя. Это событие датируется приблизительно 400 годом до н.э.
Таких примеров большое множество. Они хорошо раскрыты в книге Макарова И.М. и Топчеева Ю.И. «Робототехника: история и перспективы». В ней в популярной форме рассказано об истоках современных роботов, а также очерчена робототехника будущего и соответствующее развитие человеческой цивилизации.
На современном этапе важнейшими классами роботов широкого назначения являются мобильные и манипуляционные.
Мобильный — это автоматическая машина с движущимся шасси и управляемыми приводами. Эти роботы могут быть шагающими, колёсными, гусеничными, ползающими, плавающими, летающими.
Манипуляционный — это автоматическая стационарная или передвижная машина, состоящая из манипулятора с несколькими степенями подвижности и программным управлением, выполняющим двигательные и управляющие функции в производстве. Такие роботы бывают в напольном, портальном или подвесном виде. Наибольшее распространение они получили на приборостроительных и машиностроительных производствах.
Большое распространение получили колёсные и гусеничные роботы. Перемещение шагающего робота представляет нелегкую задачу динамики. Такие роботы пока не могут иметь устойчивого движения, присущего человеку.
Относительно летающих роботов можно сказать, что большинство современных самолётов как раз ими являются, но управляются они пилотами. В то же время автопилот может контролировать полёт на всех стадиях. К летающим роботам относятся и их подкласс - крылатые ракеты. Такие аппараты имеют небольшой вес и выполняют опасные миссии, вплоть до ведения огня по команде оператора. Кроме того, есть проектные аппараты, способные к самостоятельному ведению огня.
Существуют летающие роботы, использующие методы движения, которые используют пингвины, медузы и скаты. Этот способ перемещения можно увидеть у роботов Air Penguin, Air Ray, Air Jelly. Их производит компания Festo. А вот роботы RoboBee используют методы полёта насекомых.
Среди ползающих роботов есть ряд разработок, подобных по перемещению червям, змеям и слизням. При этом робот использует силы трения на шероховатой поверхности или кривизну поверхности. Подобное перемещение полезно для узких пространств. Такие роботы нужны для поиска людей под обломками разрушенных зданий. Змееподобные роботы способны к перемещению в воде (такие, как ACM-R5 производства Японии).
Перемещающиеся по вертикальной поверхности роботы, используют такие подходы:
Среди плавающих роботов существует много разработок, перемещающимся по принципу подражания рыбам. Эффективность такого движения на 80% превосходит эффективность движения с гребным винтом. Подобные конструкции имеют низкий уровень шума и высокую маневренность. Этим они вызывают большой интерес у исследователей подводного пространства. К таким роботам относятся модели Эссекского университета - Robotic Fish и Tuna, разработанный институтом Field Robotics. Они смоделированы по движению, характерному для тунца. Среди роботов, имитирующих движение ската известна разработка фирмы Festo: Aqua Ray. А робот, движущийся как медуза, - это Aqua Jelly от того же разработчика.
Большинство кружков по робототехнике ориентированы на начальную и среднюю школу. Но и дети дошкольного возраста не обделены вниманием. Главную роль здесь играет развитие творчества. Дошкольники должны научиться мыслить свободно и воплощать свои идеи в творчестве. Именно поэтому занятия по робототехнике в кружках для детей до 6 лет направлены на активное использование кубиков и простых конструкторов.
Школьная программа, безусловно, усложняется. Она дает возможность познакомится с различными классами роботов, попробовать себя на деле, углубиться в науку. Новые дисциплины раскрывают потенциальные возможности ребенка для получения профессиональных навыков и знаний в выбранной области инженерии.
Современное развитие робототехники находится в такой стадии, что, кажется, вот-вот произойдет мощный рывок в робототехнологиях. Это так же, как с видеосвязью и мобильными гаджетами. Еще недавно все это казалось недоступным для массового потребления. А сегодня - это обыденность, переставшая удивлять. Зато каждая выставка робототехники показывает нам фантастические проекты, которые захватывают дух человека от одной только мысли об их внедрении в жизнь общества.
В системе образования позволяют реализовать программу с применением проектной деятельности именно комплексные установки из роботов, среди которых популярны:
По типу управления системы бывают:
К основным задачам управления роботами относятся:
Большое значение в сфере робототехники имеет развитие методов управления. Это важно для технической кибернетики и теории автоматического управления.
Робототехника — одно из перспективнейших направлений в сфере интернет-технологий, а то, что за ИТ-сферой будущее, в наше время и объяснять не надо. Роботостроение — увлекательнейшая штука: сконструировать робота значит почти что создать новое существо, пусть и электронное.
С 60-х годов прошлого века автоматизированные и самоуправляющиеся устройства, делающие какую-либо работу за человека, стали использоваться для исследований и в производстве, затем в сфере услуг и с тех с каждым годом прочнее занимают свое место в жизни людей. Конечно, нельзя сказать, что в России все сплошь выполняется самостоятельными механизмами, однако определенный вектор в эту сторону точно намечается. Вот уже и Сбербанк планирует заменить три тысячи юристов умными машинами.
Вместе с экспертами попытаемся разобраться, зачем нужна роботехника и как к ней подступиться.
Если коротко, то робототехника для детей направлена на изучение предмета, тогда как профессиональная - на решение конкретных задач. Если специалисты создают промышленные манипуляторы, выполняющие разные технологические задачи, или специализированные колесные платформы, то любители и дети, конечно же, занимаются вещами попроще.
Татьяна Волкова, сотрудник Центра интеллектуальной робототехники: «Как правило, с чего все начинают: разбираются с моторами и заставляют робота элементарно ехать вперед, потом - делать повороты. Когда робот выполняет команды движения, можно уже подключить датчик и сделать так, чтобы робот ехал на свет или, наоборот, «убегал» от него. А дальше идет любимая задача всех новичков: робот, который ездит по линии. Устраиваются даже различные гонки роботов».
Для начала нужно купить конструктор и посмотреть, нравится ли ребенку собирать его. А дальше и в кружок можно отдать. Занятия помогут ему развить мелкую моторику, фантазию, пространственное восприятие, логику, концентрацию и терпеливость.
Чем быстрее получится определиться с направлением роботехники — конструирование, электроника, программирование — тем лучше. Все три области обширны и требуют отдельного изучения.
Александр Колотов, ведущий специалист STEM-программ в Университете Иннополис: «Если ребенку нравится собирать конструктор, то ему подойдёт конструирование. Если ему интересно изучать, как устроена вещь, то ему понравится заниматься электроникой. Если у ребенка тяга к математике, то его заинтересует программирование».
Начинать изучение и записываться в кружки лучше всего с детства, впрочем, не слишком рано — в 8-12 лет , говорят специалисты. Раньше ребенку сложнее уловить понятные абстракция, а позднее, в подростковом возрасте, у него могут появиться другие интересы, и он станет отвлекаться. Также ребенка необходимо мотивировать на изучение математики, чтобы ему было интересно и легко в будущем проектировать механизмы и схемы, составлять алгоритмы.
С 8-9 лет ребята уже могут понимать и запоминать, что такое резистор, светодиод, конденсатор, а позже и понятия из школьной физики осваивать с опережением школьной программы. Не важно, станут они специалистами в этой области или нет, полученные знания и навыки точно даром не пропадут.
В 14-15 лет нужно продолжать заниматься математикой, отодвинуть занятия в кружке по робототехнике на второй план и начать изучение программирования более серьезно - разбираться не только в сложных алгоритмах, но и в структурах хранения данных. Далее идут математический базис и знания в алгоритмизации, погружение в теорию механизмов и машин, проектирование электромеханической оснастки робототехнического устройства, реализацию алгоритмов автоматической навигации, алгоритмы компьютерного зрения и машинное обучение.
Александр Колотов: «Если в этот момент познакомить будущего специалиста с основами линейной алгебры, комплексным счислением, теорией вероятности и статистики, то к поступлению в вуз он уже будет хорошо представлять, зачем ему стоит обращать дополнительное внимание на эти предметы при получении высшего образования».
Для каждого возраста существуют свои образовательные программы, конструкторы и платформы, различающиеся степенью сложности. Можно найти как зарубежные, так и отечественные продукты. Есть дорогие наборы для робототехники (в районе 30 тыс. руб. и выше), есть и подешевле, совсем простые (в пределах 1-3 тыс. руб.).
Если ребенку 8-11 лет , можно купить конструкторы Lego или Fischertechnik (хотя, конечно, производители имеют предложения как для более младшего, так и для старшего возрастов). Конструктор Lego для робототехники обладает интересными деталями, яркими фигурками, он легок в сборке и снабжен подробной инструкцией. Серия конструкторов Fischertechnik для робототехники приближает к настоящему процессу разработки, здесь вам и провода, и штекеры, и визуальная среда программирования.
.jpg)
В 13-14 лет можно начать работать с ТРИК или модулями Arduino, которые, по словам Татьяны Волковой, является практически стандартом в области образовательной робототехники, а также Raspberry. ТРИК сложнее Lego, но легче Arduino и Raspberry Ri. Последние две уже требуют базовых навыков программирования.
Программирование . Избежать его возможно только на первоначальном этапе, потом же без него никуда. Начать можно с Lego Mindstorms, Python, ROS (Robot Operating System).
Базовую механику. Начинать можно с поделок из бумаги, картона, бутылок, что важно и для мелкой моторики, и для общего развития. Самого простого робота можно сделать вообще из отдельных деталей (моторчики, провода, фотодатчик и одна несложная микросхема). Познакомиться с базовой механикой поможет «Мастерилка с папашей Шперхом».
Основы электроники. Для начала научиться собирать простые схемы. Для детей до восьми лет эксперты советуют конструктор «Знаток», дальше можно перейти к набору «Основы электроники. Начало».
Если видите у ребенка интерес, можно отдать его в кружки и на курсы, хотя можно заниматься и самостоятельно. На курсах ребенок будет под руководством специалистов, сможет найти единомышленников, займется робототехникой на регулярной основе.
.jpg)
Также желательно сразу понять, чего хочется от занятий: участвовать в соревнованиях и бороться за призовые места, участвовать в проектной деятельности или просто заниматься для себя.
Алексей Колотов: «Для серьезных занятий, проектов, участия в соревнованиях нужно выбирать кружки, с небольшими группами по 6—8 человек и тренером, который приводит учеников к призовым местам на соревнованиях, который постоянно сам развивается и дает интересные задачи. Для занятий в виде хобби можно пойти в группы до 20 человек».
При записи на курсы обратите внимание на педагога , рекомендует коммерческий директор компании Promobot Олег Кивокурцев. «Бывают прецеденты, когда педагог просто отдает ребятам оборудование, а дальше занимайтесь кто чем хочет», — согласна с Олегом Татьяна Волкова. От таких занятий толку будет мало.
При выборе курсов также стоит обратить внимание и на имеющуюся материально-техническую базу . Есть ли там конструкторские наборы (не только Lego), имеется ли возможность писать программы, изучать механику и электронику, самому делать проекты. На каждую пару учащихся должен быть свой робототехнический комплект. Желательно с дополнительными деталями (колесами, шестернями, элементами каркаса), если хочется участвовать в соревнованиях. Если с одним набором работает сразу несколько команд то, скорее всего, никаких серьезных соревнования не предполагается.
Поинтересуйтесь, в каких соревнованиях участвует клуб робототехники . Помогают ли эти конкурсы закрепить полученные навыки и дают ли возможность для дальнейшего развития.
.jpg)
Соревнование Robocup 2014
Курсы требуют денег и времени. Если первого не хватает и регулярно ходить куда-либо не получится, можно заняться с ребенком самостоятельным изучением. Важно, чтобы родители обладали необходимой компетенцией в этой сфере: без помощи родителя, ребенку освоить робототехнику будет достаточно сложно, предостерегает Олег Кивокурцев.
Найдите материал для изучения. Их можно брать в Интернете, из заказываемых книг, на посещаемых конференциях, из журнала «Занимательная робототехника». Для самостоятельного изучения есть бесплатные онлайн-курсы, например, «Строим роботов и другие устройства на Arduino: от светофора до 3D-принтера».
Если Вы уже вышли из детского возраста, это не значит, что двери робототехники для Вас закрыты. Можно так же записаться на курсы или изучать ее самостоятельно.
Если человек решил заниматься этим как хобби, то путь его будет таким же, как у ребенка. Однако понятно, что дальше любительского уровня без профессионального образования (инженера-конструктора, программиста и электронщика) продвигаться вряд ли получится, хотя, конечно, устраиваться на стажировки в компании и упорно грызть гранит нового для вас направления никто не запрещает.
Олег Кивокурцев: «Взрослому будет проще освоить робототехнику, но важным фактором является время».
Для тех, у кого близкая специальность, но хочется переучиться, также есть разные курсы в помошь. Например, для специалистов по машинному обучению одойдет бесплатный онлайн-курс по вероятностной робототехнике «Искусственный интеллект в робототехнике». Также существуют образовательная программа Intel, просветительский проект «Лекториум», дистанционные курсы ИТМО. Не забудьте и про книги, например, есть много литературы для начинающих («Основы робототехники», «Введение в робототехнику», «Настольная книга робототехника»). Подберите то, что больше всего понятно и подходит вам.
Следует помнить, что серьезная работа отличается от любительского увлечения как минимум стоимостью затрат на оборудование и перечнем поставленных перед работником задач. Одно дело - своими руками собирать самого простого робота, совсем другое - заниматься, например, машинным зрением. Поэтому изучать основы конструирования, программирования и аппаратной инженерии все-таки лучше с ранних лет и впоследствии, если понравилось, поступать в профильный университет.
.jpg)
Направления, связанные с робототехникой, можно найти в следующих вузах:
— Московский технологический университет (МИРЭА, МГУПИ, МИТХТ);
— Московский государственный технический университет им. Н. Э. Баумана;
— Московский государственный технологический университет «Станкин»;
— Национальный исследовательский университет «МЭИ» (Москва);
— Сколковский институт науки и технологий (Москва);
— Московский государственный университет путей сообщения Императора Николая II;
— Московский государственный университет пищевых производств;
— Московский государственный университет леса;
— Санкт-Петербургский государственный университет аэрокосмического приборостроения (СГУАП);
— Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики (ИТМО);
— Магнитогорский государственный технический университет;
— Омский Государственный технический университет;
— Саратовский государственный технический университет;
— Университет Иннополис (Республика Татарстан);
— Южно-Российский федеральный университет (Новочеркасский ГТУ).
Знать азы робототехники в скором времени может оказаться полезно и обывателям, а возможность стать специалистом в этой сфере выглядит очень перспективно, так что хотя бы попробовать себя в «роботостроительстве» определенно стоит.
Урок по робототехникен
Тема урока: Ременные передачи.
Дополнительное образование детей
Лосева Марина Ивановна
Педагог дополнительного образования класса образовательной робототехники
МБОУ ДО ДДиЮ «Факел» города Томска
Цель: Познакомиться с ременными передачами
Задачи:
Личностные:
Развитие коммуникабельности, умения анализировать, обобщать, сравнивать
Развитие заинтересованности в расширении и углублении получаемых знаний;
Метапредметные:
Овладение основными методами познания окружающего мира (наблюдение, сравнение, анализ, синтез, обобщение, моделирование);
Понимание и принятие учебной задачи, поиск и нахождение способов ее решения;
Выполнение учебных действий в разных формах (теоретический опрос, практическая работа с моделями)
Предметные:
Воспитание познавательного интереса к экспериментам в конструировании и программировании моделей с ременными передачами;
Обобщение и систематизирование знаний по теме «Механические передачи»;
Овладение основами логического и алгоритмического мышления, пространственного воображения;
Предполагаемы результаты:
У обучающихся должны сформироваться следующие универсальные учебные действия (УУД):
Познавательные: общеучебные умения структурировать знания, контроль и оценка процесса и результатов деятельности
Логические: анализ, сравнение, синтез
Регулятивные: столкнувшись с новой практической задачей, самостоятельно формулировать познавательную цель и строить свои действия в соответствии с ней
Личностные: мотивация к учебной деятельности. Интерес к способу решения и общему способу действия.
Коммуникативные: умение выражать свои мысли
Продолжительность занятия: 45 минут
Тип урока: комбинированный
Класс: обучающиеся 1 класса, 10 человек
Оборудование: компьютеры, наборы Lego WeDo 9580, проектор, экран.
Структура урока.
1) Организационный этап. Постановка цели и задач урока. 5 мин
2) Ход урока. 35 мин
3) Рефлексия (подведение итогов занятия) 5 мин
| Организационный этап. Постановка цели и задач урока. |
|
| Деятельность педагога | Деятельность обучающихся |
| Проверяет готовность обучающихся к уроку: Здравствуйте, ребята! Вы готовы к великим открытиям? «Если вы хотите сделать что-то великое в один прекрасный день, помните: один прекрасный день – это сегодня!» - так сказал Джордж Лукас - американский кинорежиссёр, сценарист, известный в качестве создателя саги «Звёздные войны» и серии приключенческих фильмов об Индиане Джонсе. | Слушают, смотрят 1 слайд презентации |
| Озвучивает тему и цель урока: Итак, сегодня настал тот прекрасный день, чтобы мы с вами совершили что-то великое… Вы готовы? Сегодня мы откроем для себя…как вы думаете –ЧТО?.. правильно (читают с экрана) - ременные передачи. Мы выступим в роли первооткрывателей, и проведем несколько экспериментов с ременными передачами! | Смотрят слайд 2 презентации Озвучивают вслух написанную на экране тему «Ременные передачи» |
| Осуществляет контроль пройденного материала. Но прежде нам нужно кое-что вспомнить! На прошлом занятии мы изучали с вами виды механических передач движения. Кто может их назвать? С помощью чего осуществляется передача движения? А кто мне скажет – как мы осуществляли повышение и понижение скорости в зубчатых передачах? Отлично! Вы все поняли и вспомнили! | Дети отвечают. (3 слайд) Ответ: Вид механической передачи движения - зубчатые передачи. Зубчатая передача осуществляется при помощи зубчатых колес-шестерёнок, которые зацепляются зубчиками друг за друга. Повышение скорости: ведущая шестеренка – большая, ведомая-маленькая. Понижение скорости: ведущая-маленькая, ведомая- большая. |
| Ход урока |
|
| А теперь посмотрите на экран. (На экране – видео). Это зеленое колёсико, которое надето на ось мотора, называется шкив. Я включаю мотор, и шкив начинает вращаться. А на оси рядом – ещё один шкив. Как же мне заставить и его вращаться?.. | Слайд 4 (видео) Дети анализируют |
| Проводит параллель с ранее изученным материалом: Давайте попробуем провести аналогию с зубчатыми передачами. Там движение от одной шестеренки передавалось другой за счет тесного контакта между зубчиками. Наводящими вопросами педагог помогает выявить причинно-следственные связи при передаче механического движения при помощи шкивов. А здесь один и другой шкивы не соединяются. Как же, при помощи чего можно заставить вращаться второй шкив?.. Молодцы! | Дети определяют закономерность и высказывают свою точку зрения. Ответ: соединить оба шкива ремнем (резинкой) |
| Объясняет новую тему: Два шкива, соединенные ремнем – это и есть ременная передача . Один шкив, который надет на ось мотора, называется ведущий – он передает движение от мотора посредством ремня второму шкиву, который называется ведомым (так же, как и в зубчатой передаче). В ременной передаче всегда есть два шкива и ремень. В качестве ремня может использоваться резинка, веревка, цепочка… | Слушают, смотрят презентацию. |
| Обратите внимание: ремень натянут между шкивами прямо, без перекрещивания. В таком случае мы получаем прямую ременную передачу. А кто заметил, как крутятся шкивы – в одну сторону, или в разные; с одинаковой скоростью или с разными? Вы всё подметили верно! Молодцы! При прямой ременной передаче шкивы вращаются с одинаковой скоростью в одном направлении. | Слушают, смотрят презентацию. Ответ: шкивы крутятся с одинаковой скоростью в одном направлении |
| А посмотрите теперь на экран. Что поменялось? Теперь ремень натянут перекрёстно. Как теперь вращаются колёса шкивов: каково их направление и скорость вращения? Такая ременная передача, при которой ремень перекрещен называется перекрестной ременной передачей | Слушают, смотрят презентацию. Анализируют. Делают выводы. (При перекрестном одевании ремня шкивы вращаются в разные стороны с одинаковой скоростью) |
| Эмоциональный настрой: Ну что ж, по-моему, настал момент «…сделать что-то великое…» Вы готовы? А сейчас мы с вами приступим к практической реализации ременной передачи, которую мы только что для себя открыли. Мы создадим проект «Танцующие птички», более того – мы выступим в роли экспериментаторов, заставляя наших птичек крутиться по-разному! Посмотрите внимательно видео на экране. | Дети смотрят на экране видео про Танцующих птичек. (Приложение к компьютерной программе Lego WeDo 9580) |
| Постановка задачи: сможете ли вы создать таких же Танцующих птичек, чтобы они крутились в разные стороны? Чтобы крутились с разными скоростями? | Дети разбиваются на пары, рассаживаются на рабочие места за компьютерами. Каждой паре выдаётся набор лего, и дети собирают по схеме «Танцующих птичек». (См. приложение – видео «Занятие в классе образовательной робототехники») |
| Педагог следит за процессом сборки и программирования. Даёт советы. | Обучающиеся собирают модель по схеме, и предлагают свои варианты решений по модернизации конструкции и программы для достижения поставленной задачи. Объясняют свой выбор. |
| Закрепление знаний: Выполнение упражнения (Упражнение выполнено педагогом Лосевой М.И. на сайте https://learningapps.org/4098193) https://learningapps.org/display?v=pnezi55m217 Педагог наблюдает за выполнением упражнения. | После окончания практической части сборки, модернизации и программирования модели, обучающиеся самостоятельно выполняют задание |
| 3.Рефлексия |
|
| После сборки конструкции и её модернизации идёт обсуждение: кто и каким образом сделал так, чтобы птички крутились в разные стороны, с одинаковыми и с разными скоростями (см. Приложение 1) | Учащиеся дают оценку своей деятельности по её результатам |
Вывод:
В ходе занятия обучающиеся узнали:
о способах передачи движения и видах ременной передачи
о влиянии диаметра шкива на скорость движения
Создали и запрограммировали действующие модели. Приобрели опыт устного общения с использованием специальных терминов.
ПРИЛОЖЕНИЕ 1
Прямая ременная передача
Перекрёстная ременная передача
Снижение скорости
Увеличение скорости
