Роботы в учебном процессе

Роботы могут дополнять учебники и обычные занятия практикой: ученик сразу видит, как программа, датчик или механизм ведет себя в реальном устройстве. Это особенно полезно при изучении программирования, физики и инженерных дисциплин.

Робототехнические наборы способны повысить вовлеченность части учащихся и дают возможность объединять механику, физику, электронику и программирование в одном проекте. Но сами по себе роботы не гарантируют интерес каждого ребенка: результат зависит от задания, преподавателя и уровня сложности.

Учеба и игра

Сеймур Пейперт был одним из ключевых популяризаторов обучения программированию через «черепаху» Logo, но язык Logo создал не он один. Первая версия появилась в 1967 году в Bolt, Beranek and Newman в работе команды под руководством Уоллеса Фёрзейга при участии Пейперта и других исследователей; позднее идеи Logo активно развивали в MIT.

Замысел нашел продолжение и в более поздних моделях. В 2012 году Valiant Technology выпустила робота Roamer (было несколько его модификаций). Самые простые машины выполняют лишь несколько задач, варианты посложнее имеют свыше 10 функциональных кнопок. Подобные устройства широко применяются в начальных школах.

Nutro. В 1980-х годах робот гастролировал по учебным заведениям США, рассказывая о важности здорового питания. Устройство, управляемое дистанционно, не было достаточно развитым для того, чтобы заменить настоящих учителей, но благодаря ему уроки становились более запоминающимися

SPIK3R от Lego. Изготовление роботизированных игрушек ведущими мировыми производителями позволило детям со всего мира проектировать, программировать, собирать, а в дальнейшем использовать для своих целей собственных роботов

Для обучения в старших классах используются более сложные конструкции. Как правило, учащимся предлагается самостоятельно запрограммировать устройство на выполнение тех или иных задач. Это помогает одновременно осваивать программирование и развивать мышление, ведь для осуществления даже простых действий требуются поэтапные инструкции, а потому школьникам необходимо сначала продумать алгоритм.

Робот своими руками

С развитием робототехники взаимодействие с роботами становится все более доступным. Во всем мире, в том числе и на постсоветском пространстве, увеличивается число специализированных кружков и секций. Как правило, школьников учат самостоятельно собирать роботов, для этого существуют специальные наборы.

В вузах робототехника используется не только на инженерных направлениях: проекты могут объединять программирование, дизайн, искусство, биологию и исследования взаимодействия человека с машиной. Особенно ценен проектный формат, в котором студент формулирует задачу, собирает прототип, программирует его и затем проверяет результат экспериментом. Конкретные возможности зависят от оборудования и учебной программы, поэтому универсальные заявления о том, что роботы уже «советуют художникам нужный цвет», лучше не выдавать за стандартную практику.

Roamer. Робот может двигаться по классной комнате, рисовать, воспроизводить мелодии, при этом дать ему команду можно простым нажатием кнопки на крышке

Открытия роботов

Роботизированные лаборатории могут участвовать и в научном поиске. Проект Robot Scientist в Университете Аберистуита стартовал в 1999 году, а в 2009 году система Adam стала известна благодаря автоматизированному циклу: она формировала гипотезы о функциях генов дрожжей, планировала и проводила эксперименты и анализировала результаты. Исследователи отдельно подтвердили полученные выводы. Следующая система, Eve, создавалась в том числе для автоматизации поиска соединений против некоторых инфекционных заболеваний.

Logo Turtle

Один из основоположников теории искусственного интеллекта Сеймур Пейперт понимал, что игра — это лучший способ научить детей. В попытках привить учащимся младших классов любовь к точным наукам он создал небольшую мобильную «черепашку» Logo Turtle. Робот мог двигаться и издавать звуки, умел рисовать. Играя с «черепашкой», ученики старались научить ее чему-то новому, а для этого им самим нужно было понять, как это можно сделать.

Logo Turtle широко использовались в обучении в 1980-е годы, когда их производством занималась фирма Valiant. На их основе было создано большое количество обучающих роботов, во многие из них до сих пор заложены те же принципы работы.

Рисунок, созданный Logo Turtle. На практике к «черепашке» крепился один или несколько карандашей, которые оставляли следы по мере движения робота. Используя расстеленные листы бумаги в качестве холстов, можно было запрограммировать робота на рисование. Лучше всего у него получалось создавать абстрактные картинки, в основе которых лежат геометрические формы

Существует большое количество различных вариаций «черепашек» Пейперта, которые отличаются друг от друга лишь внешним видом и дополнительными функциями. Например, одни модели могут объезжать препятствия, а другие — подсказывают лучший порядок действий

Для управления «черепахами» использовали язык Logo, созданный в 1967 году командой исследователей BBN, в которую входили Уоллес Фёрзейг, Сеймур Пейперт, Синтия Соломон и другие участники. Язык задумывался как инструмент обучения, а команды перемещения черепахи сделали абстрактные идеи программирования наглядными.