Для чего вообще нужны роботы, программирование, 3D-моделирование и 3D-печать в современной школе?

Считается, что традиционная система образования не поспевает за научно-техническим прогрессом и не в полной мере отвечает требованиям к обучению и подготовке детей XXI века. Ей на смену приходят концепции STEM-образования (сокращение от Science, Technology, Engineering, Mathematics), одним из смыслов которой является познание мира посредством изучения и применения целого спектра точных наук и современных технологий, а также проектно-ориентированного обучения. Учебные дисциплины уже не рассматриваются по одиночке, вместо этого используется комплексный подход, объединяющий получение теоретических знаний сразу из нескольких областей с практическим опытом. А для того, чтобы научить детей решать задачи из реальной жизни, необходимо обеспечить их умениями грамотно определять цель, планировать деятельность проектной группы и работать в соответствии с планом, сохраняя возможность быстрой смены условий задач, до получения реального результата.

Для помощи в этом компания Tegratech предлагает 2 решения: образовательный робот Photon и комплекс Skriware.

Photon состоит из программной и аппаратной части.

Программная часть – колёсный робот, отдалённо напоминающий радиоуправляемую игрушку – в первую очередь служит для визуализации результатов программирования. Детям значительно интересней видеть, как в реальном мире происходят какие-либо изменения, вызванные исполнением написанной ими программой, а также взаимодействовать с разнообразными датчиками этого устройства. Аппаратная часть, в свою очередь, обеспечивает охват аудитории от 4 до 16 лет, хотя на самом деле, верхняя планка не ограничена, так как обучаться программированию не поздно ни в каком возрасте. Она содержит как собственные наглядные интерфейсы программирования, так и интеграции с популярными языками Scratch, JavaScript и Python. Все приложения русифицированы и имеют простой в освоении интерфейс, который не вызовет затруднений ни у детей, ни у преподавателей.

Одной из главных ценностей Photon являются готовые сценарии проведения занятий, предназначенные для преподавателей дошкольных учебных заведений и младших классов школы. В них описаны предполагаемые цели занятий, необходимый инвентарь для проведения действительно интересного и запоминающегося урока, а также описание того, что необходимо сделать в том числе с помощью робота.

Для того, чтобы ребёнку было интересно самостоятельно ознакомиться с возможностями робота, создано обучающее приложение – мобильная игра, в которой необходимо выполнять задания согласно сценарию.

Для дополнительного разнообразия доступны аксессуары – игровой напольный мат, визуальные карточки, наклейки и маски.

Таким образом, главная цель создания робота Photon – вдохновить детей на изучение программирования и помочь им в понимании логики и процесса написания программ. Для этого в наличии собственно сам робот с набором датчиков, программы для постепенного изучения возможностей робота, а также сценарии проведения занятий для преподавателей.

Образовательный комплекс Skriware создан на базе 3D-принтера, комплектов робототехники и специального учебного курса.

3D-принтер Skriware 2 – это продвинутое устройство для 3D-печати, оснащённое всеми необходимыми функциями для качественного создания моделей. Принтер имеет закрытую зону печати, что обеспечивает отсутствие резких запахов при работе, и двойной экструдер, позволяющий печатать двумя филаментами (расходными материалами) одновременно. Следует отметить, что 3D-принтер Skriware может использовать большинство популярных филаментов, будь то имитирующий натуральное дерево или стекло, содержащий углепластик для придания изделию максимальной прочности, или водорастворимые филаменты, применяемые для поддержки нависающих частей объектов печати, которые по завершению печати легко можно удалить, тем самым оставив только основной материал. На корпусе принтера имеется сенсорный экран, с помощью которого осуществляется управление настройками устройства и параметрами печати. Интерфейс дружелюбен и напоминает программную оболочку современного смартфона. Также имеется USB-порт для печати с внешних носителей информации, а также Wi-Fi и Ethernet-порт для связи с Интернетом. Размер зоны печати составляет 21 на 21 на 26 см, что позволяет создавать довольно крупные объекты. Площадка является подогреваемой – это необходимо для использования филаментов, требующих нагрева и поддержания определённой температуры рабочей поверхности. Внутри устройства имеется камера, с помощью которой можно наблюдать за процессом изготовления объекта печати.

Следующий компонент комплекса Skriware – робот Skribot. Робот представляет из себя модульное устройство, внешний вид и функционал которого можно модифицировать. Чем он отличается от бесчисленного количества готовых роботов и конструкторов? Тем, что любую деталь корпуса можно скачать из онлайн-каталога или спроектировать самому и затем распечатать на 3D-принтере. Робот оснащён электронными компонентами, в том числе ультразвуковыми датчиками, датчиками контрастности поверхности, электродвигателями, светодиодами, сервоприводами манипуляторов, Bluetooth-модулем и аккумулятором – данные детали входят в набор для создания Skribot. Таким образом, общая концепция использования робота – собери его из того, что есть в комплекте, а при необходимости распечатай дополнительные детали. В собранном состоянии робот может двигаться, определять препятствия, линию на поверхности, использовать манипулятор для переноса предметов. Управление роботом осуществляется со смартфона по Bluetooth или с компьютера посредством закачивания программ через USB-кабель. Программирование возможно как визуально-текстовыми элементами через приложение Skribots на Android и iOS на смартфонах, так и на компьютере в среде разработки Arduino – многие знают эту электронную платформу по системам автоматики и робототехники, которые самостоятельно собирают энтузиасты.

Скачивание виртуальных моделей доступно из библиотеки Skrimarket. В ней присутствуют более 60 тысяч самых разнообразных объектов – деталей для сборки робота, а также всевозможных приспособлений, механизмов и устройств. База постоянно пополняется, каждый может загрузить свою модель на всеобщее обозрение. Для удобства модели распределены по категориям.

Основная же образовательная ценность комплекса – учебный курс «Пункт назначения: Марс». Сценарий содержит планы 10 занятий, рассчитанных на 90 минут каждое, в ходе которого ученики познакомятся с конструированием роботов и программированием, а также получат знания по классическим предметам ­– физике, биологии, географии.

За счёт двух доступных сред программирования курс может быть пройден как детьми 9-12 лет, так и детьми 13-16 лет. В первом случае используется собственное приложение Skribots App, устанавливаемое на смартфоны и планшеты под управлением Android и iOS, во втором – среда разработки Arduino и язык программирования C++. Каждое задание расписано с достаточной степенью подробности – вряд ли у кого-то из детей возникнут вопросы по их прохождению. В конце занятий предусмотрены тесты, закрепляющие пройденный материал.

Для преподавателей имеются планы занятий. Каждый содержит описание занятия, поставленных целей, необходимого инвентаря, требуемых от преподавателя навыков и, собственно, пошаговую инструкцию по его проведению.

Прохождение сценария не требует обязательного наличия 3D-принтера, таким образом, учебное заведение может изначально закупить комплект робототехники, освоить его, и затем докупить 3D-принтер, чтобы разнообразить процесс обучения.

Следует отметить, что «Пункт назначения: Марс» является первым доступным курсом, в разработке находятся ещё несколько учебных курсов.

Вторым несомненным преимуществом образовательного комплекса Skriware является наличие так называемой Академии Skriware – онлайн-платформы, на которой будут размещены учебные материалы для преподавателей с пошаговыми сценариями проведения занятий на различные темы, необязательно связанные с программированием. Запуск планируется в сентябре текущего года. Фактически это сценарий полноценного занятия длиной 90 минут, с приложением в виде раздаточного материала и презентации. В данных занятиях опционально используется 3D-принтер и среда 3D-моделирования для внесения разнообразия в процесс обучения либо изготовления дополнительных объектов с целью повышения наглядности уроков.

В рекомендуемый набор для учебного класса входит один 3D-принтер, 15 наборов для сборки роботов Skribot, в которые входят необходимые детали корпуса и электрическая начинка, а также набор катушек самых популярных и универсальных филаментов, с помощью которых можно создать практически любой объект. При этом, можно выбрать определённый цвет филамента или довериться случаю и получить филаменты разных цветов.

Рекомендуемое соотношение роботов к численности класса – 1 робот на 2 учеников, исходя из этого следует рассчитывать необходимое количество наборов. Конечно же, идеальной является ситуация, когда каждый ученик обеспечен своим роботом, однако же совместная работа также поощряется как элемент проектно-ориентированного обучения.

Все без исключения роботы идут с ключами доступа к образовательному сценарию «Пункт назначения: Марс», также всем пользователям доступны приложения Skribots для мобильных платформ, и web-платформа разработки роботов Skribots Creator.

Цель образовательного комплекса Skriware – помощь в обучении «детей будущего» – школьников, для которых во взрослой жизни робототехника и печать трёхмерных объектов будут обыденным делом. К этому будущему необходимо готовиться с ранних лет, для успешной жизни и работы в такой среде уже не будет хватать знания отдельных предметов, потребуются комплексные знания и умение грамотно и творчески решать прикладные задачи. К этому призывает и концепция STEAM-образования. Помочь же преподавателям донести эти знания призван комплекс Skriware, сочетающий набор учебных программ с инструментами созидания.

Мы с удовольствием подготовим для вашего образовательного учреждения проектное решение, подберем оптимальное оборудование. Напишите нам, чтобы наши сотрудники смогли поделиться с вами полезными рекомендациями.