Adunay daghang maayo nga mga kurso sa kalibutan sa edukasyon sa engineering, apan kasagaran ang kurikulum nga gitukod sa ilang palibot nag-antus sa usa ka seryoso nga sayup - usa ka kakulang sa maayo nga panagsama tali sa lainlaing mga hilisgutan. Mahimong mosupak ang usa: sa unsang paagi mahimo kini?
Kung ang usa ka programa sa pagbansay giporma, ang mga kinahanglanon ug usa ka tin-aw nga han-ay diin ang mga disiplina kinahanglan tun-an gipakita alang sa matag kurso. Pananglitan, aron makahimo ug magprograma sa usa ka primitive nga mobile robot, kinahanglan nimo nga mahibal-an ang gamay nga mekaniko aron mahimo ang pisikal nga istruktura niini; sukaranan sa elektrisidad sa lebel sa mga balaod ni Ohm/Kirchhoff, representasyon sa digital ug analog signal; mga operasyon nga adunay mga vector ug matrices aron ihulagway ang mga sistema sa koordinasyon ug mga paglihok sa robot sa kawanangan; sukaranan sa pagprograma sa lebel sa presentasyon sa datos, yano nga mga algorithm ug mga istruktura sa pagbalhin sa pagkontrol, ug uban pa. sa paghulagway sa kinaiya.
Kining tanan nasakup ba sa mga kurso sa unibersidad? Siyempre adunay. Apan, uban sa mga balaod ni Ohm/Kirchhoff kita makakuha og thermodynamics ug field theory; agig dugang sa mga operasyon nga adunay mga matrice ug mga vector, kinahanglan nga atubangon sa usa ang mga porma sa Jordan; sa programming, pagtuon sa polymorphism - mga hilisgutan nga dili kanunay gikinahanglan aron masulbad ang usa ka yano nga praktikal nga problema.
Ang edukasyon sa unibersidad kaylap - ang estudyante moadto sa usa ka halapad nga atubangan ug kasagaran dili makakita sa kahulogan ug praktikal nga kahulogan sa kahibalo nga iyang nadawat. Nakahukom kami nga ibalik ang paradigm sa edukasyon sa unibersidad sa STEM (gikan sa mga pulong nga Science, Technology, Engineering, Math) ug maghimo usa ka programa nga gipasukad sa pagkahiusa sa kahibalo, nga gitugotan ang pagdugang sa pagkakompleto sa umaabot, nga mao, kini nagpasabot ug intensive mastery sa mga subject.
Ang pagkat-on og bag-ong subject area mahimong itandi sa pagsuhid sa lokal nga lugar. Ug ania adunay duha ka kapilian: bisan kung kami adunay usa ka detalyado kaayo nga mapa nga adunay daghang mga detalye nga kinahanglan tun-an (ug kini nagkinahanglag daghang oras) aron mahibal-an kung diin ang mga nag-unang mga landmark ug kung giunsa kini adunay kalabotan sa usag usa ; o mahimo nimong gamiton ang usa ka primitive nga plano, diin ang mga panguna nga punto ug ang ilang mga paryente nga posisyon ang gipakita - ang ingon nga mapa igo na aron magsugod dayon sa paglihok sa husto nga direksyon, nga nagpatin-aw sa mga detalye samtang ikaw moadto.
Among gisulayan ang intensive STEM learning approach sa usa ka winter school, nga among gipahigayon uban sa mga estudyante sa MIT uban sa suporta sa
Pag-andam sa materyal
Ang unang bahin sa programa sa eskwelahan mao ang usa ka semana sa mga klase sa mga nag-unang lugar, nga naglakip sa algebra, electrical circuits, computer architecture, Python programming ug usa ka introduction sa ROS (Robot Operating System).
Ang mga direksyon wala gipili nga sulagma: nga nagtinabangay sa usag usa, kinahanglan nga tabangan nila ang mga estudyante nga makita ang koneksyon tali sa daw lainlain nga mga butang sa una nga pagtan-aw - matematika, elektroniko ug programming.
Siyempre, ang nag-unang tumong mao ang dili sa paghatag sa usa ka daghan sa mga lectures, apan sa paghatag sa mga estudyante sa oportunidad sa paggamit sa bag-ong naangkon kahibalo sa ilang kaugalingon diha sa praktis.
Sa seksyon sa algebra, ang mga estudyante mahimong magpraktis sa mga operasyon sa matrix ug pagsulbad sa mga sistema sa mga equation, nga mapuslanon sa pagtuon sa mga electrical circuit. Kay nahibal-an ang bahin sa istruktura sa usa ka transistor ug ang mga lohikal nga elemento nga gitukod sa sukaranan niini, makita sa mga estudyante ang ilang paggamit sa usa ka aparato sa processor, ug pagkahuman nahibal-an ang mga sukaranan sa sinultian nga Python, pagsulat usa ka programa alang sa usa ka tinuud nga robot niini.
Duckietown
Usa sa mga tumong sa eskwelahan mao ang pagminus sa pagtrabaho sa mga simulator kung mahimo. Busa, giandam ang usa ka dako nga hugpong sa mga elektronik nga sirkito, diin ang mga estudyante kinahanglan nga mag-assemble sa usa ka breadboard gikan sa tinuod nga mga sangkap ug sulayan kini sa praktis, ug ang Duckietown gipili isip base sa mga proyekto.
Ang Duckietown usa ka open-source nga proyekto nga naglambigit sa gagmay nga mga autonomous nga robot nga gitawag og Duckiebots ug ang mga network sa mga dalan nga ilang giagian. Ang Duckiebot usa ka ligid nga plataporma nga adunay usa ka Raspberry Pi microcomputer ug usa ka camera.
Pinasukad niini, nag-andam kami usa ka hugpong sa posible nga mga buluhaton, sama sa paghimo og mapa sa dalan, pagpangita sa mga butang ug paghunong sa tupad niini, ug uban pa. Mahimo usab nga isugyot sa mga estudyante ang ilang kaugalingon nga problema ug dili lamang magsulat usa ka programa aron masulbad kini, apan ipadagan dayon kini sa usa ka tinuud nga robot.
Pagtudlo
Atol sa lektyur, gipresentar sa mga magtutudlo ang materyal gamit ang giandam nang daan nga mga presentasyon. Ang ubang mga klase girekord sa video aron ang mga estudyante makatan-aw niini sa balay. Atol sa mga lektyur, ang mga estudyante naggamit og mga materyales sa ilang mga kompyuter, nangutana, ug nagsulbad sa mga problema nga magkauban ug independente, usahay sa pisara. Pinasukad sa mga resulta sa trabaho, ang rating sa matag estudyante gikalkula nga gilain sa lainlaing mga hilisgutan.
Binagbinagon naton sing mas detalyado ang paggawi sang mga klase sa tagsa ka topiko. Ang una nga hilisgutan mao ang linear algebra. Ang mga estudyante migahin og usa ka adlaw sa pagtuon sa mga vector ug matrice, mga sistema sa linear equation, ug uban pa. Ang praktikal nga mga buluhaton gi-istruktura nga interactive: ang gisugyot nga mga problema gisulbad sa tinagsa, ug ang magtutudlo ug ubang mga estudyante naghatag mga komentaryo ug mga tip.
Ang ikaduha nga hilisgutan mao ang elektrisidad ug yano nga mga sirkito. Ang mga estudyante nakakat-on sa mga sukaranan sa electrodynamics: boltahe, kasamtangan, resistensya, balaod ni Ohm ug mga balaod ni Kirchhoff. Ang praktikal nga mga buluhaton gihimo sa usa ka bahin sa simulator o nahuman sa pisara, apan mas daghang oras ang gigugol sa paghimo sa tinuod nga mga sirkito sama sa mga logic circuit, oscillating circuit, ug uban pa.
Ang sunod nga hilisgutan mao ang Computer Architecture - sa usa ka diwa, usa ka tulay nga nagkonektar sa pisika ug programming. Gitun-an sa mga estudyante ang sukaranan nga sukaranan, ang kamahinungdanon niini labi ka teoretikal kaysa praktikal. Ingon nga praktis, ang mga estudyante independente nga nagdisenyo sa aritmetika ug lohika nga mga sirkito sa simulator ug nakadawat mga puntos alang sa nahuman nga mga buluhaton.
Ang ikaupat nga adlaw mao ang unang adlaw sa programming. Ang Python 2 gipili isip programming language tungod kay kini ang gigamit sa ROS programming. Kini nga adlaw gi-istruktura sama sa mosunod: ang mga magtutudlo nagpresentar sa materyal, mihatag og mga ehemplo sa pagsulbad sa mga problema, samtang ang mga estudyante naminaw niini, naglingkod sa ilang mga kompyuter, ug gisubli ang gisulat sa magtutudlo sa pisara o slide. Dayon ang mga estudyante nagsulbad sa susama nga mga problema sa ilang kaugalingon, ug ang mga solusyon gisusi sa mga magtutudlo.
Ang ikalimang adlaw gipahinungod sa ROS: nahibal-an sa mga lalaki ang bahin sa programming sa robot. Sa tibuok adlaw sa eskuylahan, ang mga estudyante naglingkod sa ilang mga kompyuter, nga nagpadagan sa code sa programa nga gihisgutan sa magtutudlo. Nakahimo sila sa pagpadagan sa batakang mga yunit sa ROS sa ilang kaugalingon ug gipaila usab sa proyekto sa Duckietown. Sa katapusan niining adlawa, ang mga estudyante andam na sa pagsugod sa proyekto nga bahin sa eskwelahan - pagsulbad sa praktikal nga mga problema.
Deskripsyon sa pinili nga mga proyekto
Gihangyo ang mga estudyante sa pagporma og mga grupo sa tulo ug pagpili og usa ka hilisgutan sa proyekto. Ingon nga resulta, ang mosunod nga mga proyekto gisagop:
1. Pag-calibrate sa kolor. Kinahanglan nga i-calibrate ni Duckiebot ang camera kung mabag-o ang mga kondisyon sa suga, mao nga adunay usa ka awtomatikong pag-calibrate nga buluhaton. Ang problema mao nga ang mga han-ay sa kolor sensitibo kaayo sa kahayag. Gipatuman sa mga partisipante ang usa ka utility nga magpasiugda sa gikinahanglan nga mga kolor sa usa ka frame (pula, puti ug dalag) ug magtukod og mga han-ay alang sa matag kolor sa HSV format.
2. Duck Taxi. Ang ideya sa kini nga proyekto mao nga ang Duckiebot mahimong mohunong duol sa usa ka butang, kuhaon kini ug sundon ang usa ka piho nga ruta. Usa ka hayag nga yellow nga itik ang gipili isip butang.
3. Pagtukod sa usa ka road graph. Adunay tahas sa paghimo og graph sa mga dalan ug mga intersection. Ang tumong niini nga proyekto mao ang paghimo og road graph nga walay paghatag ug priori environmental data ngadto sa Duckiebot, nga nagsalig lamang sa camera data.
4. Patrol car. Kini nga proyekto giimbento sa mga estudyante mismo. Gisugyot nila ang pagtudlo sa usa ka Duckiebot, usa ka "patrol," aron gukdon ang lain, usa ka "malapason." Alang niini nga katuyoan, ang mekanismo sa target nga pag-ila gamit ang ArUco marker gigamit. Sa diha nga makompleto ang pag-ila, usa ka signal ang ipadala sa "intruder" aron makompleto ang trabaho.
Pag-calibrate sa Kolor
Ang katuyoan sa proyekto sa Colour Calibration mao ang pag-adjust sa lainlain sa mailhan nga mga kolor sa pagmarka sa bag-ong mga kondisyon sa suga. Kung wala ang ingon nga mga pagbag-o, ang pag-ila sa mga linya sa paghunong, mga separator sa lane ug mga utlanan sa dalan nahimong dili husto. Ang mga partisipante misugyot og solusyon base sa preprocessing markup color patterns: pula, yellow ug puti.
Ang matag usa niini nga mga kolor adunay preset nga range sa HSV o RGB values. Gamit kini nga range, makit-an ang tanan nga mga lugar sa frame nga adunay angay nga mga kolor, ug gipili ang pinakadako. Kini nga lugar gikuha ingon nga kolor nga kinahanglan hinumdoman. Ang mga pormula sa estadistika sama sa pagkuwenta sa mean ug standard deviation kay gigamit sa pagbanabana sa bag-ong color range.
Kini nga range girekord sa mga file sa configuration sa camera ni Duckiebot ug mahimong magamit sa ulahi. Ang gihulagway nga pamaagi gipadapat sa tanan nga tulo ka mga kolor, nga sa katapusan nagporma mga han-ay alang sa matag usa sa mga kolor sa markup.
Gipakita sa mga pagsulay ang hapit hingpit nga pag-ila sa mga linya sa pagmarka, gawas sa mga kaso diin ang mga materyales sa pagmarka naggamit glossy tape, nga nagpakita sa mga gigikanan sa kahayag nga kusog kaayo nga gikan sa anggulo sa pagtan-aw sa camera ang mga marka makita nga puti, bisan unsa pa ang orihinal nga kolor niini.
Duck Taxi
Ang proyekto sa Duck Taxi naglangkit sa paghimo ug algorithm aron makapangita usa ka pasahero sa itik sa lungsod, ug dayon ihatud kini sa gikinahanglan nga punto. Gibahin sa mga partisipante kini nga problema sa duha: detection ug paglihok subay sa graph.
Ang mga estudyante nagpahigayon og duck detection pinaagi sa paghuna-huna nga ang itik mao ang bisan unsang lugar sa frame nga mahimong mailhan nga yellow, nga adunay pula nga triyanggulo (beak) niini. Sa diha nga ang ingon nga lugar makit-an sa sunod nga frame, ang robot kinahanglan nga moduol niini ug dayon mohunong sa pipila ka segundo, nga nagsundog sa pag-landing sa usa ka pasahero.
Dayon, nga ang road graph sa tibuok duckietown ug ang posisyon sa bot nga gitipigan sa panumduman daan, ug nakadawat usab sa destinasyon isip input, ang mga partisipante magtukod og agianan gikan sa departure point ngadto sa arrival point, gamit ang algorithm ni Dijkstra sa pagpangita sa mga agianan sa graph . Ang output gipresentar isip usa ka hugpong sa mga sugo - moliko sa matag usa sa mosunod nga mga interseksyon.
Grap sa mga Dalan
Ang tumong niini nga proyekto mao ang paghimo og graph - usa ka network sa mga dalan sa Duckietown. Ang mga buko sa resulta nga graph maoy mga interseksyon, ug ang mga arko maoy mga dalan. Aron mahimo kini, kinahanglan nga susihon ni Duckiebot ang lungsod ug analisahon ang ruta niini.
Atol sa pagtrabaho sa proyekto, ang ideya sa paghimo og usa ka gibug-aton nga graph giisip, apan unya gilabay, diin ang gasto sa usa ka ngilit gitino sa gilay-on (panahon sa pagbiyahe) tali sa mga interseksyon. Ang pag-implementar niini nga ideya nahimong hilabihan ka labor-intensive, ug walay igong panahon alang niini sulod sa eskwelahan.
Pag-abot ni Duckiebot sa sunod nga interseksyon, gipili niini ang dalan nga mogawas sa intersection nga wala pa niini maagian. Kung ang tanan nga mga dalan sa tanan nga mga interseksyon naagi na, ang nahimo nga lista sa mga intersection adjacencies nagpabilin sa panumduman sa bot, nga gibag-o sa usa ka imahe gamit ang librarya sa Graphviz.
Ang algorithm nga gisugyot sa mga partisipante dili angay alang sa usa ka random nga Duckietown, apan nagtrabaho og maayo alang sa usa ka gamay nga lungsod sa upat ka mga interseksyon nga gigamit sulod sa eskwelahan. Ang ideya mao ang pagdugang ug ArUco marker sa matag intersection nga adunay intersection identifier aron masubay ang han-ay diin ang mga intersection gipadagan.
Ang diagram sa algorithm nga gihimo sa mga partisipante gipakita sa numero.
Patrol Car
Ang katuyoan niini nga proyekto mao ang pagpangita, paggukod ug pagdetine sa usa ka naglapas nga bot sa lungsod sa Duckietown. Ang usa ka patrol bot kinahanglan molihok subay sa gawas nga singsing sa usa ka dalan sa lungsod, nangita usa ka nahibal-an nga intruder bot. Human makamatikod sa usa ka manunulong, ang patrol bot kinahanglang mosunod sa manunulong ug pugson siya sa pagpahunong.
Ang trabaho nagsugod sa pagpangita alang sa usa ka ideya alang sa pag-ila sa usa ka bot sa usa ka frame ug pag-ila sa usa ka nanghilabot niini. Gisugyot sa team ang pagsangkap sa matag bot sa siyudad nga adunay talagsaon nga marka sa likod - sama sa tinuod nga mga sakyanan nga adunay mga numero sa rehistrasyon sa estado. Ang mga marka sa ArUco gipili alang niini nga katuyoan. Gigamit na sila kaniadto sa duckietown tungod kay kini dali nga magamit ug gitugotan ka nga mahibal-an ang oryentasyon sa marker sa wanang ug ang gilay-on niini.
Sunod, gikinahanglan aron masiguro nga ang patrol bot estrikto nga molihok sa gawas nga lingin nga dili mohunong sa mga interseksyon. Sa kasagaran, ang Duckiebot molihok sa usa ka lane ug mohunong sa linya sa paghunong. Dayon, uban sa tabang sa mga karatula sa dalan, iyang gitino ang configuration sa intersection ug naghimo sa usa ka pagpili mahitungod sa direksyon sa agianan sa intersection. Alang sa matag usa sa gihulagway nga mga yugto, usa sa mga estado sa finite state machine sa robot ang responsable. Aron mawagtang ang mga paghunong sa intersection, ang team nag-ilis sa state machine aron sa pagduol sa stop line, ang bot mibalhin dayon ngadto sa state of driving straight through the intersection.
Ang sunod nga lakang mao ang pagsulbad sa problema sa pagpahunong sa intruder bot. Ang team mihimo sa pangagpas nga ang patrol bot mahimong adunay SSH access sa matag usa sa mga bot sa siyudad, nga mao, adunay pipila ka impormasyon mahitungod sa unsa nga data sa pagtugot ug unsa nga id ang matag bot. Mao nga, pagkahuman nakit-an ang nanghilabot, ang patrol bot nagsugod sa pagkonektar pinaagi sa SSH sa intruder bot ug gisirhan ang sistema niini.
Human makompirmar nga nahuman na ang shutdown command, mihunong usab ang patrol bot.
Ang operasyon algorithm sa usa ka patrol robot mahimong irepresentar sa mosunod nga diagram:
Pagtrabaho sa mga proyekto
Ang trabaho giorganisar sa usa ka pormat nga susama sa Scrum: matag buntag ang mga estudyante nagplano sa mga buluhaton alang sa karon nga adlaw, ug sa gabii sila nagtaho sa trabaho nga nahimo.
Sa una ug katapusang mga adlaw, ang mga estudyante nag-andam og mga presentasyon nga naghulagway sa buluhaton ug unsaon kini pagsulbad. Aron matabangan ang mga estudyante sa pagsunod sa ilang gipili nga mga plano, ang mga magtutudlo gikan sa Russia ug Amerika kanunay nga naa sa mga kwarto diin gihimo ang pagtrabaho sa mga proyekto, pagtubag sa mga pangutana. Ang komunikasyon nahitabo una sa English.
Resulta ug ilang demonstrasyon
Ang pagtrabaho sa mga proyekto milungtad ug usa ka semana, pagkahuman gipresentar sa mga estudyante ang ilang mga resulta. Ang tanan nag-andam og mga presentasyon diin sila naghisgot mahitungod sa unsay ilang nakat-unan niini nga eskwelahan, unsa ang labing importante nga mga leksyon nga ilang nakat-unan, unsa ang ilang gusto o dili gusto. Human niana, ang matag team nagpresentar sa ilang proyekto. Ang tanan nga mga team nahuman sa ilang mga buluhaton.
Ang team nga nagpatuman sa color calibration nakompleto ang proyekto nga mas paspas kay sa uban, mao nga sila usab adunay panahon sa pag-andam sa dokumentasyon alang sa ilang programa. Ug ang team nga nagtrabaho sa road graph, bisan sa katapusang adlaw sa wala pa ang demonstrasyon sa proyekto, misulay sa pagpino ug pagtul-id sa ilang mga algorithm.
konklusyon
Pagkahuman sa pag-eskwela, gihangyo namon ang mga estudyante sa pagtimbang-timbang sa nangaging mga kalihokan ug pagtubag sa mga pangutana kung unsa ka maayo ang pagtagbo sa eskuylahan sa ilang mga gilauman, unsa nga mga kahanas ang ilang nakuha, ug uban pa. Ang tanan nga mga estudyante nakamatikod nga nakakat-on sila sa pagtrabaho sa usa ka team, pag-apod-apod sa mga buluhaton ug pagplano sa ilang oras.
Gihangyo usab ang mga estudyante sa pag-rate sa kapuslanan ug kalisud sa mga kurso nga ilang gikuha. Ug dinhi duha ka grupo sa mga pagtasa ang naporma: para sa uban ang mga kurso wala kaayo maglisud, ang uban nag-rate niini nga hilabihan ka lisud.
Kini nagpasabut nga ang eskuylahan nakakuha sa husto nga posisyon pinaagi sa pagpabilin nga ma-access sa mga nagsugod sa usa ka partikular nga natad, apan naghatag usab mga materyales alang sa pagbalik-balik ug pagkonsolida sa mga eksperyensiyadong estudyante. Kinahanglan nga hinumdoman nga ang kurso sa programming (Python) nahibal-an sa halos tanan nga dili komplikado apan mapuslanon. Sumala sa mga estudyante, ang labing lisud nga kurso mao ang "Computer Architecture".
Sa dihang gipangutana ang mga estudyante mahitungod sa mga kalig-on ug kahuyang sa eskwelahan, daghan ang mitubag nga ganahan sila sa estilo sa pagtudlo nga gipili, diin ang mga magtutudlo naghatag dayon ug personal nga tabang ug mitubag sa mga pangutana.
Namatikdan usab sa mga estudyante nga ganahan sila nga magtrabaho sa paagi sa adlaw-adlaw nga pagplano sa ilang mga buluhaton ug pagtakda sa ilang kaugalingon nga mga deadline. Ingon nga mga disadvantages, ang mga estudyante nakamatikod sa kakulang sa kahibalo nga gihatag, nga gikinahanglan sa pagtrabaho uban sa bot: sa diha nga nagkonektar, pagsabut sa mga sukaranan ug mga prinsipyo sa operasyon niini.
Halos tanan nga mga estudyante nakamatikod nga ang eskwelahan milabaw sa ilang mga gilauman, ug kini nagpakita sa husto nga direksyon sa pag-organisar sa eskwelahan. Busa, ang kinatibuk-ang mga prinsipyo kinahanglang huptan sa dihang mag-organisar sa sunod nga eskuylahan, nga maghunahuna ug, kon mahimo, magwagtang sa mga kakulangan nga namatikdan sa mga estudyante ug mga magtutudlo, tingali mag-usab sa listahan sa mga kurso o sa panahon sa ilang pagtudlo.
Mga tagsulat sa artikulo: team Π²
PS Ang among corporate blog adunay bag-ong ngalan. Karon kini ipahinungod sa mga proyekto sa edukasyon sa JetBrains.
Source: www.habr.com