О факультативной дисциплине «Основы робототехники»

Пермский государственный гуманитарно-педагогический университет

О ФАКУЛЬТАТИВНОЙ ДИСЦИПЛИНЕ
«ОСНОВЫ РОБОТОТЕХНИКИ»

В соответствии с ФГОС обучение направлено на формирование компетенций, в то время как традиционное обучение является более теоретизированным и не всегда отвечает данному требованию. Можно сделать вывод, что обучение должно быть более практико-ориентированным, что реализовано в разрабатываемом курсе «Основы робототехники». Также данная факультативная дисциплина отчасти удовлетворяет текущим социальным запросам на подготовку инженерных кадров. В целом курс содержит познавательную составляющую, позволяя обучаемым в доступной форме познакомиться с электроникой.

Робототехника занимает все большее место в различных областях. Роботы применяются в строительстве, промышленности, авиации, военной технике. Возрастает использование роботов в быту. Примером тому могут служить роботы-пылесосы, которые чистят дом без участия человека. Или домашние помощники, которые также развиваются на данный момент. Также, нельзя забывать и о популярных сейчас «умных домах», чья работа также основана на микроконтроллерах и подключаемых к ним датчикам.

Курс является факультативным. В дальнейшем может быть рекомендован к включению в вариативную часть для подготовки бакалавров педагогического образования технологического и физико-математического профилей. После адаптации, курс может быть рекомендован ученикам старших классов профильных школ. Учителя информатики, обладающие знаниями в области робототехники, могут оказать влияние на профессиональную ориентацию учеников в пользу инженерных специальностей. Возможно школьники, познакомившись с увлекательнейшим проектом Arduino выберут роботостроение своей будущей профессией. Но даже если нет, то через много лет, вспоминая свои эксперименты в этой области, они будут рады, что не прошли мимо, не пожалели времени на освоение основ – им будет, что вспомнить[1].

Курс «Основы робототехники» реализуется на базе аппаратно-программной платформы Arduino. Arduino — это инструмент для проектирования электронных устройств (электронный конструктор), более плотно взаимодействующих с окружающей физической средой, чем стандартные персональные компьютеры, которые фактически не выходят за рамки виртуальности[2].

В некоторых школах реализуется обучение робототехнике на базе Lego NXT. Автором предлагается использование Arduino по нескольким причинам. Lego является скорее учебной платформой, чем производственной. На Lego используется специфический язык программирования и специальные датчики, размеры которых во много раз превышают стандартные электротехнические. Также, использование Lego не дает навыков подключения радиодеталей к микроконтроллеру. Arduino же использует стандартные радиоэлектронные детали и позволяет программировать на языке С++.

Целью данного курса является обучение студентов основам робототехники и предоставление возможности выйти за эти самые рамки виртуальности. В задачи входят: знакомство студентов с языком программирования Arduino, овладение основами подключения периферических устройств (датчиков, двигателей) к микроконтроллеру, умение управлять устройствами, подключенными к микроконтроллеру, умение применять полученные знания в решении задач. В результате изучения дисциплины студент должен знать типы данных, основные операторы, составные типы данных, структуру программы Arduino, уметь подключать устройства к плате Arduino, управлять подключенными устройствами, владеть содержанием дисциплины "Основы робототехники", навыками составления алгоритмов, навыками решения прикладных задач.

Все необходимые знания будут получаться в процессе выполнения работ. Таким образом, студенты получают не только теоретические знания, но уже умеют применять их. К тому же, как известно, знания, полученные на практике, усваиваются значительно глубже, чем при пассивном восприятии информации. В курсе будет рассмотрено подключение и управление светодиодами, подключение и считывание состояния тактовых кнопок, подключение двигателей к интегральной схеме L293D и управление двигателями, а также работа с датчиками освещенности, температуры и ультразвуковым датчиком расстояния. В теоретической части будет лишь знакомство с микроконтроллерами и платой Arduino, программной средой Arduino и основами подключения устройств к Arduino. Итогом курса станет сборка и программирование робота. Планируется возможность создания одного из двух роботов на выбор: робот, двигающийся по нарисованной линии или робот, объезжающий препятствия.

В результате изучения дисциплины частично формируется специальная компетенция «владеть технологиями использования радиоэлектронных средств для решения практических задач».

На настоящий момент была проведена частичная апробация в Пермском государственном гуманитарно-педагогическом университете со студентами первого курса направления «Педагогическое образование» по профилю «Информатика и ИКТ». Было дано на выбор два задания. Первая группа выполняла имитацию светофора на трех цветных светодиодах. Вторая группа реализовывала работу «бегущий огонек» (на восьми светодиодах создавалась иллюзия перемещающегося огонька). В итоге, все студенты справились с заданиями, некоторые успели выполнить дополнительные задания. Около 70% обучающихся проявило желание продолжить изучение данной области.

Факультативная дисциплина разрабатывается в рамках выполнения выпускной квалификационной работы (магистерской диссертации), научный руководитель — доцент .

Список литературы

1. . С чего начинаются роботы? О проекте Arduino для школьников (и не только). URL: http://vgololobov. *****/content/arduino/intro. html

2. Arduino.ru. URL: http://arduino.ru/About (дата обращения: 06.01.2014)