Робототехніка — одне з найцікавіших і найпроривніших шкільних занять. Вона вчить складати алгоритми, гейміфікує навчальний процес, знайомить дітей із програмуванням. У деяких школах вже з 1 класу займаються інформатикою, навчаються збирати роботів та складати блок-схеми. Щоб діти легко розуміли робототехніку та програмування, могли поглиблено вивчати математику та фізику в середній школі, ми випустили новий навчальний набір LEGO Education SPIKE Prime. Подробиці про нього розповімо у цьому пості.
LEGO Education SPIKE Prime призначений для навчання дітей 5–7 класів у школах та гуртках робототехніки. Набір дозволяє будувати алгоритми за допомогою блок-схем та милуватися, як картинки на екрані перетворюються на рухи та дії. Для сучасних школярів важливою є наочність і WOW-ефект, і SPIKE Prime є приманкою, яка може захопити дітей програмуванням та точними науками.
Огляд набору
Набір поставляється у мінімалістичному жовто-білому пластиковому боксі. Під кришкою — картонка з інструкцією з початку роботи та схемою розміщення деталей у лотках. Набір спроектований так, щоб з ним було легко розпочинати роботу та педагогу потрібно мінімум додаткової підготовки.
Самі деталі розфасовані пакетиками з номерами, які відповідають номерам осередків у лотках.
Базовий набір містить більше 500 елементів LEGO, включаючи нові.
- Декілька нових рам, які скорочують час складання прототипів і дозволяють створювати великі моделі.
- Новий кубик 2х4 з отвором для осей Technic. Він дозволяє об'єднувати елементи Technic та LEGO System в одному проекті.
- Оновлено базову пластину з асортименту Technic.
- Нові вузькі колеса, які забезпечують точність керування та підвищують маневреність моделей.
- Нове поворотне колесо у вигляді опорного ролика.
- Нові затискачі для проводів, доступні у кількох кольорах, дозволяють акуратно закріплювати шлейфи.
Крім самих деталей, всередині знаходиться три мотори - великий і два середніх, а також три датчики: відстані, кольори та сили.
Мотори підключаються безпосередньо до хаба та мають датчики обертання з точністю до 1 градуса. Ця можливість призначена для синхронізації роботи двигунів, щоб вони могли рухатися одночасно з постійною швидкістю. Крім цього, датчик можна використовувати і для вимірювання швидкості та відстані руху моделі.
Датчик кольору розрізняє до 8 кольорів і може використовуватись як датчик освітлення. У нього вбудований інфрачервоний датчик, який може зчитувати, наприклад, віддзеркалення світла.
Датчик торкання розпізнає такі ситуації: кнопка натиснута, віджата, сильне натискання. При цьому датчик визначає силу тиску в ньютонах або у відсотках.
ІЧ-датчик служить визначення відстані від робота до певної точки чи запобігання зіткнень. Здатний вимірювати відстань у відсотках, сантиметрах та дюймах.
Розширити можливості базового набору можна за допомогою ресурсного набору, що складається із 603 деталей. До нього входять: додатковий великий набір і датчик світла, два великі колеса, великі конічні зубчасті шестерні, які дозволяють будувати великі поворотні платформи.
хаб
У хаб вбудований гіроскоп, який вміє визначати його положення у просторі: орієнтацію, нахил, крен, визначення грані зверху, стан падіння хаба тощо. буд. Вбудована пам'ять дозволяє завантажувати та зберігати до 20 програм. Номер програми відображається на піксельному екрані 5х5, куди також виводяться зображення користувача і статус роботи хаба.
Також на хабі розташовані:
- Роз'єм microUSB для заряджання акумулятора або з'єднання з ПК.
- Кнопка синхронізації Bluetooth, за допомогою якої можна встановити бездротовий зв'язок із ПК для програмування хаба.
- 6 портів (AF) для виконання команд або отримання інформації із датчиків.
- Три кнопки управління хабом.
- Вбудований динамік.
Програмне забезпечення
LEGO Education SPIKE доступно для Windows, Mac OS, Android, iOS і Chromebook, його можна завантажити
При цьому набори команд, пов'язаних із різними компонентами рішення (мотори, датчики, змінні, оператори тощо), виділені різними кольорами, що дозволяє швидко інтуїтивно розібратися, як програмувати те, що потрібно.
Ще в самому додатку зібрано безліч планів уроків, а також близько 30 різних інструкцій зі збирання моделей.
Перші кроки
Після запуску програми та вибору мови відразу ж пропонується три стартові кроки:
1) запрограмувати хаб, щоб на екрані виводився смайлик;
2) Познайомитись з роботою моторів та датчиків;
3) Зібрати модель «Блоха» та запрограмувати її на рух.
Знайомство зі SPIKE Prime починається з опису можливостей підключення (через microUSB або через Bluetooth) та роботи з піксельним екраном.
Спочатку необхідно задати послідовність команд, що має виконуватися після запуску програми, і навіть вибрати конкретні пікселі, які запалюватимуться на екрані хаба.
Другий крок передбачає складання та програмування реакції моторів на різні сигнали з датчиків. Наприклад, можна запрограмувати двигун, щоб він почав обертатися при піднесенні руки або будь-якого предмета до сенсора відстані.
Для цього ми створюємо послідовність команд: якщо предмет знаходиться ближче за n сантиметрів до датчика, то мотор починає працювати.
Третій та найцікавіший крок: зібрати робота-блоху та запрограмувати її на стрибки по команді. Для цього спочатку потрібно зібрати з деталей та двох моторів самого робота.
Потім приступаємо до програмування. Для цього задаємо наступний алгоритм: при включенні програми «блоха» має двічі проскакати вперед, тому два мотори повинні зробити два повні обертання одночасно. Швидкість обертання встановимо на 50%, щоб робот не стрибав надто сильно.
На виході у нас вийшов невеликий робот, який під час запуску програми стрибає вперед. Краса!
Робот-блоха жваво кинувся вперед, знайшов першу жертву, але щось пішло не так.
Після цього навчання закінчено, можна приступати до більш складних проектів: у додатку лише блок-схем для різних частин набору (мотори, хаб, датчики тощо) налічується більше 60. При цьому кожну блок-схему можна трохи змінювати за допомогою параметрів . Також усередині ПЗ є можливість створення змінних та власних блок-схем.
для вчителів
До набору додаються
Всього на сайті готово 4 курси. "Загін винахідників" - курс для уроків технології, який закріплює розуміння учнями процесу ведення проектної діяльності. Два курси належать до інформатики. "Запускаємо бізнес" дає базові навички програмування та алгоритміки, а "Корисні пристрої" знайомить із принципами роботи інтернету речей. Четвертий курс - "До змагань готові" - призначений для підготовки до конкурсів і вимагає і базовий, і ресурсний набір.
У кожному курсі від 5 до 8 уроків, куди входить готове методичне рішення, яке можна впровадити у навчальний процес для закріплення STEAM-компетенцій.
Порівнюємо з іншими наборами
LEGO Education SPIKE Prime входить у робототехнічну лінійку LEGO Education, яка включає набори для дітей різного віку:
- Експрес "Юний програміст" для дошкільної освіти.
- WeDo 2.0 для початкової школи.
- LEGO Education SPIKE Prime для середньої школи.
- LEGO MINDSTORMS Education EV3 для учнів старших класів та перших курсів інститутів.
Функції SPIKE Prime перетинаються із LEGO WeDo 2.0, у якого з цього року з'явилася підтримка Scratch. Але на відміну від WeD0 2.0, що дозволяє моделювати фізичні досліди, SPIKE Prime найбільше підходить для створення роботів. Він спроектований для вивчення робототехніки в 5–7 класах.
За допомогою цього рішення школярі в ігровій формі матимуть змогу освоїти принципи алгоритмізації, розвинути навички вирішення завдань, познайомитися з основами робототехніки. Після SPIKE Prime можна переходити на LEGO MINDSTORMS Education EV3, який має можливість роботи з MycroPython і який підійде для вивчення складніших понять робототехніки та програмування.
PS Під час написання цієї статті жоден робот і жоден хаски не постраждав.
Джерело: habr.com