Личный кабинет

Инженерные каникулы с коллаборативными роботами

Инженерные каникулы с коллаборативными роботами


Сегодня не вызывает возражений утверждение, что знание необходимо рассматривать как процесс, а не только как результат. И в связи с этим встает острая проблема поиска механизма перехода от репродуктивного, ориентированного на запоминание типа обучения к продуктивному, эвристическому, развивающему.

Сегодня не вызывает возражений утверждение, что знание необходимо рассматривать как процесс, а не только как результат. И в связи с этим встает острая проблема поиска механизма перехода от репродуктивного, ориентированного на запоминание типа обучения к продуктивному, эвристическому, развивающему.

Процесс обучения должен быть не «повторением пройденного», а решением исследовательской проблемы, реализацией собственного проекта с освоением всех необходимых знаний и связанных дисциплин. От проекта к дисциплинам, а не от дисциплин к проекту! Однако, реализация подобной модели учебного процесса весьма сложна, и не только по существу, но и по организации.

В Российском государственном гуманитарном университете (РГГУ) уже в течение восьми лет профессиональные педагоги пытаются создать столь многосложный «образовательный механизм» на базе Международной лаборатории интеллектуальной роботроники и Центра технологической поддержки образования (ЦТПО) для подготовки молодых людей в области коллаборативной, социальной робототехники, информатики и компьютерных технологий. Данный педагогический эксперимент проводится совместно с Институтом прикладной математики им. М.В.Келдыша РАН и Международной лабораторией «Сенсорика» при поддержке Департамента образования и науки г. Москвы. Объединение научного, методического и информационно-технологического потенциалов происходит на основе решения важнейшей на сегодняшний день задачи: создания интеллектуальных человеко-машинных систем нового поколения. Образование ведется по двум траекториям: очно-дистанционное обучение в течении всего учебного года по образовательной программе «Коллаборативная робототехника» и в формате так называемых Инженерных каникул.

Очно-дистанционная подготовка по программам дополнительного образования в области социальной и коллаборативной робототехники существенно ограничивается отсутствием у учащихся опыта построения аппаратно-программных систем, обеспечивающих взаимодействие человеко-машинного комплекса с реальными объектами управления, что заметно сказывается на уровне вовлеченности школьников и подготовленности будущих специалистов.

В результате совместной работы ЦТПО университета, академического института и научно-практической лаборатории удалось реализовать следующую инновационную модель учебного процесса: задания для учащихся формируются как учебная научно-исследовательская работа, выполняемая ими за один учебный год, при этом получаемый по каждой теме результат становится основой для новых тем исследований, выполняемых следующей группой учащихся. Такой «рекуррентный» способ исследований учебно-научного характера позволил достичь приемлемого качества реальных исследовательских работ при положительном методическом эффекте и пролонгированном результате.

 

Первоначально учащиеся только моделировали на компьютерах взаимодействие управляющих микропроцессоров с аппаратурой робота и самого робота с внешней средой и оператором. В результате выполнения таких практических работ возникла технология коллективного создания моделей и их перенос на системы управления реальных мобильных роботов. Однако, если ограничиваться только математическими моделями, то восприятие проблем учащимися получалось не полным. Поэтому, была запущена разработка комплекса устройств и элементов мехатроники в виде учебно-научного стенда РУНИС - Робототехнический Учебно-Научный Испытательный Стенд, который изменяет процесс обучения и существенно дополняет уже имеющуюся образовательную среду.

В РГГУ образовательная среда опирается на созданный в ЦТПО роботариум (специфический «зоопарк» роботов различного типа и назначения), позволяющий существенно отойти от традиционного стиля занятий и использовать сетевые, мультимедийные и даже гипермедийные способы подачи и восприятия информации в том числе и в дистационном режиме.

 

При проведении занятий с учащимися в формате Инженерных каникул роботариум становится открытой лабораторией для смелых экспериментов учащихся. Наличие в роботариуме учебных стендов, показывающих устройство отдельных элементов промышленной автоматики, и мобильных роботов дало в руки учащимся, мощный инструмент освоения новой актуальной предметной области – коллаборативной робототехники. Это создало основу для весьма успешного использование таких робототехнических систем в дистанционном режиме, в котором проходили инженерные каникулы во второй половине 2020 года.

По сути, учебно-научный стенд РУНИС – это комплекс, состоящий из сборочно-испытательного стенда, мобильного модуля с информационно-программным обеспечением «сервер-клиент» и учебно-методического модуля. Стенд предназначается, в первую очередь, для практических работ по изучению, конструированию и испытанию механизмов, агрегатов и интеллектуальных автоматов, а также для проведения демонстрационных и проверочных занятий в области электроники, сенсорики, мехатроники и интеллектуальных систем. Благодаря стенду за период двух смен инженерных каникул около 100 учащихся московских школ смогли получить начальные практические навыки работы с коллаборативными роботами.

Мобильные роботы особенно удобны для отработки и исправления ошибок школьников, которые «материализуются» в некорректной работе и поведении робота, что позволяет сразу увидеть причину, цену ошибки и, самое главное, оперативно ее исправить. Причем разработанные авторами стенда интеграционные алгоритмы построены таким образом, что исправления можно вносить в процессе функционирования робототехнической системы, не останавливая её! Задачи, решаемые при помощи РУНИС, сводятся в целом к следующему: система обеспечивает наглядную демонстрацию и создание комплексных программных систем управления элементами мехатроники, а дистанционные технологии видеотрансляции и управления обеспечивают возможность полнофункционального обучения в настоящих непростых условиях удаленной работы.

Коллективная же работа учащихся при решении проектной задачи становится возможной благодаря комплексу унифицированных по интерфейсам технических устройств, сосредоточенных в одном стенде, в одной системе. Эта система позволяет решать учебно-научные и исследовательские задачи во многом благодаря своей универсальности. Реально действующие, и к тому же программируемые, мехатронные устройства помогают понять природу взаимодействия человека и машины, что позволяет решать задачи по созданию действующих механизмов, систем управления и программ с соответствующей надежностью, что так важно для робототехнических систем, работающих совместно с человеком. Моделирование и макетирование сложных процессов взаимосвязи элементов технических систем с использованием средств эффективной визуализации результатов позволяет сформировать у учащихся комплексный взгляд на проектирование, на анализ и синтез, выработать умение выбора критериев и системных оценок.

 

Свидетельством успешности таких подходов может служить то, что школьники, прошедшие обучение в 2020 году в РГГУ, на финальном коллоквиуме «Коллаборативная, сервисная робототехника», организованном совместно с Институтом прикладной математики им. М.В. Келдыша, показали высокие результаты, что еще раз доказывает, что мотивированные молодые люди способны решать сложные творческие инженерные задачи и становиться успешными специалистами в будущем.

 

Автор: Пряничников Валентин Евгеньевич, доктор технических наук, Директор Международной лаборатории интеллектуальной роботроники Международного института новых образовательных технологий Российскогого сударственного гуманитарного университета

Добавлено: 06.12.2020
Рейтинг: -
Комментарии:
0
Просмотров 74
Сказали спасибо 0
Сказать спасибо
footer logo © Образ–Центр, 2021. 12+