Використання віртуальних лабораторій у дистанційному навчанні робототехніки

Размещено на http://www.allbest.ru/

Використання віртуальних лабораторій у дистанційному навчанні робототехніки

Володимир Лучко

Лілія Мельничук

Галина Перун

Анотація

освітня робототехніка дистанційна освіта

«Освітня робототехніка» - це інструмент, який забезпечує міцну основу для системного мислення, поєднуючи розвиток інформатики, математики, фізики, креслення, технології, науки та інженерії. Більшість учнів 7-8 класів розглядають варіант продовження освіти для того, щоб стати інженером або програмістом у галузі робототехніки, механіки тощо. Вивчення науки про техніку допоможе розвинути необхідні навички. За допомогою проектування, конструювання, складання та введення в експлуатацію роботів освітня робототехніка підтримує та поглиблює знання у певних галузях та розвиває здібності учнів. За своєю суттю діти набувають знань у процесі проектування та створення роботів. Навчання проходить з використанням робототехнічних наборів та віртуальних лабораторій.

Сучасний школяр добре розуміється на інформаційних технологіях і активно використовує їх. Ця область також включає освітній процес. Розвиток мережі Інтернет та мультимедійних технологій дозволив застосовувати дистанційну освіту як інструмент, а викладачі включають у програму загальноосвітньої освіти нові методи, що базуються на інформаційних технологіях та комунікаціях ІКТ, та отримують позитивні результати. Розвиток дистанційної освітньої діяльності має бути доповненням до навчальних процесів, а є складовим елементом цілісного навчального процесу, який значно підвищує його ефективність. У даний час вважається, що застосування дистанційної техніки у традиційних навчальних процесах допоможе викладачеві робототехніки отримати загальні та додаткові знання, орієнтуватися на здібності, інтереси та здібності, які навчаються в рамках досяжності учнів, у творчих завданнях та дослідницькій робототехніці. Класична та інтегрована лекція, що супроводжується віртуальною лабораторією, дозволить поглиблювати свої раніше знання.

Завдяки зростаючому інтересу до дистанційної підготовки навчання, особливо до робототехніки, для підготовки створюється багато різних віртуальних лабораторій, проте проблема полягає у відсутності навчального та методичного забезпечення застосування віртуальних лабораторій на дистан-ційному навчанні.

Ключові слова: робототехніка, віртуальна лабораторія, дистанційне навчання, платформа VR VEXcode.

Abstract

Volodymyr Luchko

Candidate of physical and mathematical sciences, Associate professor of the Yuri Fedkovich Chernivtsi National University, Chernivtsi, Ukraine,

Liliya MePnychuk

Candidate of physical and mathematical sciences, Associate professor of the Yuri Fedkovich Chernivtsi National University, Chernivtsi, Ukraine,

Galina Perun

Candidate ofphysical and mathematical sciences, Associate professor of the Yuri Fedkovich Chernivtsi National University, Chernivtsi, Ukraine,

USE OF VIRTUAL LABORATORIES IN DISTANCE EDUCATION

OF ROBOTICS

"Educational Robotics" is a tool that provides a solid foundation for systems thinking, combining the development of computer science, mathematics, physics, drawing, technology, science and engineering. Most students in grades 7-8 are considering the option of continuing their education in order to become an engineer or programmer in the field of robotics, mechanics, etc. Studying the science of technology will help develop the necessary skills. Through the design, construction, assembly and commissioning of robots, educational robotics supports and deepens knowledge in certain fields and develops the abilities of students. In essence, children acquire knowledge in the process of designing and creating robots. Training takes place using robotic sets and virtual laboratories.

A modern schoolboy has a good understanding of information technologies and actively uses them. This area also includes the educational process. The development of the Internet and multimedia technologies has made it possible to use distance education as a tool, and teachers include new methods based on information technologies and ICT communications in the general education program, and get positive results. The development of distance educational activity should be a supplement to educational processes, but is a constituent element of a holistic educational process that significantly increases its effectiveness. Currently, it is believed that the use of distance technology in traditional educational processes will help the robotics teacher to gain general and additional knowledge, to focus on abilities, interests and abilities that are taught within the reach of students, in creative tasks and research robotics. A classic and integrated lecture, accompanied by a virtual laboratory, will allow you to deepen your previous knowledge.

Due to the growing interest in distance learning training, especially in robotics, many different virtual laboratories are created for training, but the problem is the lack of educational and methodical support for the use of virtual laboratories in distance learning.

Keywords: robotics, virtual laboratory, distance learning, VEXcode VR platform.

Постановка проблеми

Робототехніка є одним із найактуальніших і перспективних напрямів у галузі інформаційної техніки. Комплекси робототехніки безпосередньо впливають на розвиток сучасної галузі мікроелектроніки, автомобілебудування, верстатобудування. Розвиток зазначених галузей вимагатиме підготовки великої кількості фахівців з робототехніки У сучасному світі та викликах сучасності виникають нові проблеми перед системою навчання. Для вирішення цього питання необхідно комплексно підходити, оскільки вирішити це завдання у традиційному комплексі фізики та математики достатньо важко. Ще одна важлива проблема - рівень технічних можливостей навчальних закладів. Хоча більшість шкіл мають прийнятний рівень комп'ютерної та мультимедійної техніки, існують недоліки в комплектуванні шкіл робототехнікою. Таким чином, сьогодні найбільше зростання робототехніки на рівні загальноосвітньої освіти здобули організації, що реалізують інженерну та технологічну освіту.

Аналіз останніх досліджень і публікацій. Завдання сучасних шкіл - допомагати учням у критичній трансформації наявних знань, давати критерії аналізу та порівняння даних, давати підходи до раціонального та справедливого застосування знання [2]. Навесні 2020 року, коли ми всі опинилися в ситуації, коли потрібно було реалізувати освітні програми з дистанційними технологіями навчання, ми запропонували розглянути різні варіанти робототехніки з дітьми 7-8 класів, не тільки віртуальних конструкторів, а й віртуальних лабораторій. Вибір вільних коштів був недостатнім, але останнім часом у цьому напрямі намітилася помітна тенденція. Наприклад, з'явилися нові платформи, які дають змогу вільно вчитися. Це важливо, тому що заняття з робототехніки за допомогою віртуальної лабораторії, використання тренажерів та інших комп'ютерних тренажерів відкривають перед учнями нові можливості. При цьому найважливішим доповненням буде використання справжніх конструкторів, якщо це дозволяє матеріально-технічна база навчального закладу [3].

Дане питання у закладах середньої освіти досліджували: О. Патрикеєва, C. Горбенко, О. Лозова, К. Крутій, А. Коломієць, В. Кобися, Н. Морзе, В. Вембер, М. Бойко, О. Буряк, Р. Фарваті (R. Farwati), І. Сарі (I. Sari), Р. Фелдер (R. Felder), І.Грут (I. Grout) та інші.

Мета статті - розробка методичних рекомендацій щодо вибору та використання віртуальних лабораторій у дистанційному навчанні робототехніки учнів 7-8 класів.

Виклад основного матеріалу

Огляд віртуальних лабораторій. Двома основними складовими освітньої робототехніки є конструювання та програму-вання. Існує безліч систем автоматизованого проектування і розрахунку (САПР), які використовуються у робототехніці, і вибір інструменту часто залежить від платформи управління роботом, на якій працює вчитель, вік учнів та цілі заняття [4]. Для підготовки проектної документації для робототех- нічних наборів Lego є кілька інструментів, які активно використовуються під час уроку:

>Lego Digital Designer (https://www.lego.com/en-us/ldd)

>Studio 2.0 (https://www.bricklink.com/v3/studio/download.page)

>Ldraw (https://www.ldraw.org)

Найпростіший, який підійде для «швидкого старту» або легкого навчання з дітьми, це Lego Digital Designer, ця програма дозволяє легко створювати роботів, які справді імітуватимуть реальний процес виготовлення моделі. Вчитель середнього класу зможе зрозуміти, як працює програма, і за кілька лекцій освоїти її повною мірою.

Після створення моделі програма може відновити послідовність створення роботизованого пристрою, тобто інструкції щодо створення фізичного роботизованого пристрою. LEGO Digital Designer дозволяє навчати збиранню моделей по пам'яті, що значно знижує зношення реальних деталей, дозволяючи учням готуватися до змагань вдома, не володіючи роботом.

Це найпопулярніша роботизована програма VEX SnapCAD. Ця проста програма, яка містить бібліотеку елементів VEX IQ, має можливість створювати власні деталі та друкувати на SD-принтері.

Існують десятки програм для "пожвавлення" роботів, а точніше - симуляторів. Для роботи з роботизованими пристроями можна використову¬вати віртуальні лабораторії, а саме тренажери, де можна виконувати як прості, так і складні дії. Кожен симулятор має фізичну та графічну частини. Їхній потенціал залежить від складності моделей роботів, які можуть бути реалізовані в симуляторі [5].

Графічний інтерфейс - програми, основне завдання якої - візуалізація об'єктів та навколишнього середовища. Фізична частина дозволяє створити віртуальний простір, до якого можна додати віртуальний динамічний та статичний простір, а також задати закони взаємодії тіл та простору. Взаємодія з тілом постійно розраховується програмою. Розраховуючи взаємодію тіл та середовища, програма розширює поведінку віртуальної моделі до реальної фізичної.

Найвідоміші симулятори цієї категорії: симулятори Virtual Robotics Toolkit (https://www.virtualroboticstoolkit.com/). Це простір для віртуального моделювання, де можна розмістити модель роботизованого пристрою від розробника Lego Digital Design та працювати з ним як із справжнім. Створення віртуальної машини повністю відповідає дійсності, і програму створення машини без змін можна перенести на реальний комп'ютер без змін. Симулятор складається з ігрових кімнат з ігровими кімнатами або моделями взаємодії з навколишнім середовищем, які дозволяють вивчити всі області робототехніки.

Є рівень-редактор із можливістю створення віртуальних копій конкурсів та їх об'єктів. Це дозволяє навчати учнів та підготувати їх до змагань без дорогих методів та завдань. До плюсів програми можна віднести:

*імпорт моделей із LEGO Digital Designer

*програмування EV3G

*є базові симуляції (полігони)

*є навчальні відео

2)Симулятори Robot Virtual Worlds - LEGO 4. x (RVW) http:// www.robotvirtualworlds. com/download/

Програма створює фантастичний 3D світ роботів LEGO і дозволяє використовувати ті ж програми, що і для фізичних роботів. Програма відмінно підходить для виконання домашніх завдань, занять у класі та підготовки до змагань

В даний час розробники цього середовища надають докладну інформацію про методи її впровадження у процес навчання. Пропонується вступна програма для вивчення реального програмування. Корисне віртуальне середовище доступне для розробки текстових середовищ RobotC, а також для графічних систем LEGO через емулятор NXT.

До плюсів програми можна віднести такі моменти:

*програма підходить для робототехнічних наборів NXT, VEX, Tetrix & Lego;

*є базові полігони та полігони для змагань;

*є можливість імпорту предметів для полігонів;

*передбачено можливість створення власних полігонів.

Окремо потрібно відзначити середовище програмування роботів з інтерактивним режимом імітаційного моделювання ТРІК Studio (https://trikset.com/ products/trik-studio). На цьому сайті можна створити не тільки програму для ТРІК - контролера, але і широко поширеного Lego Mindstorms EV3 - контролера.

Розробники із зарубіжних країн розробили хороший, простий та безкоштовний симулятор робототехніки. У 2002 року німецький програміст Open Roberta створив Open Roberta Lab (https://lab.open roberta.org) для просування робототехніки. У програмі можна програмувати Lego Mindstorm, WeDo 2.0, Micro bit та інші платформи. Чи не кожна платформа має середовище моделювання. Продукт досить простий у освоєнні, дозволяє користувачеві розпочати програмування без спеціальних технічних навичок. Ви можете завантажити свої власні 2D-полігони. Розробники платформи відкриті до співпраці та надано можливості розширення функціоналу.

Хочеться відзначити віртуальну лабораторію для Vеx роботів (https://vr.vex.com). Для молодшого шкільного віку інтерфейс програми перекладено українською мовою, що значно полегшує роботу. Зручна VR- платформа VEXcode дозволяє легко освоювати інформаційні технології та роботів. Таким чином, учні можуть кодувати віртуальні об'єкти з будь-якого місця або програмувати з використанням блокового алгоритму. Віртуальна реальність заснована на інтерфейсі VEXcode - одному з програмних інтерфейсів роботизованої платформи VEX 123GO, IQ, V. У цьому симуляторі є різні ігрові поля, що дозволяють відпрацьовувати різні алгоритми [6].

Ми можемо використовувати різні відео або готові шаблони програм для прискорення навчання. Для того, щоб навчити робити графічні елементи віртуальних роботизованих пристроїв, нам потрібно мати у роботизованому пристрої ручку, яка здатна змінювати колір. Вчитель може давати різні завдання на відпрацювання простих рухів, і це буде нудно, щоб цього уникнути потрібно пропонувати творчі завдання для підвищення інтересу, і підвищення рівня знань учнів 7-8 класів.

Можна зробити висновок про плюси та мінуси навчання. Переваги: низька ціна, можливість мати необмежену кількість моделей та можливість одночасного моделювання кількох типів роботів. Це скорочує час, який витрачається на роботу з комп'ютером, адже навіть найкраща фізична симуляція не може відтворити всі закони реального світу.

Зміст навчання з робототехніки учнів. У міру зміни методів навчання вчитель стає координатором, залученим до процесу навчання. Як і формат дистанційного навчання, так і змішане навчання дозволяє учням самостійно вивчати матеріал. Зрозумівши особливості кожного учня, вчитель є координа¬тором, який забезпечує індивідуальний спосіб навчання кожному учневі. У цьому сенсі основне місце під час уроків займає вчитель-координатор, оскільки він має спрямовувати учнів на самостійну і продуктивну роботу з однолітками.

Тому інформаційно-комунікаційні технології набувають дедалі більшого значення всіх етапах навчання, оскільки грають дедалі важливішу роль у навчанні.

У сучасному світі у школах стрімко розвиваються технології, у тому числі не найпередовіші напрямки. Наприклад, це підтверджує розвиток способу спілкування молоді за допомогою миттєвого обміну інформацією у соціальних мережах та сучасних месенджерах, що не може не враховуватися сучасними педагогами у процесі навчання. Для багатьох викладачів використання ІТ вимагає додаткової роботи. Основними факторами, що впливають на використання ІТ вчителями, є: доступ до сучасних ресурсів, якість програмного забезпечення та технологій, простота використання, заохочення змін у методах навчання з використанням технологій, підтримка навчальних закладів у використанні ІТ у навчальних планах, державна політика. Для професійного розвитку освіта є важливим прогресом у будь-якій країні, де людина набуває знання, вчиться спілкуватися, долучатися до культури, наслідує цінностям суспільства. Якщо вчитель має навички застосування технологій, це не тільки покращить роботу вчителя, а й покращить роботу освітньої установи, а також вкладе кошти у розвиток усієї країни.

На сьогоднішній день навчання за допомогою технологій є достатньо найпоширенішим аспектом, який став самостійним предметом, але його не потрібно впроваджувати без вивчення самої технології. Тому необхідно сформувати якісь мінімальні навички та вміння, щоб вони були включені до навчальної програми для полегшення їх дослідження, контролю та оцінки як важливого фактора підвищення якості освітнього процесу. В останні роки досягнення у галузі інформаційних технологій, робототехніки та АСУ торкнулися всіх сфер життя сучасної людини. Роботи-помічники широко використовуються на транспорті, у космосі та космічних дослідженнях, медицині та хірургії, у промислових конвеєрних виробництвах, у лаборато¬ріях, в умовах підвищеної небезпеки, в охороні та масовому виробництві промислових та товарів споживання. Багато сучасних пристроїв, що приймають рішення на основі даних з датчиків, теж можуть бути роботизованими пристроями, наприклад, холодильники, без яких немислиме повсякденне життя. Робототехніка - «область науки і техніки, орієнтована на створення роботів та робототехнічних комплексів, призначених для автоматизації складних технологічних процесів операцій, у тому числі виконуваних у недетермінованих умовах, для заміни людини при виконанні важкої, копіткої та небезпечної роботи...».

З самого початку розвитку робототехніка стала одним із найпрестиж- ніших та дорогих інженерних напрямків. В її основі лежали технічна фізика, електроніка, вимірювальна техніка та багато інших технічних та наукових дисципліни. Багато пов'язаних наукових модулів є частиною індустрії робототехніки.

«Освітній робот» - унікальний пристрій, що закріплює міцну основу мисленнєвої системи, що поєднує інформатику, математику, фізику, креслення, техніку, науку з розвитком техніки. Заняття робототехнікою дають гарні перспективи у майбутньому та викликають інтерес до дитячої наукової творчості. Це значною мірою сприятиме цілеспрямованому вибору інженерної професії. Освітні роботи зараз впроваджуються на базові щаблі освіти у багатьох країнах світу. Це дозволяє учням використовувати нові та цікаві способи використання своїх знань, застосовуючи технології, які розширюють знання та вводять нові концепції, які доповнюють та спрощують їхнє навчання. В останні десятиліття створено та вироблено безліч дизайнерських роботів з покращеною та зручною конструкцією.

Відомо, що наочне уявлення є одним із найбільш ефективних методів навчання, що дозволяє глибше зрозуміти суть різних явищ. Проведення уроків робототехніки у віртуальній лабораторії можуть бути дуже цікавими. Але не всі робототехнічні роботи можна проводити очно або в домашніх умовах, такі заняття потрібно і краще всього підходять для спостереження у віртуальних лабораторіях.

Робототехніка як педагогічний ресурс визначається як стимулювання досліджень. Перераховано деякі цілі робототехніки як педагогічного ресурсу.

Розвиток логіки: Логіка розвивається у вигляді послідовності можливостей, у яких дитина набуває самостійності у виконанні різних спеціальних функцій, таких як класифікація, моделювання, пояснення та стосунки:

*у контексті конструювання: розвиток практичного інтелекту та творчого мислення.

*у контексті програмування: формалізація процесів дій та зворотного зв'язку.

Розширення знань: особливо вводилися поняття механіки, електрики, фізики загалом, математики, прикладної геометрії та програмування. Засвоєння критеріїв проектування та оцінки конструкцій.

Оцінка себе як конструктора та винахідника:

*розуміти та цінувати внесок технологій у світ, заснований на практичному та особистому досвіді.

Використання роботів у навчанні дітей - це як навчання в ігровому процесі, так і технічна творчість. Такі зв'язки сприяють вихованню активної, захопленої самодостатньої особистості нового типу.

При вивченні роботів учні стикаються з конкретними ситуаціями, які потребують практичних рішень та теоретичних засад для підготовки їх до самостійного вивчення. Ця багаторівнева технологія поєднує безліч наук в одну структуру, що сприяє здоровій конкуренції. Якщо метод застосовується правильно, навчання стане обов'язковим для учнів.

Освітня робототехніка допомагає:

*сформувати у учнів базові уявлення у сфері інженерної культури;

*розвивати інтерес учнів до природних та точних галузей науки;

*розвиток нестандартного мислення та дослідницьких навичок під час вирішення завдань прикладного характеру.

Таким чином, метою навчання робототехніки є адаптація учнів до сучасного виробничого процесу, а також набагато практичний розвиток рухових, соціальних та командних навичок, закріплення знань про інші науки [1].

У даній роботі розглядається віртуальна лабораторія від Vex. VEX VR, яка відмінно підходить для дистанційного навчання 7-8 класів, і має ряд суттєвих переваг:

*перевірка правильності програми здійснюється на фізичному моделюванні роботизованого пристрою у режимі реального часу;

*віртуальний код віртуальної реальності VEX VR дозволяє програмам, що навчають, програмувати віртуальних роботів з використанням середовища кодування на основі блоків сценаріїв. Це дозволяє, крім того, забезпечити комфортні переходи учнів після освоєння основ програмування у школі та подальшому навчанні;

*віртуальний роботизований пристрій дозволяє замінити в освітній установі дороге фізичне обладнання, не потребує регулярного обслуговування та місця для зберігання;

*програму, створену учнями, можна надіслати вчителю у форматі файлу проекту, що дозволяє перевірити завдання без конструктора;

*віртуальний простір дозволяє учням повністю зосередитись на задачах програмування.

Vex VR може бути запущений як веб-ресурс у всіх популярних браузерах та на більшості інших пристроях. Роботизований пристрій VEX VR оснащений датчиками, елементами управління та безліччю фізичних функцій. У VBX VR є лише один робот, і він попередньо налаштований. Це позбавляє необхідності налаштовувати роботів або зумовлений шаблон проекту. Роботизований пристрій VR має такі елементи керування:

*трансмісія з гіроскопом;

*функція "малювання пером", що дозволяє розмішувати перо вгорі (щоб не малювати) або внизу (для малювання);

*електромагніт для підбору дисків із металевими сердечниками.

Роботизований пристрій VR оснащений такими датчиками:

*мотори з кутом повороту 360 градусів;

*передній датчик ока також діє як датчик відстані та повертає відстань до виявленого об'єкта в міліметрах та дюймах;

*гіроскопічний датчик, вбудований у трансмісію;

*два датчики відстані, один звернений вперед, а інший вниз. Ці датчики можуть визначити наявність об'єкта. Датчик також може визначати колір (червоний, зелений, синій, немає кольору);

*датчик розташування, який зчитує координати (X,Y) від централь¬ної поворотної точки VR-робота.

Із усього різноманіття переваг використання таких алгоритмів у дослідженні є й недоліки. При активізації процесу навчання з урахуванням індивідуальних особливостей сприйняття інформації учнями (аудіо, відео) використання віртуальних емуляторів не дозволяє активувати третій - кінестетичний тип сприйняття інформації, що важливо при конструюванні моделей роботів. Також використання цього віртуального емулятор не дозволяє змінювати конфігурацію робота.

Застосування віртуальних лабораторій під час навчання робототех¬ніки. Щоб зрозуміти важливість та необхідність віртуальних лабораторій у сучасній освіті, необхідно розпочати розгляд цього питання з матеріально- технічного забезпечення освітніх закладів різного рівня. Наголошується на проблемі браку необхідного обладнання для занять робототехнікою.

Розглянемо зміст навчання робототехніки учнів 7-8 класів. Одними з основних тем курсу є «Конструювання роботів» та «Програмування та дистан¬ційне керування». При навчанні конструювання та програмування роботів учням виконується велика кількість практичних робіт. За виконання практичних робіт із фізичним набором ні в учнів, ні в учителя не виникає проблем. При навчанні у дистанційному форматі немає можливості використовувати фізичні набори, як і у випадку, якщо в учнів виникає бажання чи необхідність підвищити свої навички, або самостійно вивчити пройдену тему в домашніх умовах. Саме у таких ситуаціях до нас на допомогу приходять віртуальні лабораторії.

Розглянемо випадки, коли використання віртуальних лабораторій з робототехніки просто необхідні:

*проведення уроків у форматі дистанційного навчання;

*відсутність відповідних інструментів чи обладнання;

*підготовка учнями домашніх навчальних завдань та лабораторних робіт;

*з метою домашнього самонавчання та підвищення умінь у галузі програмування.

Можна виділити два різні типи віртуальних лабораторій за типом навчання робототехніки:

*лабораторна аудиторна установка з віддаленим доступом - дистанційні лабораторії;

*програмне забезпечення, що дозволяє моделювати лабораторні експерименти та завдання - віртуальні лабораторії.

Як правило, найпоширенішим типом досліджень у віртуальних лабораторних комплексах є друге.

Порівняно з реальними лабораторіями можна виділити такі переваги віртуальних лабораторій:

*не потрібно придбати дороге обладнання для різних видів лабора¬торних робіт з робототехніки. При цьому є напрямки, де, крім обладнання, потрібно закуповувати витратні матеріали, ціни на які досить високі. Якщо програмне забезпечення та комп'ютерна техніка коштують дорого, їх широке поширення у світі з використанням універсальної техніки компенсує цей недолік;

*можливість моделювання багатьох процесів, що відбуваються на реальних заняттях з робототехніки;

*безпека - ще одна важлива причина та перевага використання віртуальних лабораторій, особливо при роботі з високою напругою та сервоприводами;

*докладна та багатостороння візуалізація на ПК;

*комп'ютерне управління за допомогою моделювання процесів віртуальної реальності дозволяє проводити безліч досліджень різних вхідних параметрів, необхідних визначення бажаних результатів;

*основною та окремою перевагою є можливість використання віртуального лабораторного комплексу у дистанційному навчанні за відсут¬ності можливості роботи з обладнанням аудиторії;

*можливість організації змагальної діяльності між учнями.

Тому, щоб запрограмувати роботизований пристрій, потрібно спочатку сформувати в учнів основу алгоритмічного мислення. Найкращим вибором для цього завдання є популярний інтерфейс для графічних робочих інтерфейсів Scratch. Просто, зрозуміло та найголовніше - безкоштовно. Працювати з ним можна онлайн прямо на сайті, так і локально, встановивши скрипт на свій комп'ютер. Навчити учнів створювати свої програми за допомогою скриптів, основних навичок програмування, які в майбутньому будуть використані при створенні програмних рішень для роботизованих пристроїв.

Методичні рекомендації щодо використання віртуальних лабораторій під час навчання робототехніки. Українська система освіти останнім часом зазнала глобальних змін у зв'язку з вимогами сучасного ринку. При цьому однією з таких вимог є підготовка нового інженера, спеціаліста з управління та програмного забезпечення технічних пристроїв. Цю функцію виконує в тому числі і практична підготовка до інженерної освіти в школі, а також найпростіших основ дитячих садків. Одним із шляхів вирішення завдань, які необхідно подолати у процесі створення системи підготовки інженерів- передпрофесіоналів, є творчість учнів за допомогою робототехніки. Під освітньою робототехнікою найчастіше розуміють нову технологію чи ефективний метод вивчення наукових знань та інженерної підготовки. Освітні роботи легко відрізняються від промислових, побутових і військових. Але вивчення робототехніки як дисципліни, неможливе без урахування досягнень промислового, побутового та військового роботобудування. Робототехніка - це технологія навчання, що використовує комплекс педагогічно адаптованих міждисциплінарних занять з робототехніки та методів навчання для розвитку інженерної творчості учнів. Курс робототехніки базується на трьох основних напрямках діяльності: проектування, програмування та моделювання. Збирати моделі згідно з покроковою інструкцією з описом збірки виходить практично у всіх учнів. Саме навички конструювання дозволяє учням ознайомитися з деталями конструктора під час складання. Але перехід до конструювання одночасно з покрокової ілюстрованої інструкції створює чималі труднощі у учнів 7-8 класів. Тому доцільно розбити цей перехід на кілька кроків, що дозволяють поступово розвивати необхідні навички. Наступні кроки визначаються ступенем самостійності учня при виконанні завдання.

Крок 1. Робота з покроковою ілюстрованою інструкцією.

Крок 2. Робота з частковою покроковою ілюстрованою інструкцією. Часткова інструкція може містити в собі першу або другу половину повної інструкції, а також елементи інструкції з кратними номерами 2,3,4 і т.д.

Крок 3. Робота з моделлю у повному складанні. Той, хто навчається, розглядаючи зразок моделі, самостійно підбирає необхідні деталі та визначає алгоритм їх з'єднання.

Крок 4. Робота з фотографіями чи кресленнями моделі. Учень розглядає запропоновані матеріали, що дають повне уявлення про конструкцію моделі з різних сторін (зверху, знизу, зліва, справа, ззаду спереду) та перелік деталей, що використовуються.

Крок 5. Учневі пропонується зібрати модель за задумом чи технічним завданням.

Усі етапи можна розглядати як на реальних конструкторах, так і у віртуальних лабораторіях робототехніки. Після проходження всіх цих етапів учень набуває навичок створення основних елементів конструкцій залежно від рівня підготовки та пропонованої техніки. Учень має досвід, що дозволяє розробляти моделі планування, комбінації елементів.

Для знайомства із платформою VR VEXcode потрібно провести кілька уроків. У першу чергу тим, хто навчається, потрібен час, щоб розібрати інтерфейс, звикнути до роботи з блоками на робочому місці. Згодом пропонується відкрити ігрове поле - «Об'їзд форм». На цьому полі учні матимуть змогу познайомитися з основними рухами та попрацювати з блоками лабораторії - переносом; навчитися переміщати роботизований пристрій уперед, назад, ліворуч, праворуч; робити повороти на певний градус, а також роботу з виставленням роботизованого пристрою на певний курс. Трохи пізніше учні зможуть повернутися на це поле, щоб відпрацювати навички завдань із використанням циклів та умовних операторів. При роботі з віртуальною лабораторією пропонується навчити дітей складати програму та апробувати її на віртуальній моделі роботизованого пристрою за допомогою розгалуження, циклу. Навчитися малювати та стежити за блоками схеми. Проводити оперативне знаходження помилок та зміну елементів структурної схеми під певні завдання. Блокувати алгоритми інших програм на схемі, а також переносити виконані роботи на віртуальний роботизований пристрій.

У віртуальній лабораторії існує два типи цього поля:

1)Лабіринт, у якому учні відпрацюють основні моменти роботи з алгоритмом, і навіть працюй з датчиками, розташованими на роботизованому пристрої.

2)Динамічний лабіринт, у свою чергу, демонструє той момент, що лабіринт завжди змінюється, і одне рішення не підходить для вирішення іншого лабіринту.

Можна розібрати з учнями 7-8 класів основні етапи лабіринту і підвести їх до універсального рішення. Проходження лабіринту має здійснюватися різними датчиками: дотику, відстані, кольору, розташування. У процесі вивчення нових матеріалів рекомендується розбивати всі лабіринтні проходи на фрагменти, щоб показати учням оптимальний режим проходження VR- роботів. Далі можна розглянути інші датчики та інші поля. Дуже цікавий і досить простий додаток для роботи з одним датчиком або декількома на роботизованому пристрої, звичайно ж, розглянемо роботу релейного контролера в полі - "дисковий лабіринт".

Висновки

З наведених вище прикладів видно, як можна використовувати цю віртуальну лабораторію на урок робототехніки. Як досить легко і у формі гри можна допомагати дітям знайомитися з базовими уявленнями про програмування, алгоритми та робототехніку. Заняття з робототехніки стають цікавими, з'являється можливість змагатися зі своїми однокласниками. Дана віртуальна лабораторія дозволяє учням в домашніх умовах вивчати базові моменти в робототехніці самостійно, вигадувати різні рішення, розвиваючи цим свої творчі задатки, а також знайомлячись з інженерною справою. У рамках дистанційного навчання, учні виявили велику цікавість до навчання дисципліни, а після виходу на очне навчання змогли досить легко перейти на проведення уроків зі звичайним фізичним роботом.

Література

1.Навчальні ігри [Електронний ресурс] - режим доступу https://teach-inf.com.ua/l oad/programi/rozvivajuchi_igri/35

2.ОСТРОВСЬКА Маріанна. Технічні засоби навчання як виклики для функціону¬вання ЗВО. Наука і техніка сьогодні, 2022, 10 (10).

3.Інформаційно-освітній портал [Електронний ресурс] - режим доступу https://osvita.ua/

4.Устаткування для робототехнічних гуртків: проблеми та пошук вирішення [Електронний ресурс] - режим доступу https://joumal.kmzhok.org/tech/tpost/mpyp45rm81- oborudovanie-dlya-robototehnicheskih-kru?ysclid=l44agogsot

5.Педагогічні технології дистанційного навчання [Електронний ресурс] - режим доступу https://optima.school/?gad_source=1&gclid=CjwKCAiA6byqBhAWEiwAnGCA4G58 qXHxNTtnFZcl8DTOvBuV6lrE2wJnfOSIlL3v00XqVcbjTGxZjBoCQRAQAvD_BwE

6.Віртуальна лабораторія VEX VR [Електронний ресурс] - режим доступу https:// vr.vex.com/

References

1.Navchalni ihry [Educational games] - Retrieved from https://teach-inf.com.ua/load/ programi/rozvivajuchi_igri/35 [in Ukrainian].

2.OSTROVSKA, Marianna. (2022) Tekhnichni zasoby navchannia yak vyklyky dlia funktsionuvannia ZVO [Technical teaching aids as challenges for the functioning of higher education institutions]. Nauka i tekhnika sohodni [in Ukrainian].

3.Informatsiino-osvitnii portal [Informational and educational portal] - Retrieved from https://osvita.ua/ [in Ukrainian].

4.Ustatkuvannia dlia robototekhnichnykh hurtkiv: problemy ta poshuk vyrishennia [Equipment for robotics circles: problems and the search for a solution] - Retrieved from https://journal.kruzhok.org/tech/tpost/mpyp45rm81-oborudovanie-dlya-robototehnicheskih-kru? ysclid=l44agogsot [in Ukrainian].

5.Pedahohichni tekhnolohii dystantsiinoho navchannia [Pedagogical technologies of distance learning] - Retrieved from https://optima.school/?gad_source=1&gclid=CjwKCAiA6by qBhAWEiwAnGCA4G58qXHxNTtnFZcl8DTOvBuV6lrE2wJnfOSIlL3v00XqVcbjTGxZjBoC QRAQAvD_BwE [in Ukrainian].

6.Virtualna laboratoriia VEX VR [Virtual laboratory VEX VR] - Retrieved from https:// vr.vex._com/ [in Ukrainian].

Размещено на Allbest.ru

...