Автор: Хорхе Валенсуэла

Советы Surefire по началу работы с VEX Robotics.

Робототехника популярна во многих школах и является отличным инструментом для обучения детей наиболее фундаментальным навыкам инженерного проектирования (ED) и программирования, позволяя им видеть и интерпретировать результаты их сборки и программирования в режиме реального времени.

Кроме того, собирая и программируя роботов, дети всех возрастов могут узнать о информатике (CS), мехатронике, программировании, грамотности, физике, математике, здоровой конкурентоспособности, командной работе и настойчивости.

Изучение робототехники и участие в соревнованиях также помогает учащимся понять, как использовать роботов в более аутентичных контекстах. В реальном мире роботы помогают в космосе, на производстве, в военных миссиях и так далее. Искусственный интеллект (ИИ) также позволяет интеллектуальным роботам взаимодействовать с людьми в их домах, помогая по хозяйству, обеспечивая безопасность и даже развлечения.

К сожалению, углубленное изучение робототехники высокого уровня доступно не всем учащимся, а когда и доступно, то во время обучения не всегда соблюдается необходимая строгость. Это означает, что студенты получают только часть обучения, а не более широкую картину или богатую междисциплинарную и интегративную природу мехатроники, которая является пересечением электротехники и машиностроения и компьютерных наук.

Учителям, желающим привлечь своих учеников к созданию и программированию с помощью робототехники высокого уровня, я настоятельно рекомендую использовать VEX Robotics. Хотя более глубокое обучение с помощью такого инструмента, как VEX, требует времени, любой учащийся может достичь мастерства благодаря точной и последовательной практике. Недавно я руководил курсом Инженерный дизайн для Международной ассоциации преподавателей технологий и инженерии (ITEEA), где мне выпала честь обучать преподавателей с помощью VEX EDR. Я использовал следующие четыре шага — именно так я рекомендую учителям работать со студентами.

Шаг 1: Начните с конца и изучите свое оборудование.

Никто не ценит, когда его просят сделать что-то, чего не сделал их инструктор. По этой причине очень важно, чтобы учителя, которые тренируют учащихся с помощью их первой сборки робота, приходили в класс со своей собственной построенной рабочей моделью. Это объединяет класс, давая учащимся уверенность в том, что обучение предназначено не только для них, и что их учителя так же вовлечены в процесс, как и они сами. Предоставление некоторых наводящих вопросов также полезно для того, чтобы начать с конца:

  • Как мы можем использовать наш комплект VEX Clawbot для создания и программирования робота, который управляет автономной восьмеркой?
  • Как мы можем использовать наш комплект VEX Clawbot для создания и программирования робота, которым управляет человек-оператор с помощью джойстика VEXnet и ключей VEXnet для взаимодействия с микроконтроллером?

Как только учащиеся определились с целями обучения, помогите им распаковать комплект. Не позволяйте детям, которые плохо знакомы с робототехникой VEX, делать это в одиночку или в группах. Робот VEX имеет множество движущихся частей и работает с несколькими сложными системами. Эту часть должен вести кто-то с опытом.
Я настоятельно рекомендую учащимся разделить каждую из частей (вместе с объяснением каждой) на следующие четыре группы:

Шаг 2: Соберите своего робота.

Как правило, я не рекомендую ученикам следовать инструкциям шаг за шагом, но из-за сложности первоначальной сборки VEX — в этом случае я бы это сделал! Руководство VEX по сборке Clawbot — отличное введение в сборку робота и изучение использования большинства частей, классифицированных учащимися на этапе 1.

И хотя их первая сборка не будет открытой, использование наводящего вопроса (например, на шаге 1) позволит учащимся задействовать свой творческий потенциал и находчивость при программировании своего бота.

Учащиеся, уже знакомые с электроникой или робототехникой, такими как littleBits или LEGO Mindstorms, уже будут знакомы с концепциями и функциями двигателей, датчиков, шестерен и разработки систем. Однако металло-алюминиевые конструкции и конфигурация системы VEXnet или новой системы V5, скорее всего, будут для них в новинку. Для других все, с чем они столкнутся, будет новым и, возможно, пугающим. Так что дайте вашим ученикам время на изучение и обучение через управляемую практику и постепенное освобождение от ответственности.

Примечание для учителей: хотя этот шаг может быть выполнен самостоятельно опытным и терпеливым строителем, я рекомендую объединить ваших учеников в пары для первоначальной сборки. Соединение конструктивной и двигательной составляющих — непростая задача. Работая совместно, учащиеся осознают необходимость командной работы.

Всякий раз, когда я встречаю в своей мастерской учащихся, обладающих значительным опытом работы с VEX EDR, я даю им неограниченную сборку робота и программу, которая должна соответствовать определенным критериям и ограничениям. Это удерживает их вовлечённость, позволяет им расширять свои творческие способности и не позволяет им выполнять всю тяжелую умственную работу в группе, что часто лишает менее опытных учеников жизненно важного труда, необходимого для более глубокого обучения.

Шаг 3: Изучите функции шестерен, двигателей, датчиков и других компонентов.

Из-за фильмов и мультфильмов многие дети (и взрослые) думают о дроидах всякий раз, когда упоминаются роботы. Тем не менее, им важно понимать, что большинство роботов созданы не для внешнего вида (будь то человек или машина), а в большей степени для выполнения повторяющихся действий, задач и работ, которые либо слишком опасны, либо невозможны для людей в одиночку. .

Студенты также должны будут понять, что магия не заставляет роботов работать или двигаться эффективно. Вместо этого это объединение систем, работающих согласованно, которые полагаются на электронные элементы управления (такие как датчики и микроконтроллеры) и программное обеспечение для программирования инструкций.
Еще до программирования (Шаг 4) учащиеся должны усвоить, что двигатели, колеса, шестерни, валы, а также пневматика (среди прочих принадлежностей) — это то, что обеспечивает движение робота. механизм. Чтобы помочь им установить некоторые из этих связей, предложите пару учебных целей (LT), которые я разработал для сборки Clawbot:

  • Я слышу скрежет каждого мотора, когда перемещаю шестерни за колесами с обеих сторон моего робота.
  • Я могу полностью вставить валы (оси) в каждый двигатель.

Попробуйте эти примеры вопросов по устранению неполадок всякий раз, когда учащиеся застревают. Имейте в виду, что вам, скорее всего, придется помочь им установить визуальные связи с помощью модели, созданной учителем (см. Шаг 1).

  • Приводит ли перемещение одного колеса в движение всю систему? Они гоняют друг друга? Они взаимосвязаны?
  • Ось крутится, а колесо нет? Используете ли вы правильные вставки в колеса?
  • Ваши колеса прыгают? Есть ли вставки в колеса?

Шаг 4: Научитесь программировать своего бота.

К счастью, VEX Robotics предоставляет предварительно загруженный код по умолчанию для VEX Cortex Microcontroller. После того, как ваши ученики завершили успешную сборку Clawbot и успешно привязали свой джойстик к коре головного мозга, разрешите им запустить программу по умолчанию (Примечание: они не смогут увидеть код). Многие ученики, увидев, как робот, которого они построили, двигается вперед и назад, поднимает и опускает руку, а также открывает и закрывает клешню, заставят их почувствовать себя суперзвездами! Подарите им этот момент празднования и обязательно вовлеките их в размышления. Также сообщите им, что им нужно будет изучить навыки программирования, чтобы заставить их роботов выйти за рамки программы по умолчанию.

Теперь пришло время действительно научиться программировать. Вот шаги, которые я использую для обучения своих студентов и упрощения процесса:

Примечание. Мне нравится использовать ROBOTC, потому что он помогает учащимся овладеть реальными навыками программирования на C, которые используются как инженерами, так и учеными-компьютерщиками. Поэтому я настоятельно рекомендую использовать Библиотеку естественного языка ROBOTC на сайте Carnegie Mellon Robotics Academy.

  • Скачать РОБОТК. Я бы проконсультировался с вашим ИТ-отделом по поводу этого шага, так как есть варианты как для индивидуальной, так и для многопользовательской установки (Примечание: пользователям Mac потребуется выполнить несколько дополнительных шагов).
  • После того, как ваше программное обеспечение установлено правильно, обновите прошивку как на Cortex, так и на Джойстике. Примечание. Из-за большого количества сложных шагов я предпочитаю, чтобы студенты использовали видеоуроки, а не следовали моим устным инструкциям.
  • Учащиеся, плохо знакомые с программированием на C, должны начать с загрузки примеров программ.
  • Убедитесь, что ваши программы соответствуют физической конфигурации вашего робота. Этот шаг очень важен, иначе ваша настройка двигателей и датчиков будет неправильной.
  • Чтобы познакомить студентов с основами, я обычно начинаю их с пяти типовых программ. Думаю, им важно увидеть, как код манипулирует базовыми движениями — в первую очередь автономно и как в аркадном, так и в танковом режимах с помощью джойстика.
  • По мере того как учащиеся развивают способность понимать, как программировать своих роботов, позволяйте им писать свои собственные кодовые команды, чтобы назначать своим роботам более сложные задачи. Они могут использовать Справочник по синтаксису ROBOTC для помощи в работе с ROBOTC Graphical, ROBOTC NL и ROBOTC. Также объясните им ценность повторного использования кода для облегчения их работы.

Каждое путешествие начинается с одного шага — ну, может быть, 4

Несомненно, обучение и обучение созданию и программированию робототехники высокого уровня — это нелегкий и трудоемкий процесс. Тем не менее, это часть работы, необходимой для подготовки студентов, которые станут великими инженерами и учеными-компьютерщиками. К сожалению, мы не можем перекладывать ответственность и держать пальцы скрещенными, чтобы они научились этому в колледже. Это начинается в К-12 и продолжается всю жизнь. А.П.Дж. Абдул Калам однажды сказал: Великие учителя исходят из знания, страсти и сострадания. И я считаю, что отличным ученикам нужны отличные учителя, которые готовы расширять свою базу знаний (см. Стандарты ISTE для преподавателей компьютерных наук) только по той причине, что это нужно нашим детям.

Моя искренняя благодарность Тиму Олтману, Джеймсу Уэстморленду и Кеньятте Уайт-Льюис за руководство моим обучением, помогая мне соединить мои предыдущие знания в области компьютерных наук с новыми навыками робототехники.

Хотите погрузиться глубже или использовать другие ресурсы для вычислительного мышления, роботов/робототехники, отличных от VEX EDR? Попробуйте некоторые из них:

Класс K-5

2–8 классы

8–12 классы

Класс K-12

Эта статья изначально была размещена по этой ссылке.

Если вам понравилась эта работа, пожалуйста, похлопайте ей, подпишитесь на нашу публикацию и поделитесь ею с друзьями и коллегами.

Хорхе Валенсуэлапреподаватель Университета Олд-Доминион и ведущий тренер организации Lifelong Learning Defined. Кроме того, он является национальным преподавателем PBLWorks и ведущим преподавателем littleBits. Его работа направлена ​​на то, чтобы помочь преподавателям понять и внедрить вычислительное мышление, информатику, STEM и обучение на основе проектов.

Вы можете связаться с Хорхе @JorgeDoesPBL через Twitter и Instagram, чтобы продолжить общение.