LEGO MINDSTORMS Utbildning EV3 i karriärvägledning

bild – roboconstructor.ru

En välkänd liknelse säger att när en ung mor med ett barn i famnen vände sig till vismannen och frågade vid vilken ålder hon skulle börja fostra sin avkomma, svarade den gamle mannen att hon var lika många år sen som barnet redan var. . Situationen med att välja ett framtida yrke är ganska likartat. Det är svårt att kräva medvetenhet om ens böjelser och intressen från en bebis, men redan i gymnasiet börjar alla möjliga specialiseringar, och vid det här laget skulle det vara skönt att redan veta vilken riktning man ska flytta det vuxna barnet. Men en sak vi redan nästan säkert vet är att under de kommande decennierna kommer från 30 till 80 % av yrken att vara helt automatiserade.

Robotik, cybernetik och förståelse för algoritmer är en uppsättning färdigheter med vilka en person sannolikt inte kommer att möta sådana vaga utsikter. Naturligtvis kommer med största sannolikhet, parallellt med att arbetskraften ersätts med robotar, också konceptet med en ovillkorlig basinkomst att utvecklas, men det är osannolikt att du vill ha en sådan framtid för ditt barn.

Det finns nu många sätt att snabbt visa en ung och intresserad publik grunderna i programmering och robotik. Alla är billiga, ganska lätta att lära sig och ger inom några timmar en förståelse för grunderna i algoritmer och koncept för cybernetiska enheter. Men i klassrum är det lätt att stöta på nackdelarna med dessa plattformar - begränsad slitstyrka (och låt oss inse det, "idiotbeständighet" också) hos breadboards, mjukvarugränssnitt som inte är särskilt vänliga för barn i åldrarna 11-12, och en relativt liten "spel"-element.

Den mest kända tillverkaren av utbildningsset, LEGO Education, har kämpat med alla dessa brister i mer än tjugo år. Vi pratar naturligtvis om MINDSTORMS Education EV3-plattformen. Från Mindstorms RCX som producerades i början av 90-talet till det modernaste MINDSTORMS Education EV3-komplexet förblir principen för plattformsbildning densamma. Den bygger på en "intelligent kloss", en mikrodator med skärm och I/O-portar som alla andra komponenter är anslutna till. Som i alla robotsystem är kringutrustning uppdelad i sensorer och effektorer. Med hjälp av sensorer uppfattar roboten omvärlden och tack vare effektorer reagerar den på den i enlighet med det programmerade programmet. Plattformskomponenterna är sammankopplade med enkla kablar utan lödning, och de mekaniska strukturerna begränsas endast av styrkan hos plastdelarna och designernas fantasi.

I förra inlägget Vi övervägde möjligheterna med sådana lösningar i allmänhet, men nu vill vi uppehålla oss mer i detalj vid LEGO MINDSTORMS Education EV3.

EV3

LEGO MINDSTORMS Education EV3 är gjort kompatibel med Lego Technic delar. Detta innebär att plattformen kan användas för att skapa en mängd olika och till och med otroliga designs, från enkla "bilar" och "robothänder" till komplexa transportörer eller till och med "Rubiks kublösare." Praktiskt taget alla Lego Technic-set kan användas som en källa till delar för projekt, och det kommer inte att vara några problem att ersätta skadade reservdelar. Ja, de ser inte lika brutala ut som den gamla sovjetiska aluminiumbyggsatsen, men i praktiken visar de sig vara ännu starkare än metallprodukter. Åtminstone i min samling, som startade 1993, har ännu inte en enda trasig del upptäckts.

MINDSTORMS Education EV3 Basic Education Set kommer med 541 Lego Technic-bitar. Kan köpas som en specialiserad resursuppsättning som 45560 (eller den äldre 9648, producerad för NXT), eller bara en stor typ konstruktör 42043 (2800 delar) eller 42055 (nästan 4000 delar), och, efter att ha spelat tillräckligt med huvudmodellen, använd den som "tegelstenar" för cybernetiska experiment. När det gäller en bit är Lego mycket före andra set här - bara 3-5 rubel per bit.

Tja, om någon har en gammal samling som innehåller tiotusentals delar, behöver du inte oroa dig för resurser alls.

Skärmdump från tjänsten Brickset (en interaktiv databas för ägare av Lego byggsatser som låter dig samla in en mängd olika statistik) av författaren

Detta gäller dock endast "passiva" element som balkar, hjul eller kopplingsstift. Givare och effektorer är naturligtvis mycket dyrare, men det finns mer än tillräckligt med dem i grundsatsen. Mindstorms EV3 levereras komplett med tre motorer (två större och kraftfullare och en kompakt servo), ett par peksensorer (ett slags "smarta" knappar), ultraljuds-, gyroskop- och färgsensorer (det kan också fungera i ljussensorläge) . Dessutom bibehålls kompatibiliteten med sensorer från den tidigare generationen av Lego Education-robotar, Mindstorms NXT (detta inkluderar till exempel en ljudnivåsensor).

Men låt oss återvända till den "smarta tegelstenen", systemets hjärta. Detta är verkligen en ganska tung och voluminös "tegelsten", utrustad med en 178x128 monokrom LCD-skärm (inte bara menyn visas på den, utan också alla typer av anpassade bilder under drift) med en föränderlig bakgrundsbelysningsfärg. Med hjälp av kablar med en standard RJ-12-kontakt, ansluts sensorer och effektorer till den (upp till fyra enheter av varje typ), det finns en kortplats för microSDHC och en USB-port.

Den senare kan användas både för att ladda ner själva programmen och för att uppdatera firmware. Mikrokontrollern är dock inte berövad på trådlösa gränssnitt, om så önskas kan du ladda ner program via Wi-Fi (kräver en extern modul) eller Bluetooth (inbyggd). Dessutom, om vi monterar en fjärrstyrd robot kan vi "styra" den med hjälp av trådlös kommunikation från en smartphone eller surfplatta.

Inuti den "smarta tegelstenen" bor en 300 MHz ARM-processor, 16 megabyte permanent minne (och det är därför kortet är användbart) och 64 megabyte RAM. Oavsett hur blygsamma dessa siffror kan verka, finns det mer än tillräckligt med kraft för att utföra även de mest omfattande algoritmerna som du, eller ännu mer ett barn i inlärningsprocessen, kan skriva. Och om man jämför med 48 MHz-processorn från den tidigare generationens NXT, som nyligen fyllt tio år, är framstegen ganska märkbara. Det kan dock inte sägas att NXT saktar ner något märkbart i processen att lösa typiska problem.

Dessutom har en fjärde port för motorer dykt upp, vilket i sig är en betydande utökning av funktionaliteten som motiverar uppgraderingen.

USB-porten stöder nu värdläge, detta gör att du inte bara kan ansluta en Wi-Fi-adapter, utan också att ansluta flera EV3-block till en komplex robot. Det är sant att nivån på uppgifterna blir helt "inte barnslig".

Äntligen har MINDSTORMS Education EV3 nu batteristöd. Istället för sex AA-batterier kan du installera det medföljande litiumjonbatteriet i två och en halv amperetimmar. Naturligtvis är det ingen som förbjuder användningen av AA-batterier av eneloop-typ, men behovet av att ta bort dem för laddning gör användbarheten under genomsnittet. Och priset för ett par eneloop-kit med laddare är ganska jämförbart med ett märkesbatteri.

Åh ja, det finns en stor, hög högtalare som nu inte bara kan tjuta retrolåtar från 8-bitarstiden, utan också spela behagligare ljud.

Låt oss nu titta på effektorerna från grunduppsättningen. Två av dem är kraftfulla motorer som liknar de som redan används i NXT, avlånga enheter som utvecklar ett rejält vridmoment tack vare en intern reduktionsväxel.

Om motorn är blockerad tillhandahålls en mekanisk koppling, som börjar glida om friktionen är större än den beräknade, så det är ganska svårt att bränna motorn.
Det finns en rotationsvinkelsensor med en upplösning på en grad (motorn talar om för styrenheten i vilken vinkel dess axel för närvarande roteras) och möjligheten att exakt synkronisera rotationen av alla anslutna motorer.

Den tredje, så kallade M-servodrivningen (medelstor motor) ger tre gånger mindre vridmoment, men dess rotationshastighet är nästan dubbelt så hög.

När det gäller sensorer behöver du egentligen inte begränsa dig till de som erbjuds av LEGO Education (även om de är genom taket för alla utbildningsprojekt), ett antal tredjepartsföretag producerar kompatibla och ibland ganska exotiska sensorer. Firmware källkod och hårdvaruspecifikationer i sin helhet öppen.

Mjukvara

Vi har pratat mycket om hårdvara, men i själva verket är det inte det enda som avgör effektiviteten av robotikklasser. Det är närvaron av verkligt intuitiv programvara på flera plattformar (Mac, PC, mobila enheter) och färdiga läroplaner gör LEGO MINDSTORMS Education EV3 till den bästa plattformen för lärande, särskilt mellan grundskola och gymnasieskola, för barn i tioårsåldern.

Appens välkomstskärm på iPad

Visualisering av algoritmer i den inbyggda LEGO MINDSTORMS Education EV3-mjukvaran är helt enkelt på högsta nivå - på bara några minuter räcker det för att bemästra huvudtyperna av interaktion av logiska block (övergångsförhållanden, loop, etc.) och sedan gradvis öka komplexiteten hos programmen. Naturligtvis finns det färdiga utbildningsprojekt för dussintals olika modeller av robotar, och om du vill kan du hitta tusentals intressanta program i online-communities.

Exempelprogram i en iPad-applikation

Avancerade användare kan installera LabVIEW eller RobotC - "hjärnorna" i LEGO MINDSTORMS Education EV3 är helt kompatibla med dessa paket. Tyvärr kommer det inte att vara möjligt att exportera gamla projekt för NXT utan ytterligare konvertering.

Ur utbildningssynpunkt är det av mycket större intresse version av skrivbordsprogramvaran. Det låter dig hålla elektroniska anteckningsböcker för studenter, tack vare vilka läraren kan utvärdera framgången för en viss elev från sin version av applikationen och övervaka hans framsteg. Dessutom kan du inte bara använda det utbildningsmaterial som finns tillgängligt ombord på programvaran (som det finns många av), utan också skapa ditt eget med den inbyggda innehållsredigeraren.

EV3 Content Editor handledningsvideor

Desktopversionen har också ett dataregistreringsverktyg med möjlighet att programmera grafområden beroende på tröskelvärden. Det vill säga, nu kan en lärare enkelt demonstrera hur modern teknik fungerar i till exempel ett smart hem.

EV3-mikrodatorn kommer att samla in data från sensorer i realtid och, beroende på temperaturbakgrunden, starta ett eller annat modellprogram. När temperaturen är hög slås fläkten på och när temperaturen är låg slås värmaren på. Och eleverna kommer att kunna spela in och analysera data och slutföra modellen.

Dataloggning

Öppenheten hos den "smarta tegel"-firmwaren har redan spelat sin roll: det finns alternativa alternativ som stöder de flesta populära programmeringsspråken (dussintals av dem). I stort sett kan användningen av EV3 "kopplas" till alla utbildningsprojekt relaterat till programmering, eftersom få saker är så glädjande som möjligheten att se arbetet med sina egna algoritmer "i hårdvara".

Många förväntar sig att stötestenen i den här historien kan vara priset. För grunduppsättningen måste du faktiskt betala 29 900 rubel, plus ytterligare 2 500 för laddning. I detta belopp ingår dock delar och elektronik för två elevers bekväma arbete, samt fullfjädrad grundläggande programvara med 48 färdiga lektioner (som sedan januari 2016 är helt gratis för både privatpersoner och organisationer). Naturligtvis kan ytterligare utrustning och uppdragssatser öka kostnaderna, men inom rimliga gränser. Så ett kit för 8 elever, inklusive bas- och resursset LME EV3, laddare, mjukvara och ytterligare uppsättning uppgifter "ingenjörsprojekt", kommer att kosta 174 900. Helt acceptabelt för att utrusta till exempel en cirkel i skolan.

Ja, det är märkbart dyrare än enkla Arduino-liknande plattformar. Men möjligheterna, liksom graden av engagemang, är mycket högre. Den EV3-baserade läroplanen kan planeras säkert under hela gymnasiet och därefter. Dessutom, med adekvat användning av LEGO MINDSTORMS Education EV3 kommer den helt enkelt att "överleva" flera enkla byggsatser på grund av mekaniska egenskaper, enkel utbytbarhet och tillgänglighet av delar (i min praktik behövde endast en RJ-12-kabel bytas ut under 10-årsperioden- gamla NXT).

Som ett resultat ser vi ett nästan öppen källkodsprojekt som stöds av ett jätteföretag med alla bonusar som krävs i en sådan situation - en lång livscykel, tillgång till reservdelar och tillägg, officiella och amatörguider, en utvecklad community. Mindstorms har blivit nästan en standard i västerländska robotikkurser för barn, och det skulle vara riktigt häftigt att se det används i stor utsträckning i Ryssland.

Att välja en väg

Och nu till huvudsaken. Till skillnad från WeDo 2.0-set riktar sig EV3 till gymnasiet och därför till äldre barn, för vilka frågan om att välja ett framtida yrke är allvarligare.

Med hjälp av EV3 kommer varje elev att mer aktivt kunna avslöja de förmågor som var inneboende i honom av naturen, uppfostran och utbildningsprocessen.

En född matematiker kommer noga att övervaka sensorernas telemetri, hur exakt den sträcka som roboten tillryggalagt registreras, hur vinkeln som den avviker med registreras, och så vidare.

Den framtida IT-specialisten kommer naturligtvis att fördjupa sig i programmering av roboten, analysera algoritmerna med vilka den rör sig. Och han kommer säkerligen att skapa sin egen, inte enligt standardinstruktionerna.

Ett barn som brinner för fysik kommer att kunna genomföra visuella experiment med hjälp av en robot, lyckligtvis har uppsättningarna inga problem med sensorer, precis som barnet inte har några problem med fantasin.

Sammantaget, oavsett vad ditt barns intressen och favoritämnen i skolan spelar, kommer lärande med MINDSTORMS EV3-set att göra det möjligt för dem att bli tydligare framhävda och fokuserade på sin utveckling i framtiden.

I livet

För tillfället används företagets lösningar redan av studenter för att skapa intressanta projekt, både som en del av olika tävlingar och för allmän utveckling. Media skrev om ett antal av dem i år.

Astrakhan-skolebarn Ruslan Kazimov och Mikhail Gladyshev, baserade på den regionala teknikparken, utvecklade en robotsimulator för rehabilitering av handleder.

foto - rg.ru

Åttondeklassare ägnade lite mindre än två månader åt att utveckla simulatorn. De presenterade sitt projekt på det regionala skedet av den IX allryska tävlingen av vetenskapliga och innovativa projekt i det södra federala distriktet, där de tog andra plats. I framtiden planerar de att skapa en industriell prototyp - för närvarande erbjuder utvecklarna bara en prototyp gjord av LEGO MINDSTORMS Education EV3 pedagogisk robotuppsättning.

Enheten duplicerar rörelserna som utförs av läkaren - lederna börjar arbeta och återställer därmed rörligheten för inte bara dem, utan också muskelgrupper. Medan enheter är anslutna via Bluetooth kommer de i framtiden att kommunicera via Internet eller Wi-Fi.

Det finns analoger till en sådan enhet på marknaden, men Astrakhan-enheten kan arbeta samtidigt med axel-, handleds- och armbågslederna. Dessutom är den bärbar och batteridriven. Det finns även möjlighet till fjärrstyrning, det vill säga att patienten kan träna utan att lämna hemmet.

Vid World Robotics Olympiad 2015 (WRO 2015) belönades det ryska laget DRL från St. Petersburg med ett specialpris för kreativitet från LEGO Education (LEGO EDUCATION CREATIVITY AWARD).

Det ryska DRL-teamet presenterade CaveBot-projektet. Killar från St. Petersburg, under ledning av tränaren Sergei Filippov, skapade en unik robotutforskare för att upptäcka outforskade områden i grottor. Utvecklingen omfattar olika vetenskapliga områden, då den unika roboten gör det möjligt att utföra uppgifter av varierande komplexitet.

Teamet byggde en klätterrobot utrustad med olika sensorer för att upptäcka föremål för efterföljande utforskning. Den resulterande datan kan omvandlas till 3D-modeller på en dator.

Och 13-åriga Shubham Banerjee skapade skrivare Punktskrift gjord av LEGO-bitar för ett naturvetenskapligt skolprojekt. Senare, med deltagande av hans familj, skapades en startup för att lansera uppfinningen, som fick ekonomiskt stöd från teknikföretaget Intel.

(Foto: Marcio Jose Sanchez, AP)

Idén att skapa en skrivare kom till Shubham efter att ha undersökt punktskrift på Internet. När studenten insåg att tryckskrivare kostar $2,000 XNUMX och uppåt, bestämde sig studenten för att göra en billigare version.

Strax efter uppfinningen började blinda barn och deras föräldrar kontakta Shubham med en enda förfrågan - för att göra en billig punktskriftsskrivare, och lovade att "köpa den direkt från hyllan".

Som du kan se tillåter användningen av MINDSTORMS Education EV3 i inlärningsprocessen eleverna att använda sin fantasi maximalt och skapa fler och fler nya mekanismer som inte bara hjälper till att förverkliga idéer eller visuellt genomföra experiment, utan också börjar bestämma sig för deras framtida yrke.

Om du har frågor om användningen av dessa lösningar i utbildningsprocessen (eller om själva produkterna), skriv dem i kommentarerna.

Källa: will.com