В своей статье авторы описывают опыт создания программируемого конструктора «Лифт 2.0», поддержанного Красноярским краевым фондом науки, а также рассматривают аспекты развития робототехники в школьном образовании.
Ключевые слова : робототехника, микроконтроллер, программирование, модель, лифт образование, урок, игра.
Современное образование должно учитывать новые технологии и требования жизни, и ничто не отражает их настолько полно и не имеет таких долгосрочных перспектив, как занятия робототехникой, программированием, моделированием.
Этот класс образовательных предметов предоставляет уникальный инструмент для овладения знаниями и опытом будущих программистов, инженеров и технических сотрудников, приступивших к предмету с интересом, многогранными знаниями и умениями.
Занятия робототехникой позволяют учащимся изучать принципы создания и реализации технических проектов. В ходе разработки деталей и модульных узлов механизмов ребята научатся проектировать, тестировать и понимать, как работают роботизированные системы. Это приводит к развитию инженерного мышления у детей и даёт им доступ к будущему. Они будут думать о применении технологий в реальном мире, а не только заниматься теорией в классе.
Робототехника может привнести научно-техническое творчество в школьные программы. В данном случае, творчество — это совокупность идей, нацеленных на решение практических и актуальных задач. Решение этих задач приведет к развитию идей, проектов и производству ценных продуктов посредством робототехники. Например, учащиеся могут попробовать свои силы в создании технических макетов, которые в будущем помогут сделать различные механизмы более эффективными и удобными для использования.
Так, на занятиях кружка робототехники в МАОУ СШ № 5 города Красноярска была предложена идея создания роботизированного макета лифта, которая позже была поддержана Красноярским краевым фондом науки. Изначально эта конструкция планировалась как игрушка, поскольку на рынке игровой индустрии таковая представлена не была или являлась примитивным подъемным механизмом «на веревочке».
В ходе исследования и разработки исполнитель проекта изучил историю вопроса и выяснил, насколько интересна и познавательна эта предметная область. Ведь современное градостроительство и облик нынешних мегаполисов стали такими, какие есть сейчас, именно благодаря изобретению лифта.
Рис. 1. Компонент «Этаж»
Одна из целей проекта — привлечь внимание городских властей к проблеме ветхого жилья и людей, проживающих в нем. Люди с ограниченными возможностями, молодые матери с детьми, а также пожилые люди зачастую оказываются «заложниками» своих квартир, находящихся на верхних этажах домов, не обеспеченных лифтом. Модульные наружные подъемные механизмы могли бы в части случаев решить такие проблемы.
В ходе разработки конструктора была разработана модульная конструкция, состоящая из отдельных элементов, каждый из которых представляет интерес как в механическом, так и в программируемом аспектах.
Этаж лифта состоит из
1) Раздвижные двери на линейных подшипниках
2) Двигатель открывания/закрывания дверей с ременной передачей на двери
3) Концевые датчики положения дверей
4) Драйвер двигателя
5) Кнопка вызова лифта со светодиодом
6) Микродисплей OLED
7) Оптический(механический) датчик регистрации прохода кабины лифта
8) Микроконтроллер ESP32
Этаж лифта является независимым модулем проекта. Он может быть использован как в комплексе, в виде составной части модели лифта, так и в виде отдельного объекта для обучения робототехнике.
Возможности отдельного объекта «Этаж»:
— обучение программированию микроконтроллера;
— изучение принципов работы и возможностей микроконтроллера, в целом;
— управление светодиодом;
— работа кнопки;
— изучение взаимодействия микроконтроллера и датчиков на реальных объектах;
— управление работой двигателя;
— вывод информации на дисплей;
— взаимодействие с другими контроллерами посредством UART.
В комплексе с другими этажами и системой движения кабины получается сложная модель — Программируемый конструктор «Лифт 2.0», с возможностью программирования «поведением», управлением по нескольким каналам беспроводной связи, возможностью обучения программированию микроконтроллеров с моделированием их поведения на реальном объекте, с реализацией таких возможностей, как: обмен данными между микроконтроллерами, получение данных от внешних датчиков, управление различными устройствами.
Рис. 2. Некоторые детали конструкции
Конструктор «Лифт 2.0», поддержанный Красноярским краевым фондом науки, может быть интересной моделью для изучения программирования. Созданный на основе контроллера ESP32 (процессор Tensilica Xtensa LX6), он предоставляет возможности программного управления как работой этажей по отдельности, так и всем лифтом в целом. Практическая применимость позволяет сделать программирование не абстрактной, а вполне конкретной, позволяющей увидеть результат, интересной задачей.
В ходе выполнения проекта были разработаны узлы и механизмы открывания и закрывания дверей, благодаря сборному механизму вертикальных стоек была обеспечена модульность лифта, позволяющая собирать конструкцию из желаемого количества этажей, цифровое табло на главной панели открыло широкие возможности для программирования.
Поддержка проекта «Программируемый конструктор Лифт 2.0» Красноярским краевым фондом науки повысила престиж занятий в школьном кружке робототехники, а также престиж науки и образования в целом. Ребята увидели, что научно-техническое творчество доступно каждому и высоко ценится в современном обществе.
В целом, занятия робототехникой могут дать учащимся и их учителям возможность получить необходимые, значимые навыки, которые могут применяться как в обсуждениях больших концептуальных знаний, так и при создании проектов, и даже при разработке технологических идей будущего.
Занятия робототехникой могут стать полезным инструментом в расширении образования учащихся. На сегодняшний день в российских школах, как и в школах различных стран мира, развитие технических навыков имеет приоритетное направление. Современное образование стремится применять такие технологии в реальном мире, выходя за рамки обезличенной теории в классе.
