Роботиката е едно от най-вълнуващите и иновативни училищни занимания. Тя учи на алгоритмично мислене, геймифицира учебния процес и запознава децата с програмирането. В някои училища вече от 1 клас се учи информатика, конструират се роботи и се съставят блок-схеми. За да могат децата лесно да разберат роботиката и програмирането и да изучават дълбочинно математика и физика в средното училище, разработихме новия обучителен комплект LEGO Education SPIKE Prime. Подробности за него ще споделим в този пост.
LEGO Education SPIKE Prime е предназначен за обучение на деца от 5 до 7 клас в училища и роботични клубове. Комплектът позволява изграждането на алгоритми с помощта на блок-схеми и показва как картинките на екрана се преобразуват в движения и действия. За съвременните ученици е важна визуализацията и WOW-ефектът, а SPIKE Prime е привлекателен вариант, който може да ангажира децата с програмирането и точните науки.
Преглед на комплекта
Комплектът е опакован в минималистичен жълто-бял пластмасов куфар. Под капака има картон със инструкция как да се започне работа и схема на разположение на детайлите в отделенията. Комплектът е проектиран така, че да улесни започването на работа и учителят да изисква минимално допълнително обучение.
Самите детайли са запаковани в пакетчета с номера, които съответстват на номерата на отделенията.
В базовия комплект влизат над 500 елемента LEGO, включително нови.
- Няколко нови рамки, които намаляват времето за сглобяване на прототипи и позволяват изграждането на големи модели.
- Нов 2×4 тухла с отвор за оси Technic. Тя позволява комбинирането на елементите Technic и LEGO System в един проект.
- Актуализирана основна плочка от асортимента Technic.
- Новите тънки колела, които осигуряват точност на управлението и повишават маневреността на моделите.
- Ново завъртане на колелото във форма на опорен ролик.
- Новите скоби за проводници, налични в различни цветове, позволяват прецизно закрепване на жици.
Освен самите детайли, вътре се намират три мотора — един голям и два средни, а също така три сензора: за разстояние, за цвят и за сила.
Моторите се свързват директно към хъба и имат датчици за въртене с точност до 1 градус. Тази функция е предвидена за синхронизиране на работата на моторите, така че те да могат да се движат едновременно с постоянна скорост. Освен това, датчикът може да се използва и за измерване на скоростта и разстоянието на движението на модела.
Датчикът за цвят различава до 8 цвята и може да се използва и като датчик за осветеност. В него също е вграден инфрачервен датчик, който може да отчита, например, отражението на светлината.
Датчикът за докосване разпознава следните ситуации: бутонът е натиснат, освобеден, силно натискане. При това датчикът определя силата на натиска в нютон или в проценти.
ИК-датчикът служи за определяне на разстоянието от робота до определена точка или за предотвратяване на сблъсъци. Способен е да измерва разстоянието в проценти, сантиметри и инчове.
Възможностите на основния комплект могат да бъдат разширени с ресурсен комплект, който се състои от 603 части. В него влизат: допълнителен голям комплект и датчик за светлина, две големи колела, големи конусни зъбни колела, които позволяват изграждането на големи въртящи платформи.
Хъб
В хъба е вграден гироскоп, който може да определя неговото положение в пространството: ориентация, наклон, крен, определяне на горната страна, състояние на падане на хъба и т.н. Вградената памет позволява зареждането и съхранението на до 20 програми. Номерът на програмата се показва на пикселния екран 5х5, където също се извеждат потребителски изображения и статус на работа на хъба.
Също така на хъба са разположени:
- Разъем microUSB за зареждане на батерията или свързване с ПК.
- Бутон за синхронизация на Bluetooth, с помощта на който може да се установи безжична връзка с ПК за програмиране на хъба.
- 6 порта (A-F) за изпълнение на команди или получаване на информация от датчици.
- Три бутона за управление на хъба.
- Вграден динамик.
Програмно осигуряване
Софтуерът LEGO Education SPIKE е наличен за Windows, Mac OS, Android, iOS и Chromebook и може да бъде изтеглен . Програмната среда е създадена на базата на детския език за програмиране Scratch. Тя се състои от набор от команди, всяка от които представлява графичен блок с определена форма и цвят с параметри, които могат да бъдат променяни ръчно, например, скорост и разстояние на движение, ъгъл на въртене и т.н.
Командните набори, свързани с различните компоненти на решението (мотори, сензори, променливи, оператори и т.н.), са маркирани с различни цветове, което позволява бързо и интуитивно да се разбере как да се програмира необходимото.
Дори в самото приложение е събрано множество уроци, както и около 30 различни инструкции за сглобяване на модели.
Първи стъпки
След стартиране на приложението и избор на език, веднага се предлагат три стартови стъпки:
1) Програмирайте хъба, за да показва емотикон на екрана;
2) Запознайте се с работата на моторите и сензорите;
3) Сглобете модел «Буболечка» и я програмирайте да се движи.
Запознанството с SPIKE Prime започва с описание на възможностите за свързване (чрез microUSB или Bluetooth) и работа с пикселовия екран.
Първо е необходимо да зададете последователност от команди, която трябва да се изпълни след стартиране на програмата, а също така да изберете конкретни пиксели, които ще светят на екрана на хъба.
Втората стъпка предвижда сглобяване и програмиране на реакцията на моторите на различни сигнали от сензорите. Например, можете да програмирате мотора да започне да се върти, когато приближите ръка или предмет до сензора за разстояние.
За това ние създаваме последователност от команди: ако предметът е на по-близко разстояние от n сантиметра до сензора, моторът започва да работи.
Третата и най-интригуваща стъпка: сглобете робот-буболечка и я програмирайте да скача по команда. За това първо трябва да сглобите от частите и двата мотора самия робот.
След това преминаваме към програмирането. За това задаваме следния алгоритъм: при стартиране на програмата «буболечка» трябва два пъти да скочи напред, затова двата мотора трябва да направят две пълни въртения едновременно. Ще установим скоростта на въртене на 50%, за да не скача роботът твърде силно.
На изхода получаваме малък робот, който, когато програмата стартира, скача напред. Красота!
Робот-буболечка бързо се устреми напред, намери първата си жертва, но нещо не вървеше по план.
След това обучението е завършено и можете да се заемете със по-сложни проекти: в приложението има над 60 блок-схеми за различни части на комплекта (мотори, хъбове, сензори и т.н.). Всеки блок-схема може да бъде леко променена с помощта на параметри. Също така, в софтуера има възможност за създаване на променливи и собствени блок-схеми.
За учителите
Към комплекта са приложени за учителите. Те включват учебни планове, задачи с готови решения и задания, при които не е предоставен отговор и е необходимо творчески подход към решението. Това позволява бързо да се започне работа с комплекта и да се изградят учебни програми.
В сайта са налични общо 4 курса. «Отряд отобретатели» — курс за уроци по технологии, който затвърдява разбирането на учениците за процеса на управление на проектна дейност. Два курса са свързани с информатиката. «Запускаме бизнес» предоставя основни умения за програмиране и алгоритмика, а «Полезни устройства» запознава с принципите на работа на интернет на нещата. Четвъртият курс — «Готови за състезания» — е предназначен за подготовка за конкурси и изисква както основен, така и ресурсен комплект.
Във всеки курс има от 5 до 8 урока, включващи готово методическо решение, което може да бъде вградено в учебния процес за затвърдяване на STEAM компетенциите.
Сравняваме с други комплекти
LEGO Education SPIKE Prime е част от робототехническата линия на LEGO Education, която включва комплекти за деца от различни възрасти:
- Експрес «Юен програмист» за предучилищно образование.
- WeDo 2.0 за начално училище.
- LEGO Education SPIKE Prime за средно училище.
- LEGO MINDSTORMS Education EV3 за ученици от горни класове и първи курсове на университети.
Функциите на SPIKE Prime се пресичат с LEGO WeDo 2.0, който от тази година поддържа Scratch. Но за разлика от WeDo 2.0, който позволява моделиране на физични опити, SPIKE Prime е по-подходящ за създаване на роботи. Той е проектиран за начало на изучаване на роботиката в 5–7 клас.
С помощта на това решение учениците по забавен начин ще усвоят принципите на алгоритмизация, ще развият умения за решаване на задачи и ще се запознаят с основите на роботиката. След SPIKE Prime може да се премине на LEGO MINDSTORMS Education EV3, който предоставя възможност за работа с MycroPython и е подходящ за изучаване на по-сложни понятия в роботиката и програмирането.
P.S. При написването на тази статия нито един робот и нито едно хъски не пострада.
Източник: habr.com
