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 . Програмне середовище створено з урахуванням дитячої мови програмування Scratch. Вона складається з набору команд, кожна з яких є графічним блоком певної форми і кольору з параметрами, які можна змінювати вручну, наприклад, швидкість і дальність руху, кут обертання і т.д.
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 для вчителів. Вони входять навчальні плани, завдання з готовими рішеннями та завдання, де відповіді немає і потрібно творчо підійти до вирішення. Це дозволяє швидко приступати до роботи з набором та будувати програми навчання.
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