Робототехника-шаг в будущее
статья по физике на тему

Никифоров Павел Владимирович,

учитель физики МБОУ «СОШ № 10»

                                                                                  г. Славгорода Алтайского края

            В данной статье затронуты вопросы проникновения робототехнических   устройств  во все сферы деятельности человека, а также значение, перспективы развития робототехники, определено место и роль робототехники в современной школе, её влияние на развитие учащихся в соответствии целям перспективного будущего.    

 Ключевые слова: робототехника, образовательная робототехника, кружок робототехники, конструктор Lego.
            Образовательная робототехника-шаг в будущее!

    Как известно 21 век – это век высоких технологий.  На данный момент одним из основных приоритетов является развитие  и совершенствование робототехники, а значит, современные дети живут в эпоху активной информатизации, компьютеризации и роботостроения. Технические достижения всё быстрее проникают во все сферы человеческой жизнедеятельности и вызывают интерес детей к современной технике. Поэтому возникла необходимость организации занятий по робототехнике в школе. Внедрение робототехники в систему образования становится необходимым условием успешного будущего. Основная задача состоит в том, чтобы охватить как можно больше молодёжи с целью привлечения её к инженерному делу. Современные требования ФГОС хорошо согласуются с базовыми принципами организации деятельности школьников при работе с робототехническими комплексами.

     Почему Робототехника?      

     Потому, что Робототехника - универсальный инструмент для образования и одно из перспективнейших направлений в сфере интернет - технологий, а то, что за ИКТ будущее, в наше время и объяснять не надо. Роботостроение — увлекательнейшее занятие: сконструировать робота значит почти, что создать новое существо, пусть и электронное.            

Теперь разберемся в самом термине «Робототехника».

Робототе́хника (от робот и техника; англ. robotics — роботика, роботехника) — прикладная наука, занимающаяся разработкой автоматизированных технических систем. Слово «робот», придумал в 1920 г. чешский  писатель Карел Чапек  в своей научно-фантастической пьесе.  Робот – автоматическое устройство, созданное по принципу живого организма, действующее по заранее заложенной программе. Информацию о внешнем мире робот получает от датчиков и имеет связь с оператором или действует автономно. Робототехника - это проектирование и конструирование всевозможных интеллектуальных механизмов- роботов, имеющих модульную структуру и обладающих мощными микропроцессорами.

Робототехника - первая ступень  овладения техническими знаниями в области  автоматизации. Она непосредственно связана с такими науками как электроника, механика, информатика, радиотехника, электроника.        Развитие робототехники и систем искусственного интеллекта идет семимильными шагами.  Ещё 10 лет назад разрабатывались  только управляемые манипуляторы. С развитием ИКТ произошёл качественный скачок развития робототехники. Поэтому в современном мире высоких технологий навыки работы с электронными и информационными устройствами становятся необходимыми.   Робототехника – это, несомненно, наше будущее, ставшее уже настоящим. Завтра роботы будут выполнять большинство работ, все, что останется нам – создавать их. Уже появились такие виды робототехники: строительная, промышленная, авиационная, бытовая, экстремальная, военная, космическая, подводная.

Поэтому робототехническое образование становится востребованным уже сегодня. Робототехника быстро становится неотъемлемой частью учебного процесса, потому, что она легко вписывается в школьную программу обучения.   В последнее десятилетие значительно увеличился интерес к образовательной робототехнике. Образовательная робототехника представляет собой дидактическую модель робототехнической науки.

      Для начала некоторые соображения по поводу кому и зачем нужна образовательная робототехника.

    Образовательная робототехника – это новое междисциплинарное направление обучения школьников, интегрирующее знания о физике, технологии, математике, кибернетике и ИКТ, и позволяющее вовлечь в процесс научно-технического творчества учащихся разного возраста. А так как новые ФГОС требуют освоения основ конструкторской и проектно-исследовательской деятельности, то, оказалось, что программы по робототехнике полностью удовлетворяют эти требования. Причем обучение детей с использованием робототехнического оборудования - это и обучение в процессе игры и техническое творчество одновременно, что способствует воспитанию активных, увлеченных своим делом людей нового типа.        Образовательная робототехника дает возможность на ранних шагах выявить технические наклонности учащихся и развивать их в этом направлении, способствует выбору профессии инженерной направленности.  

     Немаловажно, что применение робототехники как инновационной методики на занятиях в обычных школах заключается в возможности объединить конструирование и программирование в одном курсе, что способствует интегрированию преподавания наук с развитием инженерного мышления, через техническое творчество. Внедрение технологий образовательной робототехники в учебный процесс способствует формированию личностных, регулятивных, коммуникативных и, познавательных универсальных учебных действий, обеспечивает изучение не только достижений прошлого, но и технологий, которые пригодятся в будущем, позволяет ориентироваться как на знаниевый, так и деятельностный аспекты. Образовательная робототехника в полной мере реализует эти задачи, являющиеся важной составляющей ФГОС. Поэтому в настоящее время организация занятий по робототехнике в школе приобретает всё большую значимость и актуальность. В связи с этим перед сферой образования встаёт задача включения робототехники в учебный процесс. Образовательная робототехника органично встраивается в различные составляющие   учебного процесса:

     1) урочные формы работы (выполнение учебных проектов, подготовка эксперимента, экспериментальных установок для лабораторных работ)    

2) формы внеурочной деятельности (творческие работы учащихся, участие в конкурсах и научно-практических конференциях, включая  сетевые формы реализации);

   3) работа в системе дополнительного образования (клубная и кружковая работа).

        Занятия робототехникой дают хороший задел на будущее, вызывают у ребят интерес к научно-техническому творчеству, способствуют целенаправленному выбору профессии инженерной направленности.      Большие возможности в этом направлении имеет кружок робототехники.

     Почему кружок робототехники это перспективно?

 Потому, что занятия в кружке по робототехнике - это первый шаг на пути осознания учеником важности своего обучения! Программа по робототехнике научно-технической направленности, так как в наше время робототехники и компьютеризации, обучающихся необходимо учить решать задачи с помощью автоматов, которые они сами смогут спроектировать, сконструировать и запрограммировать.   В учебные программы кружка робототехники входит изучение механики, основ электроники и  3D- программирования, алгоритмики,  моделирования,   микропроцессорных систем, устройства компьютера и программного обеспечения, безопасной работы в глобальной сети "Интернет", WEB-программирования. Занятие в кружке повышают мотивацию учащихся в освоении школьных предметов. учит применять полученные знания. На практике ученики начинают понимать, как применять математические формулы для расчёта траектории движения, физические законы (закон Ома) для расчета заряда аккумулятора и мощности моторов, химические формулы и процессы для проведения замеров и расчётов. Расхождение между вычислениями и практическими результатами эксперимента научат учащихся осознавать роль упрощений, разбивать сложные задачи на подзадачи и поэтапно их решать.

       Конструирование совместно с созданием 3D-моделей и проведение огромного количества экспериментов позволяют не только разработать усидчивость, приобрести навыки работы в команде, но и развить пространственное мышление и воображение, столь необходимые в повседневной жизни.

  Примером доказательства значимости кружковой работы по робототехнике служит мой личный опыт. Я несколько лет руководил кружком, который работал по дополнительной общеобразовательной программе « Основы робототехники».

    Программа моего кружка была ориентирована в первую очередь на ребят, желающих основательно изучить сферу применения роботизированных технологий и получить практические навыки в конструировании и программировании робототехнических устройств.

 Учитывая, что одним из эффективных путей овладения элементарными основами робототехники является конструирование роботов при помощи универсальных конструкторов Lego, я в качестве платформы использовал конструктор Lego Mindstorms NXT, а для программы, по которой должна действовать модель, использовался специальный язык программирования ПервоРобот NXT. Именно в NXT заложен огромный потенциал возможностей конструктора lego Mindstorms. Память контроллера содержит программы, которые можно самостоятельно загружать с компьютера. Информацию с компьютера можно передавать как при помощи кабеля USB, так и используя Bluetooth. Кроме того, используя Bluetooth, можно осуществлять управление роботом при помощи мобильного телефона. Для этого потребуется всего лишь установить специальное java-приложение.

   Этот конструктор и программное обеспечение к нему предоставил возможность обучающимся учиться на собственном опыте. А это, в свою очередь, вызывало желание двигаться по пути открытий и исследований, а любой признанный и оцененный успех добавлял уверенности в себе.                     Обучение проходило особенно успешно, когда дети были вовлечены в процесс создания значимого продукта, который представлял для них интерес. Важно, что при этом ученик сам строил свои знания, а учитель лишь консультировал его. Учащиеся на занятии собирали конструкторы не только по готовым схемам, но им предлагались «технические задания». Они должны придумать сами, как его выполнить, имея определённые условия, попутно разбираясь, почему одни решения работают, а другие — нет. Это и есть то самое творческое инженерное начало, которое должен развивать подобный кружок.

    Работая с этим конструктором индивидуально, парами, или в командах, учащиеся могли учиться, создавая и программируя модели, проводя исследования, составляя отчёты и обсуждая идеи, возникающие во время работы с этими моделями.

     По окончании обучения учащиеся узнали    конструктивные особенности различных роботов;   приобрели опыт конструирования с использованием специальных элементов; научились разрабатывать и собирать собственные конструкции, управлять блоком NXT робота: запускать программы на выполнение, удалять программы, проверять работоспособность датчиков. Ими собраны стандартные модели Lego Mindstorms:  Робот «Богомол», Бот-внедорожник, Гоночная машина – «Автобот»,  шарикопульт, робот-база с 3-мя двигателями.
Lego-робот помог в рамках изучения данной темы им понять основы робототехники, наглядно реализовать сложные алгоритмы, рассмотреть вопросы, связанные с автоматизацией производственных процессов и процессов управления. Робот рассматривался в рамках концепции исполнителя, которая используется в курсе информатики при изучении программирования. Lego-роботы действуют в реальном мире, что не только увеличивает мотивационную составляющую изучаемого материала, но вносит в него исследовательский компонент.

    Подводя итог, хочется отметить, что робототехника в школе – это не только отличный способ для подготовки детей к современной жизни, наполненной высокими технологиями, но и главное средство создания успешного будущего для всего человечества. А робототехника будущего в настоящее время представляется как гармоничное соединение интеллектуальных и программных роботов, которые могли бы обеспечить удовлетворение нужд общества.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Федеральные государственные образовательные стандарты общего образования. Бюллетень нормативных актов федеральных органов исполнительной власти, 2012, № 4.

2. В.А. Козлова, Робототехника в образовании Дистанционный курс «Конструирование и робототехника» -
3.  Белиовская Л.Г., Белиовский А.Е. Программируем микрокомпьютер NXT в LabVIEW. – М.: ДМК, 2010, 278 стр.;

Lego Mindstorms: Создавайте и программируйте роботов по вашему желанию. Руководство пользователя
4. Интернет- ресурсы:
• http://www.gruppa-prolif.ru/content/view/23/44/
• http://robotics.ru/
• http://moodle.uni-altai.ru/mod/forum/discuss.php?d=17
• http://ar.rise-tech.com/Home/Introduction