Робототехника и программирование как инструменты в образовании подрастающего поколения

По мнению исследовательского центра Gartner, уже в 2020 году около 3 млн специалистов будут работать под руководством «босса-работа», а около 10% ведущих компаний в сфере дистрибуции создадут должность директора по роботизации. Даже если мы с вами и не ощутим в полной мере эти изменения, наши дети наверняка будут жить среди программируемых машин, а значит готовиться к этому будущему нужно уже сейчас, пишут AIN.UA.

Уже сегодня сфера IT — одно из самых перспективных направлений карьерного развития. Однако знание принципов и технологии программирования в будущем понадобится не только программистам. Стремительное технологическое развитие идет в направлении кибернетизации всех сфер производства и потребления, поэтому через 5-10 лет ничуть не странным будет наличие микропроцессоров в одежде, растениях, музыкальных инструментах или даже в кистях художников. Технологическая осведомленность и навыки работы с программируемыми машинами пригодятся архитекторам, врачам и музыкантам так же, как и знание своей профессии.

Все больше родителей осознают, что навыки программирования становятся «новым английским» для их детей. И дальше без них будет сложно устроится на желаемую должность. Давайте посмотрим более предметно на те продукты и инструменты обучения, которые предлагают мировые лидеры из сферы робототехники для обучения детей, такие как Wonder Workshop и Makeblock.

Роботы для самых маленьких или как играть с пользой

Мощным инструментом привлечения интереса ребенка является игра. С ее помощью дети уже с 5 лет могут изучать основы программирования. Примером такой возможности является компания Wonder Workshop. Здесь ребенку не понадобится много читать, изучать терминологию и прочие скучные вещи. Информация подается в виде ярких цветов и анимированных объектов, которые интуитивно понятны каждому. А интерактивные приложения содержат серии квестов, которые в виде интересного путешествия учат детей возможностям роботов и принципам их программирования. Тут все как в обычных играх: за достижения каждый получает свое вознаграждение. Пройденные задания открывают новые функции, а робот при этом всячески поддерживает своего юного «учителя» яркими анимациями и эмоциями. Пройдя серию квестов, ребенок начинает легко понимать значение команд и их взаимосвязи. Он может собственноручно создавать алгоритмы и выполнять порой весьма сложные задания.

Характеристики роботов Wonder Workshop:

Для начального уровня нам доступны две модели роботов и аксессуары к ним. Роботы совместимы между собой и могут отдавать команды друг другу с помощью инфракрасных датчиков и оригинальных приложений.

Робот Dot	Робот Dash
Датчики, системы ввода/вывода: Акселерометр, гироскоп, 4 кнопки, микрофон, динамик, ИК-передатчики 4 шт, 12 RGB LED лампочек «в глазу», RGB LED-светодиоды «в ушах». Размеры: 86 мм в диаметре, 86 мм в высоту (95 с подставкой). Батарея: встроенная, перезаряжаемая литий-ионная (до 5 часов работы). Рекомендуемый возраст: от 5 лет. Совместимость с приложениями: Go, Wonder, Blockly.	Системы ввода/вывода информации: 3 микрофона, 3 датчика расстояния, 4 кнопки, 2 ИК-датчика обнаружения роботов (прием/передача), динамик, 12 LED-лампочек «в глазу», RGB LED-светодиоды «в ушах, груди и спине». Размеры: 161 x 170 x 182 мм. Батарея: встроенная, перезаряжаемая литий-ионная (до 5 часов работы). Макс.скорость: 1 м/с. Поворот головы: вверх — 25°, вниз — 10°, вправо/влево — 120°. Рекомендуемый возраст: от 6 лет. Совместимость с приложениями: Go, Xylo, Path, Wonder, Blockly.
Поддерживаемые устройства: планшеты и смартфоны с Bluetooth 4/LE, и операционными системами iOS/Android, а так же Amazon Kindle.

На изображениях квесты приложения Wonder

Scratch программирование и платформа Makeblock

От анимированного алгоритма можно переходить к написанию кода, адаптированного под детское восприятие. Ведь объяснить написание канонического кода сложно и не так весело, как цеплять друг к другу разноцветные блоки и видеть выполнение программы в режиме реального времени на своем роботе. Именно таким образом построены программы Blockly (Wonder Workshop) и mBlock (Makeblock).

Оба приложения основаны на базе Scratch 2.0 — динамического визуального языка программирования, разработанного в 2013 году в Массачусетском технологическом институте специально для обучения детей программированию. Блоки этого языка имеют разный цвет в соответствии с их функциями. Например, в приложении Blockly для роботов Dash и Dot, желтые блоки отвечают за управление другими блоками, создание циклов; оранжевые — за воспроизведение звуков; светло-зеленые — за начало программы, темно-зеленые блоки позволяют Dash передвигаться в любом направлении и так далее. Хотя язык Scratch и выглядит просто, здесь доступны все основные понятия программирования, такие как циклы, условия, события, функции, переменные и тому подобное.

Тогда как для роботов Wonder Workshop среда Scratch является «потолком» программирования, для роботов Makeblock это только начало. Похожее меню с графическими блоками приветствует нас в приложения mBlock, которое уже имеет украинскую локализацию, но настоящий сюрприз ждет нас в одноименной программе mBlock для ПК. Уже знакомое меню графических блоков обеспечивает управление не только работами, но и анимированными объектами (спрайтами), создание подпрограмм, расширенный выбор условий, циклов и операторов, а также создание уникальных блоков.

Дополнительной функцией программы mBlock является возможность отображать уже написанный графический код на языке Arduino IDE в отдельном окне. Это позволит ребенку или даже взрослому сравнивать написанный код в двух видах и впоследствии переходить на еще более сложные языки типа Python или C ++.

Платформа и характеристики Makeblock:

Таким образом мы можем взаимодействовать с роботами-конструкторами компании Makeblock. Здесь нам доступна универсальная платформа для обучения и изобретения. Все наборы совместимы друг с другом, и каждого робота нужно собрать, подключить и запрограммировать, а значит ребенок знакомится не только с программированием, но и с инженерией и электроникой. В основе классических моделей Makeblock лежат платы Arduino, новые же разработки компании используют собственные «мозги». Модельный ряд компании очень широк, начиная от каждого отдельного винтика, датчика и наборов расширения, и заканчивая полупроизводственными моделями типа полноценного лазерного гравера или 3D-принтера.

Ниже перечень основных моделей на базе плат Arduino и авторских разработок:

Роботы на базе Arduino
Модель	mBot	mBot Ranger	Ultimate 2.0
Изображение
Тип	Робот-конструктор	Робот-конструктор 3 в 1	Робот-конструктор 10 в 1
Ввод информации	датчик света, кнопка, ИК-приемник, ультразвуковой датчик дистанции и датчик следования по линии, датчик Bluetooth	2 датчика освещения, датчик звука, гироскоп, температурный датчик, ультразвуковой датчик дистанции, датчик следования по линии, датчик Bluetooth	трехосевой акселерометр и гироскоп, ультразвуковой датчик дистанции, датчик следования по линии, датчик Bluetooth,
Вывод информации	зуммер, 2 светодиода, ИК-передатчик, два мотора, 4 порта процессорной платы для внешних модулей	зуммер, 12 светодиодов, два мотора, 10 портов процессорной платы для внешних модулей	3 мотора с энкодером, механическая рука, адаптер управления затвором фотоаппарата, 4 многофункциональных порта, порт для Raspberry Pi
Процессорная плата	Arduino Uno	Arduino Mega 2560	Arduino Mega Pi
Программное обеспечение	Makeblock, mBlock — для мобильных устройств, mBlock (графическое) — для Mac и Windows; mBlocky — для iPad; Arduino IDE

Новые разработки
Модель	Airblock	Neuron	Codey Rockey
Изображение
Тип	Модульный дрон	Модульный конструктор для творчества	Умный домашний робот
Электронные модули	Гироскоп, два ультразвуковых датчика, 3 светодиода, барометр, 6 винтовых двигателей	Гироскоп, датчик прикосновения, LED-панель, сервопривод, зуммер	ИК-приемник и передатчик, LED-дисплей, 6-осевой гироскоп, динамик, датчик звука, датчик света
Также в комплекте	Аккумулятор и зарядное устройство, наклейки на корпус, защита пропеллеров, запасные пропеллеры	Картонки для создания проектов, платформа для построения, совместимая с LEGO, кабель зарядки, провода заземления, резиновые стяжки
Программное обеспечение	Makeblock, mBlock, Neuron

STEAM-образование

Интеграция дисциплин — новый тренд в образовании. Учебная среда роботов создана не только ради изучения программирования, а и с целью вызвать желание получать образование в целом и вырастить всесторонне развитого ребенка. Поэтому учебные материалы, пособия и инструкции по использованию роботов содержат множество объяснений относительно законов физики, математических величин, астрономии, музыки и естествознания, интегрированные в формат художественного произведения о космических путешествиях и мир будущего. Все это помогает задействовать роботов не только в классах программирования, но и при изучении других предметов в школе или самостоятельно дома.

Основой функции обучения является встроенные датчики и технологии, используемые в современной промышленности, в лабораториях, военном деле и т.д. Принцип их работы основан на законах механики, динамики, электроники, оптики, акустики и др. Ребенок сможет самостоятельно изучать и работать с датчиками движения, расстояния, влаги, света, звука, тепла, с потенциометрами, гироскопами, джойстиками, двигателями и множеством других электронных модулей.

Объединив интерактивных роботов и современные подходы в обучении, детям открывается возможность на новом уровне изучать программирование и сразу же применять его в реальном мире, знакомясь с технологиями, которые их окружают. Такой подход фокусируется на культивации интереса к обучению в целом, а это, в свою очередь, открывает перед молодым поколением большой потенциал.

Автор: Виктор Коротуха, бренд-менеджер и эксперт по робототехнике компании ERC