Lego mindstorms education ev3 classroom

Обновлено: 03.05.2024

Обращаем Ваше внимание, что в соответствии с Федеральным законом N 273-ФЗ «Об образовании в Российской Федерации» в организациях, осуществляющих образовательную деятельность, организовывается обучение и воспитание обучающихся с ОВЗ как совместно с другими обучающимися, так и в отдельных классах или группах.

Обращаем Ваше внимание, что c 1 сентября 2022 года вступают в силу новые федеральные государственные стандарты (ФГОС) начального общего образования (НОО) №286 и основного общего образования (ООО) №287. Теперь требования к преподаванию каждого предмета сформулированы предельно четко: прописано, каких конкретных результатов должны достичь ученики. Упор делается на практические навыки и их применение в жизни.

Мы подготовили 2 курса по обновлённым ФГОС, которые помогут Вам разобраться во всех тонкостях и успешно применять их в работе. Только до 30 июня Вы можете пройти дистанционное обучение со скидкой 40% и получить удостоверение.

Столичный центр образовательных технологий г. Москва

Получите квалификацию учитель математики за 2 месяца

от 3 170 руб. 1900 руб.

Количество часов 300 ч. / 600 ч.

Успеть записаться со скидкой

Форма обучения дистанционная

ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ДОПОЛНИТЕЛЬНОГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ КРЫМ

«КРЫМСКИЙ РЕСПУБЛИКАНСКИЙ ИНСТИТУТ ПОСТДИПЛОМНОГО ПЕДАГОГИЧЕСКОГО ОБРАЗОВАНИЯ»

Кафедра естественно-математического образования

Сабитова Д.А., преподаватель

ПРЕПОДАВАНИЕ ОСНОВ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЙ РОБОТОТЕХНИКИ С ПОМОЩЬЮ КОНСТРУКТОРА

LEGO MINDSTORMS EDUCATION EV3

(практическое занятие - 4 часа)

1. Современная образовательная парадигма. Принципы применения образовательной робототехники в соответствии с требованиями ФГОС.

2. Робототехника как средство развития детского технического творчества. Первоначальное знакомство с оборудованием LEGO EV3.

3. Сх емы сборки типовых моделей. Принцип построения занятий с применением LEGO.

1. Современная образовательная парадигма. Принципы применения образовательной робототехники в соответствии с требованиями ФГОС

В соответствии с требованиями ФГОС основного общего образования обучающийся должен владеть универсальными учебными действиями, способностью их использовать в учебной, познавательной и социальной практике, уметь самостоятельно планировать и осуществлять учебную деятельность, создавать, применять и преобразовывать знаки и символы, использовать ИКТ. Для достижения требований стандарта к результатам обучения учащихся, склонных к естественным наукам, технике или прикладным исследованиям, важно вовлечь их в такую учебно-познавательную деятельность уже в начальной школе и развить их способности на следующих этапах школьного образования. Технологии образовательной робототехники способствуют эффективному овладению обучающимися универсальными учебными действиями, так как объединяют разные способы деятельности при решении конкретной задачи. Использование конструкторов значительно повышает мотивацию к изучению отдельных образовательных предметов на ступени основного общего образования, способствует развитию коллективного мышления и самоконтроля.

Основная задача современного образования - создать среду, облегчающую ребёнку возможность раскрытия собственного потенциала. Это позволит ему свободно действовать, познавая эту среду, а через неё и окружающий мир. Новая роль педагога состоит в том, чтобы организовать и оборудовать соответствующую образовательную среду и побуждать ребёнка к познанию и к деятельности.

Образовательная среда ЛЕГО, объединяет в себе специально скомпонованные для занятий в группе комплекты ЛЕГО, тщательно продуманную систему заданий для детей и четко сформулированную образовательную концепцию.

ЛЕГО-конструирование – одна из самых известных и распространённых ныне педагогических систем, широко использующая трёхмерные модели реального мира и предметно-игровую среду обучения и развития ребёнка. «Лего» в переводе с датского языка означает «умная игра». ЛЕГО конструктор побуждает работать, в равной степени, и голову, и руки учащегося. Конструктор помогает детям воплощать в жизнь свои задумки, строить и фантазировать, увлечённо работая и видя конечный результат. Именно ЛЕГО позволяет учиться играя и обучаться в игре.

Стратегия модернизации образования предполагает обновление содержания образования на основе «ключевых компетенций», которые в личностном плане проявляются как компетентности. Такую компетентностную стратегию образования легко реализовать в образовательной среде робототехника.

Робототехника является эффективным методом для изучения важных областей науки, технологии, конструирования, математики и входит в новую международную парадигму: STEM-образование (Science, Technology, Engineering, Mathematics).

Современные образовательные технологии обеспечивают включение в образовательный процесс специально организованной деятельности учащихся. Этот механизм компетентностного подхода хорошо моделируется внедрением курса робототехники в образовательный процесс школы.

Образовательная робототехника — это новое междисциплинарное направление обучения школьников. Единая линейка робототехнических конструкторов — от LEGO Education WeDo до роботов на базе микрокомпьютора EV3 — это не только средство для увлекательного конструирования, но и эффективный инструмент, который можно использовать при изучении информатики, технологии, физики и математики.

2. Робототехника как средство развития детского технического творчества. Первоначальное знакомство с оборудованием LEGO EV3

Платформа LEGO MINDSTORMS Education EV3 представляет собой универсальное образовательное средство как для урочного применения, так и для межпредметных проектов, на базе которой можно эффективно изучать современные технологии, создавать работающие модели живых организмов или механических устройств, выполнять физические и биологические эксперименты, осваивая при этом основы информатики и алгоритмики, компьютерное управление и робототехнику.

Состав ресурсного набора LEGO MINDSTORMS EV3:

ü Программируемый блок EV3.

ü Два больших сервомотора.

ü Средний сервомотор.

ü Два датчика касания.

ü Датчик цвета (может также использоваться как датчик освещенности).

ü Ультразвуковой датчик.

ü Гироскопический датчик.

ü Перезаряжаемая аккумуляторная батарея.

ü Удобный пластиковый контейнер с лотками.

ü Соединительные кабеля.

ü Инструкции по сборке.

ü 528 пластмассовых деталей Lego Technic.

LabView — язык графического программирования, в котором для создания приложений используются графические образы (иконки) вместо традиционного текстового кода. От пользователя не требуется знаний языков программирования, но понятие об алгоритме, цикле, выходе по условию и т.п. иметь нужно. Все действия сводятся к простому построению структурной схемы приложения в интерактивной графической системе с набором всех необходимых библиотечных образов, из которых собираются объекты, называемые Виртуальными Инструментами (VI).

Состав и возможности аппаратного обеспечения представлены на рисунке ниже.

Рис. 1. Аппаратное обеспечение базового набора

3. Схемы сборки типовых моделей. Принцип построения занятий с применением LEGO

Для программирования робота можно использовать визуальную среду, например, LabView или Sratch . Если загрузить в программируемый блок дополнительный модуль, то можно использовать Pyton или C ++.

Принцип построения урока и схемы сборки представлены на официальном сайте Лего.

Рассмотрим один урок с использованием базового набора Lego Mindstorms Education EV3.

Тема урока: Цвета и линии

1. Подготовка

· Ознакомьтесь с материалами для учащихся в приложении Education EV3 Classroom.

· Соберите информацию о принципе работы Датчика цвета, о режимах определения цвета и измерения яркости отражённого света.

· Вам понадобится чёрная изолента для разметки широкой чёрной линии.

· К концу урока ученики должны собрать модель Приводной платформы. Это займёт около 30 минут.

· Используйте идеи, приведенные в разделе Начало обсуждения, чтобы вовлечь учеников в дискуссию по теме урока.

· Разделите класс на пары.

3. Исследование (20 мин.)

· Попросите каждую пару учащихся собрать устройство «Направленный вниз датчик цвета» для Приводной платформы.

· Дайте им время воспользоваться предоставляемыми подпрограммами, чтобы понять, как использовать Датчик цвета для распознавания линий и движения по ним.

4. Объяснение (10 мин.)

· Попросите учеников откалибровать Датчик цвета с помощью подпрограмм и пронаблюдать за результатом.

· Проведите дискуссию о том, почему важно откалибровать Датчик цвета.

5. Дополнение (10 мин.)

· Дайте учащимся задание создать программу для более точного движения по линии.

· Не забудьте оставить время на уборку.

· Дайте оценку работе каждого учащегося.

· Для упрощения этой задачи вы можете использовать раздел оценки.

Практическое задание:

1) Разобрать урок, представленный в приложении.

2) Собрать 3 D - модель в LEGO Digital Designer .

3) Написать программу для собранного робота.

Вопросы для самоконтроля

1. Какие компетенции формируются у школьников в процессе обучения основам робототехники?

2. Приведите примеры предметных, личностных и метапредметных компетенций, формируемых на одном уроке информатики с использованием робототехники.

3. Какие среды программирования позволяет использовать образовательный набор

4. Какие датчики входят в состав базового набора LEGO MINDSTORMS Education EV 3?

Основная литература

2. Курс программирования робота Lego Mindstorms EV3 в среде EV3:основные подходы, практические примеры, секреты мастерства / Д. Н.Овсяницкий, А. Д. Овсяницкий. — Челябинск: ИП Мякотин И. В., 2014. —204 с.

3. Уроки Лего-конструирования в школе: методическое пособие/ А. С.Злаказов, Г. А. Горшков, С. Г. Шевалдина; под науч. ред. В. В. Садырина, В.Н. Халамова. — М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2011. — 120 с.: ил

4. Доусон М. Программируем на Python — СПб.: Питер, 2012. — 432 с.

Дополнительная литература

1. Сузи Р. А. Язык программирования Python: Учебное пособие. — М.: ИНТУИТ, БИНОМ. Лаборатория знаний, 2006. — 328 с.

Интернет - ресурсы:

Приложение

Тема урока: Использование захвата

План урока

1. Подготовка

Ознакомьтесь с материалами для учащихся в приложении Education EV3 Classroom.
Соберите информацию о моторизованных инструментах и о том, как они используются в робототехнике.
К концу урока ученики должны собрать модель Приводной платформы. Это займёт около 30 минут.

Используйте идеи, приведенные в разделе Начало обсуждения, чтобы вовлечь учеников в дискуссию по теме урока.
Разделите класс на пары.

3. Исследование (20 мин.)

Попросите каждую пару учащихся собрать Кубоид и устройства «Средний мотор» и «Ультразвуковой датчик» для своих Приводных платформ.
Дайте им время воспользоваться предоставляемыми подпрограммами, чтобы понять, как переместить Кубоид с помощью моторизованного инструмента.

4. Объяснение (5 мин.)

Обсудите основные особенности и ограничения устройства «Средний мотор».

5. Дополнение (15 мин.)

Дайте учащимся задание запрограммировать Приводную платформу так, чтобы она с помощью Ультразвукового датчика остановилась возле Кубоида, опустила манипулятор, захватила Кубоид и вернула его на место.
Не забудьте оставить время на уборку.

6. Оценка

Дайте оценку работе каждого учащегося.
Для упрощения этой задачи вы можете использовать раздел оценки.

Начало обсуждения

Для выполнения различных задач роботов можно оснащать моторизованными инструментами. Некоторые из них «заточены» под одну конкретную задачу, другие — более универсальны.

Используйте эти вопросы для начала дискуссии о том, как роботы могут использовать моторизованные инструменты.

Какие задачи должен выполнять моторизованный манипулятор?
В каких ситуациях вы бы выбрали узкоспециализированный моторизованный инструмент?
Когда лучше использовать универсальный инструмент?

Советы по сборке

Инструкции по сборке

Не разбирайте Приводную платформу после использования.

Советы по программированию

Основная программа

Пример решения

Индивидуальный подход

Способы упростить задание

Позвольте ученикам разместить Кубоид на известном фиксированном расстоянии.
Уделите больше времени разъяснению, как использовать Ультразвуковой датчик.

Способы сделать задание ещё интереснее

Попросите учащихся модифицировать устройство «Средний мотор» так, чтобы можно было перемещать предметы разных форм и размеров.
Дайте им задание создать собственные инструменты для Приводной платформы.

Возможности для оценки

Журнал педагога
Разработайте критерии оценки, максимально соответствующие вашим задачам, например следующие.

1. Задание выполнено частично.

2. Задание выполнено полностью.

3. Результаты превзошли ожидания.

Используйте следующие критерии для оценки успеваемости учащихся.

Учащиеся умеют передвигать и ставить предметы с помощью моторизованного инструмента.
Учащиеся могут определить, когда активировать моторизованный инструмент, с помощью Ультразвукового датчика.
Учащиеся могут дополнить программу так, чтобы вернуть предмет на стартовую позицию Приводной платформы.

Самостоятельная оценка
Попросите каждого ребёнка выбрать уровень, который, по его мнению, соответствует качеству его работы на занятии.

Бронзовый. Я переместил (-а) и отпустил (-а) Кубоид с помощью моторизованного инструмента.
Серебряный. С помощью Ультразвукового датчика я вовремя активировал (-а) моторизованный инструмент, чтобы переместить и отпустить Кубоид.
Золотой. С помощью Ультразвукового датчика я вовремя активировал (-а) моторизованный инструмент, чтобы переместить Кубоид на стартовую позицию Приводной платформы.
Платиновый. С помощью Ультразвукового датчика я вовремя активировал (-а) моторизованный инструмент, чтобы переместить различные предметы на стартовую позицию Приводной платформы.

Развитие языковых навыков

Для разностороннего развития языковых навыков предложите ученикам

Подготовить и провести презентацию работы Приводной платформы с моторизированным инструментом, уделяя особое внимание её преимуществам, использованным компонентам и т. д.

Примечание. Для выполнения этого задания требуется дополнительное время.

LEGO MINDSTORMS - образовательная робототехническая платформа, которая разработана специально для учебных заведений. Продуманные учебные материалы для учителя и учеников входят в бесплатное ПО. Все детали имеют повышенную износоустойчивость. Учебная программа рассчитана на всю среднюю школу и может использоваться для старших классов. Благодаря всему этому LEGO MINDSTORMS стал мировым стандартом для классов по робототехнике.

Подробное описание Lego Mindstorms Education EV3 можно прочитать у нас в Блоге.

Отзывов (12) | Оставить отзыв

Cовместный набор LEGO MINDSTROMS EV3 и BiTronics Lab! Это образовательный набор-конструктор для изучения основ робототехники, программирования и нейротехнологий. В состав набора входит специально разработанный Учебно-методический комплекс по изучению нейротехнологий, а также программные блоки, ин.

Cовместный набор LEGO MINDSTROMS EV3 и BiTronics Lab! Это образовательный набор-конструктор для изучения основ робототехники, программирования и не.

Отзывов (12) | Оставить отзыв

Полноценный комплект для занятий робототехникой для одного или двух учеников. Включает в себя Российский Комплект STEM, Зарядное Устройство для Lego EV3 45517, Ресурсный набор LEGO Mindstorms EV3 45560, Дополнительный набор «Космические проекты» LEGO Mindstorms EV3 45570.

Полноценный комплект для занятий робототехникой для одного или двух учеников. Включает в себя Российский Комплект STEM, Зарядное Устройство для Leg.

Отзывов (12) | Оставить отзыв

"Лунная Одиссея" – это уникальная российская образовательная робототехническая разработка про покорение ближнего космоса для учеников 5–9 классов на основе базового набора Lego Mindstorms EV3. Может использоваться в рамках дополнительного образования (на кружках, в том числе коммерче.

"Лунная Одиссея" – это уникальная российская образовательная робототехническая разработка про покорение ближнего космоса для учеников 5&ndash.

Отзывов (12) | Оставить отзыв

Ресурсный набор MINDSTORMS EV3 45560 – это дополнительный комплект деталей для Базового набора LEGO MINDSTORMS EV3 45544, состоящий из множества элементов LEGO Techniс, таких, как колеса, шестерни, поворотные и крепежные детали. Благодаря ресурсному набору можно собрать еще шесть интересных.

Ресурсный набор MINDSTORMS EV3 45560 – это дополнительный комплект деталей для Базового набора LEGO MINDSTORMS EV3 45544, состоящий из множес.

Отзывов (12) | Оставить отзыв

«Космические проекты» - это комплект-дополнение к базовому набору EV3. Основная тематика набора – космическое путешествие на планету Марс. В игровой форме учащиеся получают навыки в конструировании сложных робототехнических объектов и поиске решения поставленных задач. По ходу р.

«Космические проекты» - это комплект-дополнение к базовому набору EV3. Основная тематика набора – космическое путешествие на план.

Отзывов (12) | Оставить отзыв

Робототехнический набор TETRIX® PRIME для EV3 предоставляет вам все необходимое для подключения вашего комплекта LEGO MINDSTORMS EV3 к роботизированной системе TETRIX PRIME.

Робототехнический набор TETRIX® PRIME для EV3 предоставляет вам все необходимое для подключения вашего комплекта LEGO MINDSTORMS EV3 к роботизи.

Отзывов (12) | Оставить отзыв

Этот набор TETRIX MAX позволяет расширить возможности наборов LEGO® MINDSTORMS® EV3 ((НЕ ВХОДИТ В КОМПЛЕКТ ПОСТАВКИ)), чтобы строить большие и мощные металлические роботы, управляемые с использованием блока EV3 (НЕ ВХОДИТ В КОМПЛЕКТ ПОСТАВКИ).

Этот набор TETRIX MAX позволяет расширить возможности наборов LEGO® MINDSTORMS® EV3 ((НЕ ВХОДИТ В КОМПЛЕКТ ПОСТАВКИ)), чтобы строить больши.

Отзывов (12) | Оставить отзыв

Устройство порадует вас высокоточностью, простой эксплуатацией. Его целью является представление о том, сколько раз нажали на кнопку. Отправляя сигнал на компьютер, показывает как одно, так и несколько касаний. Lego Education — это специальные образовательные наборы от легендарного производ.

Устройство порадует вас высокоточностью, простой эксплуатацией. Его целью является представление о том, сколько раз нажали на кнопку. Отправляя сиг.

Отзывов (12) | Оставить отзыв

Датчик ускорения к микрокомпьютеру NXT (Лего NAC1040) из серии Lego Education. HiTechnic — это аналоги датчиков lego, которые не уступают по качеству оригинальным, но позволяют немного сэкономить, а также расширить функционал ваших роботов. Комплектующие HiTechnic станут хорошим дополнением.

Датчик ускорения к микрокомпьютеру NXT (Лего NAC1040) из серии Lego Education. HiTechnic — это аналоги датчиков lego, которые не уступают по .

Отзывов (12) | Оставить отзыв

Датчик-компас к микрокомпьютеру NXT (NMC1034) из серии Lego Education. HiTechnic — это аналоги датчиков lego, которые не уступают по качеству оригинальным, но позволяют немного сэкономить, а также расширить функционал ваших роботов. Комплектующие HiTechnic станут хорошим дополнением к набор.

Датчик-компас к микрокомпьютеру NXT (NMC1034) из серии Lego Education. HiTechnic — это аналоги датчиков lego, которые не уступают по качеству.

Отзывов (12) | Оставить отзыв

Этот барометрический датчик разработан в качестве дополнения к небольшой погодной станции или чтобы измерять высоту над уровнем моря. HiTechnic — это аналоги датчиков lego, которые не уступают по качеству оригинальным, но позволяют немного сэкономить, а также расширить функционал ваших робо.

Этот барометрический датчик разработан в качестве дополнения к небольшой погодной станции или чтобы измерять высоту над уровнем моря. HiTechnic &md.

Отзывов (12) | Оставить отзыв

Специальное зарядное устройство постоянного тока для зарядки аккумуляторных батарей к микрокомпьютерам EV3, NXT и WeDo 2.0. Зарядка не оригинальным устройством может привести к поломке аккумулятора LEGO.

Специальное зарядное устройство постоянного тока для зарядки аккумуляторных батарей к микрокомпьютерам EV3, NXT и WeDo 2.0. Зарядка не оригинальным.

Отзывов (12) | Оставить отзыв

Аккумуляторная батарея постоянного тока для микрокомпьютера EV3 емкостью 2050 мАч. Lego Education — это специальные образовательные наборы от легендарного производителя развивающих игрушек LEGO для профессионального педагогического применения на базе лего-деталей, передовые образовательные .

Аккумуляторная батарея постоянного тока для микрокомпьютера EV3 емкостью 2050 мАч. Lego Education — это специальные образовательные наборы от.

Отзывов (12) | Оставить отзыв

Этот мощный микрокомпьютер будет сердцем и мозгом вашего робота, сделает работу с устройством успешной, позволит вам с легкостью достичь высоких показателей работы. Контролирует моторы, собирает данные датчиков. Подходит для роботов MINDSTORMS Education EV3. Lego Education — это специальные.

Этот мощный микрокомпьютер будет сердцем и мозгом вашего робота, сделает работу с устройством успешной, позволит вам с легкостью достичь высоких по.

Отзывов (12) | Оставить отзыв

Этот экспериментальный набор СуперПро позволяет объединять электронные компоненты и микрокомпьютер NXT. HiTechnic — это аналоги датчиков lego, которые не уступают по качеству оригинальным, но позволяют немного сэкономить, а также расширить функционал ваших роботов. Комплектующие HiTechnic с.

Этот экспериментальный набор СуперПро позволяет объединять электронные компоненты и микрокомпьютер NXT. HiTechnic — это аналоги датчиков lego.

Отзывов (12) | Оставить отзыв

Белое поле размером 1500 х1500 мм с нанечеными черными линиями, изображающими сложную траекторию движения, по которой двигаются роботы во время тренировки или соревнования. Поле предназначено для опытных робототехников.

Белое поле размером 1500 х1500 мм с нанечеными черными линиями, изображающими сложную траекторию движения, по которой двигаются роботы во время тре.

Отзывов (12) | Оставить отзыв

Небольшое тренировочное поле, изготовленное на высококачественном баннере из плотного материала. Подходит для опытных робототехников.

Отзывов (12) | Оставить отзыв

Набор Lego Education WRO Brick Set 45811 был анонсирован для WRO 2016 и используется для изготовления элементов столов для соревнований основной категории Всемирной олимпиады роботов (World Robotics Olympiad) во всех возрастных категориях. Lego Education — это специальные образовательные на.

Набор Lego Education WRO Brick Set 45811 был анонсирован для WRO 2016 и используется для изготовления элементов столов для соревнований основной ка.

Отзывов (12) | Оставить отзыв

Готовое тренировочное полея для соревнований WRO 2018 в Основной категории в средней возрастной группе

Отзывов (12) | Оставить отзыв

Теперь вы можете использовать платформу EV3, чтобы в полной мере освоить навыки программирования на языке Python в приложении MicroPython. Чтобы начать программировать на Python, просто установите изображение EV3 MicroPython на любую карту microSD, вставьте её в слот микрокомпьютера EV3 и включит.

Теперь вы можете использовать платформу EV3, чтобы в полной мере освоить навыки программирования на языке Python в приложении MicroPython. Чтобы на.

Отзывов (12) | Оставить отзыв

Базовый набор LEGO® MINDSTORMS Education EV3. Робототехника, STEM, информатика, инженерное проектирование. 6 уроков. 5-8 классы.

Если вашему ребёнку от 10 лет и более, то этот конструктор - ровно то, что вы ищете. Зачем покупать готовую игрушку, если ребёнок может собрать робота сам? Это самый современный программируемый набор от Lego на основе микроконтроллера Майндстормс ev3. И хотя инструкция предлагает только один вариант сборки, даже исходя из самого просто набора mindstorms, ваш ребёнок сможет собрать более 100 различных роботов, единственное ограничение – только его фантазия.

У нас вы сможете купить лего mindstorms education ev3 не только в базовом наборе, но и в ресурсном, содержащем дополнительные детали для создания роботов. Также мы рады предложить вам программное обеспечение и лицензию как на один персональный компьютер, так и на весь класс или даже всю школу. Потратьте деньги на вашего ребёнка с пользой – подарите ему развивающий конструктор. Ведь обучение в игровой форме наиболее эффективно для детей данной возраста. Так совместите же приятное с полезным!

С помощью программируемого микро-компьютера, интуитивно понятного и функционального ПО и увлекательным STEM-проектам робототехнические наборы LEGO®MINDSTORMS® Education EV3 помогают учащимся школы решать практические задачи и выполнять разнообразные задания на занятиях по программированию.

Практико-ориентированный подход к программированию с новым LEGO®MINDSTORMS® Education EV3! Шаг за шагом на ваших глазах ребёнок приобретает и развивает навыки практического программирования. Конструируй! Программируй! Учись!

Привет, Хабр! Мы уже рассказывали о платформе LEGO MINDSTORMS Education EV3. Основные задачи этой платформы — обучение на практических примерах, развитие навыков STEAM и формирование инженерного мышления. В ней можно проводить лабораторные работы по изучению механики и динамики. Лабораторные стенды из кубиков LEGO и утилиты по регистрации и обработке данных делают опыты еще интереснее и нагляднее и помогают детям лучше понять физику. Например, школьники могут собрать данные о температуре плавления и с помощью приложения систематизировать их и представить в виде графика. Но это только начало: сегодня мы расскажем, как дополнить этот набор средой программирования MicroPython и использовать его для обучения робототехнике.

Учим программированию с помощью EV3

Современные школьники хотят видеть красочный результат. Да, им скучно, если программа выводит в консоль числа, и они хотят рассматривать цветные графики, диаграммы и создавать настоящих роботов, движущихся и выполняющих команды. Обычный код тоже кажется детям слишком сложным, поэтому обучение лучше начинать с чего-нибудь полегче.

Базовая среда программирования EV3 создана на основе графического языка LabVIEW и позволяет задавать алгоритмы для робота визуально: команды представлены в виде блоков, которые можно перетаскивать и соединять.

Такой способ хорошо работает, когда нужно показать, как строятся алгоритмы, но он не подходит для программ с большим количеством блоков. При усложнении сценариев необходимо переходить на программирование с помощью кода, но детям трудно сделать этот шаг.

Здесь есть несколько хитростей, одна из которых — показать, что код выполняет те же задачи, что и блоки. В среде EV3 это можно сделать благодаря интеграции с MicroPython: дети создают одну и ту же программу в базовой среде программирования с помощью блоков и на языке Python в Visual Studio Code от Microsoft. Они видят, что оба способа работают одинаково, но кодом решать сложные задачи удобнее.

Переходим на MicroPython

Среда EV3 построена на базе процессора ARM9, и разработчики специально оставили архитектуру открытой. Это решение позволило накатывать альтернативные прошивки, одной из которых стал образ для работы с MicroPython. Он позволяет использовать Python для программирования EV3, что делает работу с набором еще ближе к задачам из реальной жизни.

Чтобы начать работать, нужно скачать образ EV3 MicroPython на любую microSD-карту, установить ее в микрокомпьютер EV3 и включить его. Затем нужно установить бесплатное расширение для Visual Studio. И можно приступить к работе.

Программируем первого робота на MycroPython

На нашем сайте есть несколько уроков для освоения базовых понятий робототехники. Модели на EV3 знакомят детей с азами, которые используются в самоуправляемых автомобилях, заводских роботах-сборщиках, станках с ЧПУ.

Мы возьмем для примера чертежную машину, которую можно научить рисовать узоры и геометрические фигуры. Данный кейс является упрощенным вариантом взрослых роботов-сварщиков или фрезеровщиков и показывает, как можно использовать EV3 совместно с MicroPython для обучения школьников. А еще чертежная машина может разметить отверстия в печатной плате для папы, но это уже другой уровень, требующий математических расчетов.

Для работы нам понадобятся:

базовый набор LEGO MINDSTORMS Education EV3;
большой лист клетчатой бумаги;
цветные маркеры.

Сначала инициализируем библиотеку модулей EV3:

Настраиваем платформу, которая вращает ручку как мотор в порте B. Задаем передаточное отношение двухступенчатой зубчатой передачи с количеством зубьев 20-12-28 соответственно.

Настраиваем подъемный механизм для ручки как мотор в порте C:

Настраиваем гироскоп, измеряющий угол наклона ручки, в порте 2:

Настраиваем цветовой датчик в порте 3. Датчик используется, чтобы определять белую бумагу под чертежной машиной:

Настраиваем датчик касания в порте 4. Робот начинает рисовать, когда датчик нажат:

Определяем функции, которые поднимают и опускают ручку:

Определяем функцию для поворота ручки на заданный угол или до определенного угла:

Если целевой угол больше, чем текущий угол гироскопического датчика, продолжаем движение по часовой стрелке с положительной скоростью:

Если целевой угол меньше, чем текущий гироскопического датчика, то двигаемся против часовой стрелки:

Останавливаем вращающуюся платформу, когда целевой угол будет достигнут:

Устанавливаем начальное положение ручки в верхнем положении:

Теперь идет основная часть программы — бесконечный цикл. Сначала EV3 ожидает, когда датчик цвета обнаружит белую бумагу или синюю стартовую клетку, а датчик касания будет нажат. Затем он рисует узор, возвращается в исходное положение и повторяет все заново.

Когда устройство не готово, светодиоды на контроллере принимают красный цвет, и на ЖК-экране отображается изображение «палец вниз»:

Дожидаемся, когда датчик цвета считает синий или белый цвет, устанавливаем цвет светодиодов зеленым, отображаем на ЖК-экране изображение «палец вверх» и сообщаем, что устройство готово к работе:

Дожидаемся нажатия датчика касания, присваиваем гироскопическому датчику значение угла 0 и начинаем рисовать:

Поднимаем держатель ручки и возвращаем его в исходное положение:

Вот такая несложная программа у нас получилась. И теперь запускаем ее и смотрим на робота-чертежника в деле.

Что дают такие примеры

EV3 — это инструмент для профориентации в рамках профессий STEM и точка входа в инженерные специальности. Так как на нем можно решать практические задачи, дети получают опыт технических разработок и создания промышленных роботов, учатся моделировать реальные ситуации, понимать программы и анализировать алгоритмы, осваивают базовые конструкции программирования.

Поддержка MicroPython делает платформу EV3 подходящей для обучения в старших классах. Ученики могут попробовать себя в роли программистов на одном из самых популярных современных языков, познакомиться с профессиями, связанными с программированием и инженерным проектированием. Наборы EV3 показывают, что писать код — это не страшно, готовят к серьезным инженерным задачам и помогают сделать первый шаг к освоению технических специальностей. А для тех, кто работает в школе и связан с образованием, у нас подготовлены программы занятий и учебные материалы. В них детально расписано, какие навыки формируются при выполнении тех или иных задач, и как полученные навыки соотносятся со стандартами обучения.

Известная притча гласит, что, когда к мудрецу обратилась молодая мать с ребенком на руках и спросила, с какого возраста ей следует начинать воспитание отпрыска, старец ответил, что она опоздала на столько лет, сколько уже было ребенку. С выбором будущего призвания ситуация достаточно похожая. Сложно требовать осознания своих склонностей и интересов от младенца, но вот уже в средней школе начинаются всевозможные специализации, и к этому времени неплохо бы уже знать, в какую сторону двигаться подросшему чаду. Но одно мы знаем уже почти наверняка – в течение ближайших десятилетий от 30 до 80% профессий будут полностью автоматизированы.

Робототехника, кибернетика, понимание алгоритмов – тот набор навыков, с которым, скорее всего, человеку не будут грозить настолько туманные перспективы. Конечно, скорее всего параллельно с заменой рабочей силы на роботов будет развиваться и концепция безусловного базового дохода, вот только вряд ли вы хотите для своего ребенка подобного будущего.

Способов быстро показать молодой и заинтересованной аудитории основы программирования и робототехники сейчас существует много. Все они стоят недорого, достаточно просты в освоении, дают уже через несколько часов понимание основ алгоритмов и концепций кибернетических устройств. Но в учебных классах легко столкнуться и с недостатками этих платформ – ограниченной износоустойчивостью (да и чего греха таить – «идиотоустойчивостью» тоже) макетных плат, не очень дружелюбными для детей 11-12 лет интерфейсами ПО, относительно небольшим элементом «игры».

Со всеми этими недостатками уже больше двадцати лет борются в самой известной компании-производителе развивающих наборов LEGO Education. Речь идет, разумеется, о платформе MINDSTORMS Education EV3. Начиная с произведенных в начале 90-х Mindstorms RCX и заканчивая самым современным комплексом MINDSTORMS Education EV3 принцип формирования платформы остается прежним. В основе лежит «умный кирпич» (“intelligent brick”), это микрокомпьютер с экраном и портами ввода-вывода, к которому подключаются все остальные компоненты. Как и в любой робототехнической системе периферийные устройства подразделяются на сенсоры и эффекторы. При помощи сенсоров робот воспринимает окружающий мир, а благодаря эффекторам – реагирует на него в соответствии с заложенной программой. Соединяются компоненты платформы вместе простыми кабелями без пайки, а механические конструкции ограничены только прочностью пластиковых деталей и фантазией конструкторов.

В предыдущем посте мы рассматривали возможности таких решений в общем и целом, сейчас же хотим подробнее остановиться именно на LEGO MINDSTORMS Education EV3.

LEGO MINDSTORMS Education EV3 сделан совместимым с деталями Lego Technic. Это означает, что платформу можно использовать для создания самых разнообразных и даже невероятных конструкций, от простых «машинок» и «роборук» до сложных конвейеров или даже «решателей» кубика Рубика. Фактически любой набор Lego Technic может стать источником деталей для проектов, также никаких проблем не будет с заменой пострадавших запасных частей. Да, выглядят они не так брутально, как старый советский алюминиевый конструктор, но на практике оказываются даже прочнее изделий из металла. По крайней мере в моей коллекции, стартовавшей в 1993 году, еще не обнаружилось ни одной сломанной детали.

В комплекте с базовым образовательным набором MINDSTORMS Education EV3 есть 541 деталь Lego Technic. Можно докупить как специализированный ресурсный набор вроде 45560 (или более старый 9648, выпускавшийся еще для NXT), так и просто большой конструктор типа 42043 (2800 деталей) или 42055 (почти 4000 деталей), и, вдоволь наигравшись с основной моделью, пустить его на «кирпичики» для кибернетических опытов. В пересчете на одну деталь Lego здесь очень сильно выигрывает у других наборов – всего 3-5 рублей за одну штуку.

Ну а если у кого-то сохранилась старая коллекция, включающая десятки тысяч деталей, то беспокоиться о ресурсах и вовсе не придется.

Скриншот из сервиса Brickset (интерактивная база для владельцев конструкторов Lego, позволяющая собирать разнообразную статистику) автора

Впрочем, это касается только «пассивных» элементов вроде балок, колес или соединительных пинов. Сенсоры и эффекторы, разумеется, значительно дороже, но и в базовом комплекте их более чем достаточно. Mindstorms EV3 поставляется в комплекте с тремя моторами (два побольше и помощнее и один компактный сервопривод), парой сенсоров касания (своего рода «умные» кнопки), ультразвуковым, гироскопическим и цветовым сенсорами (он же может работать в режиме сенсора освещенности). Плюс сохранена совместимость с датчиками от предыдущего поколения роботов Lego Education – Mindstorms NXT (в их число входит, например, датчик уровня шума).

Но вернемся к «умному кирпичу», сердцу системы. Это действительно довольно увесистый и объемный «кирпичик», оснащенный монохромным ЖК-экраном 178х128 (на него выводится не только меню, но и всевозможные кастомные картинки в процессе работы) с изменяемым цветом подсветки. При помощи проводов со стандартным разъемом RJ-12 к нему подключаются сенсоры и эффекторы (до четырех устройств каждого типа), есть слот для microSDHC и USB-порт.

Последний можно использовать как для загрузки собственно программ, так и для обновления прошивки. Однако не обделен микроконтроллер и беспроводными интерфейсами, при желании загружать программы можно через Wi-Fi (нужен внешний модуль) или Bluetooth (встроен). Также, если мы собираем робота с дистанционным управлением, «рулить» им можно с использованием беспроводной связи со смартфона или планшета.

Плюс появился четвертый порт для моторов, само по себе это значительное расширение функционала, которое оправдывает апгрейд.

USB-порт теперь поддерживает режим хоста, это позволяет не только подключать Wi-Fi-адаптер, но и соединять несколько блоков EV3 в одного сложного робота. Правда, и уровень задач при этом становится совершенно «не детским».

Наконец, MINDSTORMS Education EV3 обзавелся поддержкой аккумуляторного питания. Вместо шести АА-батареек можно установить идущий в комплекте литиево-ионный аккумулятор на два с хвостиком ампер-часа. Конечно, никто не запрещает пользоваться пальчиковыми аккумуляторами типа eneloop, но необходимость их вынимать для зарядки делает юзабилити ниже среднего. Да и по цене пара комплектов eneloop c зарядником вполне сравнима с фирменным аккумулятором.

Теперь посмотрим на эффекторы из базового набора. Два из них – мощные моторы, аналогичные уже использовавшимся в NXT, продолговатые устройства, развивающие благодаря внутренней понижающей передаче серьезный крутящий момент.

На случай блокировки мотора предусмотрен механический фрикцион, который начинает проскальзывать, если трение больше расчетного, так что мотор довольно сложно спалить.
Имеется датчик угла поворота с разрешением в один градус (мотор сообщает контроллеру, на какой угол сейчас повернута его ось) и возможность точно синхронизировать вращение всех подключенных моторов.

Третий, так называемый М-сервопривод (средний по размеру мотор) выдает в три раза меньший крутящий момент, но зато его скорость вращения выше почти в два раза.

Что касается сенсоров, то на самом деле вовсе не обязательно ограничиваться теми, что предлагает LEGO Education (хотя и их выше крыши для любого образовательного проекта), ряд сторонних компаний выпускает совместимые и порой довольно экзотические сенсоры. Исходный код прошивки и аппаратные спецификации полностью открыты.

Программное обеспечение

Мы много говорили об аппаратной базе, но на самом деле далеко не только она определяет эффективность занятий по робототехнике. Именно наличие действительно интуитивно понятного ПО на множестве платформ (Мак, ПК, мобильные устройства) и готовых учебных планов делает LEGO MINDSTORMS Education EV3 платформой выбора при обучении, и особенно на рубеже начальной и средней школы, для детей лет десяти.

Приветственный экран приложения на iPad

Визуализация алгоритмов в родном ПО LEGO MINDSTORMS Education EV3 находится просто на высшем уровне – достаточно буквально за несколько минут усвоить основные виды взаимодействия логических блоков (условия перехода, цикл и т.д.) и в дальнейшем постепенно наращивать сложность программ. Разумеется, есть и готовые обучающие проекты для десятков разнообразных моделей роботов, а при желании в интернет-сообществах можно найти тысячи интересных программ.

Пример программы в приложении для iPad

Продвинутые же пользователи могут установить LabVIEW или RobotC – «мозги» LEGO MINDSTORMS Education EV3 полностью совместимы с этими пакетами. Вот экспортировать старые проекты для NXT без дополнительной конвертации, увы, не выйдет.

С образовательной же точки зрения гораздо больший интерес представляет версия ПО для настольных компьютеров. Оно позволяет вести электронные тетради учеников, благодаря которым преподаватель может из своей версии приложения оценивать успехи конкретного ученика и наблюдать за его прогрессом. Плюс ко всему можно использовать не только имеющиеся на борту ПО учебные материалы (коих множество), но и с помощью встроенного редактора контента создавать свои собственные.

Обучающие видео по работе с редактором контента EV3

А еще в десктоп-версии есть утилита регистрации данных с возможностью программирования областей графика в зависимости от пороговых значений. То есть теперь педагог может с легкостью продемонстрировать работу современных технологий в рамках умного дома, к примеру.

Микрокомпьютер EV3 будет собирать данные с датчиков в реальном режиме времени и в зависимости от температурного фона запускать ту или иную программу модели. При высокой температуре включается вентилятор, при низкой — обогреватель. А ученики смогут фиксировать и анализировать данные, дорабатывая модель.

Журналирование данных

Открытость прошивки «умного кирпича» уже сыграла свою роль: существуют альтернативные варианты с поддержкой большинства популярных языков программирования (десятки их). По большому счету использование EV3 можно «прикрутить» к любому образовательному проекту, связанному с программированием, поскольку мало что так радует, как возможность увидеть работу собственных алгоритмов «в железе».

Многие ждут, что камнем преткновения в этой истории может оказаться цена. Действительно, за Базовый набор придется выложить 29 900 рублей, плюс еще 2 500 отдать за зарядку. Однако в эту сумму включены детали и электроника для комфортной работы двух учеников, а также полноценное базовое ПО с 48 готовыми занятиями (которое с января 2016 полностью бесплатно, как для частных лиц, так и для организаций). Конечно, дополнительное оборудование и комплекты заданий могут увеличить стоимость, но в пределах разумного. Так комплект для 8 учеников, включающий базовые и ресурсные наборы LME EV3, зарядные устройства, ПО и дополнительный комплект заданий «Инженерные проекты», обойдется в 174 900. Вполне приемлемо для оснащения, например, кружка в школе.

Да, это заметно дороже простых Arduino-подобных платформ. Но и возможности, а также уровень вовлеченности гораздо выше. Учебную программу на базе EV3 можно спокойно планировать на всю среднюю школу и дальше. Кроме того, при адекватном использовании LEGO MINDSTORMS Education EV3 банально «переживет» несколько простых комплектов за счет механических качеств, легкой заменяемости и доступности деталей (на моей практике только один шлейф RJ-12 потребовал замены в 10-летнем NXT).

В итоге мы видим практически оупенсорсный проект, поддерживаемый гигантской компанией со всеми положенными в такой ситуации бонусами – большим жизненным циклом, доступностью запчастей и расширений, официальными и любительскими гайдами, развитым сообществом. Mindstorms стал практически стандартом западных образовательных классов по робототехнике для детей, и было бы по-настоящему здорово увидеть его широкое распространение и в России.

Выбор пути

А теперь к главному. В отличие от наборов WeDo 2.0, EV3 ориентирован на среднюю школу, соответственно, на детей постарше, для которых вопрос выбора будущей профессии стоит уже посерьезнее.

Используя EV3, каждый из учеников сможет активнее раскрыть те способности, которые были в нем заложены природой, воспитанием и учебным процессом.

Прирожденный математик будет пристально следить за телеметрией датчиков, за тем, как именно фиксируется пройденное роботом расстояние, как записывается угол, на который он отклоняется, и прочее.

Будущий айтишник, само собой, погрузится в программирование робота, разбирая алгоритмы, по которым тот движется. И непременно будет создавать свои, не предусмотренные штатной инструкцией.

Увлеченный физикой ребенок сможет с помощью робота проводить наглядные эксперименты, благо с датчиками у наборов проблем нет, равно как и у ребенка — с фантазией.

В общем, какие бы у ребенка ни были интересы и любимые предметы в школе, обучение с использованием наборов MINDSTORMS EV3 позволит четче их выделить и сконцентрироваться на их развитии в будущем.

В жизни

На данный момент решения компании уже используются учащимися для создания интересных проектов, как в рамках различных конкурсов, так и для общего развития. О ряде из них в этом году писали СМИ.

Астраханские школьники Руслан Казимов и Михаил Гладышев на базе регионального технопарка разработали робот-тренажер для реабилитации суставов рук.

На разработку тренажёра восьмиклассники потратили чуть меньше двух месяцев. Они представили свой проект на региональном этапе IX Всероссийского конкурса научно-инновационных проектов в ЮФО, где заняли второе место. В дальнейшем они планируют создать промышленный образец – пока разработчики предлагают только прототип, изготовленный из образовательного робототехнического набора LEGO MINDSTORMS Education EV3.

Устройство дублирует движения, выполняемые врачом – суставы начинают работать, тем самым восстанавливается подвижность не только их, но и групп мышц. Пока устройства связаны через Bluetooth, в будущем будут взаимодействовать с помощью интернета или Wi-Fi.

Аналоги такого устройства есть на рынке, однако астраханский прибор может работать одновременно с плечевым, лучезапястным и локтевым суставами. Кроме того, он переносной и работает от аккумулятора. Также есть возможность удалённого управления, то есть пациент может тренироваться, не выходя из дома.

На Всемирной Олимпиаде по робототехнике 2015 года (WRO 2015) российская команда DRL из Санкт-Петербурга была награждена специальным призом за креативность от компании LEGO Education (LEGO EDUCATION CREATIVITY AWARD).

Российская команда DRL представила проект CaveBot. Ребята из Санкт-Петербурга под руководством тренера Сергея Филиппова создали уникального робота-исследователя для обнаружения неизведанных областей в пещерах. Разработка затрагивает различные научные области, так как уникальный робот делает возможным выполнение разнообразных по сложности задач.

Команда построила робота-скалолаза, оснащенного различными датчиками, для обнаружения предметов с целью их последующего исследования. Полученные данные могут быть превращены в 3D-модели на компьютере.

А 13-летний Шубхэм Бэнерджи создал принтер Брайля из частей LEGO в рамках школьного научного проекта. Позже, при участии его семьи, был создан стартап по запуску изобретения, который получил финансовую поддержку от технической корпорации Intel.

(Photo: Marcio Jose Sanchez, AP)

Идея создать принтер пришла к Шубхэму после исследования Брайля в сети Интернет. Поняв, что принтеры для слепой печати стоят от 2,000$ и выше, школьник решил сделать более дешевую версию.

Вскоре после изобретения незрячие дети и их родители начали связываться с Шубхэмом с единственной просьбой — сделать недорогой принтер Брайля, обещая «купить его прямо с полки».

Как видите, использование MINDSTORMS Education EV3 в процессе обучения позволяет учащимся по-максимуму включать фантазию, создавая все новые и новые механизмы, которые не только помогают реализовать идеи или наглядно провести какие-либо эксперименты, но и начать определяться со своей будущей профессией.

Если у вас есть вопросы насчет использования этих решений в образовательном процессе (или о самих продуктах) — пишите их в комментариях.

Компания LEGO была основана в 1932 году. С самого первого дня энтузиасты начали создавать игрушки, которые помогали детям развивать логическое и аналитическое мышление, воображение и творческие навыки.

Но в 1991 году LEGO начала терпеть убытки и утрачивать свою популярность. После нескольких лет борьбы было решено возродить компанию с помощью робототехники- новых инновационных игр для детей.

Так, в 1998 году миру был впервые представлен робот LEGO Mindstorms Education. Спустя 8 лет компания выпустила новую версию конструктора, назвав её LEGO Mindstorms Education NXT. А уже в 2013 году мир увидел еще одного, на данный момент самого последнего робота, LEGO Mindstorms Education EV3.

Почему детям необходим робот LEGO Mindstorms Education EV3

Данный продукт LEGO Education имеет ряд преимуществ. Наличие микрокомпьютера позволяет проводить множество экспериментов, изучать свойства робота и, что самое главное, осваивать базовые навыки программирования.

Детям LEGO Mindstorms Education EV3 будет особенно полезен. Робот поможет им развить мелкую моторику рук, а также научиться взаимодействию с другими ребятами, ведь интереснее всего играть с LEGO Mindstorms Education EV3 в небольшой группе.

Как LEGO Mindstorms Education EV3 влияет на детей

Сейчас робототехника LEGO Education становится все более популярной. Множество детских садов и школ уже ввели уроки с LEGO Education в свою программу. Роботы LEGO Mindstorms Education EV3 стали незаменимой частью таких познавательных занятий.

Воспитатели, директора и другие сотрудники учебных заведений отмечают, что после занятий с робототехникой LEGO Education дети становятся более смышлёными, внимательными и усидчивыми. С самых ранних лет они проявляют интерес к программированию, наукам и технологиям. Всё это происходит благодаря роботу LEGO Mindstorms Education EV3.

Читайте также: