В середине 2000-х робототехника уже существовала. Правда, на очень базовом уровне и в дефиците: были наборы, состоящие из электронных компонентов и конструктивных деталей, собрав которые, ребенок мог заставить свою конструкцию двигаться. Наборы включали моторы, датчики, контроллеры и программное обеспечение, на котором можно было написать программу для управления роботом.
Тогда эту область продвигали энтузиасты. Вероятно, во главе кружков робототехники были те же люди, что в СССР вели кружки радиолюбителей.
Конструкции собирались буквально из того, что было, а прошивка для контроллера писалась на коленке. Тем не менее, этого было достаточно, чтобы участвовать в первых соревнованиях по робототехнике. Там дети и преподаватели обменивались идеями и опытом, формируя своеобразные «тренды» в робототехнике.
Но педагоги быстро поняли, что робототехника — это не просто отличное хобби и развлечение для детей, но и прекрасный способ познакомить их с современными технологиями в игровой форме. Работая с роботами, дети приобретают практические знания сразу по трем компетенциям: конструированию, электротехнике и программированию.
- Конструирование дает понимание, как устроен «скелет» робота, что такое механизмы и как они устроены, учит детей проектировать и моделировать роботов.
- Электротехника — о том,, как работают электронные компоненты. По аналогии с человеческим телом, например, моторы работают как «мышцы» робота, а контроллер, подобно мозгу, подает сигнал мотору. Чем старше становятся дети, тем больше их погружают в электротехнику.
- Программирование — тут все более-менее понятно, детей обучают создавать алгоритм действий для робота. Условно говоря, учат, на каком языке «общаться» с роботом, с помощью каких действий отдавать роботу те или иные команды.
В общем, масса полезных для современного технологичного мира знаний. Сегодня робототехника превратилась из кружка в полноценную дисциплину с программой и учебниками — и с 1 сентября этого года она стала обязательным модулем в рамках школьных уроков труда.
Чему сегодня учат школьников роботы, какие наборы делают для них? Это все эволюционирует вместе с технологиями. В 2014 году были популярны коптеры, через пару лет — 3D-принтеры, сегодня в фокусе — компьютерное зрение и нейросети. Как сегодня создаются наборы,
Зарождение идеи
Поиском новых идей для наборов занимается команда инженеров, программистов и аналитиков рынка: они общаются с преподавателями, собирают у них и их собственный фидбек, и пожелания детей, а также отслеживают мировые тренды разработок.
Многие из инженеров — сами педагоги.
Собранную информацию сопоставляют с последними трендами в ИТ и с запросами и требованиями к наборам от победителей соревнований по робототехнике и программированию. И уже затем переходят к созданию технического задания для новых наборов.
Главный принцип успеха прост: набор по робототехнике должен нравиться детям. Если он слишком простой, он быстро надоест. Чрезмерно сложен — пропадет желание в нем разбираться. Нужно искать баланс, ориентируясь на возраст и способности учеников.
Проверить идею и составить ТЗ
После появления идеи собирают фокус-группы. Важно проверить на педагогах и детях конкретного возраста, будет ли им интересен и полезен новый набор. И, конечно, понять, что можно изменить и доработать.
Допустим, цель набора — познакомить дошкольников с основами программирования. Тогда нужно понять: насколько интересно детям составлять программу из ярких «кубиков» на экране? Какого размера должны быть детали? Для набора, который знакомит старшеклассников с промышленными манипуляторами, надо определиться: сколько степеней свободы нужно предусмотреть, какие будут исполнительные устройства, сколько там нужно моторов и так далее.
После фокус-группы, если она прошла хорошо, начинается подготовка подробного ТЗ. Там мы указываем:
- какие компоненты нужны;
- какого они должны быть размера и цвета;
- как они должны выглядеть в целом;
- какое понадобится ПО;
- какие нужны моторы и датчики и т. д.
После того, как ТЗ готово и согласовано, приступают собственно к разработке.
Воплощение идеи в жизнь
Над созданием каждого нового набора трудится большая команда:
- инженеры — они проектируют контроллеры, датчики и различные исполнительные устройства;
- конструкторы и 3D-моделировщики;
- разработчики программного обеспечения;
- методисты — разрабатывают учебно-методический комплекс;
- тестировщики и многие другие.
Как работает вся эта команда?
От описания — к реальным компонентам
Когда ТЗ готово, в дело вступают инженеры. Они прорабатывают состав набора, проектируют каждую деталь, моделируют варианты использования и выясняют, какие понадобятся устройства.
Допустим, для одного набора придется разработать новую плату. Для другого — найти или разработать более мощные моторы. А может, нужно изобрести новые способы подключения датчиков к контроллеру — такие, чтобы было понятно и ребенку.
На этом этапе не только придумывают все электронные модули. Нужно их разработать, произвести, а потом протестировать на практичность и износостойкость. И самое интересное — проверка боем: насколько модуль сложен в подключении и взаимодействии с ними? Смогут ли дети определенного возраста с ним работать?
Разрабатываем программное обеспечение
Даже самый продуманный набор без команд управления — мертвый «кирпич». Нужно создать «язык», на котором дети смогут «общаться» с роботом, — то есть разработать среду программирования, где дети будут писать алгоритмы для своих роботов. И тут вслед за инженерами в дело вступают программисты.
Как должно выглядеть программное обеспечение, с помощью которого ребенок сможет сам написать программу управления роботом? Конечно, оно должно соответствовать возрасту учеников. Существуют наборы для детей от четырех лет — никто, безусловно, не станет учить их Python.
Для самых юных робототехников есть визуальное ПО. Это очень просто: каждому действию робота, например, «включить мотор» или «зажечь светодиод», — соответствует яркий блок в интерфейсе. Дети выстраивают эти блоки в определенном порядке — и так собирают код, как пазл.
Тем, кто постарше, подойдет классический вариант. Дети учатся программировать по-настоящему — пишут команды роботу текстом.
В помощь наставнику: учебно-методический комплекс
Создать набор и ПО к нему — это одна часть задачи. Но нужно ведь еще научить детей этим пользоваться. А чтобы педагоги могли учить детей, нам нужно сначала обучить самих педагогов — или как минимум предоставить им методические материалы.
В учебнике должны быть, во-первых, основы робототехники. Во-вторых, инструкция к конкретному набору: как работать с этим датчиком, какие команды нужны для программирования, что обозначает каждый цветной блок или текстовая команда. Наконец, есть блок именно для учителей: там рассказывается, как вести урок, как выстроить весь курс и лучше подать материал.
Новый набор почти готов
Как долго создается новый набор? Зависит от всех предыдущих этапов, особенно — от работы инженеров. А в последнее время — еще и от доступности компонентов. Так что этот процесс может занять месяцы, а может — годы.
Допустим, в процессе производства нового набора выяснилось, что закончился какой-то конденсатор, и ни его, ни аналога ему нельзя заказать нигде в мире. Тогда приходится разрабатывать часть набора заново.
После того, как все составляющие готовы, протестированы и обеспечены методическими пособиями, вновь собирается фокус-группа. Преподаватели, специалисты по робототехнике и студенты вузов знакомятся с набором, работают с ним, говорят свои замечания. И вот, после устранения всех ошибок, набор наконец уходит в производство.
Но на этом работа с ним не прекращается. Постоянно собирают обратную связь — от преподавателей робототехники, от самих учеников, — и выясняют, что можно улучшить. В какой-то момент возникает понимание, что назрела необходимость в новом наборе. Тогда цикл повторяется: фокус-группы, ТЗ, команда разработчиков — и производство новой версии набора.
Робототехника позволяет детям узнать, как устроен мир современных вещей, и прикоснуться к технологиям будущего. Для юных инженеров, программистов, конструкторов и изобретателей уроки робототехники — это, возможно, первое знакомство с делом всей их жизни. И наборы для роботов, которые они получат сегодня, определяют, какие фантастические технологии они изобретут в будущем.
Школа не может себе позволить приобрести оборудование, которое стои́т на заводах и сто́ит миллионы. Да это и не нужно. Написав программу для простенького робота, который обходит препятствия, ребенок разберется, как действует робот-пылесос. А манипуляторы из набора — прекрасная возможность разобраться, что такое станки с программным управлением и автоматизированные сборочные линии.
В общем, создавать новые наборы для робототехники — важная работа, которая прямо влияет на технический прогресс и уровень знаний детей. Это сложный, а порой длительный процесс. Этим занимаются десятки людей — в основном это молодые энтузиасты, которые еще вчера сами ходили в кружок робототехники.
Читать далее:
Огромный спутник может затмить все звезды и планеты на ночном небе
Китай заявил, что через 6 лет у них будет термоядерная энергия
Разработан генератор для ветряных электростанций без дорогих магнитов