Просмотр исходного текста страницы Роботы УМКИ как образовательный проект

В настоящее время мало кого можно удивить радиоуправляемой машинкой. Но если необходимо управлять не одним устройством, а двумя, тремя, сотней?.. Как договориться с устройством, чтобы радиосигнал от одного пульта не заставлял сразу все машинки двигаться в одну сторону? Как добиться, чтобы затраты энергии на управление были бы минимальны, а сеть таких машинок просуществовала максимально долго? Как организовать взаимодействие между несколькими операторами устройств?

Очевидно, что в ситуации, где присутствует много управляемых элементов, люди могут очень легко запутаться. Поэтому необходимо, чтобы команды управления по радиоканалу адресовались на конкретное устройство, точно в нужный момент времени. Даже если робототехническая платформа находится вне зоны прямой видимости базовой станции, нужно уметь позиционировать местонахождение каждого устройства, с тем чтобы, например, зная в какой точке роботом обнаружен очаг задымления, вторая платформа, оборудованная средствами тушения, могла подъехать точно в это место и потушить пожар.

[[Файл:SmartCar2.jpg|thumb|right|Рис. 1. Конструктор УМКИ]]
 
Вот так, чтобы легко и просто, в процессе игры, научиться управлять подобными устройствами, был разработан образовательный конструктор УМКИ (рис. 1) – Управляемый по радио каналу Машинный Конструктор Инновационный – разработка российских ученых, в отличие от большинства предлагаемых сегодня в образовании зарубежных образовательных робототехнических комплектов. Достоинство конструктора в том, что он комплектуется роботизированными платформами, которые связываются между собой в единую управляемую сенсорную сеть на основе протокола ZigBee.
  
В процессе работы с этим конструктором ученики получают базовые знания по управлению сначала одним устройством, потом группой устройств, объединенных в распределенную беспроводную сенсорную сеть. Каждая роботизированная платформа оснащается либо набором сенсоров-датчиков для различных физических величин, либо исполнительными механизмами. Машинку можно заставить двигаться по программе, ориентироваться на местности и выполнять разнообразные задания. Курс обучения составлен таким образом, чтобы на каждом этапе детям было максимально интересно получать знания. Выполняя шаг за шагом задания к занятиям, учащиеся проходят разнообразные миссии: осваивают далекие планеты, занимаются охраной окружающей среды, тушат пожары и многое-многое другое. Занимаясь с конструктором УМКИ, в игровой форме дети получают основы серьезных инженерных знаний, воспитывается их информационная, техническая и исследовательская культура, происходит формирование навыков коллективного труда.
 
Школа №7 г. Павлово, заключив договор о сотрудничестве с разработчиками сенсорных сетей Института проблем лазерных и информационных технологий Российской академии наук, приобрела комплект «Лаборатории УМКИ», который используется для проведения занятий дополнительного образования в рамках школьных кружков и как образовательное направление в работе летнего лагеря отдыха дневного пребывания детей на базе МБОУ СОШ №7.

[[Файл:Набор конструктора УМКИ.jpg|thumb|right|Рис. 2. Базовая комплектация «Лаборатории УМКИ»]]

В базовой комплектации текущей версии «Лаборатории УМКИ» роботизированный комплекс-конструктор УМКИ состоит из (рис. 2):
# Четырехколесного вездехода, иначе говоря, передвижной платформы (элементы «Электронного конструктора "Знаток"» – радиоуправляемый вездеход «Лидер») с модулем ZigBee, который позволяет связываться множеству платформ в единую, распределенную самоорганизующуюся сенсорную сеть;
# Радио-шлюза, соединяющегося по USB с персональным компьютером, который служит для отправки команд по радиоканалу и приема ответов о выполненных процедурах;
# Программного обеспечения для управления передвижной роботизированной платформой.

Вместе с тем конструктор УМКИ может быть доукомплектован набором различных датчиков, унифицированных таким образом, что они легко и просто подключаются к базовой платформе и становятся доступными для выполнения дополнительных миссий. Также в комплект Лаборатории входят электронные конструкторы «Школа 999» и «Альтернативные источники энергии», наборы конструкторов механических роботов и управляемый летающий робот-мультикоптер.

Разработана программа курса и методические материалы для преподавателей (учителя начальных классов, педагоги дополнительного образования, родители, руководители кружков технического творчества), наборы заданий для детей и подробное руководство пользователя (автор программы Воронина В.В.). В материалах курса «УМКИ» раздел, ориентированный на детей, наполнен научно-популярной информацией, задания представлены в игровой форме – как процесс изучения окружающего нас мира. Все миссии курса представлены в разнообразных вариантах, допускающих изменения, и связаны между собой логической составляющей, и при необходимости каждый из учителей сможет без особых временных затрат сформировать собственную рабочую программу.

После первого обучающего этапа, на котором происходит начальное знакомство с управлением умной машинкой УМКИ (SmartCar) и на котором дети учатся создавать простые управляющее программы и знакомятся  с различными сенсорными устройствами, происходит непосредственное изучение возможностей конструкторов «Лаборатории УМКИ», реализованное в форме миссий.

Рассмотрим, например, «миссию на Марс». На этом этапе ученикам необходимо принять участие в коллективном проекте реализации миссии, построив модель, имитирующую освоение Красной планеты. Цель миссии – создать колонию на Марсе.  При сборке конструктора ученик получает базовые навыки, связанные со сборкой схем из технической документации, при программировании робота развиваются умения вносить необходимые дополнения и изменения в реальный план и способ действия. Попутно учащимися решаются другие задачи: нужно непосредственно создать антураж колонии, т.е. слепить, склеить, построить, раскрасить ангары, маршруты, препятствия и т.д., причем все это должно соответствовать марсианскому пейзажу, следовательно возникает необходимость получения знаний по астрономии, архитектуре, технике. Таким образом, дети поставлены перед необходимостью проводить моделирование, выполнять знаково-символические действия, проводя преобразование объекта из чувственной формы в модель с выделением существенных характеристик объекта, осуществляя деятельность, соответствующую требованиям современных Федеральных государственных образовательных стандартов нового поколения.

Поскольку наборы конструкторов УМКИ предполагается использовать в дополнительном образовании детей, в кружках технического творчества, то наряду с изучением робототехники происходит коллективная работа и совместное решение  задач, реализуемые в форме стратегии. Таким образом, выполняя каждый этап миссии, дети собирают схемы из конструкторов, разбираются в принципе работы каждого устройства, отвечают на вопросы по естествознанию (астрономии, физике, химии, биологии), тем самым увеличивая виртуальное жизненное пространство сообщества на Марсе, производят планирование учебного сотрудничества с учителем и сверстниками – определение цели, функций участников, способов взаимодействия.

К достоинству курса «УМКИ» можно отнести то, что это не отупляющая «стрелялка» или «бродилка», а интеллектуально развивающая модель, которая позволяет в игровой форме каждому ребенку, занимающемуся с конструкторами УМКИ под руководством учителя, руководителя кружка, родителей или самостоятельно, получить в увлекательной форме базовые знания по основным естественным дисциплинам - физике, математике, механике, электротехнике - и умение использовать эти знания. Кроме того, курс разработан таким образом, что преподаватель может общаться с учениками не только в очной форме, но и давать задания и проверять результаты выполнения в форме дистанционного обучения.

В дальнейших планах развития проекта УМКИ — переход от обучения программированию перемещений на плоскости на управление объектами, перемещающимися в 3D пространстве, например беспилотными летательными аппаратами, а также не только изучение возможностей управления, но и участие в разработке программной платформы.

== См. также ==

Образовательный проект УМКИ – http://umki.vinforika.ru
 
Сайт фестиваля РоботоБУМ – http://robotobum.ru

[[Категория:WSN]]