Образовательная робототехника

Образовательная робототехника (RE) – это широкий термин, который относится к совокупности мероприятий, учебных программ, физических платформ, образовательных ресурсов и педагогической философии. Есть много школ, которые используют учителя роботов.

RE – это учебный материал, в котором участвуют люди, которые мотивированы дизайном и построением своих собственных творений. Эти творения даются сначала мысленно, а затем в физической форме и строятся с различными типами материалов и контролируются компьютерной системой.

Определение
Первичной целью образовательной робототехники является предоставление набора опыта для содействия развитию студентом знаний, навыков и установок для проектирования, анализа, применения и эксплуатации роботов. Термин «робот» здесь используется довольно широко и может включать в себя шарнирные роботы, мобильные роботы или автономные транспортные средства любого масштаба. Строгость подхода может быть масштабирована на основе целевой аудитории и может быть пригодна для студентов по всему спектру образования – от начальной или выпускной программ.

Альтернативной или вторичной целью является использование робототехники в качестве осязаемого и захватывающего приложения для мотивации и облегчения обучения другим, часто основополагающим темам, таким как компьютерное программирование, искусственный интеллект или инженерный дизайн.

Целью педагогической робототехники является использование желания студентов взаимодействовать с роботом в пользу когнитивных процессов. Martial Vivet предлагает следующее определение педагогической робототехники:

Это деятельность концепции, создания и ввода в действие, для педагогических целей, технологических объектов, которые являются очень точными и значительными репродукциями роботизированных процессов и инструментов, которые используются ежедневно, особенно в промышленной среде.

Различия между учебной робототехникой и учебной робототехникой:

Обучающая робототехника: она использует комплекты и коммерческие материалы, которые в большинстве случаев дороги, широко используют датчики и двигатели, фокусируются на кибернетике, считаются также интегративными и позволяют перейти от конкретного к абстрактному.

Педагогическая робототехника: использует недорогие материалы, в том числе переработанные, и объединяет различные области знаний с акцентом на математику, естественные науки и технологии. Вы узнаете о компьютерах, даже без компьютера, и, подобно образовательной робототехнике, вы переходите от конкретного к абстрактному.

Кроме того, робототехника как образовательный ресурс позволяет естественным знаниям в области науки и техники в целом разрабатываться. В частности, если используется методология STEM (наука, технология, инженерия и математика).

Методика преподавания
Курс по образовательной робототехнике начинается с подхода преподавателя к проблеме, с которой студенты могут решать, используя учебные материалы, такие как механические детали, электронные компоненты и крепежи, которые поддерживаются компьютерными инструментами, позволяют создавать прототипы, программируемые для решения задач, которые решают проблему поставленный в задаче, процесс зачатия, проектирования, сборки и запуска прототипа обогащает учебный процесс ученика.

На этих курсах студенты сталкиваются с проблемами, в которых включены физические, математические и технологические концепции. Таким образом, студенты работают над концепциями, которые практическим образом изучались в различных предметах учебной программы. Это мотивирует учащихся к изучению этих предметов, поскольку они могут испытать практическое применение теоретически изученного.

И на протяжении всего курса необходимо повысить уровень сложности задач. Последнее позволит сбалансировать сложность проблемы и способность ребенка разрешать ее. Это не позволяет ребенку расстраиваться из-за того, что не может решить проблемы или становится скучно, будучи слишком простым для своих способностей.

Появляются новые образовательные тенденции, в которых студенты сочетают физические материалы с программным обеспечением, которое упрощает и приводит к результатам, которые дают учащимся понимание того, что там произошло. Таким образом, учащиеся могут понимать и экстраполировать знания, полученные с помощью этой методологии, и могут применять их по другим предметам.

Благодаря интеграции различных областей знаний можно добиться значительных результатов. Робототехника является примером интеграции различных областей знаний; Благодаря этой дисциплине интегрированы механические, электрические, электронные, компьютерные и коммуникационные системы.

Ниже приводятся основные направления работы педагогической робототехники:

Поддержка в начальном и среднем образовании;
Взрослые в профессиональной подготовке;
Робототехника применяется к инвалидам;
Робототехника как лабораторный инструмент;
Педагогическая робототехника, способствующая развитию когнитивных процессов и представлений;
Анализ и размышления об образовательной робототехнике и ее приложениях.

происхождения
Образовательная робототехника фокусируется главным образом на создании робота с единственной целью развития в гораздо более практичной и дидактической двигательной и познавательной способности тех, кто их использует. Таким образом, он призван стимулировать интерес к твердым наукам и стимулировать здоровую деятельность. Также дайте ребенку возможность организовать групповую организацию, дискуссии, которые позволят развивать социальные навыки, уважать каждую свою очередь, раскрывать и учиться работать в команде.

Образовательная робототехника имеет свое происхождение примерно в 60-х годах, когда группа исследователей из Лаборатории СМИ Массачусетского технологического института предложила построить технологические устройства, которые позволят детям взаимодействовать и программировать их для выполнения определенных действий. Именно здесь, когда исследовательская группа установила соглашение с компанией LEGO о разработке так называемого LEGO / Logo, состоящего из интеграции компонентов lego с элементами программирования, которые могут быть выполнены с компьютера. Позже, около 80-х годов, компания LEGO уже распространила это оборудование или игрушки по всему миру в образовательных целях.

Этапы
он полагает, что робот построен с использованием кабелей и оборудования, чтобы сделать это в реальной жизни, но это не так, потому что в учебной робототехнике первоначально предполагается создать робота через компьютер. Это делается с помощью специальных программ, таких как xLogo (с использованием бесплатной версии этого), где проводится небольшое исследование, чтобы убедиться, что этот робот работоспособен или нет на самом деле. Здесь, имея его на компьютере, устанавливается функция, выполняемая этим роботом, которые предназначены для выполнения небольших задач (например, например, приведения объектов или очистки объектов), и вы можете видеть на экране, как выглядит этот робот , Впоследствии, устраняя и устраивая, мы приступаем к использованию материалов для реализации на практике.

В этот момент из материалов строительной системы, таких как Lego, Múltiplo или Robo-Ed, используются различные материалы для отходов, которые не используются дома (например, картонные коробки и неиспользуемые схемы). Хотя, также используются более классные материалы, такие как металлы или другие производные.

Фазы, разделенные образовательной робототехникой:

Анализ проблемы, в которой исследуется и исследуется окружающая среда, чтобы предложить проблему, которая должна быть решена.
Дизайн, в котором возможные решения проблемы разрабатываются с использованием набора робототехники.
Конструкция, в которой модель построена с деталями и материалами, необходимыми для ее движения. Для этого используется комплект робототехники.
Программирование, в котором движения и поведение прототипа программируются через программное обеспечение.
Тест, в котором модель построена с использованием набора робототехники с необходимыми деталями, чтобы дать ему движение.
Документация, в которой собраны доказательства, которые подтверждают функциональность дизайна.
Представление, в котором созданный прототип раскрывается как альтернативное решение проблемы, которое было очевидно в окружающей среде.

И прежде чем приступать к разработке этапов, необходимо учитывать, что студентам должна быть поставлена ​​сложная ситуация; что класс должен быть организован в командах в соответствии с развитием компетенций и возможностей; и что должен быть предоставлен лист, в котором каждая группа может провести инвентаризацию материалов.

Цели
Некоторые цели обучения робототехники:

Сделайте учащихся более упорядоченными.
Продвигайте эксперименты, где ошибки являются частью обучения и самопознания.
Будьте более ответственны за свои вещи.
Развивайте большую мобильность в ваших руках.
Развивайте свои знания
Развивайте групповые навыки, позволяющие социализировать людей.
Развивайте свои творческие способности.
Возможность наблюдать каждую деталь.
Знать работу языка программирования.
Развивайте обучение в увлекательной форме.
Адаптируйте учащихся к текущим производственным процессам, в которых автоматизация играет очень важную роль.

В частности, в раннем детстве цели образования заключаются в следующем:

Развивайте важные навыки и способности для вашего будущего.
Решите задачи, поднятые в игре.
Содействовать творчеству и инновациям.
Установите отношения между объектами в пространстве.
Постепенно строить пространственно-временные отношения.

Цели образовательной робототехники с учащимися-инвалидами:

Будьте образовательными и / или терапевтическими.
Помогите получить оплаченную деятельность.
Будьте вспомогательными в осуществлении деятельности повседневной жизни.

Материалы, используемые в образовательной робототехнике
В образовательных и развлекательных робототехнических средах часто используются устройства, называемые интерфейсами управления или более разговорными контроллерами 18, задача которых состоит в объединении в единый элемент всех систем преобразования и кондиционирования, необходимых персональному компьютеру ПК, чтобы действовать как мозг автоматического управления системы или робота. Таким образом, интерфейсы управления могут быть определены как многофункциональные платы ввода / вывода (вход / выход), которые подключены к компьютеру через один из портов связи того же самого и служат в качестве интерфейса между ним и датчиками и исполнительными механизмами системы управления ,

Интерфейсы обеспечивают, в общем, одну или несколько из следующих функций:

Аналоговые входы, которые преобразуют аналоговые уровни напряжения или тока в цифровую информацию, обрабатываемую компьютером. К этим типам входов могут подключаться различные аналоговые датчики, такие как LDR (светочувствительное сопротивление).

Аналоговые выходы, которые преобразуют цифровую информацию в аналоговый ток или напряжение, чтобы компьютер мог управлять событиями «реального мира». Его основная задача – управлять различным оборудованием управления: клапанами, двигателями, сервомеханизмами и т. Д.

Цифровые входы и выходы, используемые в приложениях, где система управления должна только различать состояние цифровой величины (например, контактный датчик) и принимать решение о том, действовать или нет элемент в определенном процессе, например, активация / деактивация электромагнитного клапана.

Подсчет и синхронизация, некоторые карты включают в себя такие типы схем, которые полезны при подсчете событий, измерение частоты и амплитуды импульсов, генерация сигналов и импульсов прямоугольной волны и захват сигналов в определенный момент.

Некоторые из наиболее совершенных интерфейсов управления также имеют точную электронику для кондиционирования и преобразования сигналов, с их собственным микропроцессором и памятью. Таким образом, они даже способны хранить небольшие управляющие программы, передаваемые с компьютера, которые они могут выполнять, даже если они больше не подключены к нему.

Некоторые из них также содержат библиотеки I / S программирования, позволяющие использовать их на разных языках общего назначения, включая: LOGO, JAVA, BASIC и C. Другим языком программирования, обычно используемым в образовательной робототехнике, является Scratch, который является проектом бесплатного программного обеспечения, направленным на разработку простых приложений и служит связующим звеном для приобретения других типов навыков и способностей, которые необходимы студентам в их развитии через их соответствующие учебные планы. Scratch – это визуальный язык программирования, который позволяет создавать анимации простым способом и может служить трамплином для самого передового мира программирования.

Существуют также учебные комплекты роботизирования, такие как Acer CloudProfessor, Neulog Sense, Panda Painter Kit от Flexbot, Next, Makeblock, LEGO WeDo, bq Zum Kit, littleBits, LEGO Mindstorms EV3, Beebot, OzobotBit или Aisoy1.

Основные материалы работали в соответствии с возрастом пользователей.
В зависимости от возраста пользователя, которому направлена ​​образовательная робототехника, существуют разные виды материалов. По возрасту:

Школьный этап: на образовательной стадии образовательная робототехника обычно обрабатывается комплектами для изготовления роботов, которые имеют все необходимые части для его изготовления. Они имеют модульные компоненты и другие электронные компоненты и компоненты движения, такие как двигатели, датчики и т. Д. Программирование осуществляется из закрытых программ с блоками. Некоторые из наиболее важных брендов на этом этапе – LEGO, Fisher Technik или BQ.

Взрослый этап: на этом этапе образовательная робототехника основана на работе по прототипированию со свободными аппаратными планшетами (Arduino and Raspberry) и другими родовыми компонентами, как электронными, так и движимыми. Продукты обычно не являются специфическим брендом, за исключением вышеупомянутых бесплатных металлических пластин, таких как Arduino и малина.