Робототехника и ТРИЗ в подготовке будущих инженеров

Робототехника и ТРИЗ

в подготовке будущих инженеров

Салихзянов Р.Н.,

МБОУ «Дворец творчества детей и молодёжи им. И.Х. Садыкова», г. Нижнекамск

Аннотация: Занятия робототехникой с раннего школьного возраста, которые ведутся с применением самых современных методик, а именно, с использованием возможностей ТРИЗ-педагогики – всё это необходимые условия профессиональной ориентации школьников на современные инженерные специальности.

Ключевые слова: робототехника, профориентация, ТРИЗ, техническое творчество.

Очевидно, что 21 век немыслим без робототехники. За последние годы успехи в робототехнике и автоматизированных системах изменили личную и деловую сферы нашей жизни. Роботы играют всё более важную роль в жизни, служа людям и выполняя каждодневные задачи.

Робототехника - это проектирование и конструирование всевозможных интеллектуальных механизмов - роботов, имеющих модульную структуру и обладающих мощными микропроцессорами. В последнее время она стала занимать существенное место в школьном, дополнительном и университетском образовании. По всему миру проводятся конкурсы и состязания роботов для школьников и студентов, важной частью которых является демонстрация творческих проектов. Занятия учащихся робототехникой, начиная с младшего школьного возраста, предоставляют им возможность создавать такие проекты.

Мы предлагаем программу дополнительного образования по робототехнике. Данная программа является актуальной в решении задач развития инженерной мысли у учащихся, приобщения их к техническому творчеству: умения решать задачи с помощью автоматов, которые они сами смогут спроектировать, защитить свое решение и воплотить его в реальной модели, т.е. непосредственно сконструировать и запрограммировать. При этом острие исследований направлено на создание интеллектуальных роботов. Основная цель, которая преследовалась при создании программы, это пробуждение интереса к инженерным и другим профессиям, развитие творческого мышления, овладение навыками программирования и конструирования сложных механизмов.

Заслуживает особого внимания также сильнейшая профориентационная составляющая программы. В связи с активным внедрением новых технологий в жизнь общества постоянно увеличивается потребность в высококвалифицированных специалистах. Во многих ВУЗах нашей страны присутствуют специальности, связанные с робототехникой. Однако следует подчеркнуть, что в большинстве случаев не происходит предварительной ориентации школьников на возможность продолжения учебы в данном направлении. Многие абитуриенты стремятся попасть на специальности, связанные с информационными технологиями, не предполагая обо всех возможностях этой области. Между тем, игры в роботы, конструирование и изобретательство присущи подавляющему большинству современных детей. Таким образом, появилась возможность и назрела необходимость в непрерывном образовании в сфере робототехники. Заполнить пробел между детскими увлечениями и серьезной вузовской подготовкой позволяет изучение робототехники в системе дополнительного образования на основе специальных образовательных конструкторов.

Образовательная программа по робототехнике - это один из интереснейших способов изучения компьютерных технологий и программирования. Во время занятий обучающиеся учатся проектировать, создавать и программировать роботов. Командная работа над практическими заданиями способствует глубокому изучению составляющих современных роботов, а визуальная программная среда позволяет легко и эффективно изучить алгоритмизацию и программирование.

Дополнительным преимуществом изучения робототехники является создание команды единомышленников и ее участие в олимпиадах по робототехнике, что значительно усиливает мотивацию учеников к получению знаний.

В педагогической целесообразности данной программы не приходится сомневаться. В процессе занятий ребята знакомятся с основами знаний в области информатики, физики, электротехники, конструирования, технического дизайна. На занятиях по робототехнике учащиеся знакомятся с технологией конструирования и программирования робота, а затем сами строят свои первые конструкции из набора EV-3, Lego Mindstorms и Lego Wedo и учатся их программировать в специальной среде для программирования роботов компании Lego. При разработке идеи и построении робота у учащихся развиваются все виды мышления.

Образовательная среда LEGO включает в себя базовые наборы для обучения с самого раннего возраста и в последующем более старших возрастов. Первые конструкторы можно начинать использовать уже в системе дошкольного образования, тем самым с раннего возраста приучая детей к техническому творчеству. Последующее использование конструкторов LEGO в школе постепенно начнёт формировать мировоззрение ребенка и мотивировать его на дальнейшее техническое творчество. Особо можно заострить внимание на базовых наборах, применяемых в школах. Это конструкторы нового поколения LEGO WEDO и LEGO MINDSTORMS. EV3. Кроме конструкторов образовательная среда LEGO включает в себя тщательно продуманную систему теории, заданий для детей и чётко сформулированную образовательную концепцию. LEGO позволяет учащимся:

– совместно обучаться в рамках одной команды;

– распределять обязанности в своей команде;

– проявлять повышенное внимание культуре и этике общения;

– проявлять творческий подход к решению поставленной задачи;

– создавать модели реальных объектов и процессов;

– видеть реальный результат своей работы.

Это играет немаловажную роль в развитии грамотной личности, которая в дальнейшем способна адекватно реагировать на любую сложную техническую ситуацию и чётко решать её в независимости от обстоятельств.

В ходе занятий по робототехнике учащиеся должны получить первоначальные знания о конструкции робототехнических устройств, научиться приемам сборки и программирования робототехнических устройств, сформировать общенаучные и технологические навыки конструирования и проектирования, а также в ходе занятий должны развить в себе творческую инициативу, самостоятельность, память, внимание, способность логически мыслить, анализировать, концентрировать внимание на главном. Немаловажным является развитие умения правильно и чётко излагать свои мысли, отстаивать свою точку зрения, анализировать ситуацию и самостоятельно находить ответы на вопросы путем логических рассуждений.

Первые занятия по робототехнике начинаются со знакомства с набором LEGO WEDO и LEGO MINDSTORMS EV3, датчиками, моторами и средой программирования робота. Когда ребята полностью овладевают основными знаниями можно приступать к сборке и программированию. В дальнейшем занятия базируются на практике. Но обязательно, перед каждым практическим заданием необходимо ввести в курс дела, чтобы ученик самостоятельно или в команде мог продолжить свою деятельность. Каждой теме отводится определенное время. Ученик, овладев теоретической частью может приступать к практической части занятий, в которую включаются соревнования по робототехнике. В процессе обучения, учащиеся осваивают теоретическую и практическую часть, формируются навыки работы с конструктором LEGO WEDO и LEGO MINDSTORMS, EV3. На основе программы LEGO школьники знакомятся с блоками компьютерной программы: дисплей, движение, цикл, блок датчиков, блок переключателей. Под руководством педагога, а затем и самостоятельно пишут программы, проектируют роботов и программируют их, готовят роботов к соревнованиям: Hello Robot, Jr FLL, FIRST FLL, РобоКарусель, РобоФинист, ВРО.

В нашей программе мы решили соединить обучение по традиционным методикам с элементами ТРИЗ (теории решения изобретательских задач), поскольку считаем, что применение ТРИЗ предполагает серьезные изменения в мышлении и в жизненной позиции людей. Всегда сложно отказаться от простого перебора вариантов, заменив их на дисциплину четкой последовательности приемов и правил. С удивительным упорством мы готовы отстаивать свое право на совершение многочисленных ошибок. Не меньшей психологической сложностью является доказательство того, что мир изменяем. С еще большим трудом удается выработать активную жизненную позицию: мир не просто изменяем, ты сам способен его изменить. Все эти трудности применения методов ТРИЗ делают необходимым внедрение обучения ТРИЗ в школу. Это не означает, что после полного внедрения обучения ТРИЗ в школе все человечество превратится в общество творческих личностей, как не превратилось общество в математиков, физиков или химиков после внедрения этих предметов в школу. Методы ТРИЗ становятся элементом культуры современной цивилизации, культуры мышления людей.

Обучение элементам ТРИЗ в школе имеет две существенные особенности: с одной стороны, это особенности самой школы. Именно в эти годы основным вектором обучения является развитие мышления. Знания, получаемые в школе, могут оказаться малоэффективными без умения использовать их в нестандартных ситуациях, при решении творческих задач. В средних и старших классах основной упор делается на приобретение новых знаний. С другой стороны, это особенности тех разделов ТРИЗ, которые направлены в первую очередь на развитие творческого воображения (РТВ), развитие системного мышления, приемы фантазирования и другие разделы ТРИЗ, связанные не со специальными приемами анализа и решения творческих задач, а с развитием мышления в целом.

Новые принципы решения актуальных задач человечества с помощью роботов, усвоенные в школьном возрасте (пусть и в игровой форме), ко времени окончания вуза и начала работы по специальности отзовутся в принципиально новом подходе к реальным задачам. Занимаясь с детьми в детском объединении по робототехнике, мы подготовим специалистов нового склада, способных к совершению инновационного прорыва в современной науке и технике.

Литература

1. Альтшуллер Г. С. Найти идею: Введение в ТРИЗ — теорию решения изобретательских задач, 3-е изд. — М.: Альпина Паблишер, 2010. с. 283—285.

2. Курс LEGO Mindstorms NXT: основы конструирования и программирования роботов.

3. Первый шаг в робототехнику. Практикум. Д.Г.Копосов, 2012 – М., БИНОМ. Лаборатория знаний.

4. The LEGO MINDSTORMS NXT Idea Book. Design, Invent, and Build by Martijn Boogaarts, Rob Torok, Jonathan Daudelin, et al. San Francisco: No Starch Press, 2007.

5. Engineering with LEGO Bricks and ROBOLAB. Third edition. Eric Wang. College House Enterprises, LLC, 2007.

6. The Unofficial LEGO MINDSTORMS NXT Inventor's Guide. David J. Perdue. San Francisco: No Starch Press, 2007.