Дети нашего века уже привычны к всевозможным современным устройствам, которые окружают их едва ли не с рождения. Это и смартфоны, и планшеты, и ноутбуки. В некоторых обеспеченных семьях есть даже свои собственные роботы — удивительно, но факт. Они пылесосят, убираются, моют окна и посуду — словом, всячески облегчают жизнь современной хозяйки. Многие ребята видели роботов в кино и мультфильмах, на выставках и в центрах развлечений.
Вопрос «А как же устроен робот?», наверное, волнует немало современных дошкольников и ребят постарше. В нашем городе появляется все больше и больше технологических центров, клубов, лабораторий, в которых юные любители техники не только смогут узнать, из чего «состоят» роботы, но и со временем научатся их конструировать. Отметим, что подобные занятия нередко могут посещать дети, достигшие даже 4-летнего возраста, а иногда и более раннего.
Занятия робототехникой позволяют ребятам развить творческие и креативные способности, улучшить математические навыки, получить знания в области проектирования, алгоритмизации, программирования. Кроме того, это развивает внимательность, аккуратность, усердие, точность — ведь создание сложных моделей требует ювелирной, выверенной работы.
Почему создавать роботов нужно в секции
Робототехника - достаточно специфическое, но, конечно, интересное дело, которое обожают многие ребята. Все дело в том, что они буквально оживляют своих «питомцев»: пусть на первых порах они не отличаются сложностью, зато ребенок понимает, что ему по силам самостоятельно создать модель. Конечно, этим можно заняться и дома с родителями, но лучше посетить специализированную секцию, благо их сейчас достаточно. В них преподают мастера своего дела, которые точно знают, что именно потребуется детям для создания робота, как лучше организовать процесс работы и отдыха, как научить ребят работать в команде, обеспечить безопасность своих подопечных. Даже здоровое соперничество - и то позволяет ученикам заставить себя мыслить интенсивнее, ставить перед собой новые задачи.
Два распространенных типа роботов
Среди классов роботов массового назначения, которые являются на сегодняшний день важнейшими в науке и производстве, выделяют мобильный и манипуляционный. Первый представляет собой автоматическую машину, снабженную двумя важными элементами. Это движущееся шасси и управляемые приводы. К числу таких роботов относят шагающие, гусеничные, плавающие, колесные, ползающие, летающие. Манипуляционный робот оснащен манипулятором с рядом степеней подвижности. Программное управление такого робота обеспечивает на производстве двигательные функции. Манипуляционная машина бывает как передвижной, так и стационарной. Конструкции могут быть также напольными, портальными или подвесными. Сегодня их широко используют машино- и приборостроительные предприятия.
Для чего нужна 3D-ручка?
3D-ручка - это не простая дорогая игрушка, а полезное приспособление, с помощью которого ребята могут рисовать объемные изображения почти в воздухе! Но она подойдет не только детям, но и профессиональным дизайнерам и тем, кто создает сувенирную продукцию. Нетрудно догадаться, что всякое нарисованное изображение этой ручкой - трехмерное. Нередко их создают на курсах робототехники и тут же «пробуют в деле» - и это занятие более чем увлекательное. «Действующее вещество» устройства - жидкий пластик, который молниеносно застывает в воздухе и формирует трехмерное изображение. Если кто-то не может решить, что именно хочет получить с помощью 3D-ручки, можно отыскать немало трафаретов и шаблонов, представленных в интернете и собрать из них объект.
Наверное, каждый родитель слышал о занятиях по робототехнике. На сегодняшний день существует множество кружков и пришкольных классов, в которых обещают вырастить из ребенка настоящего инженера будущего — способного создавать роботов и системы “Умного дома”. Что такое “три кита” робототехники? Что же на самом деле можно почерпнуть в кружке по роботостроительству? Как выбрать кружок, который подойдет именно вашему ребенку?
Дополнительное образование закон рассматривает не так подробно, как общее (регулирует дополнительное образование — Приложение к приказу Министерства образования Российской Федерации от 3 мая 2000 года № 1726). Министерство образования выделяет 11 направленностей, научно-техническая направленность включает такие виды деятельности, как:
- конструирование и моделирование;
- технический дизайн и художественное проектирование;
- основы технической культуры;
- искусство фотографии;
- искусство кино и телевидения;
- техника звука;
- инженерная графика;
- LEGO-конструирование и моделирование;
- электроника, радиотехника;
- робототехника;
- светотехника;
- машинопись;
- информационная культура и информационные технологии.
На практике виды кружков пересекаются. Например, в кружках робототехники ученики изучают в разном объеме и конструирование, и электронику, и светотехнику, и многое другое.
Государственного стандарта для программ дополнительных занятий не существует. Однако, общепринятые нормы и правила в образовательной среде уже сложились, подтверждает Владислав Халамов, руководитель учебно-методического центра Российской Ассоциации Образовательной Робототехники.
“Кружки робототехники начали появляться в 2000-х годах, примерно к 2005-му программы оформились и унифицировались. Сейчас мы обладаем большой методической базой. Каждый преподаватель может с ней ознакомиться и взять на вооружение”, — говорит Владислав Халамов.
Всем юным робототехникам предстоит освоить определенный набор компетенций.
“Три кита” робототехники — это конструирование, программирование и электроника. “Эти “киты” идут последовательно, без предыдущего сложно освоить следующий”, — отмечает Андрей Гурьев, федеральный тьютор по робототехнике и высоким технологиям в организации “Детские технопарки «Кванториум».
На начальном уровне, когда ребенок еще не знаком с предметом, например, в силу возраста, в кружках учат конструировать.
“Мы начинаем с простого, с понятия “деталь”, правил их соединения. Такие занятия подходят для детей от 5 лет. С 7 лет (и старше) переходим на конструирование с мелкими деталями. На занятиях дети получают не только навыки конструирования, но и так называемые soft skills — учатся работе в группе и в паре, взаимопомощи”, — продолжает Андрей Гурьев.
Следующий уровень — программирование. Ученики с помощью наборов (например, LEGO WeDo) и программ выстраивают алгоритмы, анализируют ошибки, пишут свои первые проекты.
Металлическая робототехника — более сложный уровень конструирования. Здесь к конструкции присовокупляются моторчики и электросхемы.
Далее — электроника и программирование микроконтроллеров Arduino. Этот уровень считается продвинутым. Дети учатся работать с паяльником, сами изготавливают детали на станках и 3D принтерах. Робот на платформе Arduino с датчиками, запрограммированный ребенком, умеет не только двигаться по заданной траектории, но и учитывать изменяющуюся внешнюю среду и самостоятельно огибать препятствия.
Переход от одного уровня к другому чаще всего обусловлен не возрастом ученика, а его знаниями. Группы в кружках часто формируют в соответствии с уровнем подготовки ребенка. Андрей Гурьев выделяет 7 уровней подготовки. Чтобы перейти с “нулевого” до уровня “Пользователь”, необходимо от 2 до 36 часов занятий. Следующий уровень, “Продвинутый юзер” требует в среднем до 144 академических часов профильных уроков. Далее — “Любитель” (около 500 часов), “Мастер” (2 000 часов), “Эксперт” (10 000 часов), “Профи” (более 10 000 часов), “Гуру” (бесконечно).
Чтобы определить уровень ребенка, достаточно привести его на первое занятие. Чаще всего в кружках перед распределением детей в подгруппы проводят тестирование.
Каждый уровень, как и их совокупность, цикличен. Эксперты отмечают, что, к примеру, конструирование можно изучать на разных уровнях — от простого до самого сложного. Так и программирование начинается с простых визуальных сред, вроде Скретч, усложняется и приводит к “взрослому” написанию программ.
Занятия по робототехнике ведут к главной цели — научить ребенка проектировать и создавать программируемые конструкции, которые “умеют” что-то полезное. Кроме того, занятия по робототехнике расширяют кругозор и помогают освоить школьные предметы. По мнению Виктора Тарапаты, учителя и ведущего методиста по образовательной робототехнике издательства “ПИЛОТ. Лаборатория знаний”, занятия робототехникой позволяют стать успешным в жизни а также:
- Сформировать у обучающихся базовые представления в сфере инженерной культуры.
- Развивать интерес обучающихся к естественным и точным областям науки.
- Развивать нестандартное мышление, а также поисковые навыки в решении прикладных задач.
- Посредством включения робототехнических решений, доступных для реализации в образовательном учреждении, в такие предметы, как: математика, информатика, физика, биология, экология, химия, — развивать познавательный интерес и мотивацию к учению и выбору инженерных специальностей.
- Развить творческий потенциал подростков и юношества в процессе конструирования и программирования роботов
Чек-лист по выбору робототехнического кружка:
- Если у вас действительно есть возможность выбирать между несколькими кружками, Владислав Халамов советует обратить внимание на отзывы других родителей. Сарафанное радио остается лучшим каналом коммуникации, несмотря на век высоких технологий.
- Стоит задуматься о смене кружка, если его ученики никогда не участвовали ни в каких соревнованиях. Сегодня в каждом городе проводят фестивали и соревнования по робототехнике, после городских призеры и победители выходят на региональный, федеральный и международный уровни. Соревновательный элемент в обучении подталкивает к более динамичному прогрессу, на примере сильных соперников показывает практически бесконечные возможности к совершенствованию собственных знаний.
- Расспросите преподавателей, делают ли дети что-то кроме типовых заданий? Хорошо, если в кружке используют не только типовые детали и собирают модели по инструкции. Отличный показатель — ручной труд. Конечно, важно, чтобы ученик “работал головой”, но владение инструментом (ножовка, напильник, 3D-принтер, паяльник) здорово развивает.
- Выбирайте прикладные кружки. Важно, чтобы преподаватель понимал сам и разъяснял ученикам, как соприкасается робототехника со школьными предметами: информатикой, физикой, химией, даже биологией и историей. Часто естественные науки преподносятся в школе как нечто оторванное от реальности школьника. Через робототехнику наоборот можно в доступной форме объяснить, например, чем важны законы физики и как может пригодиться в жизни их понимание.
Постепенно в повседневную жизнь входят высокие технологии: «умный дом», интерактивные художественные выставки, боты-собеседники. Неудивительно, что обучать азам программирования и роботостроения начинают еще до школы. Центры робототехники и инженерные кружки открываются все чаще. По разным данным, в России действуют около 400 кружков, связанных с робототехникой и IT, официальной статистики пока еще нет. И это число будет только расти.
От кружка юных инженеров и радиолюбителей до секции «Робототехника»
Робототехника встроилась в образовательный процесс органично и почти без шума. В 2016 году роботы мигают светодиодами на всех уровнях учебных учреждений: от садов до университетов, но больше всего – в школе. Робототехника считается инструментом для углубленного изучения таких дисциплин, как информатика, физика и технология. Поэтому постичь начала роботостроения школьники могут не только в кружках, но также в школах и вузах, где роботы все больше внедряются в учебный процесс.
Кружковая система дополнительного образования особенно хорошо знакома людям старшего поколения, из стран бывших союзных республик СССР. Бесплатное советское образование было щедро дополнено внешкольными занятиями на базе дворцов и домов пионеров (по данным Википедии, 1971 году действовало 4 400 «дворцов»).
Развивали пространственное мышление у будущих инженеров кружки технического моделирования и конструирования, радиомастерские. Школьники «с нуля» создавали модели автомобилей и самолетов, учились работать с оборудованием (токарные станки, выжигательные аппараты, лобзики и напильники), знакомились с принципами работы электричества.
Советская система образования по инженерно-техническим специальностям, частью которой были «кружки», считалась одной из лучших в мире. Сегодня же принято говорить больше о минусах образования в России, а лидирующие позиции в сфере технологий занимают американские и азиатские учебные заведения.
Вместе с распадом СССР в упадок пришла и культура дополнительного образования и кружков. Кружки стали платными, а тематика потеряла в разнообразии: популярными стали спортивные секции, танцевальные и художественные школы. Как повлияло такое изменение в учебном меню целого поколения детей, можно судить уже сейчас. Выпускники вузов с дипломами о гуманитарном образовании не находят работу, а предприятия днем с огнем ищут инженерные кадры.
В 2000-х годах все более заметным становится интерес к робототехнике в образовании. С 2002 года в России проводятся внутренние и Международные состязания роботов. В это же время формируется Российская ассоциация образовательной робототехники (РАОР) . С 2008 года на основе РАОР работает Всероссийский учебно-методический центр образовательной робототехники (ВУМЦОР) – организация поставляет методички и снабжает всех желающих правовой информацией и рекомендациями для открытия робототехнического кружка.
Также с 2008 года фонд Олега Дерипаски «Вольное дело» запустил программу «Робототехника» , которая поддерживает образовательные и соревновательные проекты.
В 2014 году о роботах заговорили на государственном уровне. В АСИ (Агентство стратегических инициатив, учредитель – Правительство Российской Федерации) анонсировали Национальную техническую инициативу. Глобальная идея НТИ – к 2035 году вывести Россию на конкурентных уровень на рынке высоких технологий. Одним из направлений программы стала поддержка и популяризация технического образования.
Вместе с популяризацией робототехники в образовательной среде появилось понятие STEM (или STEAM). Это направление в мировом образовательном процессе, его характеризует междисциплинарный подход к обучению. Ключевые дисциплины зашифрованы в аббревиатуре: Science, Technology, Engineering, Art (не всегда), Math. Система призвана развивать будущих инженеров и робототехников.
При государственной поддержке открываются не просто кружки, но и целые технопарки — детские центры, объединяющие кружки по разным техническим направлениям. Пока технопарков не много. В мае в Москве заработал первый детский центр при “Мосгормаш” , в конце сентября открылся технопарк “Кванториум”. В регионах также собираются открывать технопарки. Они должны появиться в 17 регионах: в Мордовии, Татарстане, Чувашии, Алтайском крае и в других.
От конструктора к микросхеме
Несмотря на то, что роботы включены в занятия для детей с дошкольного возраста, главную роль в становлении самых маленьких будущих инженеров играет не электроника, а творчество. В системе STEM образования в занятиях для дошкольников на первом плане – свобода мыслить и создавать. Поэтому в кружках для детей до 6 лет активно используют простые конструкторы и кубики.
Основная масса кружков по робототехнике ориентирована на детей возраста начальной и средней школы.
“Как правило, в программу подобных детских курсов входит знакомство со схемотехникой, основами программирования и робототехники. Разница между кружками состоит в их задаче: ребенок либо развлекается, либо учится. Исходя из этого и подбирается методика обучения и технологии. Глобальная цель РОББО Клуба – вырастить поколение молодых инноваторов, которые были бы конкурентоспособны не только на российском рынке, но и в мире. Поэтому наш курс рассчитан на работу с детьми разного возраста: с дошкольниками мы создаем анимационные программы и классические компьютерные игры (Pac-man, Arkanoid), программируем роботов на выполнение различных задач, со школьниками занимаемся программированием на «взрослых» языках, 3D-моделированием, 3D-конструированием и 3D-печатью. Так, ребенок приходит к нам только с навыками чтения, а уходит с напечатанным на 3D-принтере, собранным и запрограммированным самостоятельно роботом”, — поясняет Павел Фролов, продюсер детского робототехнического проекта для образования «РОББО»
Робототехника дополняет пройденный материал на уроках технологии, физики и математики. Дмитрий Спивак, директор санкт-петербургского кружка робототехники для детей Robx считает, что именно на кружковых занятиях ребенок может применить знания механики и электродинамики, вникнуть в текстовые языки программирования (например, С). “В средней школе наши подопечные начинают знакомство с Arduino, более сложные программами для 3D моделирования — OpenSCAD, параметрическим моделированием, где дети описывают фигуры кодом” — говорит Дмитрий.
Образовательная робототехника, как правило, начинается с конструкторов Lego. В наборах соблюдается баланс конструирование-программирование. После того, как ребенок освоит азы, он может углубиться в одно из направлений, более глубоко изучать программирование и конструирование. На занятиях с уклоном в программирование ученики работают с разными языками и программами для программирования, занимаются 3D моделированием. Конструкторские кружки готовят будущих инженеров: здесь дети самостоятельно разрабатывают форму и “начинку” робота.
Lego и Ко
Рынок STEM и роботизированных конструкторов довольно разнообразен. Большинство производителей охватывает все возрастные категории, от наборов для дошкольного образования до модулей с 4-ядерными процессорами для средних и старших школьников.
Мировым и российским лидером в сфере образовательной робототехники является дочерняя компания холдинга LEGO Group — LEGO Education. Датскому бренду принадлежат не только наборы и методические разработки, но и сеть специализированных детских центров, а также ЛЕГО Академия, где обучение могут пройти педагоги. На данный момент 16 центров дополнительного образования являются официальными партнерами Lego Education Afterschool Programs в России.
Lego Education работает с 1980 года. В линейке бренда как конструкторы без электронной составляющей (Lego Простые механизмы, Первые конструкции), наборы с микропроцессором и датчиками для изучения робототехники в младшей школе (Lego WeDo) так и наборы для демонстрации научных принципов в средней школе (Lego Технология и физика) и наборы легендарной серии MINDSTORMS.
Похожая на Lego, но гораздо менее известная американская компания Pitsco была основана в 1971 году тремя преподавателями. Наборы для младшего возраста Elementary STEM представлены скорее творческими общеразвивающими игрушками – летучие змеи, ракеты. Роботы включены в направление Tetrix – роботизированные металлические конструкторы, широко известные в России. Металлические детали делают такие наборы универсальными, Tetrix совместим с контроллером Lego MINDSTORMS. Роботы на основе Tetrix часто участвуют в соревнованиях, в том числе и в студенческих категориях.
Открытая платформа Arduino в отличие от прочих уникальная плата с программной оболочкой. Это делает Arduino универсальной основой для робототехнических конструкций любого уровня в рамках детского образования. На основе Arduino создано несколько брендов робототехнических наборов-конструкторов. Платформу можно приобрести отдельно. Минус платформы в том, что конструирование достаточно сложное, подразумевает работу ребенка с паяльником.
Отечественные наборы представлены двумя заметными на рынке брендами – ТЕХНОЛАБ и Амперка. Для ТЕХНОЛАБ разработаны методички при поддержке специалистов факультета «Робототехника и комплексная автоматизация» МГТУ им Н.Э.Баумана. Продукты ТЕХНОЛАБ — тематические и возрастные модули. В каждом модуле – несколько робототехнических наборов. Такой «оптовый» подход предполагает высокую цену конструкторов: от 93 тыс. рублей за модуль для детей 5-8 лет и до 400 тыс. рублей за модуль воздушных роботов.
Амперка – стартап 2010 года, основанный на платформе Arduino. Продукты Амперки — наборы под игровыми названиями: «Матрешка», «Малина», «Электроника для чайников» и т.д. Также на сайте Амперки можно купить отдельные комплектующие – платы Arduino, датчики, коммутаторы.
Корейский бренд Robotis предлагает робототехнические наборы для каждого уровня. Это пластмассовые роботы для начальной школы (Robotis Play, Robotis Dream) и человекоподобные роботы на основе сервомоторов Robotis Bioloid.
Корейские производители HunaRobo и RoboRobo акцентируют внимание на конструкторах для детей младшего и среднего возраста. Наборы корейских брендов включают базовые элементы: материнскую плату, двигатель и редуктор, RC приемник и пульт управления.
VEX Robotics — частная компания с фокусом на мобильную робототехнику, базируется в США. Бренд принадлежит компании Innovation First, Inc., которая разрабатывает электронику для автономных наземных роботов. Бренд поделен на два направления – серия VEX IQ для начального уровня и VEX EDR– платформа для продвинутых учеников. Мобильные программируемые роботы VEX на пульте управления ориентированы на соревнования и навыки программирования.
Вместо заключения
Широкий ассортимент робототехнических обучающих платформ, государственная поддержка и мода на роботов только встраивают робототехнику в образование. Инженерные и робототехнические кружки и занятия скорее исключение, особенно в регионах. Однако, уже сегодня сотни тысяч детей получили возможность учиться дополнительно по инженерным и IT направлениям. И это число в ближайшее время будет только расти — СМИ рапортуют о новых технопарках и кружках, а власти — о готовности поддержать подобные инициативы.
Хочется верить, что усиленная интеграция дополнительного технического образования в итоге даст толчок к формированию большего количества технических специалистов высокого уровня в будущем. Кружковое движение стремится к широкому охвату — программы робототехнических занятий построены так, чтобы заинтересовать любого ребенка. Основные технические законы и понятия становятся доступнее. Занятия робототехникой как минимум расширяют кругозор, как максимум — обеспечат будущее инженерными и техническими кадрами. Верим в максимум!
Конструктор «Лего» – робототехника для начинающих
Созданием умных машин и изучением их работы занимается робототехника. Это прикладная наука, которая еще совсем недавно была доступна только узкому кругу специалистов. Связано это было с тем, что для ее освоения требовались знания в области математики, физики, электроники и программирования.
Но технологии не стоят на месте. Поэтому сейчас постичь основные принципы построения роботов способны даже дети. И возможно это стало благодаря появлению компактных компьютеров и современных программных оболочек, которые достаточно легки в управлении. С их участием созданы специальные детские наборы для создания роботов.
Одним из самых популярных таких наборов на данный момент является конструктор «Лего Робототехника». Купить его можно как для домашнего использования, так и для занятий в детских образовательных учреждениях. Вместе с «Лего» конструирование и робототехника становятся действительно занимательными и веселыми.
Знакомство с будущим уже сейчас
Будущее с каждым днем все ближе. То, что кажется невозможным сегодня, завтра станет повседневной реальностью. Набор для робототехники «Лего» подготовит вашего ребенка к жизни среди прогрессивных технологий. Причем происходить знакомство со сложными понятиями будет в игровой форме. Ребята в процессе узнают правила программирования роботов и основные задачи науки под названием«робототехника». Для детей «Лего» - это самый привычный и понятный вид конструктора. Поэтому для них не составит особого труда собрать саму модель.Существуют две основных платформы конструкторов «Робототехника Лего»: «ВеДо» и «Майндсторм». Они различаются уровнем сложности и рассчитаны на разный возраст. В детских наборах программа, с помощью которой модели «оживают» имеет простую навигацию и яркий интерфейс.
Не только развлечение, но и польза
Если ребенок любит что-то конструировать, придумывать новые механизмы, то любимой игрушкой станет для него конструктор «Лего Робототехника». Занятия с использованием этого набора в малых группах тоже, несомненно, заинтересуют его. Создавая роботов в специальном кружке, с профессиональными педагогами, ребенок не только с интересом проведет время.
Дети на таких курсах могут получить множество полезных навыков:
Понимание принципов и правил функционирования сложной техники;
- умение работать в команде;
- умение проводить исследования и эксперименты;
- развитие творческого и инженерного мышления;
- концентрация внимания для решения задач.
Поэтому если вы хотите, чтобы ваш ребенок рос гармонично развитой личностью, отлично приспособленной для жизни в нашей изменчивой реальности, то записывайте его в кружок «Лего робототехника»или подарите ему конструктор. Купить его можно и в дополнение к обычным наборам такого конструктора, так как все детали для строительства в них отлично совместимы.
