الصورة - roboconstructor.ru
يقول أحد الأمثلة المشهورة أنه عندما استدارت أم شابة مع طفل بين ذراعيها إلى الحكيم وسألت في أي سن يجب أن تبدأ في تربية نسلها ، أجابها الأكبر أنها تأخرت كثيرًا عن سنوات عديدة مثل الطفل بالفعل. . مع اختيار مهنة مستقبلية ، يكون الوضع مشابهًا تمامًا. من الصعب المطالبة بوعي الطفل بميوله واهتماماته ، ولكن في المدرسة الثانوية ، تبدأ جميع أنواع التخصصات ، وبحلول هذا الوقت سيكون من الجيد معرفة الاتجاه الذي يجب أن يتحرك فيه الطفل البالغ. لكن هناك شيء واحد نعرفه على وجه اليقين تقريبًا - في غضون العقود القادمة ، ستكون نسبة 30 إلى 80٪ من المهن مؤتمتة بالكامل.
الروبوتات ، وعلم التحكم الآلي ، وفهم الخوارزميات - مجموعة المهارات التي ، على الأرجح ، لن تهدد مثل هذه الآفاق الغامضة أي شخص. بالطبع ، على الأرجح ، بالتوازي مع استبدال القوى العاملة بالروبوتات ، سيتطور مفهوم الدخل الأساسي غير المشروط أيضًا ، لكنك بالكاد تريد مثل هذا المستقبل لطفلك.
توجد طرق عديدة لإظهار أساسيات البرمجة والروبوتات للجمهور الشاب والمهتم. كل منهم غير مكلف ، ومن السهل جدًا تعلمه ، وفي غضون ساعات قليلة يقدمون فهمًا لأساسيات الخوارزميات ومفاهيم الأجهزة الإلكترونية. ولكن في الفصول الدراسية ، من السهل مواجهة عيوب هذه المنصات - المتانة المحدودة (وبصراحة - "مقاومة الأحمق" أيضًا) من ألواح التجارب ، واجهات البرامج التي ليست صديقة جدًا للأطفال الذين تتراوح أعمارهم بين 11 و 12 عامًا ، وهي صغيرة نسبيًا عنصر "اللعبة".
تم مكافحة كل هذه العيوب لأكثر من عشرين عامًا في أشهر مصنع للمجموعات التعليمية ، LEGO Education. نحن نتحدث بالطبع عن منصة MINDSTORMS Education EV3. بدءًا من Mindstorms RCX الذي تم إنتاجه في أوائل التسعينيات وانتهاءً بأحدث مجمع MINDSTORMS Education EV90 ، يظل مبدأ تشكيل المنصة كما هو. وهو يعتمد على "لبنة ذكية" ، وهو حاسوب دقيق مزود بشاشة ومنافذ إدخال ومخرجات ، تتصل بها جميع المكونات الأخرى. كما هو الحال في أي نظام آلي ، يتم تقسيم الأجهزة الطرفية إلى مستشعرات ومؤثرات. بمساعدة المستشعرات ، يدرك الروبوت العالم من حوله ، وبفضل المؤثرات ، يتفاعل معها وفقًا للبرنامج المبرمج. ترتبط مكونات المنصة مع كبلات بسيطة بدون لحام ، والهياكل الميكانيكية محدودة فقط بقوة الأجزاء البلاستيكية وخيال المصممين.
نظرنا في إمكانيات مثل هذه الحلول بشكل عام ، لكننا نريد الآن أن نركز على LEGO MINDSTORMS Education EV3 بمزيد من التفصيل.
EV3
LEGO MINDSTORMS Education EV3 متوافق مع أجزاء Lego Technic. هذا يعني أنه يمكن استخدام النظام الأساسي لإنشاء مجموعة متنوعة من التصميمات المذهلة ، من السيارات البسيطة والأذرع الآلية إلى الناقلات المعقدة أو حتى أدوات حل مكعبات روبيك. في الواقع ، يمكن لأي مجموعة Lego Technic أن تصبح مصدرًا لقطع الغيار للمشاريع ، ولن تكون هناك مشكلة في استبدال قطع الغيار التالفة. نعم ، لا تبدو وحشية مثل مصمم الألمنيوم السوفيتي القديم ، لكن من الناحية العملية تبين أنها أقوى من المنتجات المعدنية. على الأقل في مجموعتي ، التي بدأت في عام 1993 ، لم يتم اكتشاف أي جزء مكسور بعد.
تتضمن مجموعة التعليم الأساسية MINDSTORMS Education EV3 541 قطعة ليجو تكنيك. يمكن شراؤها كمورد متخصص مثل مجموعة (أو أقدم 9648 من NXT) أو مجرد مُنشئ كبير مثل (2800 جزء) أو (ما يقرب من 4000 جزء) ، وبعد أن لعبت بشكل كافٍ مع النموذج الرئيسي ، ضعها على "قوالب" للتجارب السيبرانية. فيما يتعلق بقطعة واحدة ، يتفوق Lego على المجموعات الأخرى هنا كثيرًا - فقط 3-5 روبل لكل قطعة.
حسنًا ، إذا كان لدى شخص ما مجموعة قديمة تتضمن عشرات الآلاف من التفاصيل ، فلا داعي للقلق بشأن الموارد على الإطلاق.
لقطة شاشة من خدمة Brickset (قاعدة بيانات تفاعلية لمالكي مُنشئي Lego تتيح لك جمع إحصائيات متنوعة) بواسطة المؤلف
ومع ذلك ، فإن هذا ينطبق فقط على العناصر "السلبية" مثل الحزم أو العجلات أو دبابيس التوصيل. تعد المستشعرات والمؤثرات ، بالطبع ، أغلى ثمناً ، ولكن هناك ما يكفي منها في المجموعة الأساسية. يأتي Mindstorms EV3 بثلاثة محركات (اثنان أكبر وأكثر قوة ومؤازر مضغوط واحد) ، وزوج من مستشعرات اللمس (نوع من الأزرار "الذكية") ، ومستشعرات فوق صوتية وجيروسكوب ولون (يمكن أن تعمل أيضًا في وضع مستشعر الضوء). بالإضافة إلى ذلك ، تم الحفاظ على التوافق مع أجهزة الاستشعار من الجيل السابق من روبوتات Lego Education ، Mindstorms NXT (بما في ذلك ، على سبيل المثال ، مستشعر مستوى الضوضاء).
لكن بالعودة إلى "الطوب الذكي" ، قلب النظام. إنها حقًا "لبنة" ثقيلة وضخمة جدًا ، ومجهزة بشاشة LCD أحادية اللون 178 × 128 (لا تعرض القائمة فحسب ، بل تعرض أيضًا جميع أنواع الصور المخصصة في العملية) مع لون إضاءة خلفية قابل للتغيير. باستخدام الأسلاك مع موصل RJ-12 قياسي ، يتم توصيل المستشعرات والمؤثرات به (حتى أربعة أجهزة من كل نوع) ، وهناك فتحة لـ microSDHC ومنفذ USB.
يمكن استخدام هذا الأخير لتنزيل البرامج الفعلية وتحديث البرامج الثابتة. ومع ذلك ، لا يتم حرمان المتحكم الدقيق من الواجهات اللاسلكية ، إذا كنت ترغب في ذلك ، يمكنك تنزيل البرامج عبر Wi-Fi (يلزم وجود وحدة خارجية) أو Bluetooth (مدمج). أيضًا ، إذا قمنا بتجميع روبوت يتم التحكم فيه عن بُعد ، فيمكن "توجيهه" باستخدام اتصال لاسلكي من هاتف ذكي أو جهاز لوحي.
داخل "الطوب الذكي" يوجد معالج ARM بسرعة 300 ميجاهرتز وذاكرة دائمة 16 ميجابايت (وهذا هو السبب في أن البطاقة في متناول اليد) و 64 ميجابايت من ذاكرة الوصول العشوائي. بغض النظر عن مدى تواضع هذه الأرقام ، فهناك أكثر من قوة كافية لتنفيذ حتى الخوارزميات الأكثر تشعبًا التي يمكنك أنت أو حتى طفل كتابتها في عملية التعلم. وإذا قارنته بمعالج 48 ميجاهرتز من الجيل السابق NXT ، والذي تحول مؤخرًا إلى عشر سنوات ، فإن التقدم يكون ملحوظًا تمامًا. ومع ذلك ، لا يمكن القول أن NXT تباطأ بشكل ملحوظ في عملية حل المهام النموذجية.
بالإضافة إلى ذلك ، يوجد منفذ رابع للمحركات ، وهو بحد ذاته توسع كبير في الوظائف يبرر الترقية.
يدعم منفذ USB الآن وضع المضيف ، والذي يسمح لك ليس فقط بتوصيل محول Wi-Fi ، ولكن أيضًا بتوصيل العديد من وحدات البناء EV3 في روبوت واحد معقد. صحيح أن مستوى المهام في نفس الوقت يصبح "ليس طفوليًا" تمامًا.
أخيرًا ، حصل MINDSTORMS Education EV3 على دعم لطاقة البطارية. بدلاً من ست بطاريات AA ، يمكنك تركيب بطارية ليثيوم أيون المرفقة لمدة ساعتين ونصف أمبير. بالطبع ، لا أحد يحظر استخدام بطاريات eneloop من نوع الإصبع ، لكن الحاجة إلى إزالتها للشحن تجعل قابليتها للاستخدام أقل من المتوسط. وبالنسبة للسعر ، فإن مجموعتين من مجموعات eneloop المزودة بشاحن يمكن مقارنتها تمامًا بالبطارية ذات العلامات التجارية.
أوه نعم ، هناك مكبر صوت كبير وصاخب يمكنه الآن ليس فقط إصدار ألحان قديمة من عصر 8 بت ، ولكن أيضًا تشغيل أصوات أكثر متعة.
الآن دعونا نلقي نظرة على المؤثرات من المجموعة الأساسية. اثنان منهم من المحركات القوية ، على غرار تلك المستخدمة بالفعل في NXT ، الأجهزة المستطيلة التي تطور عزم دوران خطير بفضل ترس التخفيض الداخلي.
في حالة إعاقة المحرك ، يتم توفير قابض ميكانيكي يبدأ في الانزلاق إذا كان الاحتكاك أكبر من الاحتكاك المحسوب ، لذلك يصعب حرق المحرك.
يوجد مستشعر زاوية دوران بدقة درجة واحدة (يخبر المحرك وحدة التحكم بالزاوية التي يدور محورها حاليًا) والقدرة على مزامنة دوران جميع المحركات المتصلة بدقة.
المحرك الثالث ، والذي يسمى M-servo (محرك متوسط الحجم) ينتج عزم دوران أقل بثلاث مرات ، لكن سرعته الدورانية أعلى مرتين تقريبًا.
بالنسبة إلى المستشعرات ، ليس من الضروري حقًا أن تكون مقصورًا على تلك التي تقدمها LEGO Education (على الرغم من أنها فوق السطح لأي مشروع تعليمي) ، فإن عددًا من الشركات التابعة لجهات خارجية تنتج مستشعرات متوافقة وأحيانًا غريبة تمامًا. كود مصدر البرنامج الثابت الكامل ومواصفات الأجهزة .
Программное обеспечение
تحدثنا كثيرًا عن قاعدة الأجهزة ، ولكن في الواقع ، لا يقتصر الأمر على تحديد فعالية فئات الروبوتات. إنه وجود برنامج بديهي حقًا على منصات متعددة (Mac و PC والأجهزة المحمولة) و يجعل LEGO MINDSTORMS Education EV3 منصة التعلم المفضلة ، وخاصة في بداية المدرسة الابتدائية والثانوية ، للأطفال في الثلاثينيات من العمر.
شاشة ترحيب التطبيق على iPad
إن تصور الخوارزميات في برنامج LEGO MINDSTORMS Education EV3 الأصلي هو ببساطة على أعلى مستوى - يكفي في بضع دقائق فقط معرفة الأنواع الرئيسية لتفاعل الكتل المنطقية (ظروف الانتقال ، الحلقة ، إلخ) ثم زيادتها تدريجياً تعقيد البرامج. بالطبع ، هناك أيضًا مشاريع تدريب جاهزة لعشرات من نماذج الروبوت المختلفة ، وإذا كنت ترغب في ذلك ، يمكنك العثور على آلاف البرامج المثيرة للاهتمام في المجتمعات عبر الإنترنت.
برنامج عينة في تطبيق iPad
يمكن للمستخدمين المتقدمين تثبيت LabVIEW أو RobotC - "أدمغة" LEGO MINDSTORMS Education EV3 متوافقة تمامًا مع هذه الحزم. هنا ، للأسف ، لن تعمل على تصدير المشاريع القديمة لـ NXT دون تحويل إضافي.
من وجهة نظر تعليمية ، أكثر إثارة للاهتمام هو . يتيح لك الاحتفاظ بدفاتر إلكترونية للطلاب ، وبفضلها يمكن للمدرس تقييم تقدم طالب معين ومراقبة تقدمه من نسخته من التطبيق. بالإضافة إلى ذلك ، لا يمكنك فقط استخدام المواد التدريبية المتاحة على متن البرنامج (التي يوجد منها الكثير) ، ولكن يمكنك أيضًا إنشاء موادك الخاصة باستخدام محرر المحتوى المدمج.
مقاطع فيديو تعليمية لمحرر محتوى EV3
وفي إصدار سطح المكتب ، توجد أداة مساعدة لتسجيل البيانات مع القدرة على برمجة مناطق الرسم البياني اعتمادًا على قيم العتبة. أي أنه يمكن للمدرس الآن أن يوضح بسهولة عمل التقنيات الحديثة داخل المنزل الذكي ، على سبيل المثال.
سيجمع الكمبيوتر الصغير EV3 البيانات من المستشعرات في الوقت الفعلي ، واعتمادًا على خلفية درجة الحرارة ، قم بتشغيل برنامج نموذجي واحد أو آخر. في درجات حرارة عالية ، يتم تشغيل المروحة ، في درجات حرارة منخفضة ، المدفأة. وسيتمكن الطلاب من التقاط البيانات وتحليلها ، ووضع اللمسات الأخيرة على النموذج.
تسجيل البيانات
لقد لعب انفتاح البرنامج الثابت "smart brick" دوره بالفعل: هناك خيارات بديلة تدعم معظم لغات البرمجة الشائعة (العشرات منها). بشكل عام ، يمكن "ربط" استخدام EV3 بأي مشروع تعليمي متعلق بالبرمجة ، نظرًا لوجود القليل مما يرضي أكثر من فرصة رؤية عمل الخوارزميات الخاصة بك "في الأجهزة".
يتوقع الكثير أن يكون السعر هو حجر العثرة في هذه القصة. في الواقع ، بالنسبة للمجموعة الأساسية ، سيتعين عليك دفع 29 روبل ، بالإضافة إلى 900 أخرى لدفع الرسوم. ومع ذلك ، يشمل هذا المبلغ قطعًا وإلكترونيات للعمل المريح لطالبين ، بالإضافة إلى برنامج أساسي كامل يحتوي على 2 درسًا جاهزًا (والتي أصبحت منذ يناير 500 مجانية تمامًا لكل من الأفراد والمؤسسات). بالطبع ، يمكن أن تزيد المعدات والوظائف الإضافية من التكلفة ، ولكن في حدود المعقول. إذن ، هناك مجموعة لثمانية طلاب تتضمن قاعدة LME EV48 ومجموعات الموارد وأجهزة الشحن والبرامج و ، سيكلف 174. من المقبول تمامًا تجهيز ، على سبيل المثال ، دائرة في المدرسة.
نعم ، إنها أغلى بشكل ملحوظ من المنصات البسيطة الشبيهة بـ Arduino. لكن الفرص وكذلك مستوى المشاركة أعلى من ذلك بكثير. يمكن تخطيط منهج يعتمد على EV3 بسهولة في المدرسة الثانوية بأكملها وما بعدها. بالإضافة إلى ذلك ، مع الاستخدام المناسب ، ستحافظ LEGO MINDSTORMS Education EV3 على العديد من المجموعات البسيطة نظرًا للصفات الميكانيكية والاستبدال السهل وتوافر الأجزاء (في ممارستي ، يلزم استبدال كابل RJ-12 واحد فقط في عمر 10 سنوات NXT).
نتيجة لذلك ، نرى مشروعًا شبه مفتوح المصدر تدعمه شركة عملاقة بجميع المكافآت المطلوبة في مثل هذه الحالة - دورة حياة طويلة ، وتوافر قطع الغيار والإضافات ، وأدلة رسمية وهواة ، ومجتمع متطور. أصبحت Mindstorms عمليا المعيار لصفوف تعليم الروبوتات الغربية للأطفال ، وسيكون من الرائع حقًا رؤيتها تستخدم على نطاق واسع في روسيا أيضًا.
اختيار المسار
والآن إلى الشيء الرئيسي. على عكس مجموعات WeDo 2.0 ، تركز EV3 على المدرسة الثانوية ، على التوالي ، على الأطفال الأكبر سنًا ، الذين تعتبر مسألة اختيار مهنة مستقبلية بالنسبة لهم أكثر جدية بالفعل.
باستخدام EV3 ، سيتمكن كل طالب من الكشف بشكل أكثر فاعلية عن القدرات التي أرستها الطبيعة والتنشئة وعملية التعلم.
سيراقب عالم الرياضيات المولود عن كثب القياس عن بعد لأجهزة الاستشعار ، وكيف يتم تسجيل المسافة التي يقطعها الروبوت بالضبط ، وكيف يتم تسجيل الزاوية التي ينحرف بها ، وما إلى ذلك.
بطبيعة الحال ، سينغمس اختصاصي تكنولوجيا المعلومات المستقبلي في برمجة الروبوت ، وتحليل الخوارزميات التي يتحرك من خلالها. وسيقوم بالتأكيد بإنشاء خاصته الخاصة ، غير المنصوص عليها في التعليمات القياسية.
سيتمكن الطفل المهتم بالفيزياء من إجراء تجارب بصرية بمساعدة روبوت ، حيث لا توجد مشاكل في الأجهزة مع أجهزة الاستشعار ، تمامًا مثل الطفل صاحب الخيال.
بشكل عام ، مهما كانت اهتمامات طفلك والمواد المفضلة في المدرسة ، سيسمح التعلم باستخدام مجموعات MINDSTORMS EV3 بتحديدهم بشكل أكثر وضوحًا والتركيز على تطورهم في المستقبل.
في الحياة
في الوقت الحالي ، يتم استخدام حلول الشركة بالفعل من قبل الطلاب لإنشاء مشاريع مثيرة للاهتمام ، سواء في إطار مختلف المسابقات أو من أجل التنمية العامة. تمت تغطية عدد منهم في وسائل الإعلام هذا العام.
طور تلاميذ مدرسة أستراخان رسلان كازيموف وميخائيل غلاديشيف جهاز محاكاة روبوت لإعادة تأهيل مفاصل اليد على أساس تكنوبارك إقليمي.
صور - rg.ru
أمضى طلاب الصف الثامن أقل من شهرين بقليل في تطوير جهاز المحاكاة. قدموا مشروعهم في المرحلة الإقليمية من مسابقة IX All-Russian للمشاريع العلمية والمبتكرة في المنطقة الفيدرالية الجنوبية ، حيث احتلوا المركز الثاني. في المستقبل ، يخططون لإنشاء نموذج أولي صناعي - حتى الآن ، يقدم المطورون فقط نموذجًا أوليًا مصنوعًا من مجموعة الروبوتات التعليمية LEGO MINDSTORMS Education EV3.
يكرر الجهاز الحركات التي يقوم بها الطبيب - تبدأ المفاصل في العمل ، وبالتالي تستعيد الحركة ليس فقط لها ، ولكن أيضًا مجموعات العضلات. أثناء اتصال الأجهزة عبر البلوتوث ، ستتفاعل في المستقبل باستخدام الإنترنت أو شبكة Wi-Fi.
هناك نظائر لمثل هذا الجهاز في السوق ، ومع ذلك ، يمكن لجهاز Astrakhan العمل في وقت واحد مع مفاصل الكتف والمعصم والكوع. بالإضافة إلى ذلك ، فهي محمولة وتعمل بالبطارية. هناك أيضًا إمكانية التحكم عن بعد ، أي يمكن للمريض أن يتدرب دون مغادرة المنزل.
في أولمبياد الروبوتات العالمي 2015 (WRO 2015) ، حصل فريق DRL الروسي من سانت بطرسبرغ على جائزة خاصة للإبداع من LEGO Education (جائزة LEGO EDUCATION CREATIVITY AWARD).
قدم فريق DRL الروسي مشروع CaveBot. قام الرجال من سانت بطرسبرغ ، بتوجيه من المدرب سيرجي فيليبوف ، بإنشاء روبوت بحثي فريد من نوعه لاكتشاف المناطق غير المستكشفة في الكهوف. يؤثر التطور على مختلف المجالات العلمية ، حيث يتيح الإنسان الآلي الفريد أداء مهام مختلفة التعقيد.
صنع الفريق روبوتًا للتسلق مزودًا بمجموعة متنوعة من أجهزة الاستشعار لاكتشاف الأشياء من أجل استكشافها. يمكن تحويل البيانات الناتجة إلى نماذج ثلاثية الأبعاد على الكمبيوتر.
وخلق شوبام بانيرجي البالغ من العمر 13 عامًا طريقة برايل من قطع LEGO كجزء من مشروع مدرسي للعلوم. في وقت لاحق ، وبمشاركة عائلته ، تم إنشاء شركة ناشئة لإطلاق الاختراع ، والتي تلقت دعمًا ماليًا من شركة Intel التقنية.
(الصورة: مارسيو خوسيه سانشيز ، وكالة أسوشيتد برس)
جاءت فكرة إنشاء طابعة إلى شوبهام بعد البحث عن طريقة برايل على الإنترنت. بعد أن أدرك الطالب أن طابعات اللمس تكلف 2,000 دولار وما فوق ، قرر الطالب عمل نسخة أرخص.
بعد الاختراع بفترة وجيزة ، بدأ الأطفال المكفوفون وأولياء أمورهم في الاتصال بشوبهام لطلب واحد - لصنع طابعة برايل غير مكلفة ، واعدا "بشرائها مباشرة من على الرف".
كما ترى ، فإن استخدام MINDSTORMS Education EV3 في عملية التعلم يسمح للطلاب بتشغيل خيالهم إلى أقصى حد ، وإنشاء المزيد والمزيد من الآليات الجديدة التي لا تساعد فقط في إدراك الأفكار أو إجراء أي تجارب بصريًا ، ولكن أيضًا البدء في اتخاذ القرار على مهنتهم المستقبلية.
إذا كانت لديك أسئلة حول استخدام هذه الحلول في العملية التعليمية (أو حول المنتجات نفسها) ، فاكتبها في التعليقات.
المصدر: www.habr.com