Gen anpil kou ekselan nan mond lan nan edikasyon jeni, men souvan kourikoulòm nan bati alantou yo soufri de yon defo grav - yon mank de koerans bon ant divès sijè. Youn ta ka objeksyon: ki jan sa a ka ye?
Lè yon pwogram fòmasyon ap fòme, kondisyon yo ak yon lòd klè nan ki disiplin yo dwe etidye yo endike pou chak kou. Pou egzanp, yo nan lòd yo bati ak pwograme yon robo primitif mobil, ou bezwen konnen yon ti mekanik yo kreye estrikti fizik li yo; baz elektrisite nan nivo lwa Ohm/Kirchhoff yo, reprezantasyon siyal dijital ak analòg; operasyon ak vektè ak matris yo nan lòd yo dekri sistèm kowòdone ak mouvman robo a nan espas; Basics nan pwogramasyon nan nivo prezantasyon done, algoritm senp ak estrikti transfè kontwòl, elatriye. pou dekri konpòtman.
Èske tout bagay sa yo kouvri nan kou inivèsite? Natirèlman genyen. Sepandan, ak lwa Ohm/Kirchhoff nou jwenn tèmodinamik ak teyori jaden; anplis de operasyon ak matris ak vektè, youn gen fè fas ak fòm lòt bò larivyè Jouden; nan pwogramasyon, etidye polimorfis - sijè ki pa toujou nesesè pou rezoud yon senp pwoblèm pratik.
Edikasyon inivèsite a anpil - elèv la ale sou yon gwo fwon e souvan pa wè siyifikasyon ak siyifikasyon pratik konesans li resevwa a. Nou deside vire paradigm edikasyon inivèsite a nan STEM (ki soti nan mo Syans, Teknoloji, Jeni, Matematik) epi kreye yon pwogram ki baze sou koyerans konesans, ki pèmèt yon ogmantasyon nan konplè nan lavni, se sa ki li. implique metriz entansif nan matyè yo.
Aprann yon nouvo sijè ka konpare ak eksplore yon zòn lokal. Ak isit la gen de opsyon: swa nou gen yon kat jeyografik trè detaye ak yon gwo kantite detay ki bezwen etidye (e sa pran anpil tan) yo nan lòd yo konprann ki kote Landmarks prensipal yo ye ak ki jan yo gen rapò youn ak lòt. ; oswa ou ka itilize yon plan primitif, kote se sèlman pwen prensipal yo ak pozisyon relatif yo endike - tankou yon kat jeyografik se ase imedyatman kòmanse deplase nan bon direksyon an, klarifye detay yo pandan w ap ale.
Nou teste apwòch aprantisaj STEM entansif nan yon lekòl ivè, ke nou te fè ansanm ak elèv MIT yo avèk sipò
Preparasyon materyèl
Premye pati nan pwogram lekòl la se te yon semèn nan klas nan domèn prensipal yo, ki enkli aljèb, sikwi elektrik, achitekti òdinatè, pwogram Python ak yon entwodiksyon nan ROS (Robot Operating System).
Direksyon yo pa te chwazi pa azar: konpleman youn ak lòt, yo te sipoze ede elèv yo wè koneksyon ki genyen ant bagay ki sanble diferan nan premye gade - matematik, elektwonik ak pwogramasyon.
Natirèlman, objektif prensipal la pa te bay yon anpil nan konferans, men bay elèv yo opòtinite pou aplike konesans ki fèk akeri tèt yo nan pratik.
Nan seksyon aljèb la, elèv yo te kapab pratike operasyon matris ak rezoud sistèm ekwasyon, ki te itil nan etidye sikui elektrik. Apre yo fin aprann sou estrikti yon tranzistò ak eleman lojik ki bati sou baz li yo, elèv yo te kapab wè itilizasyon yo nan yon aparèy processeur, epi apre yo fin aprann baz yo nan lang Python, ekri yon pwogram pou yon robo reyèl ladan l.
Duckietown
Youn nan objektif lekòl la se te minimize travay ak simulateur kote sa posib. Se poutèt sa, yo te prepare yon seri gwo sikui elektwonik, ke elèv yo te oblije rasanble sou yon breadboard soti nan eleman reyèl epi teste yo an pratik, epi Duckietown te chwazi kòm baz pou pwojè yo.
Duckietown se yon pwojè sous louvri ki enplike ti robo otonòm yo rele Duckiebots ak rezo wout yo vwayaje. Duckiebot se yon platfòm wou ekipe ak yon mikwo òdinatè Franbwaz Pi ak yon kamera sèl.
Baze sou li, nou te prepare yon seri travay posib, tankou bati yon kat wout, chèche objè ak kanpe bò kote yo, ak yon kantite lòt. Elèv yo ta ka pwopoze pwòp pwoblèm yo epi yo pa sèlman ekri yon pwogram pou rezoud li, men tou imedyatman kouri li sou yon robo reyèl.
Ansèyman
Pandan konferans la, pwofesè yo te prezante materyèl la lè l sèvi avèk prezantasyon yo te prepare davans. Gen kèk klas yo te anrejistre sou videyo pou elèv yo te kapab gade yo lakay yo. Pandan konferans yo, elèv yo te itilize materyèl sou òdinatè yo, yo poze kesyon, epi rezoud pwoblèm ansanm ak poukont yo, pafwa sou tablo a. Dapre rezilta travay la, yo te kalkile evalyasyon chak elèv separeman nan diferan matyè.
Ann konsidere konduit klas yo nan chak matyè an plis detay. Premye sijè a te aljèb lineyè. Elèv yo te pase yon jounen etidye vektè ak matris, sistèm ekwasyon lineyè, elatriye. Travay pratik yo te estriktire entèaktif: pwoblèm yo pwopoze yo te rezoud endividyèlman, ak pwofesè a ak lòt elèv yo te bay kòmantè ak konsèy.
Dezyèm sijè a se elektrisite ak sikui senp. Elèv yo te aprann baz elektwodinamik yo: vòltaj, kouran, rezistans, lwa Ohm ak lwa Kirchhoff. Travay pratik yo te an pati fè nan similatè a oswa ranpli sou tablo a, men plis tan te pase bati sikui reyèl tankou sikui lojik, sikui osile, elatriye.
Sijè kap vini an se Achitekti Odinatè - nan yon sans, yon pon ki konekte fizik ak pwogramasyon. Elèv yo te etidye baz fondamantal, siyifikasyon ki pi teyorik pase pratik. Kòm pratik, elèv yo poukont yo te fèt sikui aritmetik ak lojik nan similatè a epi yo te resevwa pwen pou travay yo fini.
Katriyèm jou a se premye jou pwogramasyon an. Python 2 te chwazi kòm langaj pwogramasyon paske li se youn nan yo itilize nan pwogramasyon ROS. Jounen sa a te striktire jan sa a: pwofesè yo te prezante materyèl la, te bay egzanp sou rezoud pwoblèm, pandan ke elèv yo te koute yo, chita nan òdinatè yo, epi repete sa pwofesè a te ekri sou tablo a oswa glisad. Lè sa a, elèv yo te rezoud pwoblèm menm jan an poukont yo, epi solisyon yo te imedyatman evalye pa pwofesè yo.
Senkyèm jou a te dedye a ROS: mesye yo te aprann sou pwogramasyon robo. Tout jounen lekòl la, elèv yo te chita nan òdinatè yo, ap kouri kòd pwogram ke pwofesè a te pale sou. Yo te kapab kouri inite debaz ROS poukont yo epi yo te prezante tou pwojè Duckietown la. Nan fen jounen sa a, elèv yo te pare yo kòmanse pati nan pwojè nan lekòl la - rezoud pwoblèm pratik.
Deskripsyon nan pwojè chwazi yo
Yo te mande elèv yo pou yo fòme ekip twa epi chwazi yon sijè pwojè. Kòm yon rezilta, pwojè sa yo te adopte:
1. Kalibrasyon koulè. Duckiebot bezwen kalibre kamera a lè kondisyon ekleraj chanje, kidonk gen yon travay kalibrasyon otomatik. Pwoblèm lan se ke ranje koulè yo trè sansib a limyè. Patisipan yo te aplike yon sèvis piblik ki ta mete aksan sou koulè yo mande yo nan yon ankadreman (wouj, blan ak jòn) ak bati chenn pou chak koulè nan fòma HSV.
2. Taksi kanna. Lide pwojè sa a se ke Duckiebot te kapab kanpe toupre yon objè, ranmase l epi swiv yon sèten wout. Yon kanna jòn klere te chwazi kòm objè a.
3. Konstriksyon yon graf wout. Gen yon travay pou konstwi yon graf wout ak entèseksyon. Objektif pwojè sa a se pou konstwi yon graf wout san yo pa bay Duckiebot done anviwonman a priori, ak konte sèlman sou done kamera.
4. Machin patwouy. Pwojè sa a te envante pa elèv yo tèt yo. Yo pwopoze anseye yon Duckiebot, yon "patwouy," pou kouri dèyè yon lòt, yon "vyolatè." Pou rezon sa a, yo te itilize mekanis nan rekonesans sib lè l sèvi avèk makè ArUco. Le pli vit ke rekonesans fini, yo voye yon siyal bay "entrigan an" pou konplete travay la.
Koulè kalibrasyon
Objektif pwojè Kalibrasyon Koulè a se te ajiste seri koulè mak ki rekonèt yo nan nouvo kondisyon ekleraj. San ajisteman sa yo, rekonesans liy arè yo, separasyon liy ak fwontyè wout yo te vin kòrèk. Patisipan yo te pwopoze yon solisyon ki baze sou modèl koulè maketing preprocessing: wouj, jòn ak blan.
Chak nan koulè sa yo gen yon seri prereglaj nan valè HSV oswa RGB. Sèvi ak seri sa a, yo jwenn tout zòn nan ankadreman an ki gen koulè apwopriye, epi yo chwazi youn nan pi gwo. Zòn sa a pran kòm koulè ki bezwen sonje. Lè sa a, yo itilize fòmil estatistik tankou kalkile mwayèn ak devyasyon estanda pou estime nouvo seri koulè a.
Ranje sa a anrejistre nan dosye konfigirasyon kamera Duckiebot a epi yo ka itilize pita. Apwòch ki dekri a te aplike nan tout twa koulè, finalman fòme chenn pou chak nan koulè maketing yo.
Tès yo te montre rekonesans prèske pafè nan liy regilye nèf semenn klas, eksepte nan ka kote materyèl yo make itilize tep briyan, ki reflete sous limyè tèlman fò ke soti nan ang gade kamera a mak yo parèt blan, kèlkeswa koulè orijinal li yo.
Taksi kanna
Pwojè taksi kanna a te enplike nan bati yon algorithm pou chèche yon pasaje kanna nan vil la, ak Lè sa a, transpòte li nan pwen ki nesesè yo. Patisipan yo divize pwoblèm sa a an de: deteksyon ak mouvman sou graf la.
Elèv yo te fè deteksyon kanna lè yo fè sipozisyon ke yon kanna se nenpòt zòn nan ankadreman an ki ka rekonèt kòm jòn, ak yon triyang wouj (bèk) sou li. Le pli vit ke yon zòn sa yo detekte nan pwochen ankadreman an, robo a ta dwe apwoche li ak Lè sa a, sispann pou kèk segonn, similye aterisaj la nan yon pasaje.
Lè sa a, gen graf wout la nan tout duckietown la ak pozisyon bot la ki estoke nan memwa davans, epi tou li resevwa destinasyon an kòm opinyon, patisipan yo bati yon chemen soti nan pwen depa a rive nan pwen arive, lè l sèvi avèk algorithm Dijkstra a jwenn chemen nan graf la. . Pwodiksyon an prezante kòm yon seri kòmandman - vire nan chak nan entèseksyon sa yo.
Grafik wout yo
Objektif pwojè sa a se te bati yon graf - yon rezo wout nan Duckietown. Nœuds graf ki kapab lakòz yo se entèseksyon, ak arc yo se wout. Pou fè sa, Duckiebot dwe eksplore vil la ak analize wout li yo.
Pandan travay la sou pwojè a, yo te konsidere lide pou kreye yon graf filaplon, men Lè sa a, jete, nan ki pri a nan yon kwen detèmine pa distans la (tan vwayaje) ant entèseksyon yo. Enplemantasyon lide sa a te twò entansif travay, e pa t gen ase tan pou li nan lekòl la.
Lè Duckiebot rive nan pwochen entèseksyon an, li chwazi wout ki mennen soti nan entèseksyon an ke li poko pran. Lè tout wout yo nan tout entèseksyon yo te pase, lis pwodwi adjasans entèseksyon yo rete nan memwa bot la, ki konvèti nan yon imaj lè l sèvi avèk bibliyotèk Graphviz la.
Algorithm patisipan yo te pwopoze a pa t apwopriye pou yon Duckietown o aza, men li te travay byen pou yon ti vil ki gen kat entèseksyon yo te itilize nan lekòl la. Lide a se te ajoute yon makè ArUco nan chak entèseksyon ki gen yon idantifyan entèseksyon pou swiv lòd entèseksyon yo te kondwi.
Dyagram nan algorithm devlope pa patisipan yo montre nan figi a.
Machin Patwouy
Objektif pwojè sa a se pou chèche, pouswiv epi kenbe yon bot vyole nan vil Duckietown. Yon bot patwouy dwe deplase sou bag ekstèn nan yon wout vil la, kap chèche yon bot entrigan li te ye. Apre detekte yon entrigan, bot patwouy la dwe swiv entrigan an epi fòse l sispann.
Travay la te kòmanse ak rechèch la pou yon lide pou detekte yon bot nan yon ankadreman ak rekonèt yon entrigan nan li. Ekip la pwopoze ekipe chak bot nan vil la ak yon makè inik sou do a - jis tankou machin reyèl yo gen nimewo anrejistreman eta a. Yo te chwazi makè ArUco pou objektif sa a. Yo te itilize deja nan duckietown paske yo fasil pou travay ak pèmèt ou detèmine oryantasyon makè a nan espas ak distans la.
Apre sa, li te nesesè asire ke bot patwouy la te deplase estrikteman nan sèk deyò a san yo pa kanpe nan entèseksyon yo. Pa default, Duckiebot deplase nan yon liy epi li kanpe nan liy arè a. Lè sa a, avèk èd nan siy wout, li detèmine konfigirasyon an nan entèseksyon an epi li fè yon chwa sou direksyon an nan pasaj nan entèseksyon an. Pou chak etap ki dekri yo, youn nan eta machin eta fini robo a responsab. Yo nan lòd yo debarase m de arè nan entèseksyon an, ekip la chanje machin eta a pou ke lè apwoche liy lan sispann, bot la imedyatman chanje nan eta a nan kondwi tou dwat nan entèseksyon an.
Pwochen etap la se te rezoud pwoblèm nan nan kanpe bot la entrigan. Ekip la te fè sipozisyon ke bot patwouy la te kapab gen aksè SSH nan chak bot yo nan vil la, se sa ki, gen kèk enfòmasyon sou ki done otorizasyon ak ki id chak bot genyen. Kidonk, apre yo fin detekte entrigan an, bot patwouy la te kòmanse konekte via SSH ak bot entru a epi fèmen sistèm li yo.
Apre konfime ke lòd la fèmen te konplete, bot patwouy la tou sispann.
Algorithm operasyon yon robo patwouy ka reprezante kòm dyagram sa a:
Travay sou pwojè
Travay la te òganize nan yon fòma ki sanble ak Scrum: chak maten elèv yo te planifye travay pou jounen aktyèl la, epi nan aswè a yo te rapòte sou travay la te fè.
Nan premye ak dènye jou yo, elèv yo te prepare prezantasyon ki dekri travay la ak fason yo rezoud li. Pou ede elèv yo swiv plan yo chwazi yo, pwofesè ki soti nan Larisi ak Amerik yo te toujou prezan nan chanm yo kote travay sou pwojè te fèt, reponn kesyon yo. Kominikasyon te fèt sitou nan lang angle.
Rezilta ak demonstrasyon yo
Travay sou pwojè yo te dire yon semèn, apre sa elèv yo te prezante rezilta yo. Tout moun te prepare prezantasyon kote yo te pale sou sa yo te aprann nan lekòl sa a, ki sa yo te leson ki pi enpòtan yo te aprann, sa yo te renmen oswa ki pa renmen. Apre sa, chak ekip te prezante pwojè pa l. Tout ekip yo te konplete travay yo.
Ekip ki aplike kalibrasyon koulè a te konplete pwojè a pi vit pase lòt moun, kidonk yo te gen tan tou pou prepare dokiman pou pwogram yo. Ak ekip k ap travay sou graf wout la, menm nan dènye jou anvan demonstrasyon pwojè a, te eseye rafine ak korije algoritm yo.
Konklizyon
Apre yo te fini lekòl la, nou te mande elèv yo evalye aktivite ki sot pase yo epi reponn kesyon sou kijan lekòl la te satisfè atant yo, ki konpetans yo te genyen, elatriye. Tout elèv yo te note ke yo te aprann travay nan yon ekip, distribye travay ak planifye tan yo.
Yo te mande elèv yo tou pou evalye itilite ak difikilte kou yo te pran yo. Ak isit la de gwoup evalyasyon yo te fòme: pou kèk kou yo pa prezante anpil difikilte, lòt moun te evalye yo kòm trè difisil.
Sa vle di ke lekòl la te pran bon pozisyon nan rete aksesib a débutan nan yon domèn patikilye, men tou bay materyèl pou repetisyon ak konsolidasyon pa elèv ki gen eksperyans. Li ta dwe remake ke kou a pwogramasyon (Python) te note pa prèske tout moun kòm senp men itil. Dapre elèv yo, kou ki pi difisil se te "Achitekti òdinatè".
Lè yo te mande elèv yo sou fòs ak feblès lekòl la, anpil te reponn ke yo te renmen ansèyman ansèyman yo te chwazi a, kote pwofesè yo te bay asistans rapid ak pèsonèl epi reponn kesyon yo.
Elèv yo te note tou ke yo te renmen travay nan mòd planifikasyon chak jou nan travay yo ak fikse pwòp dat limit yo. Kòm dezavantaj, elèv yo te note mank de konesans yo bay, ki te obligatwa lè w ap travay ak bot la: lè konekte, konprann Basics yo ak prensip nan operasyon li yo.
Prèske tout elèv yo te note ke lekòl la depase atant yo, e sa endike bon direksyon pou òganize lekòl la. Kidonk, prensip jeneral yo ta dwe kenbe lè yo òganize pwochen lekòl la, pran an konsiderasyon epi, si sa posib, elimine enpèfeksyon yo te note pa elèv yo ak pwofesè yo, petèt chanje lis la nan kou oswa tan ansèyman yo.
Otè atik: ekip в
P.S. Blog antrepriz nou an gen yon nouvo non. Koulye a, li pral dedye a pwojè edikasyon JetBrains.
Sous: www.habr.com