Mae yna lawer o gyrsiau rhagorol ym myd addysg beirianneg, ond yn aml mae'r cwricwlwm a adeiladwyd o'u cwmpas yn dioddef o un diffyg difrifol - diffyg cydlyniad da rhwng y gwahanol bynciau. Efallai y bydd rhywun yn gwrthwynebu: sut gall hyn fod?
Pan fydd rhaglen hyfforddi yn cael ei ffurfio, nodir rhagofynion a threfn glir ar gyfer astudio'r disgyblaethau ar gyfer pob cwrs. Er enghraifft, er mwyn adeiladu a rhaglennu robot symudol cyntefig, mae angen i chi wybod ychydig o fecaneg i greu ei strwythur corfforol; hanfodion trydan ar lefel deddfau Ohm/Kirchhoff, cynrychioliad signalau digidol ac analog; gweithrediadau gyda fectorau a matricsau er mwyn disgrifio systemau cyfesurynnol a symudiadau'r robot yn y gofod; hanfodion rhaglennu ar lefel cyflwyno data, algorithmau syml a strwythurau trosglwyddo rheolaeth, ac ati. i ddisgrifio ymddygiad.
A yw hyn i gyd yn cael ei gynnwys mewn cyrsiau prifysgol? Wrth gwrs wedi. Fodd bynnag, gyda deddfau Ohm/Kirchhoff cawn thermodynameg a theori maes; yn ogystal â gweithrediadau gyda matricsau a fectorau, mae un yn gorfod delio â ffurflenni Jordan; mewn rhaglennu, astudiwch amryffurfedd - pynciau nad oes eu hangen bob amser i ddatrys problem ymarferol syml.
Mae addysg prifysgol yn helaeth - mae'r myfyriwr yn mynd ymlaen yn eang ac yn aml nid yw'n gweld ystyr ac arwyddocâd ymarferol y wybodaeth a dderbynia. Fe wnaethom benderfynu troi patrwm addysg brifysgol mewn STEM (o'r geiriau Gwyddoniaeth, Technoleg, Peirianneg, Mathemateg) a chreu rhaglen sy'n seiliedig ar gydlyniad gwybodaeth, gan ganiatáu ar gyfer cynnydd mewn cyflawnrwydd yn y dyfodol, hynny yw, yn awgrymu meistrolaeth ddwys ar bynciau.
Gellir cymharu dysgu maes pwnc newydd ag archwilio ardal leol. Ac yma mae dau opsiwn: naill ai mae gennym fap manwl iawn gyda llawer iawn o fanylion y mae angen eu hastudio (ac mae hyn yn cymryd llawer o amser) er mwyn deall ble mae'r prif dirnodau a sut maent yn berthnasol i'w gilydd. ; neu gallwch ddefnyddio cynllun cyntefig, lle nodir dim ond y prif bwyntiau a'u safleoedd cymharol - mae map o'r fath yn ddigon i ddechrau symud i'r cyfeiriad cywir ar unwaith, gan egluro'r manylion wrth fynd ymlaen.
Profwyd y dull dysgu STEM dwys mewn ysgol aeaf, a gynhaliwyd gennym gyda myfyrwyr MIT gyda chefnogaeth
Paratoi deunydd
Rhan gyntaf y rhaglen ysgol oedd wythnos o ddosbarthiadau yn y prif feysydd, a oedd yn cynnwys algebra, cylchedau trydanol, pensaernïaeth gyfrifiadurol, rhaglennu Python a chyflwyniad i ROS (System Gweithredu Robot).
Ni ddewiswyd y cyfarwyddiadau ar hap: gan ategu ei gilydd, roeddent i fod i helpu myfyrwyr i weld y cysylltiad rhwng pethau sy'n ymddangos yn wahanol ar yr olwg gyntaf - mathemateg, electroneg a rhaglennu.
Wrth gwrs, nid y prif nod oedd rhoi llawer o ddarlithoedd, ond rhoi cyfle i'r myfyrwyr gymhwyso'r wybodaeth newydd eu hunain yn ymarferol.
Yn yr adran algebra, gallai myfyrwyr ymarfer gweithrediadau matrics a datrys systemau o hafaliadau, a oedd yn ddefnyddiol wrth astudio cylchedau trydanol. Ar ôl dysgu am strwythur transistor a'r elfennau rhesymegol a adeiladwyd ar ei sail, gallai myfyrwyr weld eu defnydd mewn dyfais prosesydd, ac ar ôl dysgu hanfodion yr iaith Python, ysgrifennu rhaglen ar gyfer robot go iawn ynddo.
Duckietown
Un o nodau'r ysgol oedd lleihau gwaith gydag efelychwyr lle bo modd. Felly, paratowyd set fawr o gylchedau electronig, y bu'n rhaid i fyfyrwyr eu cydosod ar fwrdd bara o gydrannau go iawn a'u profi'n ymarferol, a dewiswyd Duckietown fel sylfaen ar gyfer y prosiectau.
Mae Duckietown yn brosiect ffynhonnell agored sy'n cynnwys robotiaid ymreolaethol bach o'r enw Duckiebots a'r rhwydweithiau o ffyrdd y maent yn teithio ar eu hyd. Mae Duckiebot yn blatfform olwynion sydd â microgyfrifiadur Raspberry Pi ac un camera.
Yn seiliedig arno, rydym wedi paratoi set o dasgau posibl, megis adeiladu map ffordd, chwilio am wrthrychau a stopio wrth eu hymyl, a nifer o rai eraill. Gallai myfyrwyr hefyd gynnig eu problem eu hunain ac nid yn unig ysgrifennu rhaglen i'w datrys, ond hefyd ei rhedeg ar unwaith ar robot go iawn.
Dysgu
Yn ystod y ddarlith, cyflwynodd athrawon y deunydd gan ddefnyddio cyflwyniadau a baratowyd ymlaen llaw. Recordiwyd rhai dosbarthiadau ar fideo er mwyn i fyfyrwyr allu eu gwylio gartref. Yn ystod darlithoedd, defnyddiodd myfyrwyr ddeunyddiau ar eu cyfrifiaduron, gofyn cwestiynau, a datrys problemau gyda'i gilydd ac yn annibynnol, weithiau wrth y bwrdd du. Ar sail canlyniadau'r gwaith, cyfrifwyd gradd pob myfyriwr ar wahân mewn gwahanol bynciau.
Gadewch i ni ystyried yn fanylach y modd y cynhelir dosbarthiadau ym mhob pwnc. Y pwnc cyntaf oedd algebra llinol. Treuliodd myfyrwyr un diwrnod yn astudio fectorau a matricsau, systemau hafaliadau llinol, ac ati. Roedd tasgau ymarferol wedi'u strwythuro'n rhyngweithiol: cafodd y problemau arfaethedig eu datrys yn unigol, a rhoddodd yr athro a myfyrwyr eraill sylwadau ac awgrymiadau.
Yr ail bwnc yw trydan a chylchedau syml. Dysgodd y myfyrwyr hanfodion electrodynameg: foltedd, cerrynt, gwrthiant, cyfraith Ohm a chyfreithiau Kirchhoff. Roedd tasgau ymarferol yn cael eu gwneud yn rhannol yn yr efelychydd neu eu cwblhau ar y bwrdd, ond treuliwyd mwy o amser yn adeiladu cylchedau go iawn fel cylchedau rhesymeg, cylchedau oscillaidd, ac ati.
Y pwnc nesaf yw Pensaernïaeth Gyfrifiadurol - ar un ystyr, pont sy'n cysylltu ffiseg a rhaglennu. Astudiodd myfyrwyr y sail sylfaenol, y mae ei harwyddocâd yn fwy damcaniaethol nag ymarferol. Fel arfer, dyluniodd myfyrwyr gylchedau rhifyddeg a rhesymeg yn annibynnol yn yr efelychydd a derbyn pwyntiau am dasgau a gwblhawyd.
Y pedwerydd diwrnod yw diwrnod cyntaf y rhaglennu. Dewiswyd Python 2 fel yr iaith raglennu oherwydd dyma'r un a ddefnyddir mewn rhaglennu ROS. Roedd y diwrnod hwn wedi'i strwythuro fel a ganlyn: cyflwynodd yr athrawon y deunydd, rhoddodd enghreifftiau o ddatrys problemau, tra bod myfyrwyr yn gwrando arnynt, yn eistedd wrth eu cyfrifiaduron, ac yn ailadrodd yr hyn a ysgrifennodd yr athro ar y bwrdd neu'r sleid. Yna datrysodd y myfyrwyr broblemau tebyg ar eu pen eu hunain, a gwerthuswyd yr atebion wedyn gan yr athrawon.
Neilltuwyd y pumed diwrnod i ROS: dysgodd y dynion am raglennu robotiaid. Y diwrnod ysgol cyfan, eisteddodd myfyrwyr wrth eu cyfrifiaduron, gan redeg y cod rhaglen y soniodd yr athro amdano. Roeddent yn gallu rhedeg unedau ROS sylfaenol ar eu pen eu hunain a chawsant eu cyflwyno hefyd i brosiect Duckietown. Ar ddiwedd y diwrnod hwn, roedd y myfyrwyr yn barod i ddechrau rhan prosiect yr ysgol - datrys problemau ymarferol.
Disgrifiad o'r prosiectau a ddewiswyd
Gofynnwyd i fyfyrwyr ffurfio timau o dri a dewis testun prosiect. O ganlyniad, mabwysiadwyd y prosiectau canlynol:
1. calibro lliw. Mae angen i Duckiebot raddnodi'r camera pan fydd amodau goleuo'n newid, felly mae tasg graddnodi awtomatig. Y broblem yw bod ystodau lliw yn sensitif iawn i olau. Gweithredodd y cyfranogwyr gyfleustodau a fyddai'n amlygu'r lliwiau gofynnol mewn ffrâm (coch, gwyn a melyn) ac adeiladu ystodau ar gyfer pob lliw mewn fformat HSV.
2. Tacsi Hwyaden. Syniad y prosiect hwn yw y gallai Duckiebot stopio ger gwrthrych, ei godi a dilyn llwybr penodol. Dewiswyd hwyaden felen llachar fel y gwrthrych.
3. Llunio graff ffordd. Mae yna dasg o adeiladu graff o ffyrdd a chroesffyrdd. Nod y prosiect hwn yw adeiladu graff ffordd heb ddarparu data amgylcheddol priori i Duckiebot, gan ddibynnu ar ddata camera yn unig.
4. car patrol. Dyfeisiwyd y prosiect hwn gan y myfyrwyr eu hunain. Fe wnaethon nhw gynnig dysgu un Duckiebot, “patrol,” i fynd ar ôl un arall, “troseddwr.” At y diben hwn, defnyddiwyd y mecanwaith adnabod targed gan ddefnyddio'r marciwr ArUco. Cyn gynted ag y bydd y gydnabyddiaeth wedi'i chwblhau, anfonir signal i'r “tresmaswr” i gwblhau'r gwaith.
Graddnodi Lliw
Nod y prosiect Calibradu Lliwiau oedd addasu'r ystod o liwiau marcio adnabyddadwy i amodau goleuo newydd. Heb addasiadau o'r fath, daeth adnabyddiaeth o linellau stopio, gwahanyddion lonydd a ffiniau ffyrdd yn anghywir. Cynigiodd y cyfranogwyr ateb yn seiliedig ar ragbrosesu patrymau lliw marcio: coch, melyn a gwyn.
Mae gan bob un o'r lliwiau hyn ystod rhagosodedig o werthoedd HSV neu RGB. Gan ddefnyddio'r ystod hon, darganfyddir pob rhan o'r ffrâm sy'n cynnwys lliwiau addas, a dewisir yr un mwyaf. Cymerir yr ardal hon fel y lliw y mae angen ei gofio. Yna defnyddir fformiwlâu ystadegol megis cyfrifo'r gwyriad cymedrig a safonol i amcangyfrif yr ystod lliw newydd.
Cofnodir yr ystod hon yn ffeiliau cyfluniad camera Duckiebot a gellir ei ddefnyddio yn nes ymlaen. Cymhwyswyd y dull a ddisgrifiwyd at y tri lliw, gan ffurfio ystodau ar gyfer pob un o'r lliwiau marcio yn y pen draw.
Dangosodd profion adnabyddiaeth bron yn berffaith o linellau marcio, ac eithrio mewn achosion lle roedd y deunyddiau marcio yn defnyddio tâp sgleiniog, sy'n adlewyrchu ffynonellau golau mor gryf fel bod y marciau'n ymddangos yn wyn o ongl wylio'r camera, waeth beth fo'i liw gwreiddiol.
Tacsi Hwyaden
Roedd y prosiect Tacsis Hwyaden yn cynnwys adeiladu algorithm i chwilio am deithiwr hwyaid yn y ddinas, ac yna ei gludo i'r pwynt gofynnol. Rhannodd y cyfranogwyr y broblem hon yn ddwy: canfod a symud ar hyd y graff.
Cyflawnodd y myfyrwyr ganfod hwyaid trwy wneud y rhagdybiaeth mai hwyaden yw unrhyw ardal yn y ffrâm y gellir ei hadnabod fel melyn, gyda thriongl coch (pig) arno. Cyn gynted ag y canfyddir ardal o'r fath yn y ffrâm nesaf, dylai'r robot fynd ato ac yna stopio am ychydig eiliadau, gan efelychu glaniad teithiwr.
Yna, ar ôl i graff ffordd y duckietown gyfan a safle'r bot gael ei storio yn y cof ymlaen llaw, a hefyd yn derbyn y cyrchfan fel mewnbwn, mae'r cyfranogwyr yn adeiladu llwybr o'r pwynt gadael i'r pwynt cyrraedd, gan ddefnyddio algorithm Dijkstra i ddod o hyd i lwybrau yn y graff . Cyflwynir yr allbwn fel set o orchmynion - troadau ar bob un o'r croestoriadau canlynol.
Graff o Ffyrdd
Nod y prosiect hwn oedd adeiladu graff - rhwydwaith o ffyrdd yn Duckietown. Mae nodau'r graff canlyniadol yn groestoriadau, ac mae'r arcau yn ffyrdd. I wneud hyn, rhaid i Duckiebot archwilio'r ddinas a dadansoddi ei llwybr.
Yn ystod y gwaith ar y prosiect, ystyriwyd y syniad o greu graff wedi'i bwysoli, ond yna ei daflu, lle mae cost ymyl yn cael ei bennu gan y pellter (amser teithio) rhwng croestoriadau. Trodd gweithrediad y syniad hwn allan yn rhy lafurus, ac nid oedd digon o amser ar ei gyfer o fewn yr ysgol.
Pan fydd Duckiebot yn cyrraedd y groesffordd nesaf, mae'n dewis y ffordd sy'n arwain allan o'r groesffordd nad yw eto wedi'i chymryd. Pan fydd yr holl ffyrdd ar bob croestoriad wedi'u pasio, mae'r rhestr a gynhyrchir o gyffiniau croestoriad yn aros yng nghof y bot, sy'n cael ei drawsnewid yn ddelwedd gan ddefnyddio llyfrgell Graphviz.
Nid oedd yr algorithm a gynigiwyd gan y cyfranogwyr yn addas ar gyfer Duckietown ar hap, ond fe weithiodd yn dda ar gyfer tref fechan o bedwar croestoriad a ddefnyddir yn yr ysgol. Y syniad oedd ychwanegu marciwr ArUco at bob croestoriad yn cynnwys dynodwr croestoriad i olrhain y drefn y gyrrwyd y croestoriadau.
Dangosir y diagram o'r algorithm a ddatblygwyd gan y cyfranogwyr yn y ffigur.
Car Patrol
Nod y prosiect hwn yw chwilio, mynd ar drywydd a chadw bot tramgwyddus yn ninas Duckietown. Rhaid i bot patrôl symud ar hyd cylch allanol ffordd ddinas, gan chwilio am bot tresmaswr hysbys. Ar ôl canfod tresmaswr, rhaid i'r bot patrôl ddilyn y tresmaswr a'i orfodi i stopio.
Dechreuodd y gwaith gyda chwilio am syniad ar gyfer canfod bot mewn ffrâm ac adnabod tresmaswr ynddo. Cynigiodd y tîm arfogi pob bot yn y ddinas â marciwr unigryw ar y cefn - yn union fel ceir go iawn â rhifau cofrestru'r wladwriaeth. Dewiswyd marcwyr ArUco i'r perwyl hwn. Fe'u defnyddiwyd yn flaenorol yn duckietown gan eu bod yn hawdd gweithio gyda nhw ac yn caniatáu ichi bennu cyfeiriadedd y marciwr yn y gofod a'r pellter iddo.
Nesaf, roedd angen sicrhau bod y bot patrôl yn symud yn llym yn y cylch allanol heb stopio ar groesffyrdd. Yn ddiofyn, mae Duckiebot yn symud mewn lôn ac yn stopio wrth y llinell stopio. Yna, gyda chymorth arwyddion ffyrdd, mae'n pennu cyfluniad y groesffordd ac yn gwneud dewis ynghylch cyfeiriad taith y groesffordd. Ar gyfer pob un o'r camau a ddisgrifir, un o gyflwr peiriant cyflwr meidraidd y robot sy'n gyfrifol. Er mwyn cael gwared ar arosfannau ar y groesffordd, newidiodd y tîm y peiriant cyflwr fel bod y bot wrth nesáu at y llinell stopio yn newid ar unwaith i gyflwr gyrru yn syth trwy'r groesffordd.
Y cam nesaf oedd datrys y broblem o atal y bot tresmaswyr. Gwnaeth y tîm y rhagdybiaeth y gallai'r bot patrôl gael mynediad SSH i bob un o'r botiau yn y ddinas, hynny yw, bod â rhywfaint o wybodaeth am ba ddata awdurdodi a pha ID sydd gan bob bot. Felly, ar ôl canfod y tresmaswr, dechreuodd y bot patrôl gysylltu trwy SSH â'r bot tresmaswyr a chau ei system.
Ar ôl cadarnhau bod y gorchymyn cau wedi'i gwblhau, stopiodd y bot patrôl hefyd.
Gellir cynrychioli algorithm gweithredu robot patrol fel y diagram canlynol:
Gweithio ar brosiectau
Trefnwyd y gwaith mewn fformat tebyg i Scrum: bob bore roedd y myfyrwyr yn cynllunio tasgau ar gyfer y diwrnod presennol, a gyda'r nos roeddent yn adrodd ar y gwaith a wnaed.
Ar y diwrnod cyntaf a’r diwrnod olaf, paratôdd y myfyrwyr gyflwyniadau yn disgrifio’r dasg a sut i’w datrys. Er mwyn helpu myfyrwyr i ddilyn eu cynlluniau dewisol, roedd athrawon o Rwsia ac America yn gyson yn bresennol yn yr ystafelloedd lle roedd gwaith ar brosiectau yn digwydd, gan ateb cwestiynau. Roedd cyfathrebu yn digwydd yn Saesneg yn bennaf.
Canlyniadau a'u harddangosiad
Parhaodd y gwaith ar y prosiectau am wythnos, ac wedi hynny cyflwynodd y myfyrwyr eu canlyniadau. Paratôdd pawb gyflwyniadau lle buont yn siarad am yr hyn a ddysgwyd ganddynt yn yr ysgol hon, beth oedd y gwersi pwysicaf a ddysgwyd ganddynt, beth oeddent yn ei hoffi neu ddim yn ei hoffi. Ar ôl hynny, cyflwynodd pob tîm ei brosiect. Cwblhaodd pob tîm eu tasgau.
Cwblhaodd y tîm a oedd yn gweithredu graddnodi lliw y prosiect yn gyflymach nag eraill, felly roedd ganddynt amser hefyd i baratoi dogfennaeth ar gyfer eu rhaglen. Ac fe geisiodd y tîm sy'n gweithio ar y graff ffordd, hyd yn oed ar y diwrnod olaf cyn arddangosiad y prosiect, fireinio a chywiro eu algorithmau.
Casgliad
Ar ôl cwblhau'r ysgol, gofynnwyd i fyfyrwyr werthuso gweithgareddau'r gorffennol ac ateb cwestiynau ynghylch pa mor dda y gwnaeth yr ysgol fodloni eu disgwyliadau, pa sgiliau a gawsant, ac ati. Nododd pob myfyriwr eu bod wedi dysgu gweithio mewn tîm, dosbarthu tasgau a chynllunio eu hamser.
Gofynnwyd hefyd i fyfyrwyr raddio defnyddioldeb ac anhawster y cyrsiau a gymerwyd ganddynt. Ac yma ffurfiwyd dau grŵp o asesiadau: i rai nid oedd y cyrsiau'n peri llawer o anhawster, roedd eraill yn eu graddio'n hynod anodd.
Mae hyn yn golygu bod yr ysgol wedi cymryd y safle cywir trwy aros yn hygyrch i ddechreuwyr mewn maes penodol, ond hefyd darparu deunyddiau ar gyfer ailadrodd a chyfnerthu gan fyfyrwyr profiadol. Dylid nodi bod y cwrs rhaglennu (Python) wedi'i nodi gan bron bawb fel un syml ond defnyddiol. Yn ôl myfyrwyr, y cwrs anoddaf oedd “Pensaernïaeth Gyfrifiadurol”.
Pan ofynnwyd i fyfyrwyr am gryfderau a gwendidau'r ysgol, ymatebodd llawer eu bod yn hoffi'r arddull addysgu a ddewiswyd, lle'r oedd athrawon yn rhoi cymorth prydlon a phersonol ac yn ateb cwestiynau.
Nododd myfyrwyr hefyd eu bod yn hoffi gweithio yn y modd o gynllunio eu tasgau bob dydd a gosod eu terfynau amser eu hunain. Fel anfanteision, nododd myfyrwyr y diffyg gwybodaeth a ddarperir, a oedd yn ofynnol wrth weithio gyda'r bot: wrth gysylltu, deall hanfodion ac egwyddorion ei weithrediad.
Nododd bron pob myfyriwr fod yr ysgol wedi rhagori ar eu disgwyliadau, ac mae hyn yn dynodi'r cyfeiriad cywir ar gyfer trefnu'r ysgol. Felly, dylid cynnal yr egwyddorion cyffredinol wrth drefnu'r ysgol nesaf, gan gymryd i ystyriaeth ac, os yn bosibl, dileu'r diffygion a nodir gan fyfyrwyr ac athrawon, efallai newid y rhestr o gyrsiau neu amseriad eu haddysgu.
Awduron erthyglau: tîm в
ON Mae gan ein blog corfforaethol enw newydd. Nawr bydd yn cael ei neilltuo i brosiectau addysgol JetBrains.
Ffynhonnell: hab.com