Развитие роботостроения и робототехники в современном мире делает необходимым включение конструирования в систему дополнительного школьного образования. Конструирование детьми из специальных конструкторов, таких как Lego, имеет серьезный образовательный эффект.
В начале нового учебного года я узнал, что в Самаре в Аэрокосмическом университете имени академика С. П. Королева открылся областной центр робототехники R2D2 Самара. В робототехническом центре еженедельно проводятся мастер-классы, курсы для детей, курсы для педагогов и есть даже робототехнический лагерь на время каникул. Я стал посещать специальный курс для детей по робототехнике «Учись учиться», где мы изучали базовые понятия робототехники — робот, алгоритм, программирование, исследовали механические передачи и датчики. Все наши исследования и опыты осуществлялись с помощью специальной серии конструкторов «Lego» We Do.
Роботы и сама дисциплина — робототехника имеют те же базовые принципы, что и детские конструкторы, с которыми мы занимаемся в центре робототехники.
Основной целью настоящей работы является исследование детских робототехнических конструкторов на примере конструктора Lego и определение, являются ли такие робототехнические конструкторы образовательной платформой для детей дошкольного возраста и учеников младших классов.
Задачами работы являются: изучение литературы, интернет ресурсов и иных справочных материалы по робототехнике, робототехническим конструкторам, конструкторам Lego; выявление детские робототехнических конструкторов; установление факторов, определяющих необходимость робототехнического образования; определение предметов школьного образования «выигрывающих» от увлечения детьми робототехническими конструкторами; установление методом эксперимента у детей младшего школьного возраста способностей, которые развивают детские робототехнические конструкторы; разработка рекомендаций образовательным учреждениям о применении робототехнических конструкторов в системе дошкольного образования и образования начальной школы.
Я могу предположить и выдвинуть гипотезу, что конструирование детьми роботов из робототехнических конструкторов специальных серий, например, Lego, является образовательной основой многих предметов школьной программы и основой изучения робототехники в высших учебных заведениях.
Моя работа актуальна. Робототехника — это, несомненно, наше будущее, ставшее уже настоящим. Если ещё только в 1941 году известным писателем-фантастом Айзеком Азимовым были просто придуманы первые законы роботов, сегодня мы всерьёз пытаемся создать искусственный интеллект и нанороботов, а завтра роботы будут выполнять большинство работ за человека, то все что останется нам — создавать их. Поэтому робототехническое образование становится необходимым сегодня. Чем больше детей будут иметь представление о робототехнике, в том числе и на примерах игр в робототехнические конструкторы, те же самые Lego, тем прогрессивней будет наше общество. Чем больше детей будет интересоваться робототехникой, тем больше мы получим людей, увлекающихся таким науками как физика, математика, черчение, электроника, информатика, программирование.
Следовательно, разработка методов работы с детьми по основным и прикладным областям робототехники в том числе на основе робототехнических конструкторов имеет большое значение и актуальность.
Робототехника (от слов робот и техника; англ. robotics) — прикладная наука, занимающаяся разработкой автоматизированных технических систем.
Робототехника опирается на такие дисциплины как электроника, механика, программирование. Выделяют строительную, промышленную, бытовую, авиационную и экстремальную (военную, космическую, подводную) робототехнику [1,с.1].
Слово «робототехника» было впервые использовано в печати Айзеком Азимовым в научно-фантастическом рассказе «Лжец», опубликованном в 1941 году [1,с.1].
«Робототехника» базируется на слове «робот», придуманном в 1920 году научным фантастом и лауреатом Нобелевской премии Карлом Чапеком для своей пьесы Р. У. Р. Однако, интерес к идеям, схожим с робототехникой, наблюдался еще до введения этого термина [1, с.1].
Вне сомнений, робототехника представляет продолжение любой техники как явления. Желание автоматизировать любой труд — это естественное желание любого человека. Если спросить ученика школы, хотел бы он автоматизировать подготовку домашнего задания и переложить эти обязанности на робота, то любой ученик, имеющий представление о робототехнике, ответил бы утвердительно. Такие же процессы происходят и в нашей повседневной жизни. Роботы постепенно вытесняют человека из многих сфер его деятельности, предоставляя ему взамен новые возможности для приложения усилий.
Часть труда всего человечества, затрачиваемая на производство роботов и машин, автоматизирующих процесс, стремится к 100%. Уже сейчас усилия большинства наилучших современных роботов направлены на производство других машин: станков, автомобилей, компьютеров и т. д.
Ещё одна весьма интересная черта современной робототехники заключается в следующем.
Люди и роботы сильно отличаются в возможностях. И сейчас прогрессивная робототехника выражается в двух идущих навстречу процессах: развитие систем самостоятельного искусственного чего бы то ни было и вживление в человека различных имплантатов. Это делается для того, чтобы максимально приблизить возможности человека и робота, и наоборот.
В зависимости от назначения выделяют следующие основные типы роботов: промышленные (сварочные, покрасочные, погрузочно-разгрузочные, транспортные, сборочные); поисковые (для космических исследований, для чрезвычайных ситуаций); военные (для наземной разведки, для воздушной разведки, для наземных тактических операций, для воздушных тактических операций, для космического базирования, подводные роботы); бытовые (роботы-игрушки, для обслуживания детей, для обслуживания престарелых людей, роботы-охранники, универсальные бытовые роботы); исследовательские (роботы для игры в футбол, боевые роботы, роботы для изучения, обучения и взаимодействия с окружающей средой, роботы для изучения, планирования поведения и навигации) [2, с.21].
Роботы, которые участвуют в производстве, и любой робототехнический конструктор состоят из одних и тех же элементов.
Робот = Механика (манипуляторы, движители) + Сенсорика, датчики или сенсоры + Приводы + Система управления + Система взаимодействия с человеком + Система взаимодействия с другими роботами и оборудованием.
Давайте рассмотрим основные робототехнические конструкторы для детей.
Те, кто занимался в робототехнических центрах и кружках знают, что основным материалом для занятий (кроме хорошего настроения, творческого подхода и энтузиазма) являются конструкторы Lego WeDo и Lego Mindstorms. Недавно я заинтересовался причиной такого широкого распространения Lego. Ведь существует множество японских, китайских и других, более доступных, а порой и более дешевых конструкторов.
Такой выбор отнюдь не случаен. Что наиболее важно при работе детей с робототехническими конструкторами? Конечно конструктор должен быть в первую очередь интересен детям. А именно: быть способными реализовать любое желание или фантазию робототехника, быть удобными в использовании, приятно выглядеть. Lego специальных серий, по моему мнению, наиболее полно соответствует этим критериям. Например, совместимость конструкторов друг с другом — то есть, когда из нескольких наборов можно сконструировать что-то более интересное, чем написано в инструкции. Здесь наши возможности ограничены только воображением и количеством деталей.
Таким образом, наборы Lego являются комплексным, качественным решением для задач обучения роботехники для детей и подростков. Более взрослая аудитория, безусловно, также найдет для себя интересным работу с конструкторами Lego, однако это не единственные существующие варианты.
С различными конструкторами проводятся соревнования по робототехнике РобоФест, WRO — World Robotics Olympiad — всемирная робототехническая олимпиада, FIRST Tech Challenge, ABU ROBOCON, ELROB.
Разумеется, конструкторские предложения и других производителей вполне совместимы, обладают преимуществами, которых нет у Lego, и даже могут выполнять более сложные задачи. HUNA, Robobuilder, Robotics (модель Bioloid), Tetrix, Matrix, российский конструктор Амперка и многие другие конструкторы тоже имеют свои особенности, плюсы и недостатки, и, конечно же, при грамотном подходе смогут воплотить мысли человека в реальность.
Для детей дошкольного возраста игра в такой конструктор, способствует развитию мелкой моторики, представлений о цвете и форме и ориентировки в пространстве. Такое сочетание различного рода воздействий благоприятно отражается на развитии речи, облегчает усвоение ряда понятий и даже постановку звуков, так как развитие мелкой моторики оказывает стимулирующее влияние на развитие речедвигательных зон головного мозга [3, с.1].
Прежде всего, конструирование считается одним из важнейших средств умственного воспитания. Оно ориентирует на целостное восприятие будущей постройки, учит наблюдательности, умению обобщать, сравнивать, анализировать. Игры с кубиками расширяют математические представления ребенка о форме, величине, пространственных и количественных отношениях предметов. Занятия с конструктором способствуют развитию ценностных качеств личности, таких как целеустремленность, аккуратность, организованность и ответственность. Очень важно то, что ребенок начинает осознавать необходимость знаний о предмете для успешного конструирования его модели. Так, появляется очень важная для детей потребность — в новых знаниях об окружающем мире [3, с.2].
Конструирование также имеет большое значение для формирования правильной речи и письма в будущем, ведь оно способствует развитию мелкой моторики рук. Для развития моторики ребенка очень полезно собирать из блоков детского развивающего конструктора различные предметы. От мелкой моторики зависит, насколько хорошо будет развита не только речь и мышление ребенка, но даже его почерк.
Для учеников начальной школы занятия по робототехнике — это первый шаг на пути осознания важности своего обучения. В учебные программы робототехники для детей начальной школы входит изучение 3D-моделирования, программирования, алгоритмики, механики, основ электроники и микропроцессорных систем, устройства компьютера и программного обеспечения, безопасной работы в глобальной сети «Интернет», WEB-программирования (разработка и создание сайтов), физики, математики. Конструирование совместно с созданием 3D-моделей и проведение огромного количества экспериментов позволяют не только разработать мелкую моторику, усидчивость, приобрести навыки работы в команде, но и развить пространственное мышление и воображение, столь необходимые нам в повседневной жизни.
Включение в школьную программу робототехники позволит получить навыки в сфере робототехники и начать программировать с первого класса. Такие дополнительные занятия предоставят возможность знакомства с наиболее современными моделями роботов, возобновляемых источников энергии, систем управления.
Изучение робототехники в учебном процессе позволит применять самые передовые технологии и современные учебные программы, дающие ученикам возможность полностью раскрыть свой потенциал.
Областной центр робототехники R2D2 Самара, в котором занимаются дети нашего города сотрудничает с Самарским государственным аэрокосмическим университетом имени академика С. П. Королева (национальным исследовательским университетом), а также ведущими специалистами в области образования, что позволяет успешно проводить занятия и давать детям образовательный опыт.
Таким образом, гипотеза данной работы что конструирование детьми роботов из робототехнических конструкторов специальных серий, например, Lego, является образовательной основой многих предметов школьной программы и основой изучения робототехники в высших учебных заведениях является полностью доказанной и подтверждается тезисами настоящей работы.
Литература:
1. Роботы и робототехника. Законы действия робототехники. Компоненты и устройство роботов. Системы управления: [Электронный ресурс]: Лекция № 5. URL: http://studopedia.su/10_152990_lektsiya---roboti-i-robototehnika-zakoni-deystviya-robototehniki-komponenti-i-ustroystvo-robotov-sistemi-pravleniya.html (дата обращения: 29.11.2015)
2. Филиппов С. А. Робототехника для детей и родителей, Спб., «Наука», 2013. — 319 с.
3. Антонова Н. В. Роль детского конструктора в развитии детей дошкольного возраста: [Электронный ресурс]: Консультация для воспитателей и родителей о разновидности и пользе конструктора для детей. URL: http://nsportal.ru/detskiy-sad/materialy-dlya-roditeley/2012/11/25/rol-detskogo-konstruktora-v-razvitii-detey (дата обращения: 29.11.2015)
