Введение
Создание современных условий для развития научно-технического творчества детей становится особенно актуальным в связи с ускоряющимся внедрением в производство высоких технологий.
В настоящее время наше государство испытывает огромный дефицит инженерно-технических работников и квалифицированных кадров. Развитие производства, приумножение достижений в науке и технике возможны лишь при условии раннего развития творческих технических способностей у детей и подростков, выявления одарённых ребят, создания необходимых условий для их творческого роста и научных изысканий. Предоставление школой услуг по дополнительному образованию детей технической направленности может способствовать этому.
Я считаю, что одним из возможных вариантов развития технического творчества является внедрение образовательной робототехники в систему дополнительного школьного образования и внеурочной деятельности, как средства формирования комплексных знаний, способствующих развитию системности мышления детей, возрождения научно-технического творчества, повышения интереса к инженерному образованию.
Современный рынок образовательных робототехнических технологий обширен. Он представлен большим количеством конструкторов и готовых устройств, призванных удовлетворить потребности дополнительного образования в материально-техническом обеспечении проводимых занятий. По данным статистики "Развитие образовательной робототехники в России" Интернет-ресурса "Занимательная робототехника"[1] самым популярным робототехническим конструктором в школах является Lego и большинство кружков робототехники учат детей до 15 лет.
Пятилетний опыт моей деятельности в качестве руководителя школьного кружка "Робототехника" выявил, что работа с готовыми робототехническими конструкторами Lego, так или иначе, ставит занятия в определенные рамки:
- взрослея, творческие потребности учащихся постепенно перерастают игровые технологии, становятся направлены на реальность, быт и жизненную необходимость, их идеи и проекты уже не удается воплотить имеющейся базой одного Lego контроллера: нужно больше двигателей и большее разнообразие датчиков;
- стоимость конструкторов Lego, ресурсных наборов к ним, датчиков и прочих комплектующих достаточно высока и непосильна большинству школ.
По моему мнению, и по данным все той же статистики Интернет-ресурса "Занимательная робототехника", наиболее подходящим для большинства российских школ является использование для организации робототехнических кружков контроллера Arduino, основными преимуществами которого являются:
- низкая стоимость контроллера и комплектующих, что позволяет приобретать их учащимся для самостоятельного использования в домашних условиях и вовлекать в проекты родителей;
- огромный ассортимент и низкая стоимость датчиков;
- возможность освоения программирования контроллера на начальном уровне с помощью среды Scratch, на продвинутом уровне с использованием родной среды ArduinoIDE;
- параллельное изучение основ радиоэлектроники с применением беспаячной технологии;
- параллельное получение навыков работы с инструментами и устройствами по обработке различных материалов.
Контроллер Arduino - вот ближайшее будущее большинства робототехнических кружков в школах нашей страны. Обучение с его использованием ничуть не сложнее обучения с Lego наборами, увлекательнее и предполагает большие возможности. Но при всем этом эффективность занятий будет зависеть, прежде всего, от грамотного построения работы кружка руководителем.
Что такое DIY-проект?
Многие из нас обладают инженерной или творческой жилкой и любят мастерить что-то новое и полезное с помощью имеющихся под рукой деталей и инструментов. Это могут быть какие-то предметы быта, различные электронные устройства, предметы одежды и так далее. А могут быть и доработанные модели или прототипы магазинных устройств и товаров со значительно меньшей себестоимостью.
Оказывается, всё это креативное желание к совершенствованию и новациям имеет вполне официальное название, известное за рубежом как DIY (аббревиатура от «Do It Yourself» — «сделай это сам»). DIY – это процесс приобретения определенных способностей и знаний в ходе создания какого-либо предмета, устройства, либо разработки проекта, который воплощается в жизнь.
По своей сути метод DIY-проектов – это все тот же традиционный метод проектов с явным акцентом на самостоятельную деятельность учащихся, самостоятельный поиск и анализ информации по проблеме. Обучение мотивируется в первую очередь интересом к конечному практическому результату (устройству или прибору), который можно использовать в жизни и быту. Метод идеально подходит как для коллективной работы группы из нескольких учащихся, так и для самостоятельного выполнения. Учитель при этом должен стать не наставником, а координатором и соучастником такой работы. На период разработки DIY-проекта главную позицию его (учителя) по отношению к ученикам можно выразить словами: «Я знаю столько же сколько и вы».
Использование DIY-проектов в организации кружковой работы с использованием Arduino
Основной идеей данной разработки является построение работы кружка «Робототехника» в соответствии с этапами разработки одного или нескольких DIY-проектов с использованием контроллера Arduino.
Каждый этап такого проекта - это решение проблемных ситуаций на пути к достижению планируемого результата. На реализацию каждого этапа отводится определенное количество часов работы. Таким образом, формируется тематическое планирование кружка.
Ключевым фактором, влияющим на эффективность работы кружка при таком построении занятий, будет выбор темы проекта. Учитель должен взвесить свои возможности и возможности учеников и выбрать интересный проект, не затянутый по времени и обязательно носящий прикладной жизненный характер. Вполне возможна ситуация, что таких проектов в годичном планировании кружковой работы будет несколько.
Небольшие сроки реализации DIY-проекта особенно важны для новичков – учащихся занимающихся робототехникой впервые. Это позволит создать для них «ситуацию успеха», покажет значимость такой работы и дополнительно повысит мотивацию.
Таким образом, организацию работы школьного кружка робототехники c помощью Arduino и DIY-проектов можно изобразить схемой:
Выбор тематики DIY-проекта для организации работы кружка
Платформа Arduino - уникальна, но, тем не менее, - это всего лишь электронный контроллер, выполненный в виде печатной платы с микросхемами. На этапе разработки какого-либо устройства обычно этот контроллер соединяют с помощью специальных проводников и макетной платы с датчиками, двигателями и прочими электронными компонентами - беспаячная технология.
Для создания законченности разработанных устройств, приборов и роботов необходимо еще и сконструировать прочный и легкий корпус устройства, например из фанеры или пластика.
Идеальными инструментами для конструирования корпуса, для изготовления плоских или объемных деталей из фанеры и пластика являются станок с числовым программным управлением (ЧПУ) и 3D принтер. К сожалению, многие школы не могут похвастаться наличием такого оборудования из-за его высокой стоимости, но для этих школ актуальной будет возможность сделать эти устройства самостоятельно в рамках деятельности кружка "Робототехника".
Таким образом, в качестве темы первого года работы школьного робототехнического кружка организованного по принципу DIY-проекта, были выбраны проекты "Станок с ЧПУ и 3D принтер своими руками". Основным принципом разработки проекта должная являться низкая себестоимость.
Заключение
Основные итоги работы кружка в 2016-2017 учебном году:
-
собран и функционирует фрезерный станок с ЧПУ;
-
дорабатывается конструкция 3D принтера;
-
спроектирован выжигатель с ЧПУ, сборку которого планируется осуществить в следующем году;
- завершен проект Гринкипер (автоматизированный уход за комнатными растениями) и занял первое место в творческой категории краевой олимпиады по робототехнике в 2017 г.
Занятия в кружке по предложенному методу не позволят учащимся изучить тонкости программирования Arduino. Но они привьют учащимся навыки самостоятельной работы над проектом и стремление добиваться поставленных целей, покажут истинную ценность продуктов труда, сделанных своими руками.
Основным материальным результатом работы кружка станут два популярных современных инструмента: станок с ЧПУ и 3D принтер. Эти устройства сделают дальнейшую работу в кружке еще интереснее и плодотворнее, так как многие детали для новых проектов уже не нужно будет искать или покупать в магазинах. Мы сделаем их сами!
Список Интернет-ресурсов
- http://www.rcdesign.ru/articles/tools/cnc_mechanics
- http://planetacam.ru/college/learn/1-2/
- http://homecnc.ru/raznoe/124-budjet-cnc
- http://ecnc.ru/main
- http://arduino-diy.com/arduino-cnc-stanok-iz-dereva
- http://uc.org.ru/node/94
- http://pikabu.ru/story/proshivki_dlya_3d_printera_3d_likbez_4321027
- http://www.cnc-club.ru/forum/viewtopic.php?f=147&t=9492
- http://3dtoday.ru/blogs/3diy/prusa-i3-steel-from-3diy-or-our-view-on-the-evolution-of-the-model/
- http://homecnc.ru/plans-3d-printer/113-plans-prusa-i3
- http://edurobots.ru/2016/09/rezultaty-issledovaniya-kruzhkov-robototexniki-v-rossii/
- http://3dtoday.ru/blogs/top3dshop/review-prusa-i3-hephestos/
- http://diylife.ru/3d-printer/kollektsiya-chertezhej-3d-printerov-printrbot-i-drugie.html
- http://cncmodelist.ru/stati/eto-interesno/146-rekomendatsii-po-vyboru-chpu-stanka
- http://planetacam.ru/college/learn/1-2/
- http://ttonfive.appspot.com/samodelnyy-stanok-s-chpu-shema.html
- https://edugalaxy.intel.ru/index.php?automodule=blog&showentry=9640