Читать книгу Образовательная робототехника на базе Apitor SuperBot. Книга педагога - Алексей Павлович Борисов - Страница 1

Предисловие

Вы держите в руках или читаете на планшете книгу, которая посвящена конструктору Apitor SuperBot. Что же из себя представляет этот конструктор?

Apitor SuperBot – это не только конструктор, но и набор для обучения по методологии STEM, позволяющий детям реализовывать свои идеи с помощью набора блоков и датчиков. SuperBot поможет вашему ребёнку развить воображение, пространственное мышление и познакомит с основами программирования, используя визуальный редактор, позволяющий собрать настоящего робота без специальных навыков [1].

STEM-обучение соединяет в себе междисциплинарный и проектный подход, основой для которого становится интеграция естественных наук в технологии, инженерное творчество и математику.

STEM-образование с помощью практических занятий демонстрирует детям применение научно-технических знаний в реальной жизни. На каждом уроке они разрабатывают, строят и развивают продукты современной индустрии. Они изучают конкретный проект, в результате чего своими руками создают прототип реального продукта.

Например, юные инженеры, строя ракету, знакомятся с такими понятиями как процесс инженерного дизайна, угол пуска, давление, сила протяжения, сила трения, траектория и координатные оси.

Задача STEM-обучения в младшей школе создавать предварительные условия для развития интереса у учеников к естественнонаучным и техническим дисциплинам. Любовь к проделанной работе является основой развития интереса [2].

Так в чем же отличие этого конструктора от других?

Не смотря на немного меньшее количество деталей, данный конструктор способен заменить конструкторы известных марок или дополнить их. Главное преимущество – это цена Apitor SuperBot. По сравнению с аналогами он дешевле в 4-10 раз, что делает его более доступным как родителям, так и образовательным организациям. Его недостаток – это отсутствие учебных материалов, которые бы объясняли основы робототехники. Этой книгой мы постараемся устранить этот недостаток и сделать конструктор Apitor SuperBot конкурентноспособным с аналогами.

1. Содержание набора

Apitor

SuperBot

Набор Apitor SuperBot содержит разнообразные детали, которые совместимы с другими конструкторами (рисунок 1).

Рисунок 1 – Состав набора Apitor SuperBot

На данный момент ресурсного набора у конструктора не предусмотрено.

Для выполнения заданий желательно иметь базовую пластину (рисунок 2).

Рисунок 2 – Базовая пластина

Главным блоком управления является хаб со встроенными моторами (рисунок 3).

Рисунок 3 – Хаб в Apitor SuperBot

К хабу подключаются датчики обнаружения, камера, датчики движения. Также на нем расположены цветные светодиодные индикаторы, которые можно запрограммировать.

2. Установка программного обеспечения и основы работы с ним

В программном обеспечении Apitor SuperBot представлены стандартные инструкции для построения более 18 моделей, происходит управление построенной моделью, а таже представлена возможность самостоятельно программировать построенную модель.

Скачать приложение можно в AppStore (https://apps.apple.com/us/app/apitor-robot/id1459478668) и Google Play (https://play.google.com/store/apps/details?id=com.tudao.ApitorRobot&hl=ru).

Само приложение включает в себя несколько вкладок. Давайте их рассмотрим.

Во вкладке «Home» («Домой» в русскоязычной версии приложения) содержатся заранее разработанные модели, которые производители Apitor SuperBot предлагают собрать (рисунок 4). На данный момент всего 19 разнообразных моделей, которые пополняются производителем с определенной периодичностью.

Рисунок 4 – Вкладка «Home» («Домой»)

Также в выбранной модели содержится инструкция по сборке («Build» или «Строить») и вызов окна управления моделью («Control» или «Управлять»).

Окно «Build» или «Строить» выглядит следующим образом (рисунок 5).

Рисунок 5 – Окно «Build» или «Строить»

Окно «Control» или «Управлять» выглядит следующим образом (рисунок 6).

Рисунок 6 – Окно «Control» или «Управлять»

Чтобы подключить собранную модель к Вашему устройству, нужно нажать на значок Bluetooth в верхнем правом углу экрана. Появится окошко, представленное на рисунке 7.

Рисунок 7 – Подключение собранной модели к планшету

Когда устройство будет подключено к модели, Вы увидите следующую картинку (рисунок 8).

Рисунок 8 – Подключенная к устройству модель

Следующая вкладка «Code» или «Код» (рисунок 9).

Рисунок 9 – Вкладка «Code» или «Код»

На этой вкладке представлен код, который производитель уже сделал и предлагает Вам протестировать собранную модель при помощи этого кода. Вы можете сами изменять этот код, и посмотреть на полученные результаты. Более подробно структуру этой вкладки мы рассмотрим в одном из следующих параграфов.

Справа внизу также есть кнопка «Create» или «Создать». Нажав на эту кнопку, можно создавать собственный код для любой модели (пример в английской и русской версиях представлен на рисунке 10).

Рисунок 10 – Пример кода в английской и русской версиях

Следующей вкладкой является «Tutorial» или «Инструкция» (рисунок 11).

Рисунок 11 – Вкладка «Tutorial» или «Инструкция»

Нажав на кнопку «Practice» или «Практика», Вы попадете обучающий комплекс, который расскажет об основах программирования в среде Apitor SuperBot. В этой вкладке предложены задания, при выполнении которых открываются следующие задания, то есть обучение происходит постепенно.

Инструкции из приложения в данной книге мы рассматривать не будем, так как они общедоступны и предназначены в основном для игры, а не для обучения. В следующих параграфах мы рассмотрим применение конструктора Apitor SuperBot в образовательных целях.

3. Обучающий комплект на базе конструктора

Apitor

SuperBot

Рекомендации: по завершении определённого цикла заданий проводите занятие-зачёт по сборке конструкций соответствующей тематики.

3.1. Механика. Шестерёнки. Направление вращения

Цель:

1) познакомиться с понятиями: шестерёнка (зубчатое колесо), зацепление, передача;

2) выяснить, при каком количестве шестерёнок в передаче можно изменить направление вращения.

Общие сведения.

Название детали: зубчатое колесо.

а. Ведущее и ведомое колесо [3].

Если мы приставим к колесу другое колесо и начнём вращать первое колесо, то вращение перейдёт на второе колесо. То колесо, которое мы вращаем сами или вращает двигатель называется ведущее, а то колесо, которое вращается при соприкосновении с ведущим колесом называют ведомым колесом. Ведомых колёс может быть несколько (рисунок 12).

Ведомое колесо Ведущее колесо

Рисунок 12 – Ведущее и ведомое колесо

В данном примере ученикам объясняется возможность передачи вращения и основные термины.

б. Зачем появились зубья на шестерёнках?

Колеса у нас гладкие и может случится так, что ведущее колесо будет крутиться, а ведомое будет слишком тяжело прокрутить и тогда ведущее колесо будет проскальзывать, как скользит колесо буксующей на льду машины. Чтобы колесо не проскальзывало на него нанесли зубья и назвали получившуюся деталь шестерёнка.

В данном примере ученикам объясняется почему именно зубчатые колеса – шестеренки используются для передачи вращения.

в. Вращение шестеренок

Когда ведущая шестерёнка вращается, её зуб давит на зуб ведомой шестерёнки и заставляет её вращаться (рисунок 13).

Рисунок 13 – Вращение ведущей шестеренки

В данном примере учащимся объясняется, каким образом зубья шестерёнок передают движение от одной шестерёнки к другой и в каком направлении вращаются при этом шестерёнки.

г. Виды зубьев шестеренок

Если зубья одной из шестеренок будут слишком большими или слишком маленькими по сравнению с зубьями другой шестеренки – то не получится зубьям одной шестеренки давить на зубья другой шестеренки (рисунок 14) и невозможно будет передать вращение.

Рисунок 14 – Несовпадение зубьев у шестеренок

В данном примере ученикам объясняется, что для вращения важен размер зубьев соединяемых шестеренок и их форма и что шестеренки зубьями разных размеров не смогут вращаться.

д. Размеры шестерёнок

Шестеренки бывают маленькие и большие. При одинаковом размере зуба, чем больше шестерёнка, тем больше на ней разместится зубов (рисунок 15).

Рисунок 15 – Соотношение размера шестеренки и количества зубов

В данном примере ученикам объясняется, что в зависимости от размеров шестерёнок на них будет разное количество одинаковых по размеру зубьев.

Вращение: направление и скорость

а. Вращение трёх шестерёнок (в ряд)

Если добавляем третью шестерёнку, то она будет вращаться в обратную сторону со второй и в туже сторону, как и ведущая шестерёнка (рисунок 16). Как будет вращаться четвертая шестерёнка? Как будет вращаться пятая шестерёнка?

Рисунок 16 – Стороны вращения шестеренок

В данном примере ученикам объясняется вращение более двух шестерёнок. Сначала объясняется, в каком направлении и почему вращаться каждая из шестерёнок. Затем учитель задаёт вопрос о направлении вращения добавленных четвертой, пятой шестерёнок в ряд.

б. Вращение ведущей и ведомых шестерёнок

К ведущей шестерёнке добавляется две или более ведомые шестерёнки таким образом, чтобы ведомые шестерёнки не соприкасались друг с другом. При этом все ведомые шестерёнки, подсоединённые к ведущей, будут вращаться в одну сторону (рисунок 17).