Робозвери, уроци по планиране и нови детайли: преглед на комплекта LEGO Education SPIKE Prime

Роботиката е едно от най-интересните и иновативни училищни занимания. Тя учи как да съставяме алгоритми, игровизира учебния процес и запознава децата с програмирането. В някои училища вече от 1-ви клас се занимават с информатика, учат се да сглобяват роботи и да съставят блок-схеми. За да могат децата лесно да разберат роботиката и програмирането, и да могат да изучават задълбочено математика и физика в средното училище, ние пуснахме новия обучителен комплект LEGO Education SPIKE Prime. Подробности за него ще представим в този пост.

LEGO Education SPIKE Prime е предназначен за обучение на деца от 5-ти до 7-ми клас в училища и клубове по роботика. Комплектът позволява изграждане на алгоритми с помощта на блок-схеми и показва как изображенията на екрана се превръщат в движения и действия. За съвременните ученици визуализацията и ефектът WOW са важни, и SPIKE Prime е примамка, която може да ангажира децата с програмирането и точните науки. 

Преглед на комплекта

Комплектът се предлага в минималистичен жълто-бял пластмасов кутия. Под капака има картонка с инструкции за започване на работа и схема за подреждане на частите в леглата. Комплектът е проектиран така, че да е лесен за работа и на преподавателя е необходим минимум допълнителен подготовка.

Частите са опаковани в пликчета с номера, които съответстват на номерата на клетките в леглата. 

В основния комплект има над 500 LEGO елемента, включително нови.

• Няколко нови рамки, които намаляват времето за сглобяване на прототипи и позволяват създаването на големи модели.
• Нов тухличка 2×4 с отвор за оси Technic. Тя позволява обединяване на елементи Technic и LEGO System в един проект.
• Актуализирана базова плоча от асортимента Technic.
• Новите тесни колела осигуряват прецизност на управлението и повишават маневреността на моделите.
• Новото въртящо колело под формата на опорен ролик.
• Новите скоби за проводници, налични в няколко цвята, позволяват аккуратно закрепване на шлейфовете.

Освен частите, вътре има три мотора — голям и два средни, а също така три датчика: за разстояние, цвят и сила. 

Моторите се свързват директно с хъба и имат сензори 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, сензорът може да се използва и за измерване на скоростта и разстоянието на движение на модела.

Цветният сензор различава до 8 цвята и може да се използва като сензор за осветеност. В него също е вграден инфрачервен сензор, който може да чете, например, отражението на светлината.

Сензорът за допир разпознава следните ситуации: бутонът е натиснат, отпуснат, силно натискане. При това сензорът определя силата на налягането в нютон или в проценти.

ИК-сензорът служи за определяне на разстоянието от робота до определена точка или за предотвратяване на сблъсъци. Той може 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 сензор за светлина, две големи колела, големи конусовидни зъбни колела, които позволяват изграждането на големи въртящи платформи.

Хъб

В хъба е вграден жироскоп, който може да определи положението му в пространството: ориентация, наклон, крен, определяне на горната страна, състояние на падане на хъба и т.н. Вградената памет позволява зареждане и съхраняване на до 20 програми. Номерът на програмата се показва на пикселен екран 5х5, на който също се извеждат потребителски изображения и статуса на работа на хъба.

Също така на хъба са разположени:

• microUSB порт за зареждане на акумулатора или свързване с ПК.
• Бутона за синхронизация по Bluetooth, чрез 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 сензорите.
• Три бутона за управление на хъба.
• Вграден говорител.

Софтуерът

ПО LEGO Education SPIKE е налично за Windows, Mac OS, Android, iOS и Chromebook; може да се изтегли на сайта на LEGO Education. Програмната среда е изградена 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 дистанция на движение, ъгъл на въртене и т.н. 

Комплектите команди, свързани с различни компоненти на решението (мотори, сензори, променливи, оператори и т.н.), са обозначени с различни цветове, което позволява бързо и интуитивно да се разбере как да се програмира необходимото.

В самото приложение е събрано множество планове за уроци, а също така 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) Да се програмира хъбът, за да се покаже усмивка на екрана;
2) Да се запознаем с работата на моторите и сензорите;
3) Да се сглоби моделът „Блоха“ и да се програмира за движение.

Запознаването с SPIKE Prime започва с описание на възможностите за свързване (чрез microUSB или Bluetooth) и работа с пикселен екран.

Първо е необходимо да зададете последователността от команди, които трябва да се изпълнят след стартиране на програмата, и 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, можем да програмираме мотора да започне да се върти, когато ръката или предмет се приближи до сензора за разстояние.

За това създаваме последователност от команди: ако предметът е на по-малко от n сантиметра от сензора, моторът започва да работи.

Третата и най-интересна стъпка: да сглобим робота-блоха и да го програмираме да скача по команда. За това първо трябва да сглобим частите и двата мотора на самия робот.

След това преминаваме към програмирането. За това задаваме следния алгоритъм: при включване на програмата, „блохата“ трябва да скочи два пъти напред, затова двата мотора трябва да направят две пълни въртения едновременно. Скоростта на въртене задаваме на 50%, за да не скача роботът твърде силно.

В резултат получаваме малък робот, който при стартиране на програмата скача напред. Красота! 

Роботът-блоха бързо се устреми напред, намери първата жертва, но нещо се обърка.

След това обучението е завършено, може да се пристъпи към по-сложни проекти: в приложението има над 60 блок-схеми за различни части от комплекта (моторчета, хъб, сензори и т.н.). Всяка блок-схема може да се променя леко с помощта на параметри. Освен това в софтуера има възможност за създаване на променливи и собствени блок-схеми.

За учителите

К комплектa са приложени методически материали за учители. Те включват учебни планове, задачи с готови решения и задания, за които няма отговори и е необходимо да се подходи творчески. Това позволява бързо да се започне работа с комплекта и да се изградят обучителни програми. 

Общо на сайта са налични 4 курса. "Отряд на изобретателите" е курс за уроци по технологии, който укрепва разбирането на учениците за процеса на проектна дейност. Два от курсите са свързани с информатика. "Стартиране на бизнес" предоставя основни умения по програмиране и алгоритмика, а "Полезни устройства" запознава с принципите на интернет на нещата. Четвъртият курс – "Готови за състезания" – е предназначен за подготовка за конкурси и изисква и основен, и ресурсен комплект.

Във всеки курс има от 5 до 8 урока, които включват готово методическо решение, което може да бъде внедрено в учебния процес за укрепване на STEAM-компетенциите. 

Сравняваме с други комплекти

LEGO Education SPIKE Prime е част от робототехническата линия LEGO Education, която включва комплекти за деца от различни възрасти: 

• Експрес "Млад програмист" за предучилищно образование.
• WeDo 2.0 за начално училище.
• LEGO Education SPIKE Prime за средно училище.
• LEGO MINDSTORMS Education EV3 за ученици в горните класове и първи курсове на институти.

Функциите на SPIKE Prime се припокриват с тези на LEGO WeDo 2.0, който от тази година поддържа Scratch. Но за разлика от WeDo 2.0, който позволява моделиране на физически експерименти, SPIKE Prime е по-подходящ за създаване на роботи. Той е проектиран за начало на изучаването на робототехника в 5–7 клас.
 
С помощта на това решение учениците по забавен начин ще усвоят принципите на алгоритмизацията, ще развият умения за решаване на задачи и ще се запознаят с основите на робототехниката. След SPIKE Prime могат да преминат към LEGO MINDSTORMS Education EV3, който има възможност за работа с MycroPython и е подходящ за изучаване на по-сложни концепции на робототехниката и програмирането. 

 P.S. При написването на тази статия нито един робот и нито един хаски не пострада.

Източник: habr.com