«Робофест» как способ организации соревновательной деятельности школьников, обучающихся в кружке «Робототехника»



Возможности образовательной робототехники как объекта технического творчества обучающихся весьма высоки. Визуальное представление проектов, которое требуется от учащихся, стимулирует их к экспериментам и проявлению изобретательности в процессе поиска эстетичных и работоспособных решений. Комбинируя эти аспекты работы, учащиеся поднимают свои знания и возможности на новый уровень. Внеурочная деятельность с использованием робототехнических устройств позволяет учащимся не только работать по выполнения конкретного учебного проекта, но и создавать робототехническое устройство, предназначенное для участия в соревнованиях.

Вполне очевидно, что школьник, создавший своего первого робота на занятии кружка «Робототехника», имеет естественное желание его кому-то продемонстрировать и сравнить с другими моделями. Сделать это можно на различных соревнованиях роботов, которые набирают все большую популярность по всему миру. Количество стран-участниц растет с каждым годом, и этот процесс не обошел стороной и Россию. Главной целью всех робототехнических соревнований является не только участие в красочном и дружеском событии, но и возможность активно заниматься самообразованием и проверить на практике полученные знания, изученные технологии.

Соревнования являются системным мероприятием, где ребёнок видит положительную работу сверстников, передовые инженерно-технические достижения, новые решения в области робототехники. Кроме того, они позволяют выявить наиболее подготовленную команду, способную оперативно решить поставленную задачу. Стремление детей к лидерству, опережению своих сверстников, быстрому решению поставленной задачи как нельзя лучше проявляются во время соревновательной деятельности. Также соревнования дают возможностью учащимся проявить свои знания в области инженерно-технической мысли путём создания робототехнических устройств с использованием простых и сложных инженерных механизмов и технических решений.

Соревновательные мероприятия, как один из видов неформального образования, являются той открытой образовательной средой, которая предоставляет возможность получения гибких, индивидуализированных, созидающих знаний. При этом работа в процессе обучения всегда ориентирована на результат: создание робототехнического устройства, обладающего определенными свойствами, качество и эффективность которого может быть оценено независимыми экспертами, если его представить на фестивалях, соревнованиях, выставках.

Регламент соревнований и требования к роботам меняются каждый год, и каждое очередное соревнование рождает новые идеи и свежие решения. Как следствие, задания соревновательной робототехники порождают дух соперничества, который, в период подготовки к ним, закономерно заменяется обучающимися сотрудничеством в виде взаимопомощи в преодолении трудностей разработки и создании прототипа робототехнического устройства.

Соревнования роботов проводятся в трех категориях:

1. Junior FIRST LEGO League (Jr.FLL®) для учащихся младших классов возрастом от 6 до 9 лет.
2. FIRST LEGO® League (FLL®) для учащихся в возрасте от 9 до 14 лет.
3. FIRST Tech Challenge (FTC) для учащихся в возрасте от 14 до 18 лет.

Категория Jr.FLL настроена на повышение интереса к науке и технике у детей в возрасте с 6 до 9 лет. Это практико-ориентированная категория, разработанная с целью развития врожденной любознательности маленьких детей и направления ее в сторону улучшения мира вокруг них. Дети, управляемые взрослыми наставниками, работают с LEGO элементами, движущимися частями и представляют проекты для оценки зрителей и судей. При этом, взрослым строго запрещается помогать членам команды или вмешиваться в работу судей или робота любым способом [2].

Категория FLL призвана увлечь школьников от 9 до 14 лет наукой и технологией, обучить полезному занятию и развить жизненно необходимые навыки. Команда состоящая из 3–10 человек, под руководством хотя бы 1 взрослого тренера, должна: создать робота, выполняющего на игровом поле миссии, объединенные темой сезона; представить инновационное решение проблемы, связанной с темой сезона [3].

И, наконец, категория FIRST Tech Challenge (FTC), рассчитанная на школьников возрастом от 14 до 18 лет. Команда состоит из 3–10 человек под руководством тренера. Главным отличием данной категории от соревнований FLL является использование командами более сложного конструктора «Tetrix», его программирование в другой программной среде.

В России соревнования робототехники проходят на фестивале «Робофест», которое является частью программы «Робототехника: инженерно-технические кадры инновационной России» фонда «Вольное дело». Соревнование проводится в три этапа: региональный этап (чаще всего в краевом, областном или республиканском центре), Всероссийский этап и Международный этап.

История фестиваля берет свое начало в 2007 году, когда Олег Дерипаска, основатель фонда «Вольное дело», посетил FIRST и идея проводить аналогичное мероприятие (в качестве отборочного тура на FIRST) в России захватила его. С 2009 года «Робофест» заявил о себе как о ежегодном мероприятии Всероссийского масштаба [1].

Поскольку данный фестиваль предназначен для отбора участников на FIRST, то основными категориями соревнований остаются Jr.FLL, FLL и FTC (с 2016 года FTC является отдельным мероприятием и на площадке Фестиваля не проводится). Однако, кроме этих категорий, на Российском этапе существует несколько дополнительных категорий, среди которых можно отметить «Hello, Robot!» и «Hello, Robot! Arduino». Данные категории имеют достаточно близкие по содержанию регламенты соревнований, но ориентированы на разные робототехнические платформы: «Hello, Robot!» — Lego MindStorm, а «Hello, Robot! Arduino» — Arduino-ориентированные.

Правила соревнований указанных категорий, вне зависимости от платформы, требуют от участников навыков использования датчиков цвета и расстояния для создания робототехнических систем, использующих механизмы обратной связи.

Задания дополнительных категорий ежегодно изменяются, чтобы каждое очередное соревнование рождало новые идеи и свежие решения. Так в 2017 году предлагалось решить следующие задачи:

1. «Траектория» — робот должен пройти вдоль черной линии, нарисованной на белом фоне, которая имеет перекрестки, разрывы и инверсные (белая линия на черном фоне) участки [6]. Робот во время движения должен ориентироваться не только по линии, но и по размещенным вблизи перекрестков цветовым меткам. Каждая цветовая метка несет в себе информацию о способе прохождения перекрестка: красная — поворот направо, желтая — налево, синяя — проезд вперед, зеленая — разворот на перекрестке на 180 градусов (рис. 1).

Рис. 1. Тренировочное поле «Траектория» и примеры расположения меток

2. «Сортировщик» — робот должен, не съезжая с черной линии, собрать все мишени (черные и белые цилиндры), расположенные вдоль нее, и разместить их в определенные зоны (обозначены квадратами) [5]. Зоны размещения цилиндров, процентное соотношение цветов цилиндров и их расположение заранее участникам неизвестны — их определяют в день проведения соревнований путем жеребьевки (рис. 2).

Рис. 2. Поле «Сортировщика». Кружками обозначены места расположения цилиндров

3. «Шорт-трек» — робот, двигаясь вдоль черной линии после старта в верхней части поля, должен обогнать соперника, движущегося по соседней линии, и не столкнуться с ним на перекрестке [4]. При этом на трассе размещены дополнительные элементы, которые предназначены для повышения зрелищности соревнований: горка и небольшая балка, поперек линии. Местоположение горки и балки заранее участникам неизвестно, и определяется путем жеребьевки в день соревнований (рис. 3).

Рис. 3. Поле «Шорт-трек»

Можно отметить, что поскольку в дополнительные категории используют две, отличающиеся друг от друга, робототехнические платформы, то и задания имеют некоторые различия, связанные с особенностями робототехнических платформ. Задание «Траектория» предназначено исключительно для роботов на базе Lego MindStorm, поскольку порядок прохождения перекрестков определяется цветовым маркером, реализация системы считывания которого для Arduino-ориентированных платформ затруднена.

При подготовке к соревнованиям в данных категориях, школьники изучают физические принципы действия датчиков и ограничения налагаемые на них в связи с их устройством; учатся использовать математические законы на практике, при обработке данных получаемых от датчиков робототехнической системой; создают и оптимизируют программное обеспечение робототехнической системы для наиболее качественной обработки информации. Это позволяет говорить о метапредметности знаний, получаемых обучающимися при изготовлении таких робототехнических систем. У учащихся, незаметно для них, формируются и развиваются универсальные учебные действия, необходимость развития которых указана в Федеральном государственном образовательном стандарте нового поколения.

Литература:

1. Положение о фестивале «Робофест», категориях соревнований // Робофест. URL: http://www.russianrobofest.ru (дата обращения: 11.05.2017).
2. Правила категории FIRST Jr.FLL // Робофест. URL: http://www.russianrobofest.ru/userfiles/JrFLL/FINAL_Jr %20FLL_Coaches_Guide %202012_Super_Seniors_RU.pdf (дата обращения: 11.05.2017).
3. Правила категории FIRST FLL // Робофест. URL: http://russianrobotics.ru/upload/iblock/8c9/8c9d0e32a8970389e374e7ce5522343d.pdf (дата обращения: 11.05.2017).
4. Правила категории “Hello, Robot! Шорт-трек”: // Робофест. URL:http://russianrobotics.ru/upload/iblock/aa7/aa7e889cdd384cd1f5ee9d75f8eb0263.pdf (дата обращения: 11.05.2017).
5. Правила категории “Hello, Robot! Сортировщик” // Робофест. URL: http://russianrobotics.ru/upload/iblock/8f5/8f5816166cf5a56b1c9d2aa93cb420c1.pdf (дата обращения: 11.05.2017).
6. Правила категории “Hello, Robot! Траектория” // Робофест. URL: http://russianrobotics.ru/upload/iblock/fdc/fdc762fe0f2c5341829d5997ff8edccc.pdf (дата обращения: 11.05.2017).