Обучение программированию при помощи роботов: от основ до продвинутых навыков

«Было бы отлично, если дети могли освоить базу программирования еще в младшей школе», — примерно так сказали ученые Гарварда и разработали обучающую платформу для совсем маленьких деток. Это произошло еще в 2016 году, тогда в Гарварде применили метод обучения детей при помощи графического языка программирования в игровой форме. Роботом можно управлять с планшета, постепенно наращивая сложность программирования и подключая более продвинутые языки. Устройство «растет» вместе с навыками ребенка.

В 2024 году подобной технологией мало кого удивишь: разработаны десятки приложений, программ и роботов для обучения детей программированию. Они все включают щадящий режим, объясняя основы алгоритмики и логики при помощи игрофикации процесса.

Программирование роботов для начинающих

Как указано выше, при первом знакомстве детям предлагается освоить графические языки программирования. При помощи цветных картинок и конкретных блоков, дети собирают программу как конструктор. Они учат роботов выполнять конкретные несложные задания: движение вперед, подача звукового сигнала и так далее. Например, роботы Thymio II, разработанные для детей старшего дошкольного и младшего школьного возраста, имеют собственную среду программирования. Thymio VPL — это наглядные изображения, демонстрирующие, в какое положение придет робот, если вы зададите ту или иную команду. Такой подход формирует базовое понимание принципов программирования, знакомит с алгоритмами, помогает установить причинно-следственные связи.

Следующим этапом обучения может стать программирование Scratch. Это также графический интерфейс, но уже более универсальный и продвинутый. Освоив его, дети смогут создавать сложные программы и расширять свои возможности. Подробнее об этом здесь. Scratch поддерживает робот «Марти». У него обширные возможности действий и продвинутая система выполнения команд. Классическая форма робота мотивирует детей — так они понимают, что уже могут управлять моделью и наделять ее своеобразной уникальностью.

Какие основы дети изучают при помощи роботов?

На первых порах при помощи роботов дети изучают не столько синтаксис языков программирования, сколько сам принцип работы. Они учатся понимать взаимосвязь между тем, что сделано в программе, и тем, что воспроизводит робот. В частности на начальном этапе необходимо освоить:

• Основы алгоритмизации. Необходимо познакомиться с разнообразными датчиками модели, ее физическими возможностями, внутренней конфигурацией. Уметь собирать простейшие модели самостоятельно.
• Анализ данных. Подразумевает сбор данных при помощи датчиков, анализ полученной информации, ее регистрация.
• Основы механики. Просто так правильно запрограммировать робота сложно. Но, если понимать, как он устроен, собран, благодаря чему движется и так далее, задать верные команды будет проще.
• Подготовка к соревнованиям. Это факультативный блок обучения. Тем не менее здоровая конкуренция может стать дополнительным стимулом для усердной работы. Чем раньше дети будут принимать участие в соревнованиях, тем быстрее к ним привыкнут, и будут демонстрировать высокие результаты в будущем.

Программирование для продвинутого уровня

Следующий уровень обучения подразумевает изучение и применение на практике распространенных и базовых языков программирования: Python, Javascript, C++. Их поддерживает большинство учебных пособий и существующих робототехнических систем. Владение данными языками открывает перед робототехником существенно больше возможностей, усложняя вместе с тем конструкции, с которыми он взаимодействует. Например, появляется возможность работать с интеллектуальными мобильными роботами, то есть автономное движение, захват манипулятором и так далее.

Продвинутый уровень подразумевает переход на автономное программирование (создание программ вне производственной среды), что существенно упрощает обслуживание производственных мощностей. Также возможно программирование промышленных манипуляторов, работа с компьютерным зрением и 3D технологиями.

В освоении вышеуказанных навыков также могут помочь обучающие комплекты роботов. Как правило, для этого уровня они приближены к реальным моделям промышленных и других роботов. Они наделены разнообразным функционалом и подходят для выполнения реальных задач. Например, четырехосевой робот-манипулятор позволяет в комплексе изучить компьютерное зрение, автономное управление и так далее. По итогу работы с ним, в том числе, получаются вполне реальные декоративные элементы.

Освоение программирования с помощью роботов — это процесс строгой последовательности. Перепрыгнуть с одного уровня на другой можно, но не следует, иначе есть возможность пропустить важный блок технологий. Роботы помогают не просто выучить язык, но понять его суть и структуру, а также убедиться в том, как он работает наглядно. Освоение программирования в таком ключе упрощает дальнейшее движение в профессии и открывает новые карьерные перспективы.