Робототехника в образованииЧебанова Оксана АлександровнаМУНИЦИПАЛЬНОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ГОРОДА РОСТОВА-НА-ДОНУ «ШКОЛА № 86 ИМЕНИ ГЕРОЯ СОВЕТСКОГО СОЮЗА ПЕСКОВА ДМИТРИЯ МИХАЙЛОВИЧА» (МБОУ Школа №86)Учитель начальных классовНаука и техника в современном мире развивается с небывалой скоростью, что обязывает систему образования постепенно расширять тот круг знаний и умений, которыми должны овладеть учащиеся школ, учебных заведений среднего профессионального образования и высшего профессионального образования для успешной социализации в обществе, профессиональной деятельности, возможностей личностного роста, самообразования. В связи с бурным развитием технологий даже требования к профессиональной деятельности человека меняются, например, в Атласе новых профессий [1] можно прочитать о надпрофессиональных навыках, которые работодатели выбрали предпочтительными для человека любой профессии: экологическое мышление, управление проектами, бережливое производство, системное мышление, работа с людьми, работа в условиях неопределенности, навыки художественного творчества, мультиязычность и мультикультурность,, межотраслевая коммуникация, клиентоориентированность, а также программирование, робототехника и информационные технологии [1]. Невозможно научить всему этого будущего специалиста за три или четыре года профессионального образования, поэтому формировать данные навыки начинают уже в организациях дошкольных образования и школе. Требование к знаниям программирования, робототехники и информационных технологий нуждается в особом внимании, потому что на сегодняшний день это только начинает активно входить в практику школьного и профессионального образования. Одна из центральных проблем внедрения занятий по программированию и робототехнике состоит в материально-техническом оснащении учебных заведений, но данная проблема находится на стадии решения и уже сегодня в учебных заведениях можно увидеть включение робототехники в образовательный процесс, занятия по программированию, технические кружки. В своем исследовании я хотела бы обратить внимание на включение робототехники в образование, причины таких нововведений и, конечно же, результат. Эту тему я считаю актуальной на сегодняшний день, потому что робототехника становится общедоступной, простой для понимания даже младшего школьника, открывает новые возможности для детей любого возраста. Из истории робототехникиРобототехника — прикладная наука, занимающаяся разработкой автоматизированных технических систем. Данная наука имеет тысячелетнюю историю, так как люди всегда нуждались в помощниках, которые по силе и выносливости превосходят человека, а также расширяют его возможности.Еще в мифах Древней Греции есть упоминания о созданных Гефестом механических рабов, которые выполняли всю тяжелую работу за человека. Известен так же механический голубь греческого математика Архита, построенный им около 400 года до нашей эры. Предположительно, голубь двигался при помощи пара и мог летать. Первый же чертеж человекоподобного робота был создан Леонардо да Винчи около 1495 года. Его записи были найдены только в 1950-х годах и содержали подробные чертежи рыцаря, способного двигать руками и головой, а узнать был ли построен этот робот не удалось. Первого действующего человекоподобного робота создал французский изобретатель Жак де Вокансон в 1737 году. Андроид представлял из себя человека в натуральную величину, который был способен играть на флейте. Флейтист Вокансона имел в репертуаре 12 произведений. Но самое известное изобретение Жака де Вокансона - пищеварительные утки, созданные им в 1739 году. Эти роботы состояли примерно из 400 деталей, и умели хлопать крыльями, пить воду и клевать зерно. Конечно, робот не переваривал пищу, зерна попадали в один контейнер, а «продукт выхода», заготовленный в другом контейнере выходил наружу.К концу XIX века инженер из России Чебышёв Пафнутий придумал механизм — стопоход, который обладал высокой проходимостью. К сожалению, в том виду изобретение не представляло огромной пользы для человечества, но дало толчок к развитию технологий роботостроения. В 1885 году прошли первые испытания Электрического Человека (Electric Man) Фрэнка Рида. У машины был довольно мощный прожектор, а противников ожидали электрические разряды, которыми Человек стрелял прямо из глаз. Судя по всему, источник питания находился в закрытом сеткой фургоне. О способностях Электрического Человека и о его скорости ничего не известно [5]. Слово «робот» на тот момент еще не существовало, а появилось лишь в 1920 году благодаря Карелу Чапеку и его брату Йозефу. В 1893 году профессором Арчи Кемпионом на Международной колумбийской выставке был представлен опытный образец робота Boilerplate.Boilerplate был задуман как средство бескровного решения конфликтов — иными словами, это был опытный образец механического солдата. Робот существовал в единственном экземпляре, но у него была возможность осуществить предложенную функцию — Boilerplate неоднократно участвовал в боевых действиях. Но многие подвергают критике истинность данного события. Семь лет спустя Луи Филип Перью в Америке создал Автоматического Человека (Automatic Man). "Этот гигант из дерева, каучука и металлов, который ходит, бегает, прыгает, разговаривает и закатывает глаза — практически во всём в точности подражает человеку". Автоматический Человек был ростом 7 футов 5 дюймов (2,25 метра), одет был в белый костюм, носил огромную обувь и шляпу. Первые программируемые механизмы с манипуляторами появились в 1930х годах в США. Толчком к их созданию послужили работы Генри Форда по созданию автоматизированной производственной линии или конвейера (1913). Первый же действительно существовавший в железе индустриальный робот принадлежит Л.Г. Полларду. 29 октября 1934 года, Уиллард Л.Г. Поллард подал в бюро патентов заявку об изобретении нового полностью автоматического устройства для окраски поверхностей. В 1937 году лицензия на производство этого манипулятора досталась компании DeVilbiss. Именно DeVilbiss в 1941 году при помощи Гарольда Роузланда построила первые прототипы этого устройства. Однако окончательная Роузландовская версия, запатентованная и выпущенная на рынок в 1944 году, была совсем другим механизмом, заимствовав у Полларда младшего только идею системы управления [5].История серьезной робототехники начинается с появлением атомной промышленности почти сразу по окончании второй мировой войны. Поставленная задача — обезопасить работу персонала с радиоактивными препаратами — успешно решается при помощи манипуляторов, копирующих движения человека-оператора. Это еще не совсем «честные» роботы, поскольку они по-прежнему состоят только из механических деталей: используются ременные и шевронные передачи. Современное название таких устройств — копирующие манипуляторы или MSM (master-slave manipulators). Одна из первых компаний по производству MSM — «CRL» (Central Research Laboratories) — была основана в 1945 году, а первый ее MSM — «Model 1» — был представлен комиссии по атомной энергетике США уже в 1949 году.А днем рождения первого серьезного робота можно считать 18 мая 1966 года. В этот день Григорий Николаевич Бабакин, главный конструктор машиностроительного завода имени С.А.Лавочкина в Химках подписал головной том аванпроекта E8. Это был «Луноход-1», луноход 8ЕЛ в составе автоматической станции E8 №203, — первый в истории аппарат, успешно покоривший лунную поверхность 17 ноября 1970.В 1968 году в Станфордском Исследовательском Институте создают «Shakey» — первого мобильного робота с искусственным зрением и зачатками интеллекта. Устройство на колесиках решает задачу объезда возможных препятствий — различных кубиков. Исключительно на ровной поверхности, робот очень неустойчив. Самое примечательное, что «мозг» робота занимает целую комнату по соседству, общаясь с «телом» по радиосвязи.Исследования устойчивости приводят к работам над динамическим равновесием роботов, в результате чего получаются роботы-лошади и даже несколько роботов на одной ноге, — чтобы не упасть, им приходится постоянно бегать и подпрыгивать. Начинается эра исследования устойчивости и проходимости. В это время появляется множество роботов для исследования других планет.Сегодня первое место в мире по производству и использованию роботов занимает Япония. В 1928 году под руководством доктора Нисимуро Макото был создан робот, названный «Естествоиспытатель», высотой 3,2 метра. Оснащенный моторчиками, он мог менять положение головы и рук. А 21 ноября 2000 года на первой в истории выставке ROBODEX в городе Йокохама, Япония, Tokyo Sony Corporation представляет своего первого человекоподобного робота "SDR-3X".Роботы в образованииКазалось бы, как такой сложной науке с тысячелетней историей можно обучать детей? Ведь для создания хотя бы простого робота требуются годы подготовки, изучение технических наук, чем явно еще не располагает младший школьник. На самом деле школьные роботы совсем не такие сложные, как могут показаться. Индустрия образовательных технологий не стоит на месте, поэтому уже сейчас на рынке можно подобрать не только робототехнический конструктор для ребенка любого возраста, но и иметь возможность сравнить и выбрать. Что же предлагается современному учителю или преподавателю в его работе?Одними из самых популярных наборов в учебных заведениях являются наборы знаменитой во всем мире компании Lego. Набор Lego WeDo 2.0. позиционируется, как образовательный конструктор для детей 7-10 лет. Набор включает в себя 280 деталей, среди них - СмартХаб WeDo 2.0, электромотор, датчики движения и наклона, детали LEGO, лотки и наклейки для сортировки деталей, а также инструкции. Детали преимущество раскрашены в яркие цвета – зеленый, желтый, красный, что несомненно привлекает детскую аудиторию. Также для удобства предлагается специальный бокс, в котором каждая деталь имеет свое место в соответствии с назначением и функционалом - всего за несколько занятий учащиеся запоминают расположение каждой детали, что ускоряет процесс сборки в несколько раз. Для программирования и создания моделей предлагается скачать специальное программное обеспечение на компьютер, которое представляет собой инструкции по сборке роботов, возможность сохранения проектов, а также понятную для ребенка среду блокового программирования с подсказками. Для соединения с компьютером с ПО используется Bluetooth.Набор Lego WeDo 2.0. ориентирован на ребенка младшего школьного возраста или младшего подростка, что и доказывает его цвет, простота в использовании, инструкции и подсказки. Набор Lego Mindstorms EV3 является более сложным, так как предназначен для детей старше 10 лет. Существуют две версии данного робототехнического набора – для образовательных целей и так называемая «домашняя» модель. Обе модели возможно использовать в образовательных целях, но они имеют отличия. Первое отличие, сразу бросающееся в глаза, это отсутствие у домашнего набора пластикового бокса для упорядочивания деталей. Так же из-за разного состава конструкторов вариации создания роботов различны.Например, по части электроники наборы имеют следующие составы - Домашняя версия содержит:Программируемый микрокомпьютер EV3;1 датчик касания;1 датчик цвета;1 инфракрасный датчик;1 инфракрасный пульт;1 средний мотор;2 больших мотора.Образовательная версия содержит:Программируемый микрокомпьютер EV3;2 датчика касания;1 датчик цвета;1 ультразвуковой датчик;1 гироскопический датчик;1 средний мотор;2 больших мотора [2].При объединении наборы отлично дополняют друг другу и расширяю возможности сборки роботов.Программное обеспечение для обоих наборов также, как и для набора WeDo 2.0. можно скачать на официальном сайте. Среда программирования тоже состоит из блоков, но является более сложной, ориентированной уже на ребенка-подростка. Сам конструктор не такой яркий, как предыдущий, но зато имеет большее количество датчиков, деталей и возможностей. По внешнему виду роботов EV3, по возможностям самих роботов и программному обеспечению можно сделать вывод, что данный робототехнический конструктор используется в средний и старшей школе или профессиональных учебных заведениях, так как для младшего школьника является сложным. Еще один робототехнический конструктор, используемый в образовании, mBot v1.1-Blue (Bluetooth Version). Данный набор позиционируется, как уникальная возможность реализации STEM-подхода в образовании.В чем же особенность данного конструктора?Во-первых, вся электроника mBot v1.1-Blue (Bluetooth Version) создана на основе Arduino, во-вторых, существует возможность выбрать среду программирования, например, визуальная объектно-ориентированная среда программирования MBlock или блоковое программирование, основанное на Scratch 2.0. Разработка специально для обучения школьников младших и средних классов, второй вариант - Arduino IDE для более старших. Несомненными плюсами являются присутствие на сайте бесплатных уроков для пользователей, архива проектов. Данный набор возможно использовать на любой ступени образования. Состав довольно большой, что позволяет создавать множество образовательных проектов. Данные три набора – всего лишь малая часть вариантов робототехнических конструкторов, используемых в основном и дополнительном образовании. Вариантов наборов множество, что позволяет подобрать для каждого учебного заведения набор, который будет соответствовать заявленным требованиям.Значение использование робототехники в образованииНа сегодняшний день робототехника активно входит не только в дополнительное образование, но и основное. Что же послужило причиной внедрение роботов в образовательную среду? Чем помогают роботы современному педагогу?В одном из рассмотренных мной наборов робототехнического конструктора, а именно mBot v1.1-Blue (Bluetooth Version), в описании уже дан ответ на вопрос зачем же нужны роботы в учебном процессе – для организации STEM- подхода. Аббревиатура STEM (science, technology, engineering, math) в переводе с английского означает синтез науки, технологии, инженерии и математики. В последнее время многие также добавляют в эту аббревиатуру букву A (arts), что означает разные виды искусств: гуманитарные науки, иностранные языки, новые медиа, живопись, танцы, театр, музыку. STEM\STEAM – подход предполагает интеграцию в образовании различных наук для того, чтобы показать учащимся, что мир который они изучают целостен. Мир не делится на математику, физику, химию, биологию, педагогику и какие-либо науки, он целостен, науки взаимосвязаны и не могут существовать друг без друга.Большинство стран уже сейчас пытается подстроить учебный процесс под механизм STEM\STEAM. Для этого активно используется робототехника, потому что создание роботов предполагает знания из разных областей- физики, программирования, математики, искусства, а конечный продукт – робот – является органичным соединение знаний из различных областей. Так, с помощью всего одного робота существует возможность показать ребенку, как использование различных знаний помогает создать проект.Во все времена в образовании существовала проблема нежелания учащихся учиться, отсутствия интереса к учебе, мотивации. Такую проблему тоже решает робототехника. Использование роботов на уроках и занятиях помогает педагогу по-новому организовать учебный процесс, ведь теперь не нужно сидеть за партами и переписывать с доски, существует реальная возможность создать что-то своими руками, запрограммировать, привести в действие, дать команду. Такие занятия точно не оставят равнодушными учащихся любого учебного заведения и дадут знания, которые невозможно получить в теории. Для учеников начальной школы учебная деятельность становится ведущей, но на данном этапе им все еще тяжело представлять информацию абстрактно, для лучшего закрепления материала им нужно увидеть этот материал, потрогать, поработать с ним. Данную проблему тоже решает образовательная робототехника. Робота можно самостоятельно собрать, потрогать, понять из чего он состоит, что захватывает интерес младшего школьника. Создание роботов – еще и творческая работа, а любое творчество развивает воображение, что важно в любом возрасте.ЗаключениеЛюди во все времена мечтали о «железных помощниках», которые могли бы выполнять тяжелую работу, а также просто радовать людей, поэтому на каждом историческом этапе и пытались создать модели, которые расширили бы возможности простого человека. Подтверждением этому и является история робототехники, которая насчитывает тысячелетия. Люди так увлекались данной темой, что и в настоящее время об истинности некоторых открытий спорят, но ясно одно – сейчас робототехника выходит на новый уровень. Сегодня сборка и программирование роботов – занятие не только роботостроителей-профессионалов, но и ученика младшей школы, что говорит о доступности и открытости технологий. Роботы входят в нашу жизнь все быстрее и быстрее, уже давно никого не удивить роботами-помощниками по дому. Именно поэтому инструмент для создания таких новшеств попадает в руки к учащимся школ, колледжей и университетов.Уже сегодня существует невероятное множество доступных образовательных робототехнических конструкторов, применяемых в образовании. Образовательная робототехника – инструмент формирования целостной картины мира учащихся, развития их мышления, воображения, синтеза знаний из разных областей науки. Уже сегодня можно ознакомиться с требованиями работодателей к профессиям будущего и большинство из них выбирает знание основ робототехники и программирования.Мир не стоит на месте, и требует постоянного совершенствования от человека. Роботы вчера – сложная технология, доступная лишь специалистам, роботы сегодня – доступная технология, которой может пользоваться даже ребенок. Список литературыАтлас новых профессий [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://atlas100.ru.Датчики EV3 для образовательной и домашней версии Lego EV3 [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://legoteacher.ru.История развития робототехники [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://legoteacher-ru.turbopages.org.Конструктор Lego Mindstorms EV3для быстрого старта в робототехнике [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://legoteacher.ru.Краткая история робототехники [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://budushchee.livejournal.com.РОБОТОТЕХНИЧЕСКИЙ НАБОР MBOT V1.1-BLUE (BLUETOOTH-ВЕРСИЯ) [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://www.digis.ru.Самый полный обзор конструктора LEGO WeDo 2.0 [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://этоделотехники.рф.