Реферат Маслакова Е. А
 Скачать 336.32 Kb.
|
Конструктор Arduino Рисунок 5. Конструктор Arduino Arduino — самая распространенная платформа для взрослой робототехники и электроники, вторая по распространённости среди детей. Разработка полностью открытая, у нее есть множество ответвлений. [21] Можно выделить три направления работы детей с Arduino: сборка электрических схем. Соответствующие комплекты поставляет amperka: wiki.amperka.ru; сборка и программирование простейших машинок, типа такой: amperka.ru/product/turtle-chassis. В основном эти машинки занимаются тем, что ездят по нарисованной линии; сборка более сложных механизмов из конструкторов. Достоинства Arduino: открытость и совместимость со всем на свете; универсальность: и шестиклассники на нем могут заниматься, и взрослые выполнять серьезные проекты; сравнительно низкая цена. Недостатки Arduino: сравнительная ломкость (это открытая электронная плата с небольшим уровнем защиты от неправильных подключений); программировать можно либо в визуальных средах программирования, либо на С++. Не поддерживаются параллельные процессы, обработка изображений и прочее. Конструктор FISCHERTECHNIK  Рисунок 6. Конструктор FISCHERTECHNIK FISCHERTECHNIK - это пластмассовый развивающий конструктор для детей, подростков и студентов, изобретенный профессором Артуром Фишером в 1964 году [8]. Основным элементом конструктора является блок с пазами и выступом. Такая форма дает возможность соединять элементы практически в любых комбинациях. Также в комплект конструктора входят программируемые контроллеры, двигатели, различные датчики и блоки питания, что позволяет приводить механические конструкции в движение, создавать роботов и программировать их с помощью компьютера. Для управления моделями, собранными из конструкторов FISCHERTECHNIK, используется программное обеспечение ROBO Pro Software. Программы в нем составляются на графическом языке в виде блок- схем. Fischertechnik Robotics, как и LEGO Mindstorm, направлен на то, чтобы ребёнок был привязан к робототехнике конкретной компании и не пользовался конструкторами других разработчиков не менее интересных продуктов. Оба эти производителя создают искусственные препятствия для того, чтобы другие электронные модули, в том числе используемые во взрослой робототехнике, невозможно было бы подключить к моделям из-за несоответствия стандарта разъёмов. В техническом отношении Fischertechnik Robotics - это «продвинутая» игрушка, цель которой обучить ребёнка механике, электротехнике, химии и физике и совсем немного - программированию. В составе наборов конструктора есть множество элементов, позволяющих собирать совершенно невероятные вещи из области схемотроники: пневматические приводы, электрохимические суперконденсаторы. Из наборов специальных серий, например, «Экологическая энергетика», можно собрать целое производство, например, электромобиль с заправочной станцией, настоящий водородный топливный элемент или электростанцию на солнечных батареях. Развлекательный и образовательный проект Fischertechnik Robotics охватывает широкую аудиторию пользователей - от школьников младших классов до студентов и является самым популярным роботизированным конструктором в Европе. «Материальная» часть конструктора базируется на оригинальной детали Артура Фишера (выдающийся изобретатель и основатель компании), обеспечивающей соединение элементов по типу «ласточкин хвост». Таким образом, детали могут крепиться друг к другу по всем 6 граням. Конструктор VEX  Рисунок 7. Конструктор VEX Металлические наборы VEX занимают особое место среди образовательных робототехнических конструкторов. Они состоят из перфорированных металлических деталей - профиля и пластин, пластиковых элементов передач - зубчатые колеса, шкивы и колеса и т.п. [22] Наборы VEX укомплектованы современными микроконтроллерами Cortex, сервомоторами и разнообразными датчиками. Отдельно стоит отметить, что среди комплектующих VEX есть элементы пневматики и линейные передачи, различные колеса и гусеничные траки. Благодаря вышеперечисленным качествам металлические наборы VEX обладают уникальными функциональными возможностями. VEX IQ - это уникальная линейка конструкторов, сочетающая в себе разнообразие металлических конструкторов VEX и простоту использования пластиковых конструкторов. В комплекты VEX IQ входит большое количество пластиковых деталей, сенсоров, контроллеров. VEX IQ очень просты в использовании, структурные элементы соединяются и разъединяются без специальных инструментов. Огромное количество шестеренок, колес и других соединительных механизмов позволяет конструировать разнообразных мобильных роботов. В дополнение к автономному режиму работы по предварительно запрограммированным командам, VEX IQ роботами можно управляться дистанционно с помощью удобных контроллеров. VEX IQ укомплектован необходимыми датчиками, например, датчиком цвета, гироскопом, потенциометром, ИК - датчиками и многими другими. Наличие разнообразных датчиков открывает обширные возможности для разработки уникальных конструкций роботов. Серия VEX IQ состоит из трех основных наборов (Starter Kit with Controller, Starter Kit with Sensors, Super Kit). Самым популярным из них, является Super Kit.   imindsTorms Рисунок 8. Конструктор Lego Среди имеющихся сегодня на рынке образовательных конструкторов бесспорным лидером, с нашей точки зрения, являются конструкторы, разработанные датской фирмой LEGO.[5] Серия LEGO MINDSTORMS, как робототехнический конструктор впервые была представлена в 1998 году. Стандартные наборы содержали программное и аппаратное обеспечение для создания модифицируемых механических программируемых роботов, так же включали в себя интеллектуальный компьютер, так называемый «кирпич», который управляет системой, ряд модульных датчиков и двигателей, и детали из линейки LEGO Technics для создания механических систем. Первую версию конструктора комплектовали микрокомпьютером RCX. B 2006 году вышла вторая версия конструктора - NXT. Базовый набор LEGO MINDSTORMS Education NXT позволяет учащимся собирать и программировать модели реальных роботов. Учебные цели: развитие навыков поиска и выбора оптимального решения задачи, сборки, тестирования и оценки моделей; обучение в работе в команде, обмену идеями и навыкам общения; приобретение практического опыта работы с датчиками. В начале 2013 года появился набор конструктора LEGO MINDSTORMS Education Evolution 3. Данный набор оптимизирован для использования в классе. Он позволяет ученикам создавать, программировать и тестировать свои устройства, используя реальные технологии. Учебные цели: изучение ключевых принципов программирования, развитие алгоритмического мышления, создание и отладка сложных программ по управлению устройствами; получение предметных знаний путем практического экспериментирования и моделирования; изучение современных технологий с помощью создания моделей, демонстрирующих работу изучаемых концептов; подтверждение гипотез опытным путем, включая всесторонний анализ полученных данных, в том числе и прогнозирование; получение практического опыта работы с ПК и цифровым измерительным оборудованием; развитие навыков общения, умения находить компромиссные решения и работать сообща. Состав образовательной версии LEGO MINDSTORMS EV3: Микрокомпьютер EV3 - является «сердцем» и «мозгом» программируемых устройств. Заряжаемый аккумулятор. Большой сервомотор (2 штуки) - создан для работы с микрокомпьютером и имеет встроенный датчик вращения с точностью измерений до 1 градуса. Датчик вращения может использоваться при проведении различных экспериментов для точного считывания данных о расстоянии и скорости. Средний мотор. Датчик касания (2 штуки) - простой, но высокоточный инструмент, который определяет, нажата его кнопка или нет, а также способен определять количество нажатий, как одиночных, так и множественных. Ученики могут использовать его для создания и программирования устройств, способных выйти из лабиринта. Датчик цвета - способен определить восемь различных цветов. Он так же может использоваться как датчик освещенности. Ультразвуковой датчик - генерирует звуковые волны и фиксирует их отражение от объектов, тем самым измеряя расстояние до объектов. Гироскопический датчик - позволяет измерять движение вращения робота, а также улавливать изменения в его движении и положении. С помощью этого датчика легко можно измерить углы. 540 строительных элементов. Набор RJ12 кабелей. С EV3 в комплекте поставляется среда разработки на базе LabView. В данной среде существует такое понятие как проект, который содержит программу для робота, документацию и результаты экспериментов. В проект можно добавлять новые и уже существующие программы. С точки зрения программирования, можно отметить следующее: ■ тесная интеграция между P-блоком и средой программирования; специальная страница с подключенным оборудованием позволяет отслеживать статус P-блока и получать значения на датчиках в реальном времени; возможность работать с массивами; возможность досрочного выхода из цикла. Одной из отличительных особенностей нового набора конструктора LEGO является наличие программы под Android и iOS для управления роботом. Освоение учащимися LEGO-технологии позволяет: дать основные знания в области механики, конструирования и основах автоматического управления; обучить их технологии работы в среде программирования для роботов EV3; активно принимать участие в соревнованиях и творческих проектах; развивать логическое мышление, творческий и познавательный потенциал школьника, его коммуникативные способности с использованием компьютерного инструментария. При работе с использованием робототехнических конструкторов LEGO MINDSTORMS формулируется умение определять адекватные способы решения учебной задачи на основе заданных алгоритмов, комбинировать известные алгоритмы деятельности в ситуациях, не предполагающих стандартного применения одного из них, мотивированно отказываться от образца деятельности и искать оригинальные решения. Разнотипность существующих технических и программных средств, вынуждают нас возвращаться к отбору содержания и методов преподавания курса «Робототехника». При выборе из существующих или при создании новых методик обучения необходимо учитывать некоторые общие дидактические принципы: принцип научности; принцип последовательности и цикличности; принцип сознательности усвоения деятельности; принцип доступности содержания; активность и самостоятельность; индивидуализация и коллективность обучения; эффективность учебной деятельности; связь теории и практики; принцип наглядности. Помимо общих дидактических принципов, стоит отметить, что новые стандарты обучения обладают отличительной особенностью - ориентацией на результаты образования и рассматриваются на основе системнодеятельностного подхода, который призван обеспечить: формирование готовности к саморазвитию и непрерывному образованию; активную учебно-познавательную деятельность обучающихся; построение образовательного процесса с учётом индивидуальных возрастных, психологических и физиологических особенностей обучающихся. Легко реализовать такую обучающую стратегию можно в образовательной среде LEGO MINDSTORMS EV3. Данное программное обеспечение легко в освоении и простое в использовании и включает в себя интуитивно понятный язык программирования. На занятиях учащиеся смогут получить организационные навыки в работе, что в свою очередь сформирует фундамент для будущей научноисследовательской деятельности. Проведя анализ конструкторов и сред программирования для реализации методики, сделан вывод о том, что наиболее распространенным в образовательном процессе на данный момент является конструктор LEGO MINDSTORMS Education. Обучение с LEGO MINDSTORMS можно применять к любому уровню знаний и навыков, возрасту, учебной цели и ситуации. Разрабатываемые методические рекомендации для обучения основам робототехники при помощи сборника задач будут основываться на использовании робототехнического устройства LEGO MINDSTORMS EV3. |