УДК Роганов В.Р. АНАЛИЗ РАЗВИТИЯ ПРОГРАММЫ

УДК
Роганов В.Р.
АНАЛИЗ РАЗВИТИЯ ПРОГРАММЫ РОБОТОТЕХНИКА С УЧЕТОМ ОПЫТА
ЕЁ ПРОДВИЖЕНИЯ В СРЕДНИХ ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫХ УЧРЕЖДЕНИЯХ
ПЕНЗЕНСКОЙ ОБЛАСТИ
Пензенский Государственный Технологический Университет
Аннотация
В статье приведён анализ развития за последние четыре года программы
робототехника в учебных заведениях.
Ключевые слова: роботы, РОБОФЕСТ, набор WeDo, соревнования роботов.
Roganov V.R.
ANALYSIS OF THE DEVELOPMENT OF THE ROBOTICS PROGRAM BASED ON
THE EXPERIENCE OF ITS PROGRESS IN AVERAGE EDUCATIONAL
INSTITUTIONS OF THE PENZA REGION
Penza State Technological University
Abstract
The article presents the analysis of the development over the past four years of robotics
programs in schools.
Keywords: robots, ROBOFEST, a set of WeDo, a robot competition.
За четыре года в средние школы Пензенской области и в ряд областных
учреждений дополнительного образования поставлено более 200 робототехнических
комплектов. Как правило, в каждый комплект входит: до 10 наборов WeDo для
учащихся 1–3 класса; не менее 8 наборов NXT (или EV3) и дополнительно один
ресурсный набор к ним – для учащихся 3–7 классов; до 10 наборов ROBOROBO – для
учащихся 3–7 классов, иногда один-два набора Tetrix – для учащихся 7–11 классов. К
поставляемым наборам добавлены поля для проверки правильности составления
программ при движении робота по сложной траектории, заданной чёрной линией на
белом поле.
Поставленные комплекты позволяют создать в средних учебных заведениях
условия, для приобретения учащимися навыков использования простейших роботов,
при решении производственных задач, или задач, которые будут реализованы дома с
помощью домашних роботов различной конфигурации и сложности [1]. В настоящее
время на первый план выходят задачи проведения методической работы позволяющей
учащимся максимально полно использовать предоставленные условия [2–4].
Наибольшие успехи в этом направлении достигнуты в АНК «Школа нового поколения»
поддерживаемой Фондом «Вольное дело» Олега Дерипаски, являющегося
первопроходцем в области адаптации зарубежного опыта обучения школьников
использованию робототехнических комплектов и произвольно собранных роботов.
Применительно к использованию робототехнических комплектов NXT и EV3 эти
работы проводятся совместно со специалистами концерна LEGO, разрабатывающие
ежегодно изменяемые правила проведения международных соревнований среди
школьников с использованием подмножества программной среды LabWue,
разработанного концерном National Instruments специально для робототехнических
наборов класса NXT и EV3 [5].
Программа
«РОБОТОТЕХНИКА:
Инженерно-технические
кадры
инновационной России», в том виде, в котором её видел основатель Фонда «Вольное
дело» Олег Дерипаска – это проведение робототехнических фестивалей, с набором
ежегодно обновляемых правил для команд, собравших специализированных роботов,
пытающихся за минимальное время набрать максимальное количество очков [6]. По
проводимой им идеологии соревнования вначале должны проводиться в районах, затем
в городах, затем в областных городах, в столицах стран и, как правило, завершаются
робототехническим фестивалем в Калифорнии. Интересной особенностью таких
соревнований является правило, что победители прошлого года в этой же номинации
участвовать не имеют права.
Первый робототехнический фестиваль в Пензенской области был проведён
силами сотрудников ООО «Видео3» в помещении, предоставленном Пензенским
бизнес инкубатором. В отсутствии заинтересованных организаций и предприятий ООО
«Видео3», заключив договор с Фондом «Вольное дело» взяло на себя роль
информационно-ресурсного центра программы РОБОТОТЕХНИКА по Пензенской
области. Цель участия в программе ООО «Видео3» – создание условий для обучения
школьников в Пензе на московском уровне, чтобы ведущие специалисты ООО
«Видео3» не уезжали вместе с семьями в Москву. Цель большинства организаций
Пензенской области занимающиеся робототехническими комплектами – отчитаться о
внедрении в учебный процесс закупленных робототехнических комплектов, соблюдая
все установленные нормативы и правила, установленные для учебного процесса, в том
числе и не превышение часов выделенных на дополнительного образования, включая
все виды занятий по программе РОБОТОТЕХНИКА. Реальную поддержку
Информационно-ресурсный центр получил от Пензенского государственного
технологического университета.
В итоге ООО «Видео3» и Пензенский государственный технологический
университет (его студенты победили на РОБОФЕСТ-2013 в номинации Инженерный
проект) три года подряд проводят открытые региональные фестивали, победители
которых имеют право выступать на международных фестивалях. В то же время
Министерство образования Пензенской области проводит областные соревнования с
целью популяризации использования робототехнических комплектов в учебном
процессе. Камнем преткновения участия в фестивалях РОБОФЕСТ, по заявлениям ряда
чиновником Пензенского Минобразования, является наличие в поставленных ранее в
школы Пензенской области комплектов ROBOROBO, использование которых не
допускается в номинациях FLL, FTS ежегодных международных соревнований
РОБОФЕСТ-ХХ, проходящих в Москве, где выбираются команды для участия в других
международных соревнованиях, проходящих как под эгидой и при финансировании
Lego, так и при поддержки других Спонсоров. В частности с первых РОБОФЕСТАХ
проводятся соревнования в номинации ABU Robokon финальные ежегодные
соревнования по которой проводятся в странах победителей прошлогодних
соревнований. Три года подряд Россию представляла команда Саратовского
технического университета, выезжавшая на соревнования в Тайланд, Сингапур,
Южную Корею.
Проблем в средних учебных заведениях не вызывают только наборы WeDo, так
как:
1) они ориентированы на школьников 1–3 классов, родители которых, в своей
большей массе, ещё не понимают, как использование робототехники может повлиять
на процесс формирования из их детей конкурентоспособных специалистов, и не
вмешиваются в учебный процесс, а руководству легко отчитаться о том, что в школе
есть робототехника;
2) поставляемые с наборами WeDo методические материалы простоты и
позволяют успешно проводить занятия с WeDo даже студентам 1 курса специальности
«Биотехнология».
Использование всех других наборов в школах, за редким исключением
проблематично. Основная проблема – кадры. Если ООО «Видео3», направляя в ряд
школ своих специалистов, находил способы компенсировать их затраты на подготовку
и проведение занятий со школьниками, то сами школы могут предложить оплату труда
компенсирующую у приглашённых специалистов затраты только на проезд в
транспорте к месту проведения занятий и обратно.
Есть и ещё одна причина не особой поддержки занятий с робототехническими
комплектами уровня NXT и выше – это направление НИКАК НЕ
РЕГЛАМЕНТИРУЕТСЯ контролем знаний по ЕГ. Это веская причина ряда
руководителей считать, что робототехнику как экзотику. Но на словах, конечно, все
говорить будут по-другому. А что как говорится «в сухом остатке». Или как упал за
последнее время уровень подготовки в школах. Студенты 2003 года (впервые был
введён ЕГ) обучавшиеся на технических специальностях, после прохождения курсов
Информатика и Информационные технологии, с учётом знаний полученных в школе,
на летней практике КАЖДЫЙ за две недели на Паскале писал компьютерную игру
(кто-то заново реализовывал Тетрис, у кого-то на экране дисплея утки летали над
прудом, в общем, компьютерная игра соответствовала эрудиции разработчика). Летом
2013 года (ЕГ стал устоявшимся фактом, и набрав достаточно баллов абитуриенты
поступают в вуз, где теперь их будут готовить к Федеральным тестам) опыт
показывает, что теперь студенты-технари максимум что могут – отформатировать текст
в текстовом редакторе. Хотя показатели Федеральных тестов по Информатике, после
первого курса, у студентов 2003 года были очень посредственные – но это были уже в
некоторой части хорошо подготовленные специалисты. У студентов закончивших
первый курс в 2013 годы вполне успешные показатели по Федеральным тестам
проверяющие остаточные знания по Информатике и Информационным технологиям
вполне успешные, но по уровню подготовки они слабо дотягивают до уровня
выпускников 2003 года. Значительная часть выпускников, поступивших в 2003 году
успешно сделала карьеру на промышленных предприятиях в наше непростое время, а
вот выпускников 2013 годы ни одно из предприятий не может взять к себе без
серьёзной профпереподготовки.
Анализ возможностей программы РОБОТОТЕХНИКА показал, что в первую
очередь это подготовка в области программирования. Причём «комплексного
программирования» – в том отношении, что поставленная задача (хотя бы движение
мобильного робота по кривой линии) может быть успешно решена только при учёте
возможностей работы механических частей, датчиков уровня освещения и качества
игрового поля [7–14]. Кроме того, сборка роботов – всегда решение задачи со многими
неизвестными:
– задать скорость перемещения и не допустить вылета с траектории на
поворотах, например можно сделать очень устойчивого и массивного робота, ещё и
оснащённого гусеницами (такой робот точно сможет пройти по кривой траектории, но
очень медленно) или сделать более лёгкого и скоростного робота (такой робот на
скорости может преодолеть любую траекторию, если он правильно запрограммирован,
что предполагает решение множества задач [7,10,14], и в итоге во время снизит
скорость на крутых виражах, иначе он банально «вылетит» на крутом повороте с
трассы);
– мобильный робот должен двигаться в соответствии с показаниями датчиков
освещения (нащупывая чёрную лену траектории, а если она переходит в прерывистую
линию «предугадывать» где должно быть продолжение траектории), или мобильный
робот должен двигаться, ориентируясь на реперные точки [2,10], ведя счисление пути и
прогнозируя куда в следующий момент и на какой скорости надо двигаться дальше и
т.д.
Специалисты умеющие решать такие задачи всегда востребованы на
производстве, где каждый день решаются задачи со многими неизвестными и
множеством возможных решений [1,5]. Но для их решения надо очень много знать.
В настоящее время наиболее удачное обучение работе с робототехническими
комплектами ведётся в специализированных лагерях. За смену 15–20 дней, при
ежедневной работы с преподавателем до 2 часов, ребята успевают освоить сборку и
программирование роботов до уровня, предусматривающего участие в наиболее
известных соревнований роботов: «Футбол роботов радиоуправляемый режим»,
«Футбол роботов телеметрия», «Траектория», «Сумо», «Гонки роботов по полосе с
препятствием», «Выбери кубики по цвету».
К сожалению, комплексная программа втягивания ребятишек в робототехнику
пока есть только у Lego и National Instruments. Оба концерна решают при том не только
проблему сбыта совей продукции, но и привязывают к себе будущих пользователей
уже более серьёзных пользователей (от управляемых микроволновок до приборов
космических аппаратов). Из отечественной продукции может быть пока наиболее
близким к хорошему комплекту можно назвать только набор УМКА (Сколково), о нём
пока можно сказать «имеет определённый потенциал, но пока не очень распространён»
и сейчас, в целом, проигрывает NXT. Для успешной конкуренции УМКИ надо:
– определиться со стоимостью набора так, чтобы покрыть издержки на
разработку нового изделия;
– создать конкурентоспособный набор (проскочив за очень короткий
промежуток времени отрезок, который их конкуренты проходили десятки лет);
– решить вопрос с дизайном нового робота (он должен нравиться ребятишкам,
быть легко узнаваем, и в то же время технологичным);
– определиться с видом программирования, использованием датчиков,
стандартных механических узлов так, чтобы усилия по продвижению робототехники
были поддержаны отечественными промышленными объединениями, увидевших в
этом шанс получить для себя востребованных специалистов и рекламу своей
продукции;
– под поставленные задачи необходимо написать методические материалы,
позволяющие сельскому учителю при желании самостоятельно освоить сборку и
настройку робототехнического набора.
Зная истинную сложность задачи обучения школьников работе с
робототехническим комплектами надо решить с Министерством образования РФ:
– где найти часы для обучения детей (регламент сегодняшнего дня по
дополнительному образованию робототехнике можно посвящать один час в неделю (к
следующему занятию ребята просто забудут всё что было на предыдущем занятии, а
через месяц им просто станет неинтересно топтаться на месте и они бросят эту
секцию);
– как оплачивать труд преподавателя (робототехнику сейчас знают специалисты,
которые и могли бы преподавать, но они не имеют требуемого педагогического опыта
и стажа, чтобы получать что-то более чем оплата на проезд в школу (иногда обратный
проезд домой уже за счёт преподавателя) дополнительно с родителей деньги брать
нельзя;
– как сделать участие в новых робототехнических соревнованиях
привлекательными.
Библиографический список
1. Roganov V.R., Asmolova E.A., Seredkin A.N., Chetvergova M.V.,
Andreeva N.B., Filippenko V.O. Problem of virtual space modelling in aviation simulators:
Life Science Journal. 2014. Т. 11. № 12s. С. 1097.
2. Четвергова М.В., Роганов В.Р., Сёмочкин А.В. Использование оптикоаппаратно-программных комплексов для обучения управления подвижными
объектами: Современные проблемы науки и образования. 2014. № 6. С. 174.
3. Роганов В.Р. Анализ устройств индикации тренажеров операторовнаводчиков: Оборонный комплекс - научно-техническому прогрессу России. 2014.
№ 4 (124). С. 80–87.
4. Роганов В.Р., Четвергова М.В., Сёмочкин А.В. Проектирование систем
виртуальной реальности с позиции системного подхода: Современные проблемы науки
и образования. 2014. № 6. С. 199.
5. Роганов В.Р., Роганова Э.В., Асмолова Е.А., Филиппенко В.О. Один из
вариантов реализации инновационных проектов в условиях современной России:
Вестник
Южно-Российского
государственного
технического
университета
(Новочеркасского политехнического института). Серия: Социально-экономические
науки. 2014. № 5. С. 58-62.
6. Roganov V.R., Miheev M.J., Seredkin A.N., Filippenko V.O., Semochkin A.V.
Capacity assessment of visual conditions imitators: Eastern European Scientific Journal.
2014. № 6. С. 321-326.
7. Роганов В.Р., Филиппенко В.О. Сравнительный анализ систем имитации
визуальной обстановки: Современные информационные технологии. 2014. № 19.
С. 162-166.
8. Роганов В.Р., Роганова Э.В., Кревчик В.Д., Зуев В.А. Тренажер наводчиковоператоров установок пуска ракет: патент на изобретение RUS 2381435 29.01.2007.
9. Роганов В.Р., Роганова Э.В. Тренажер наводчиков-операторов установок
пуска ракет: патент на изобретение RUS 2334935 16.10.2006
10. Бабич А.М., Роганов В.Р. Использование монокулярной системы
технического зрения при оценке расстояния до препятствий: Вопросы
радиоэлектроники. 2008. Т. 2. № 5. С. 107-111.
11. Roganov V.R. The optical-hardware-software complex for 3D visual models: III
International research and practice conference Science Technology and Higher Education: III
International research and practice conference Science Technology and Higher Education.
Westwood, Canada: Accent Graphics communications, 2013, V.2; 483-491.
12. Roganov V.R., Kazancev A.A., Semochkin A.V. Information flows in the «Threedimensional medical atlas» optical-hardware-software complex: I International Scientific
Conference: International Scientific Conference. Chicago: publishing office Accent Graphics
communications. Chicago, USA., 2013, V.1; 338-343.
13. Роганов В.Р., Сѐмочкин А.В., Филиппенко В.О., Асмолова Е.А.,
Михеев А.М. К вопросу о расчетах основных параметров оптико- аппаратного
устройства индикации, позволяющего реализовать безочковый 3D индикатор: XXI век:
итоги прошлого и проблемы настоящего плюс. 2015. № 4 (26). С. 182-199.
14. Роганов В.Р. Концепция создания эргатического оптико- программнотехнического комплекса «Имитатор визуальной обстановки», позволяющего человеку
тренировать глазомер: XXI век: итоги прошлого и проблемы настоящего плюс. 2015.
№ 4 (26). С. 81-87.
15. Филиппенко В.О., Сёмочкин А.В., Асмолова Е.А., Михеев А.М. Увеличение
числа обрабатываемых примитивов за счёт сегментирования моделируемого района:
Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2015. Т. 1. С. 196-198.
16. Филиппенко В.О., Сёмочкин А.В., Асмолова Е.А., Михеев А.М. К вопросу о
возможности использования отдельных имитаторов в оптико-программно-техническом
комплексе авиационного тренажёра: Труды международного симпозиума Надежность и
качество. 2015. Т. 1. С. 198-200.
17. Богатырев В.Е., Четвергова М.В. Проблемно-ориентированная система
мониторинга с использованием технологии виртуальной реальности: Современные
проблемы науки и образования. 2012. № 2. С. 73.
18. Финогеев А.Г., Четвергова М.В. Методика распознавания точечных
особенностей на основе рандомных деревьев в системах расширенной реальности:
Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Технические науки.
2013. № 2 (26). С. 23-33.
19. Мурашкина Е.Н., Михеев М.Ю. Имитационное моделирование
нейросетевой идентификации сигналов сложной формы: Труды международного
симпозиума Надежность и качество. 2014. Т. 1. С. 203-206.