ИСПОЛЬЗОВАНИЕ РОБОТОТЕХНИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ НА ПЛАТФОРМЕ ARDUINO ПРИ ОРГАНИЗАЦИИ ВНЕУРОЧНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ОБУЧАЮЩИХСЯ Филиппов В.И. (vf95@rambler.ru)
(ГБОУ ВО Московской области Академия социального управления, г. Москва)
Аннотация
В статье предложена модель использования данной платформы во внеурочной деятельности с обучающимися в основной школе, приведены примеры проектов, построенных с использование платформы Arduino.
Направление образовательной робототехники получило сильный импульс для развития в начале XXI века. В Европе, США и Японии образовательная робототехника развивается в различных организационных формах: в виде внеурочных занятий в школах и колледжах, специальных дисциплин университетов и институтов, частных клубах, курсах, организованных фирмами-разработчиками конструкторов. Регулярно организуются мастер-классы, соревнования роботов, другие мероприятия с использованием возможностей сети Интернет.
В Российской Федерации обучение робототехнике пока не является обязательной составляющей ФГОС ООО, поэтому системное обучение робототехнике возможно по следующим направлениям: внеурочная деятельность (для 5-8-ых классов), предпрофильная подготовка обучающихся (для 8-ых-9-ых классов) или профильная подготовка обучающихся (для 10-11-ых классов), раздел «Робототехника» включен в курс «Технологии» (авторы – Бешенков С.А., Шутикова М.И., Лабутин В.Б. и др.) [1]
В данной статье будет представлена модель изучения робототехники с использованием платформы Arduino, а также проанализируем возможности применения данной платформы при организации проектной деятельности.
Процесс изучения микроконтроллеров на платформе Arduino – это набор проектов и экспериментов. В настоящее время существует целый спектр отечественных разработок и наборов на платформе Arduino. В таблице №1 представлено оборудование, рекомендуемое к использованию при организации обучения с использованием робототехнической платформы Arduino, выпущенное в России.
Таблица №1
Оборудование, рекомендуемое к использованию при организации обучения с использованием робототехнической платформы Arduino
№
|
Используемое оборудование (комплект)
|
Фирма производитель
|
Класс
|
Количество часов
|
1
|
Набор Микроник
|
ООО «Амперка»
|
5-6
|
17
|
2
|
Набор Tetra
|
ООО «Амперка»
|
6-7
|
34
|
3
|
Набор ScratchDuino
|
ООО «Роббо»
|
6-7
|
34
|
4
|
Набор Йодо
|
ООО «Амперка»
|
7-8
|
34
|
5
|
Набор Робоняша
|
ООО «Амперка»
|
8-9
|
17-34
|
6
|
Набор Амперка
|
ООО «Амперка»
|
8-9
|
34
|
Мы предлагаем организовать обучение робототехнике с использованием указанного выше оборудования в процессе внеурочной деятельности с обучающимися 5-9-ых классов. В зависимости от используемого оборудования считаем воможным реализацию курса робототехники в одном из трех вариантов. Первое знакомство обучающихся 5-6-ых классов с принципами конструирования электронных устройств можно организовать с использованием наборов «Микроник», выпускаемых компанией «Амперка». Следующая ступень знакомства с платформой Arduino – это наборы «Йодо» или «Tetra», выпускаемые фирмой «Амперка» или «ScratchDuino Лаборатория», выпускаемый фирмой «Роббо». В процессе обучения с использованием данных наборов обучающиеся 7-8-ых классов знакомятся с назначением основных электронных компонентов и создают простые программируемые устройства. В 8-9-ых классах обучающиеся создают робота и изучают основные алгоритмы: движение по черной линии, движение внутри контура, движение и вытеснение препятствий (борьба Сумо), парковка, движение по заданной траектории. Схемы организации обучения приведены на рисунке №1.
Таблица №2
Схема организации обучения с использованием робототехнического оборудования Arduino
Класс
|
Вариант 1
|
Вариант 2
|
Вариант 3
|
5-6
|
Набор «Микроник»
|
7-8
|
Набор «Йодо»
|
Набор «Тетра»
|
ScratchDuino Лаборатория
|
8-9
|
Набор «Робоняша»
|
Набор «Амперка»
|
ScratchDuino Робоплатформа
|
Главная цель, которую ставили перед собой, создатели конструктора «Микроник», — заинтересовать ребенка и показать ему, что он может собирать настоящие электронные устройства своими руками. В наборе есть книга, помогающая ребёнку собрать свои первые электронные устройства. Каждый из семнадцати экспериментов — это маленькое электронное устройство с описанием принципа его работы. Все устройства, которые собирает ребенок, интерактивные. Во многих экспериментах добавлены микро-задания для самостоятельной работы.
Набор «Йодо» построен на платформе Iskra JS — это Arduino-подобный контроллер, программирование которого осуществляется на языке JavaScript. В наборе есть всё необходимое для сборки настоящих электронных устройств. Модули соединяются шлейфами с платой TroykaShield. Второй особенностью набора является возможность сбора корпуса из элементов #структора, которые входят в комплект или покупаются отдельно. Это разнообразные детали, использующие для соединения между собой метод «шип-паз». В набор входит книга, содержащая подробные инструкции по созданию 25 проектов.
Для обучения основам программирования через проведение увлекательных экспериментов, можно использовать набор «Tetra». Набор состоит из материнской платы Tetra, комплекта электронных модулей и книги с экспериментами. Желаемое поведение устройства описывают с помощью визуального языка программирования Scratch. С помощью платы Tetra и языка Скретч можно работать со всеми теми модулями, которые входят в набор. Сами модули легко устанавливаются на Tetra в специальные разъёмы-слоты. Модули можно быстро сменять, комбинировать и оживлять своей программой. В набор входит книга, в которой подробно рассказывается, как работать с платой и средой программирования. Учебник, который написал Д. Г. Копосов, содержит 96 заданий. Эксперименты и программы идут от простых к более сложным. Также предложены эксперименты для самостоятельного выполнения и идеи для собственных проектов. По окончании курса учащиеся овладеют алгоритмическим мышлением, узнают базовые принципы программирования, поймут, как работает современная электроника, основанная на микроконтроллерах.
На следующем этапе можно приступить к сборке полноценного робота из набора «Робоняша». Этот процесс разбит на 12 экспериментов: от самых простых — вроде сборки сенсорных выключателей, к более сложным — роботу-марсоходу или борцам сумо. Каждый эксперимент сопровождается цветной схемой сборки, необходимой теорией и готовыми программами. Постепенно рассказывается о назначении и устройстве всех электронных модулях, а робот становится всё сложнее и умнее.
Для продолжения изучение робототехники и электроники с использованием более сложных компонентовподойдет образовательный набор «Амперка». Он включает в себя все необходимое для организации обучения и дополнительно учебное пособие «Основы программирования микроконтроллеров». К концу курса становится возможным создать собственного автономного мобильного робота. Каждый урок подразумевает практику. На каждом занятии, используя материал параграфа и набор «Амперка» учащиеся собирают одно или несколько новых устройств.
По результатам прохождения курса с использованием радиотехнических образовательного комплекса «Амперка» учащиеся научатся: программировать на языке C++, работать с платформой Arduino, самостоятельно проектировать электрические схемы и воплощать их на практике, управлять электроникой из программы. Учащиеся получат базу знаний, которая может быть использована в дальнейшем при разработке новых проектов и при поступлении в высшие учебные заведения технического профиля.
Особняком стоит набор ScratchDuino, который можно рассматривать как вариант универсального инструмента для обучения робототехнических систем, построенных на платформе Arduino. На данный момент в серии два продукта: предназначенная для осуществления взаимодействия физической среды с программной «ScratchDuino.Лаборатория» и решение для обучения детей основам робототехники – «ScratchDuino.Робоплатформа». «ScratchDuino.Лаборатория» и «ScratchDuino.Робоплатформа» позволяют продемонстрировать детям взаимодействие робототехнических устройств с физическими средами и рекомендуются разработчиками к использованию начиная с пятого класса школы [2]. «Лаборатория» передает данные из внешнего мира в компьютер, а «Робоплатформа» решает обратную задачу, позволяя из программы воздействовать на внешний мир.
В сети Интернет существует большое количество ресурсов, посвященных проектам, построенным на платформе Arduino. Вот некоторые из них: http://lesson.iarduino.ru, http://arduino-tv.ru, http://studrobots.ru, http://maxkit.ru, http://amperka.ru [3], http://wiki.amperka.ru [4]. На данных ресурсах размещены циклы проектов, рассчитанное на изучение возможностей платформы Arduino.
Введение элементов робототехники в школьные предметы позволит заинтересовать учащихся, разнообразить учебную деятельность, использовать групповые активные методы обучения, решать задачи практической направленности.
Платформа Arduino по техническому оснащению идеально подходит для образовательного процесса по проектированию различных мехатронных систем и роботов, благодаря понятной среде программирования и возможности наблюдения физических процессов в реальном времени.
Литература
Бешенков С.А., Лабутин В.Б., Миндзаева Э.В., Рягин С.Н., Шутикова М.И. Технология. Учебник. 5-8 классы. – М.: БИНОМ. - 2016 – URL: http://elibrary.ru/item.asp?id=26776741
Винницкий Ю.А., Поляков К.Ю., Конструируем роботов на ScratchDuino. Первые шаги ] М: Пилот, 2016. - 116 с.
Материалы сайта http://amperka.ru
Материалы сайта http://wiki.amperka.ru
