В филиале КузГТУ в г. Белово открылась лаборатория робототехники, которая была задумана и создана наряду со школой раннего развития «Знайка», научным инкубатором «Биокванториум» как элемент довузовского образования школьников. Создатель и идейный вдохновитель лаборатории – Игорь Михайлович Мочалов, руководитель центра информационных технологий филиала.
И. М. Мочалов рассказывает.
Хотим мы этого или не хотим, но робототехника активно внедряется в нашу жизнь. Это перспективное направление будущего, которое находит применение фактически во всех отраслях — начиная от уборки дома и заканчивая освоением космоса.
Вместе с этим робототехника — воистину уникальная наука, в которую входят и электроника, и механика, и кибернетика, телемеханика, информатика, а также радиотехника и электротехника.
Никого уже не удивишь фильмами «про будущее», где показывают роботизированные автомобили, дроны, экзоскелеты, роботов-исследователей, роботов-солдат, роботов-помощников. Да и реалии жизни показывают, что фантастика и наше время отличаются весьма незначительно – разве что внешним видом техники и более «продвинутым» искусственным интеллектом. Робот-пылесос и робот Федор, запущенный на космическую станцию. Военный робот «Корд» и пожарные роботы класса «Ель». Разработки ведутся и успешно внедряются в жизнь.
Но возможно ли сделать что-то подобное своими руками? И, главное – с какого возраста можно окунуться в мир роботизированных механизмов?
Наша лаборатория утверждает — возможно! Причем для создания первых простых механизмов, управляемых при помощи программ, не требуется глобальных знаний программирования или инженерных навыков — они придут потом, важно начать. Начать с простого, с самых простых механизмов и программ, которые может освоить даже младший школьник, и продолжить уже серьезными проектами, которые хоть и будут выполнены из пластмассовых деталей, но при этом по сложности не будут уступать своим старшим настоящим, "металлическим" собратьям, трудящимся на производстве.
Наша лаборатория располагает современными технологичными наборами, разработанными с учетом возрастных особенностей, предоставляющих безграничное поле для творчества. Начиная от конструкторов для дошколят, которые могут изучить устройство механизмов в простой игровой форме, и заканчивая космическими базами для уже "продвинутых" ребят, освоивших премудрости робототехники. Если же базовых наборов недостаточно для реализации ваших фантазий, можно воспользоваться дополнительными ресурсными наборами или скооперироваться с другими участниками процесса и использовать два или более одинаковых наборов — электронная начинка конструкторов и программное обеспечение, установленное на современных ноутбуках, позволяет это делать.
Когда планировалось открытие лаборатории робототехники, было пересмотрено огромное количество предложений. На данный момент многие фирмы, включая российские, выпускают наборы по робототехнике, однако у многих из этих наборов есть один существенный недостаток – их ограниченность. Причем ограниченность как по возрасту, так и в техническом плане. В чем это выражается. Во-первых, есть фирмы, выпускающие определенное количество наборов, но не заботящиеся об их расширении. Максимум – можно приобрести ресурсный набор к основному. У каких-то фирм отсутствует универсальность – то есть из набора можно сделать какую-то одну роботизированную платформу и в дальнейшем только экспериментировать с программным кодом, что не может заинтересовать ребенка, да и порой взрослого человека на длительное время. Плюс ко всему, в этих наборах требовалась пайка деталей. Это не может быть плохо, однако в этом случае набор именно для работы кружка становится одноразовым. Попадались наборы, которые не подразумевают никакого программирования, а собранный механизм управлялся с выносного пульта дистанционного управления.
Кстати про программный код и вообще программное обеспечение. Оказалось, что мало просто приобрести наборы, необходимо еще и озаботиться об устройстве, на котором будут писаться программы. Уже имеющийся ноутбук или планшет могут попросту не подойти по техническим характеристикам, и тогда набор оказывается бесполезен, либо потребуются дополнительные денежные вливания на обновление так называемых «гаджетов». Более того – некоторое программное обеспечение может иметь версию, например, только для Андроид, то есть только для планшета или смартфона, а версии для ПК может и не быть. И хорошо, если в наличии имеется современный планшет с диагональю 10 дюймов, а если это смартфон? При работе с маленьким экраном сильно напрягается зрение, да и удовольствие пытаться попасть пальцами по микроскопическим пиктограммам и значкам не очень большое.
Таким образом, пересмотрев все возможные варианты, изучив отзывы в Интернете, мы остановились на наборах датской компании Лего. Плюсы изделий этой фирмы всем давно известны: это качество и ориентированность на разные возрастные группы. Это тщательно прорисованные и продуманные инструкции по сборке. Многие дети собирают из их обычных наборов какие-то конструкции и поэтому сразу могут начинать работу. Плюс LEGO предлагает огромное количество всевозможных дополнительных модулей. Что касается программного обеспечения, то оно имеется как для ПК, так и мобильных устройств. Но, оговорюсь, – если на них стоят операционные системы последних версий.
Пытаясь охватить как можно бОльшую аудиторию, были приобретены наборы для начальной (LEGO WEDO 2.0) и средней (LEGO MINDSTORMS) школы. Ноутбуки, удовлетворяющие требованиям аппаратного и программного обеспечения, у нас были приобретены ранее и проблем с подключением у нас не возникло. Надо сказать, что микрокомпьютер LEGO MINDSTORMS легко перепрошивается под работу с популярным ныне языком Python, что дает еще бОльшие возможности для развития.
Для того чтобы понять, насколько заинтересованы могут быть дети, мы организовали базовые курсы по 10 занятий – как раз до начала летних каникул. Дети и их родители имеют возможность решить, насколько им интересно этим заниматься и потом продолжить работу уже с более серьезными проектами.
На данный момент у нас набраны две группы младших школьников (3-4 классы) с базовым изучением робототехники. На занятиях выполняются проекты с изучением простейших механизмов, систем передач, датчиков положения и приближения, с применением основ алгоритмизации и блочного программирования. Ребята узнают, что такое скорость, тяга, прочность конструкций, каким образом в технике добиваются оптимальных значений этих величин. Они учатся составлять простые алгоритмы управления механизмами и составлять на их основе простые программы, используя блочный язык программирования.
Группа среднего школьного возраста (5-8 классы) с базовым изучением робототехники. На занятиях выполняются проекты с изучением различных механизмов привода с использованием данных о углах поворота, скорости, пройденного расстояния. Изучается работа датчиков распознавания цвета, измерения расстояния, контактных датчиков и гироскопа. Применяются основы алгоритмизации и блочного программирования с использованием языка Scratch.
Часто можно услышать, что блочное программирование не дает никакой пользы – мол, нужно сразу учить языки программирования. На это есть два возражения. Первое – тем же первоклашкам, которые пока даже русский язык не освоили, тем более трудно писать программные коды на английском. И второе, самое главное – какой бы язык не изучал человек, основа деятельности программирования – это описание этим языком алгоритма, то есть точного предписания, определяющего вычислительный процесс. То есть школьники, по сути, учат не язык программирования, а составляют алгоритмы, которые потом выполняет созданная ими модель. А какой язык при этом используется – блочный, Sratch или Python, по сути, не так важно, хотя, конечно, у каждого из них есть свои особенности и возможности.
Таким образом, занимаясь в лаборатории робототехники, дети учатся как основам механики, так и основам алгоритмизации. И постепенно накапливая опыт конструирования, ближе к окончанию школы, они уже будут иметь более четкое представление, куда и на кого им идти учиться.
Мы побеседовали с маленькими конструкторами и их родителями.
Белов Валерий Федорович. «В лаборатории занимаются два моих сына, Сергей и Александр. Я считаю, что дети в современном мире должны получать разностороннее образование. Мои дети с раннего детства очень любознательны. Их привлекают самые разные виды деятельности: мы занимаемся английским языком, футболом, учимся вокалу. Дома много развивающих игр, в том числе и конструкторы «Лего». Но лаборатория робототехники дает детям уникальную возможность конструировать управляемые машины и осваивать азы программирования. Я не знаю, какие профессию выберут Саша и Сережа, они еще очень малы, но надеюсь, что то базовое образование, которой они получают сейчас в филиале КузГТУ в г. Белово, поможет им в жизни.»
Единственная в первом наборе девочка Катя Веретенникова, не отстает от мальчишек. «На первых занятиях мы делали робота Майло, каждый своего. Майло научился распознавать препятствия, не падать со стола, двигаться в нужном направлении и перевозить грузы. А сегодня мы работали в парах и сделали двойного Майло, его грузоподъемность очень увеличилась!». Мама Кати, Евгения Владимировна отмечает, что дочь с раннего детства любит кропотливую работу, увлекается графическим дизайном, иностранными языками, программированием. Поэтому, как только был объявлен набор детей в лабораторию, Веретенниковы записались одними из первых.
Материал подготовили
Мочалов Игорь Михайлович, руководитель ЦИТ
Законнова Людмила Ивановна, главный научный сотрудник
Филиал КузГТУ в г. Белово