Язык программирования lego wedo

Обновлено: 05.05.2024

Привет, Хабр! Несколько лет обучающий набор LEGO Education WeDo 2.0 и детский язык Scratch развивались параллельно, но в начале этого года у Scratch появилась поддержка физических объектов, в том числе и модулей LEGO Education. О том, как можно использовать эту связку для обучения робототехнике и что она дает ученикам и педагогам, мы расскажем в этой статье.

Основной целью изучения робототехники и программирования является не только и не столько обучение проектированию и кодингу, сколько формирование универсальных навыков. Прежде всего, проектного мышления, которому практически не уделялось внимание в школах 1990-х и 2000-х, но которое стремятся активно развивать в рамках всех школьных дисциплин в наши дни. Постановка задачи, гипотезы, пошаговое планирование, проведение экспериментов, анализ — на этом строится практически любая современная профессия, однако в рамках стандартных школьных предметов, в которых очень велика доля «зубрежки», их развивать сложно.

Робототехника облегчает усвоение других школьных предметов благодаря наглядной демонстрации физических законов в действии. Так, учитель начальных классов Юлия Понятовская рассказала нам, как ее ученики собрали первую модель — головастика без конечностей, написали программу для его перемещения и запустили. Когда головастик не сдвинулся с места, дети бросились искать технические неисправности, но в итоге пришли к выводу, что причина не в коде и не в сборке, а в том, что способ перемещения головастика не подходит для суши.

Собственные возможности LEGO Education WeDo 2.0

Базовый набор LEGO Education WeDo 2.0 рассчитан на детей в возрасте 7-10 лет. В него входят: Smart Hub WeDo 2.0, электромотор, датчики движения и наклона, детали LEGO Education, лотки и наклейки для сортировки деталей, ПО WeDo 2.0, методическое пособие для учителя и инструкции по сборке основных моделей.

Для каждой из моделей мы прописали, какие понятия из разных наук они объясняют. Например, используя «Проигрыватель», удобно объяснять детям природу звука и что такое сила трения, а с помощью «Танцующего робота» — механику движений. Задачи могут варьироваться, создаваться педагогом «на ходу» и иметь множество решений, что помогает детям улучшить навыки поиска причинно-следственных связей.

Кроме занятий по робототехнике и объяснений физических законов, набор можно использовать для программирования, потому что писать код, «оживляющий» физические объекты, куда интереснее, чем создавать что-то виртуальное.

ПО набора LEGO Education WeDo 2.0 или Scratch

В WeDo 2.0 используются технологии LabVIEW от National Instruments, интерфейс состоит только из разноцветных значков с картинками, которые при помощи drag-and-drop выстраиваются в линейную последовательность.

Используя это ПО, дети учатся строить последовательные цепочки действий — но все же это далеко от настоящего программирования, и переход к «стандартным» языкам в дальнейшем может вызвать большие затруднения. С WeDo 2.0 удобно начинать обучение программированию, но для более сложных задач его возможностей уже мало.

Тут-то на помощь и приходит Scratch — визуальный язык программирования, который ориентирован на учеников 7-10 лет. Программы, написанные в Scratch, состоят из разноцветных графических блоков, с помощью которых можно управлять графическими объектами (спрайтами).

Задавая различные значения и связывая блоки между собой, можно создавать игры, анимацию и мультфильмы. Scratch позволяет изучать концепции структурного, объектно- и событийно-ориентированного программирования, знакомит с циклами, переменными и логическими выражениями.

Scratch чуть сложнее в освоении, но гораздо ближе к текстовым языкам программирования, чем собственное ПО WeDo, поскольку в нем прослеживается классическая иерархия текстовых языков (программа читается сверху вниз), а также требуется соблюдение отступов при использовании различных операторов (while, if. else и так далее). Также важно, что текст команды отображается на программном блоке и, если убрать «цветастость», мы получим код, который почти не отличается от классических языков. Поэтому ребенку будет гораздо проще перейти со Scratch на «взрослые» языки.

Долгое время команды, написанные в Scratch, позволяли работать только с виртуальными объектами, но в январе 2019 года вышла версия 3.0, которая поддерживает физические объекты (в том числе и модули LEGO Education WeDo 2.0) с помощью приложения Scratch Link. Теперь с теми же играми и мультиками можно взаимодействовать, используя моторы и датчики.
В отличие от собственного ПО WeDo 2.0 у Scratch больше возможностей: в базовое ПО можно встроить только один собственный звук, в нем нет возможности создавать собственные процедуры и функции (то есть объединять команды в один блок), а у Scratch таких ограничений нет. Это дает больше свободы и возможностей как ученикам, так и учителю.

Обучение с LEGO Education WeDo 2.0

Стандартное занятие включает в себя обсуждение задачи, конструирование, программирование и рефлексию.

Обозначить задачу можно с помощью анимированной презентации, которая входит в комплект материалов. Затем дети должны построить гипотезы относительно того, как работает данный механизм.

На втором этапе дети занимаются непосредственно сборкой LEGO-робота. Как правило, ученики работают в парах, но возможна индивидуальная или групповая работа. Для каждого из 16 пошаговых проектов есть подробные инструкции. А еще 8 открытых проектов дают полную свободу творчества при выборе решения поставленной задачи.

На этапе программирования необходимо учитывать, что начинать лучше с собственного ПО WeDo 2.0. Когда дети освоят его и научатся работать с блоками и моделями, можно логически перейти на Scratch.

На последнем этапе идет анализ сделанного, построение таблиц и графиков, проводятся эксперименты. На этом этапе можно дать задачу на доработку модели или усовершенствование механической или программной части.

Среда программирования Lego WeDo 2.0 Подключение Смартхаба

Автор записи: Дело Техники
Запись опубликована: 10.09.2018
Рубрика записи Программное обеспечение / Робототехника
Комментарии к записи: 1 комментарий

Одним из ключевых нововведений образовательного набора WeDo 2.0 является использование технологии Bluetooth, за счет чего модели роботов стали абсолютно автономными. Это стало возможным после того, как разработчики пересмотрели функционал главного блока в наборе – смартхаба.

Смартхаб (Smarthub) – это интеллектуальный блок управления, к которому подключаются исполнительные устройства – двигатель и датчики, а сам смартхаб, в свою очередь, подключается к ноутбуку/компьютеру/планшету для получения управляющих команд. Одним словом, смартхаб – это «сердце» любого робота.

В предыдущей версии WeDo 1.0 смартхаб подключался к ноутбуку посредством USB-кабеля, что сильно ограничивало широту экспериментов, проводимых с моделью. Но сейчас на борту смартхаба имеется модуль связи, использующий новейшую технологию Bluetooth 4.0, чтобы дети могли «вживую» управлять созданными ими полностью автономными робототехническими моделями. К тому же протокол Bluetooth 4.0 отличается низким энергопотребление, что обеспечивает существенную экономию заряда аккумуляторных батарей. В нашей секции «Дело Техники» мы принципиально отказались от наборов WeDo 1.0 и оборудовали все филиалы более современной платформой – WeDo 2.0.

Но с другой стороны, некоторые начинающие пользователи программного обеспечения WeDo 2.0 столкнулись со сложностями подключения смартхаба к своим ноутбукам. Чтобы процесс установки связи по Bluetooth не вызывал вопросов мы подготовили этот обзорный материал.

Первым делом необходимо обеспечить питание смартхаба – установить две аккумуляторные батареи типа АА или оригинальный съемный аккумулятор Power Pack. По сути смартхаб готов – откладываем его в сторону и переходим к настройке ноутбука.

Так как смартхаб является Bluetooth-устройством – переходим в соответствующую панель настроек.

Жмём «+», чтобы добавить новое устройство Bluetooth.

Выбираем Bluetooth «Мыши, клавиатуры и др.типы устройств». Как только появляется диалоговое окно поиска новых устройств, нажимаем зеленую кнопку на смартхабе – он активируется и отправляет сигналы на приёмный Bluetooth модуль ноутбука.

Среда программирования Lego WeDo 2.0 Первые шаги

Автор записи: Дело Техники
Запись опубликована: 06.09.2018
Рубрика записи Робототехника
Комментарии к записи: комментария 2

Если вы стали счастливым обладателем робототехнического конструктора Lego WeDo 2.0, то в ближайшее время вы столкнетесь с необходимостью написания программ для своих первых роботов. Сделать это достаточно просто в бесплатной графической среде программирования, которая имеет одноименное название, что и сам набор, – Lego WeDo 2.0 Software.

Как отмечено выше, среда программирования распространяется разработчиком на бесплатной основе. Получить её можно двумя основными способами – загрузив из магазина приложений или скачав установочный дистрибутив с официального сайта компании.

Следующим достоинством, которое можно отметить – это мультиплатформенность. Программу можно использовать как на персональных компьютерах и ноутбуках, так и на планшетах и смартфонах. В секции робототехники «Дело Техники» мы остановились на варианте ноутбуков, а не планшетов, чтобы параллельно с программированием ребята могли получать навыки работы с ноутбуком в целом. Таким образом, можно работать с WeDo 2.0 на системах под управлением Windows, MacOS или CromeOS, а также на планшетах под управлением iOS или Android.

В основе самой платформы программного обеспечения WeDo 2.0 лежит графический язык программирования «G», созданный компанией National Instruments для среды программирования LabView. Для справки – среда LabVIEW используется в системах сбора и обработки данных, а также для управления техническими объектами и технологическими процессами. Т.е. казалось бы среда программирования для детей имеет в качестве своего прообраза ПО, которым пользуются инженеры по всему миру. На наш взгляд – это достаточно весомый аргумент.

Еще одно нововведение – это наличие встроенного инструментария документирования учебной деятельности. Работая над проектом, дети могут фиксировать результаты экспериментов и другие пометки в самой программе в режиме реального времени.

Одним словом, разработчик проделал огромный объем подготовительной работы, чтобы вхождение в образовательную робототехнику было для детей простым и увлекательным одновременно.

Первый запуск

При запуске программы появится приветственное диалоговое окно, в котором предлагается поближе ознакомиться с возможностями продукта.

Из шести кубиков LEGO размером 2х4 можно собрать 915 миллионов различных комбинаций. Но в LEGO Education конструирование из кубиков — это лишь часть дела. Даже проекты для дошкольников здесь включают в себя программирование, пусть и в простейшей форме.

Мы стремимся к тому, чтобы гибкость программной платформы LEGO Education была сопоставима с ее гибкостью на аппаратном уровне. И в этом нам помогают наши партнеры — Microsoft, Массачусетский технологический университет, Институт интегральных схем общества Фраунгофера, а также разработчики из России. В этом посте мы расскажем о новых инструментах для программирования, с которыми возможности LEGO Mindstorms Education EV3 и WeDo 2.0 становятся шире.

Microsoft MakeCode

MakeCode — это бесплатная браузерная платформа, с помощью которой можно создать программы для множества устройств, от Arduino до роботов в Minecraft. С марта в этом списке и LEGO Mindstorms EV3.

В основном окне MakeCode можно составлять программу для EV3 из блоков. Форма блоков подсказывает, как их нужно выставлять, переменные выставляются списками в окошках внутри. Слева в режиме реального времени идет демонстрация программы. Из цветастого графического редактора одним кликом можно перейти в JavaScript — здесь также будет работать живая демонстрация и выбор функций.

Редактор MakeCode работает из браузера и не требует активного интернет-соединения — целиком загружается в кэш. Созданную программу можно скачать в формате UF2 и сразу загрузить в блок EV3. Или расшарить для просмотра. Экспортируя и импортируя UF2-файлы, можно делать совместные проекты.

Scratch

Scratch — это визуальная среда программирования, разработанная в Массачусетском технологическом университете для младшей и средней школы. Объектами Scratch являются спрайты, у которых можно изменять внешний вид и поведение с помощью скриптов. Программа в Scratch работает на поле размером 480х360 пикселей.

Бета-версия Scratch 3.0

Пока что актуальна вторая версия Scratch, где можно работать только с виртуальными объектами. Но на 2 января 2019 года запланирован релиз Scratch 3.0, которая станет гораздо интересней. В нем появятся расширения для работы с физическими объектами — с устройствами для рисования, записи звука и видео, а также с LEGO Mindstorms EV3 и WeDo 2.0. WeDo 2.0 — это «младший брат» EV3, который позволит использовать LEGO Education уже в начальной школе.

Бета-версия Scratch 3.0 уже доступна, но расширений в ней пока нет. Как и MakeCode, Scratch реализован в виде бесплатного браузерного приложения. Scratch, в принципе, более функционален по сравнению с MakeCode — здесь есть инструменты для работы с графикой и звуком. С другой стороны, сейчас MakeCode гораздо теснее интегрирована с LEGO Education. Но мы еще не видели, как работают расширения Scratch — возможно, эта функция появится только к релизу.

Open Roberta

Open Roberta — это проект института интегральных схем общества Фраунгофера, вдохновленный успехами среды Scratch. Программы, написанные с помощью Open Roberta, имеют собственную семантику и синтаксис и работают через свою прошивку. Ее можно установить на SD-карту и запускать вместо оригинальной прошивки EV3. С одной стороны, это создает дополнительные сложности. С другой — благодаря этому Open Roberta совместима с наборами NXT, которые выпускались до EV3. В этом году в список поддерживаемых систем также добавили WeDo.

«Кодвардс»

Образовательная платформа «Кодвардс» — это не среда программирования, как все описанное выше. Это учебно-методический комплекс, который помогает детям через обучение основам программирования развивать цифровые навыки. Программа «Кодвардс» + LEGO Education рассчитана на школьников 7-12 лет и состоит из 8 уроков, сочетает методические материалы для учителей, а также онлайн-платформу и рабочую тетрадь для учеников. Все полученные знания закрепляются с помощью наборов LEGO Education WeDo 2.0.

Фрагмент демонстрационного урока «Кодвардс»

Для курса был разработан вариант языка CoffeeScript с упрощенным синтаксисом. Он не используется за пределами платформы, поскольку рассчитан исключительно на усвоение общих концепций языков программирования. Сейчас в состав «Кодвардса» входит два модуля программирования и ИКТ по 32 урока, которые сопровождаются двумя практическими модулями по 8 уроков, где школьники работают с LEGO Education WeDo 2.0. Запланирован выход нового модуля с собственной средой разработки (компьютерные игры, дисциплины STEM), рассчитанный на закрепление навыков проектной работы.

Создать дополнительные программные и даже аппаратные компоненты для LEGO Education Mindstorms EV3 вы можете самостоятельно. Для этого мы предоставляем все необходимые ресурсы: пакеты разработки и исходный код фирменной прошивки. WeDo 2.0 также является открытой платформой — вы можете загрузить пакет разработчика для создания ПО, совместимого со смарт-хабом WeDo 2.0, и управления другими компонентами.

У LEGO Education Mindstorms EV3 есть и собственная среда программирования, построенная на нотации LabView — инженерного языка, наиболее распространенного в проектных бюро. А базовое ПО со встроенным языком программирования для WeDo 2.0 можно скачать отсюда.

То, что робототехника в будущем будет все больше проникать в повседневную жизнь обычного человека, уже понятно многим, если не всем. И с какими возможностями и трудностями столкнется человечество — тоже дискуссия открыта.
Но как подготовить подрастающее поколение к этим изменениям, выработать у них правильное отношение к проблеме, ознакомить с принципами и правилами функционирования роботов?

Компания Lego очень серьезно подошла к этому вопросу и несколько лет назад выпустила специальный образовательный конструкторский набор LEGO Education WeDo. Несмотря на то, что набору уже несколько лет, только сейчас на него начали обращать внимание отечественные учебные заведения.

LEGO WeDo разрабатывался для учеников начальной школы (1-4 класс), но ничто не запрещает его использование для детей постарше.

В набор входят 158 деталей (все совместимы с прочими кубиками и компонентами Lego), а также:

USB-коммутатор, через который происходит управление моторами и датчиками;

мотор (направление вращения и мощность которого можно настраивать с помощью специального ПО);

датчик наклона (различает шесть положений — «Носом вверх», «Носом вниз», «На правый бок», «На левый бок», «Нет наклона», «На любой бок»);

датчик расстояния (обнаруживает объекты на расстоянии до 15 см);

программное обеспечение (представляет собой урезанный вариант графической среды программирования для «старших братьев» Mindstorms);

инструкции по сборке и программированию 12 базовых моделей моделей.

Кроме этого существует специально разработанные учебные программы и методические рекомендации вплоть до организации рабочего пространства на русском языке (чем не могут похвастаться другие образовательные комплекты Lego, преподаватели робототехники на основе Mindstorms меня поймут).

Все это позволяет организовать увлекательный учебный процесс для малышей и уже с первых школьных лет приобщиться к удивительному миру роботов, а также развить логику и творческое мышление.

Здесь можно найти видео работающих моделей из комплекта.

WeDo также рекомендуется родителям — it-шникам для игр со своим чадом.

P.S. Традиционный вопрос к читателям — какие подобные наборы для обучения детей 6-9 лет вы знаете?

Читайте также: