unoЗа последние годы робототехника стала одним из самых востребованных направлений в дополнительном образовании. В большинстве случаев занятия проходят на платформах Lego Education: WeDo для младших или Mindstorm для ребят постарше. Существуют и другие платформы, и среди них уверенное второе место после Lego занимает, безусловно, "Ардуино" (Arduino).

В цикле статей я рассмотрю плюсы и минусы Ардуино в сравнении с Лего и поделюсь некоторым опытом обучения детей на этой платформе.

Вопросы выбора платформы. Arduino vs Lego.

Итак, вы педагог или руководитель образовательного учреждения, и вам нужно (по своей воле или по указанию сверху) открыть направление "Робототехника". Какую платформу выбрать?

Сразу скажу, что лучший вариант — выбрать обе. И Lego Education и Arduino имеют свои ниши, в которых они наиболее уместны, и при разумном подходе эти платформы не конкурируют, а дополняют друг друга. Однако, в реальной жизни человеческие и материальные ресурсы ограничены, и поэтому охватить всё сразу не всегда возможно. Приходится выбирать что-то одно, хотя бы на начальный этап. Критериев выбора много. Разберём их подробнее.

Таблица сравнения.

В таблице ниже сравниваются особенности двух платформ.

 

Arduino

Lego Education

Возраст детей.

По мнению автора статьи — от 10-11 лет.*

По рекомендации производителя: We Do от 7 лет, Mindstorm от 10 лет.

Среда программирования.

Текстовая среда с языком C++. Классическое программирование с переменными, функциями, циклами и т.д..

Графическая среда с блоками, передвигаемыми мышкой. Но для Mindstorm есть и вариант программирования на языке Pyton.

Совместимость с электронными компонентами.

Совместимо практически с любыми компонентами. "Фирменных" модулей почти не существует.

Совместимо только с оригинальными модулями Lego, хотя есть китайские копии.

Особенности конструирования моделей.

Стандартов и готовых блоков нет. Для простых схем достаточно проводов и электрических деталей. Для сборки сложных моделей многое приходится продумывать и делать самому.**

Модели собираются по стандартной технологии Lego: из готовых блоков и модулей.

Особенности сборки электрических схем.

Схема собирается из обычных электронных деталей и проводов. Требуется внимательность и аккуратность. Иногда приходится паять. Нужно понимать как идёт электрический ток, не путать "плюс" и "минус", не допускать короткого замыкания...

Электроника спрятана от пользователя. Готовые модули соединяются фирменными кабелями со специальными защёлкивающимися разъёмами.

Сфера применения.

Ограничений нет: изучение схемотехники и электроники, управление бытовыми устройствами, конструирование роботов...

Только сборка робототехнических моделей в рамках имеющихся в наличии фирменных деталей, для обучения и соревнований.

Возможность участия в соревнованиях.

Соревнований сравнительно мало, сделать робота соревновательного уровня может быть сложно (и конструктивно и программно), поскольку готовых решений и стандартов нет.

Соревнований сравнительно много. Конструктивных сложностей нет, запрещено использовать неоригинальные комплектующие. Программы соревновательного уровня могут быть довольно сложными.

Доступность информации.

Информации очень много. В интернете есть масса идей, проектов, примеров, обучающих видео и целых курсов. Но новичку может быть сложно самостоятельно профильтровать и переработать эту информацию. Есть недостаток методических разработок, ориентированных специально на педагогов.

Информации много, в том числе и методических разработок, но ввиду коммерциализированности этой сферы и высокой конкуренции, хорошие материалы может быть трудно найти в открытом доступе, методические разработки и учебные курсы предлагаются за деньги.

Надёжность конструкций и воспроизводимость результата.

Зависит от конструктивной базы. При использовании дешёвых комплектующих и малоопытности сборщика, сложные конструкции могут быть ненадёжны, а результаты могут быть нестабильны.

Проблем с надёжностью и воспроизводимостью, как правило, нет.

Образовательная эффективность.

Требует значительной подготовки от педагога, а от ученика — серьёзной мотивации и терпения, но в то же время в процессе обучения у ученика нарабатываются знания в области электроники, навыки конструирования, программирования, умение справляться с нештатными ситуациями. Активно работают метапредметные связи, так как актуализируются знания в области информатики, физики, математики, технологии.

Педагог может сравнительно легко освоить платформу. Занятия позволяют достаточно быстро получить результат и ситуацию успеха у детей, выступить на соревнованиях. Развивает алгоритмическое мышление. Однако, в случае использования графической программной среды, занятия не дают серьёзных навыков программирования. Метапредметные связи выражены в меньшей степени.

Перспективы дальнейшего развития ученика и профориентационная эффективность.

Занятия на Arduino дают знания в области "реальной" электроники, схемотехники, программирования на C++ — одном из самых распространённых языков. Это помогает в дальнейшем перейти к более серьёзному изучению указанных сфер деятельности, таким образом занятия имеют профориентационное значение.

Профориентационная эффективность ограничена, так как навыки, полученные в процессе занятий, мало применимы за пределами экосистемы Lego.

В случае использования программной среды Pyton занятия могут быть использованы для обучения программированию.

Стоимость оборудования.

Стоимость относительно невысока, хотя сильно зависит от выбора комплектующих. Для начальных занятий достаточно порядка 500-1000 рублей на ученика в группе. Сложные конструкции соревновательного уровня из качественных комплектующих могут оказаться достаточно дорогими.

Стоимость высокая. Базовый набор Mindstorm с одним контроллером (то есть для сборки одного робота) стоит от 30000 рублей.

Особенности внедрения.

Требует наличия педагога со знанием основ электроники, информатики, программирования, работы с различными материалами и инструментами. Возможно сотрудничество между двумя педагогами для разделения программы на обучение программированию и конструированию.

Затраты на оборудование на начальном этапе невелики (при условии наличия компьютеров), однако подбор оптимального оборудования может оказаться непростой задачей.

Для серьёзных результатов желательно иметь мастерскую, 3d принтер.

Для начала занятий педагогу достаточно освоить графическую среду программирования и принципы построения типовых алгоритмов. Затраты на оборудование высоки с самого начала. Однако, кроме самих робототехнических наборов дополнительного технического обеспечения не требуется.

Отношение со стороны детей и родителей.

Платформа мало известна среди родителей и детей. Требует со стороны педагога объяснения особенностей данного направления, в том числе возрастных рамок, акцентирования внимания на изучении электроники и программирования в рамках данной программы. 

Массовая платформа, она соответствует стереотипам и ожиданиям родителей и детей относительно "Робототехники" как деятельности с существенным элементом игры.

Примечания:

* Официальных рекомендаций по возрасту нет. Считается, что Arduino более подходит для старшеклассников, однако, если не использовать некоторые относительно сложные приёмы программирования (например, битовые операции, указатели, прямую работу с регистрами), то написание программ доступно и для детей 10-11 лет.

** При работе над моделью, в которой сочетается электроника и механика, нужно быть готовым подбирать крепёж, сверлить, паять, клеить. При наличии 3d принтера можно печатать нужные детали (модели находить в интернете или создавать самому). При занятиях в образовательном учреждении педагог должен быть готов взять на себя эту часть работы. Есть готовые наборы от разных производителей, но их применимость ограничена, а стоимость часто неоправданно высока.

 

Сформулируем плюсы и минусы платформ более кратко.

Платформа Lego Education:

+ Проще в работе как для педагога, так и для детей.

+ Подходит для детей, начиная от младшего школьного возраста.

+ Закупается стандартное оборудование, не нужно самостоятельно решать вопросы комплектации.

+ Позволяет получить сравнительно быстрый результат как для отдельного ребёнка, так и для учреждения (в том числе выйти на участие в соревнованиях).

+ Соответствует стереотипам и ожиданиям детей и родителей, легко набрать группы уже на старте.

— Высокая стоимость.

— Вещь в себе: навыки конструирования и программирования на этой платформе мало применимы за её пределами.

— Слабо выраженные метапредметные связи.

— Замкнутость экосистемы и ограниченность сферы применения: используется ограниченный набор ни с чем не совместимых фирменных комплектующих, собранные конструкции практически неприменимы за пределами учебно-развлекательных задач.

 

Платформа Arduino:

+ Открытость и полная совместимость: используются любые электронные компоненты, можно собирать не только учебные схемы и роботов, но и устройства для практического использования: устройства слежения, сигнализации, автоматизации, управления бытовыми приборами, 3d-принтеры, другие автоматизированные инструменты.

+ Наличие огромного количества идей и готовых проектов для Arduino в интернете.

+ Позволяет развивать универсальные навыки конструирования и программирования, которые в дальнейшем ученик может применить в других сферах.

+ Сравнительно низкая стоимость.

+ Явно выраженные метапредметные связи, а также возможность ещё более усилить их, разрабатывая проекты, касающиеся любых сфер человеческой деятельности.

+ Возможность привлечь и заинтересовать детей старшего возраста, для которых не так велик выбор привлекательных направлений в дополнительном образовании. Причём, в отличие от спорта, где в подростковом возрасте начинать занятия бывает уже поздно, робототехникой на Arduino можно начинать заниматься в любом возрасте.

— Сложность в освоении детьми младшего возраста, которые традиционно составляют наиболее массовый контингент учреждений дополнительного образования. Первоначальный набор может быть затруднён.

— Платформа мало известна среди родителей и детей. Это также может затруднить первоначальный набор детей.

— Найти или подготовить педагога, который сможет работать с Arduino, может оказаться сложнее, чем для Lego.

— Подбор закупаемого оборудования, выбор поставщиков может вызвать затруднения для педагога или администратора, которые ещё не имеют опыта работы по этому направлению.

— Неблизкий путь к успеху: большой объём информации, которую нужно изучить и умений, которые нужно освоить, прежде чем ученик дойдёт до уровня относительно больших проектов.

— Меньше возможностей участия в соревнованиях и выше планка подготовки для создания соревновательных роботов.

 

Выводы.

Открытие направления по Arduino наиболее обосновано, когда изначально имеются кадры и условия. Например, это школа, где есть учителя информатики, физики, есть мастерские и лаборантские. Или большой центр детского технического творчества, где уже работают педагоги, занимающиеся моделированием или другими смежными направлениями. Или учреждение уже несколько лет занимается робототехникой на Lego и хочет расширить набор предлагаемых программ. Или, наконец, имеется хотя бы один педагог, который точно знает, чего он хочет, и готов этим заняться.

Если же вам нужно открыть направление робототехники как можно быстрее, и под это есть финансирование или бизнес-план, а готовых кадров нет и придётся кого-то направлять на краткий курс повышения квалификации — Arduino пока не ваш выбор. Может быть, через несколько лет...

Отдельно хочется сказать про возможность совмещения в одном учреждении занятий и на Lego и на Arduino. Это хороший вариант! Но как мне кажется, часто администраторы делают ошибку позиционирования, рассматривая две эти платформы как этапы развития ученика: малыши занимаются на Lego WeDo, средний возраст на Lego Mindstorm, а к старшим классам переходят на Arduino.

Во-первых, вряд ли достаточное количество учеников будут заниматься в вашем учреждении так долго. Если это не школа, конечно.

Во-вторых, если на Lego использовалась исключительно графическая среда программирования (а в большинстве случаев так и есть), переход с Lego на Arduino  для детей очень некомфортен. Вместо перетаскивания цветных блоков мышкой приходится писать программу текстом. Многие откажутся от занятий.

В-третьих, надо понимать, что эти направления имеют существенные отличия. Робототехника на Lego — это скорее общеразвивающее направление. Оно тренирует логику, алгоритмическое и творческое мышление, мелкую моторику, умение читать инфографику и текстовые инструкции, придумывать дизайнерские решения, работать в команде, представлять свою работу на соревнованиях. Эти занятия с точки зрения детей похожи на игру и подходят практически для всех. А вот занятия с Arduino — направление сугубо техническое. Это прежде всего информатика, "взрослое" программирование,  электричество, элементы схемотехники, работа как минимум с отвёрткой и плоскогубцами, а где-то и со сверлом и паяльником... Целевая аудитория немного отличается — не только по возрасту, но и по интересам, по складу ума. Поэтому разумнее рассматривать эти программы как независимые одна от другой, и набирать на них детей параллельно. Возможно, кто-то захочет записаться и на обе программы.

В следующей статье мы рассмотрим вопрос "С чего начать?".

Часть 2 здесь.

Часть 3 здесь.

Автор: Никитин Юрий Моисеевич, педагог дополнительного образования первой квалификационной категории, место работы: МБУ ДО Центр детско-юношеский "Созвездие", г. Екатеринбург.