Перспективный стандарт образовательного робота от Лаборатории проектов 169

Предпосылки:

Мы больше 5 лет исследуем возможности внедрения робототехники в образовательный процесс, сотрудничая с ведущими отечественными (Robbo, MGBot, Trik) и зарубежными (MakeBlok, Elecfreaks) компаниями, создавая учебные пособия и образовательные наборы.

В центре внимания всегда была проблема создания некоторого стандарта, позволяющего различным производителям выпускать роботов, компоненты, ПО, учебные пособия не только для «себя любимых», но и в рамках некой единой экосистемы, основанной на открытости ПО и аппаратной составляющей. Причина проста – добротная обучающая система в области робототехники должна быть представлена большой экосистемой с продуманной и проработанной методической и дидактической поддержкой.

Это может быть очень дорогостоящий проприетарный продукт, вроде образовательных систем Lego, где отточенные материалы для различных ступеней обучения, множество компонентов, развитая система конкурсных дисциплин.

Либо это может быть продукт, основанный на свободных программной и аппаратной реализации (Open Source и Open Hardware), совместимый с множеством уже разработанных в мире решений, над которыми работает огромная армия программистов и разработчиков вспомогательных материалов.

К сожалению, большинство разработчиков (и отечественных в том числе) на первых же этапах создания таких продуктов стараются затруднить их использование с «чужим железом» и ПО. И так появляется множество разрозненных платформ, над которыми работает несколько инженеров и программистов компании, а не весь мир. И это беда, требующая исправления. Пока сложно ожидать, что какая-то компания в одиночку разработает реально полноценную экосистему, альтернативную тому же конструктору Lego. Даже в плане методической поддержки. Несколько авторов вряд ли смогут тягаться с армией высокооплачиваемых разработчиков дидактик и методик. А вот мир свободной робототехники – может. Дайте только единство подходов и не требуйте изменять/адаптировать учебные пособия под каждый набор отдельно.

В современном изменчивом мире технические средства обучения стремительно устаревают. Яркий тому пример - эволюция наборов образовательной робототехники. Мобильные робоплатформы Lego, fischertechnik и ТРИК совсем недавно казались пределом совершенства, а теперь начинают уступать отдельным наборам на базе Arduino не только в отношении стоимости, но и по целому ряду важных потребительских свойств.

Опыт тестирования различных робототехнических Arduino-наборов в нашей школе (региональной экспериментальной площадке) показал, что далеко не все они годятся для занятий с детьми. Не тратя время на сравнения и обзоры, хотелось бы сразу озвучить вывод, к которому мы пришли: к 2018-2020 г.г. робототехническая платформа Makeblock mBot Educational Robot Kit является если и не самой лучшей (не будем обижать других производителей), то одной из самых лучших для образовательных целей. Стартовый комплект имеет оптимум возможностей, и их легко существенно увеличить с помощью готовых наборов расширений либо отдельных электронных и механических компонентов. Для робоплатформы mBot существует огромное количество уже разработанных учебных материалов. В 2018 году получил престижную мировую награду, став победителем 2018 Family Choice Awards и получив сертификат «CERTIFIED EDUCATIONAL QUALITY».

И до сих пор стандарты открытости в ПО и архитектуре, заданные mBot остаются актуальными.

Но время идет, и наша учебная и проектная деятельность по робототехнике потребовала расширения функционала этой платформы. Мы разработали перечень минимально достаточных для образовательного комплекта по робототехнике требований, позволяющих охватить проектными задачами обучающихся с 3 по 11 класс и  позволяющего реализовывать широкий спектр проектов от начального до продвинутого уровня, включая элементы ИИ.

1. Список базовых возможностей должен включать в себя «эталонный» набор, сложившийся к настоящему моменту: кнопка (старт или выбор программы), перемещение (управление двумя коллекторными двигателями), звуковые сигналы (проигрывание музыкальных нот), световые сигналы (два световых индикатора с возможностью выбора яркости и оттенка цвета), датчик освещённости, датчик линии (цифровой, с тремя сенсорами и встроенной светодиодной индикацией), 2 дальномера (ультразвуковой и инфракрасный), сервомотор для управления поворотом головы и гироскоп для отслеживания поворотов корпуса.
   
   
2. Желательно, чтобы изначально присутствовали дополнительные средства помимо вышеописанных, а также была возможность дальнейшего наращивания базовой функциональности, предусматривающая дополнительные сервомоторы, шаговые двигатели, энкодеры вращения колёс, датчики (звука, цвета и т.д.).
   
   
3. Важным является удобство подключения дополнительных датчиков (в частности, без необходимости отключать уже существующие).
4. Удобные для использования в условиях школьного класса средства беспроводной коммуникации робоплатформы с компьютером (например, изначально сопряжённые друг с другом модули Bluetooth или 2,4G).
   
   
5. Возможность программирования визуальными средствами (подобными Scratch и Blockly) с использованием высокоуровневых команд (блоков «ждать нажатия кнопки», «двигаться вперед» и т.д.).
   
   
6. Возможность любым авторам писать расширения для основной визуальной среды, позволяющие адаптировать различное «железо» к использованию готовых методических пособий и скриптов.
   
   
7. Возможность создания как интерактивных проектов, работающих под управлением компьютера (подобных проектам S4A или Snap4arduino), так и автономных программ, которые робоплатформа исполняет самостоятельно.
   
   
8. Возможность программирования «продвинутыми» средствами при углублённом изучении той или иной темы в средних и старших классах, в том числе возможность текстового программирования. Например, управление свечением RGB-светодиодов с использованием низкоуровневых команд прямого управления состоянием портов ввода/вывода микроконтроллера, управление работой ходовых двигателей аналогичным способом (при помощи команд digitalWrite и analogWrite).
   
   
9. Поддержка перспективными визуальными программными средствами нового поколения, позволяющими запускать на микроконтроллере несколько параллельных процессов одновременно (Makecode, Microblocks).
   
   
10. Качественная беспроблемная поддержка уже существующими и широко использующимися в настоящий момент программными средствами. В первую очередь это Scratch (а точнее, продукт на его основе - mBlock3 и 5), Snap4arduino и Arduino IDE.
    
    
11. В комплект изначально должны входить поля, позволяющие реализовывать основные проекты.
    
    
12. В комплект изначально должны входить аккумуляторы и зарядное устройство для них.
    
    
13. Немаловажным остаётся фактор итоговой совокупной стоимости полного учебного набора (включающего и коммуникационные модули, и аккумуляторы, и прочее). Цена набора не должна быть чрезмерно высокой.

Наши публикации по теме:

Стандарты для Arduino-роботов как возможность занять правильную нишу в образовательной робототехнике

Открытая учебная робоплатформа нового поколения

Преемственность учебных материалов в робототехнике, альтернативы mBot