Анализ проблем использования современных робототехнических наборов в образовании

Организация любого школьного предмета должна выполняться таким образом, чтобы заинтересовать учащихся к получению новых знаний без необходимости принуждения к этому со стороны педагога. Это обусловлено тем фактом, что большая часть обучающихся посещают занятия с мыслью о том, что в дальнейшем эти знания им попросту не понадобятся, а персональный компьютер они рассматривают как развлекательный центр, никоим образом не приспособленный для практической деятельности. Внедрение робототехники в образовательный процесс обуславливают необходимостью активизации учащихся, привлечения их к ходу урока. Это позволяет повысить уровень подготовки учащихся по предметам технического профиля. Помимо этого, применение робототехнических наборов позволяет реализовывать большое количество различных практических примеров для демонстрации хода урока.
Роль образовательной робототехники заключается в формировании базовых знаний и умений учащихся в области конструирования и проектирования роботов, а также различных автоматизированных, либо управляемых устройств. Данное решение сейчас считает одним из актуальных для современного образования. Большое количество различных робототехнических конструкторов позволяет привлекать к данному процессу детей на самых различных ступенях образовательного процесса. А наличие тесной взаимосвязи с другими образовательными предметами делает данную методику обучения довольно интересной для всех учащихся.
Отличительными особенностями, образовательной робототехники, являются:
1) Связь с предметами естественнонаучного (информатика, математика, физика, биология, химия) и социально-гуманитарного циклов;
2) Умение достигать конкретного результата и понимать смысл обучения;
3) Прямая возможность развития универсальных действий. [2]
Говоря, о робототехнике в современном образовании, стоит отметить, что она становится важной частью учебного процесса. Робототехника легко вписывается в современные программы по техническим предметам. Работа в команде способствует сплочению учащихся и развитию коллективной деятельности. В процессе конструирования роботов, учащиеся применяют и развивают творческие способности. Робототехника подразумевает под собой нахождение нестандартных и оптимальных решений заданной ситуации. Кроме того, решение задач при помощи робототехнических конструкторов, позволяет применить теоретические знания на практике и осознать важность обучения в школе, помогая ответить на вопросы учащихся: «Зачем мне это? Где я смогу это применить?». Не зависимо от того, какую профессию выберет учащийся в будущем, его работа будет связана с информационными технологиями, работой с роботами или системами автоматического управления. Современное образование, дает возможность изучения различного вида технологий и способов их работы. Такое обучение, обеспечивает возможность дальнейшей работы с различными технологиями и создает возможность развития научно-технического процесса в целом.
Для наиболее полного достижения поставленных целей использования робототехники, роботы в школьном курсе должны быть представлены не только как средство практической деятельности школьников, но и как объект теоретического изучения. Большинство датчиков робототехнических наборов, а также исполнительных элементов роботов имеют физические принципы действия, которые изучаются в школьном курсе физики, поэтому, например, при изучении соответствующих тем целесообразно акцентировать внимание на практическое использование законов в современной технической области. Таким образом, нами предлагается следующая система использования учебных роботов в предметной области физики:
В некоторых направлениях представленной системы имеются достаточно интересные методические наработки как у нас в стране, так и за рубежом. В последние годы появилось достаточно много публикаций, знакомящих с опытом внедрения робототехники в учебный процесс. Вместе с тем, ряд учебных пособий по организации курсов и кружков и других видов внеклассной работы также может быть полезен при организации предметной работы по физике.
Интенсивное развитие образовательной робототехники началось с появления в 1998 году специализированных робототехнических наборов компании LEGO под названием LEGO Mindstorms с программируемым блоком RCX

. В 2006 году начался выпуск второго поколения LEGO Mindstorms с блоком NXT, а в 2013 году третьего поколения с блоком EV3. На сегодняшний день в продаже имеется около десятка различных робототехнических конструкторов различных производителей для различного возраста школьников и студентов.
Сейчас рынок робототехнических наборов представлен большим количеством различных наборов, к которым относятся:
1. LEGO Mindstorms (EV3 и NXT) – наиболее известная версия конструктора от именитого бренда Lego. Робототехнический набор Mindstorms EV3 появился в продаже в далёком 2013 году. Буквально за несколько лет он стал самым популярным робототехническим набором в учебных заведениях. Базовая версия набора конструктора состоит из элементов, с помощью которых можно создавать простенькие механизмы. Для тех, кто хочет заниматься серьёзными проектами и участвовать в соревнованиях разработчики выпустили ресурсный набор, содержащий вспомогательные элементы.
По многочисленному опыту ученых заведений отмечают, что для занятий в кружке к двум базовым наборам вполне достаточно докупить один ресурсный. К тому же можно дополнительно заказать фирменные датчики от Lego или расширить набор компонентов за счёт оборудования сторонних вендеров, таких как SmartBricks и HiTechnic.
Стоимость одного базового набора Lego Mindstorms EV3 Education варьируется в районе 28000 рублей. Дополнительный ресурсный комплект с элементами обойдётся в 9000 рублей. Набор обладает довольно высокой стоимость, но его можно по праву назвать идеальным инструментом для обучения основам робототехники и программирования. Его с успехом можно рекомендовать к освоению не только школьникам и студентам, но и взрослым людям интересующимся инновациями.
2. Наборы Lego WeDo в первую очередь направлены на контингент начальной школы. С помощью базового комплекта учащиеся могут экспериментировать с созданием своих первых моделей, практиковаться в написании отчётов и делиться друг с другом новыми идеями. Основной набор состоит из мотора и двух датчиков (наклона и движения). Как и в случае набора IVI3 для работы над проектами повышенной сложности разработчики вынуждают докупить ресурсный набор со вспомогательными электронными компонентами.
В версии WeDo 2.0 робот получил возможность автономной работы. До этого управление осуществлялось только с помощью USB-коммутатора. Для составления программ тут используется собственная интуитивно-понятная среда Lego WeDo. В удобной форме путём простого перемещения блоков мышью создаются хитроумные алгоритмы. Базовая методичка включает в себя 12 уроков. Для расширения возможностей можно программировать в среде Scratch. Именно с её помощью на платформе WeDo реализуются самые интересные и запоминающиеся творческие проекты.
Что же касается ценника, то 10000 рублей стоит первая версия базового набора + 5000 рублей за ресурсный комплект. Программное обеспечение с графической средой и книжка с разработанными заданиями обойдутся ещё в 8000 рублей. Хотя дешевле получится приобрести WeDo 2.0 за 15000.
3. Робототехнические наборы конструкторов Tetrix и Matrix. Оба этих набора позволяют значительно расширить возможности роботов, построенных на микроконтроллере от LEGO Mindstorms, однако собственный контроллер в них отсутствует. С помощью элементов от конструкторов Tetrix и Matrix учащиеся освоившие базовые наборы от LEGO могут попробовать свои силы в создании моделей из металла. Базовый комплект Tetrix’а, как правило, включает в себя различные соединительные балки, колёса, моторы и другие необходимые элементы. Что касается цен на наборы то базовый набор Tetrix можно приобрести за 64000 рублей, а ресурсный обойдётся в 20000. Не каждое учебное заведение может себе позволить даже одно рабочее место, не говоря уже о полноценных закупках комплектов для робототехнического кружка.
4. Arduino/Raspberry Pi. Последнее время становятся популярны конструкторы на базе одноплатных компьютеров Arduino и Raspberry Pi. Данные платы обладают собственным слабеньким процессором и памятью. К ним с лёгкостью можно подключать различные компоненты: лампочки, моторчики, датчики. А при желании даже магнитный замок, электрический чайник и кофеварку