ОСВІТНЯ РОБОТОТЕХНІКА ЯК ЗАСІБ МОТИВАЦІЇ УЧНІВ ДО НАВЧАННЯ ФІЗИКИ

Східноєвропейський національний університет імені Лесі Українки

Бондарук Володимир, Мартинюк Олександр

Освітні можливості робототехніки, як нової інноваційної галузі, надзвичайно широкі та перспективні. Нині в багатьох школах є досить різноманітне сучасне обладнання, яке забезпечує можливість провести фізичний експеримент на високому рівні. Це лабораторії «Cobra», «NOVA», практико-лабораторні комплекси тощо. В останні роки популярними серед школярів стали конструктори LEGO MINDSTORMS. Тепер діти можуть самі зібрати конструкцію, скласти програму й створити модель робота. Перспективи використання LEGO в освітньому процесі надзвичайно широкі [5; 6]. Відкривається багато цікавих можливостей, особливо з використанням датчиків Vernier, сумісних з конструктором.

Використання робототехнічного моделювання знайомить школяра з сучасним процесом проведення фізичного дослідження, допомагає підвищити інтерес до експериментальної роботи, розвиває фізико-математичні здібності й формує мотивацію до інженерії та технічної творчості. Автоматизація лабораторних робіт з фізики необхідна ще й для підвищення точності вимірювань. Відмінною особливістю роботизованих лабораторних робіт є не тільки необхідність в конструюванні найпростіших пристосувань, а й у програмуванні процесу автоматизації систем збору даних з датчиків в середовищі EV3-G. Виготовлення з конструктора LEGO Mindstorms простих та доступних для відтворення лабораторних установок дає можливість використовувати їх у вищій школі та середніх загальноосвітніх навчальних закладах, що в свою чергу, розширює можливості демонстраційного фізичного експерименту [1; 3].

Для проведення таких робіт необхідне як традиційне обладнання кабінету фізики, так і додаткове – персональний комп'ютер і мікрокомп'ютер нового покоління EV3 з базового набору LEGO Mindstorms. Хоча всі експерименти можна проводити і з використанням мікрокомп'ютера NXT попередньої модифікації (базового набору LEGO Mindstorms). У цих наборах є штатні датчики, вибір яких досить різноманітний. Для збільшення точності вимірювань при робототехнічному експерименті можна використовувати більш точні та професійні датчики Верньєр (Vernier). За допомогою адаптера Vernier NXT ці датчики підключаються до роботизованих пристроїв LEGO Mindstorms. У порівнянні зі стандартними датчиками LEGO Mindstorms, ці мають більш широкий діапазон вимірювань фізичних величин і високу точність. Конструкції роботизованих установок порівняно прості. Можна один раз зібрати установку і потім проводити з її допомогою серію експериментів.

Принципово важливою є демонстрація на заняттях з фізики повноцінного роботизованого експерименту. Повинні бути забезпечені не тільки реєстрація та обробка даних в автоматичному режимі, а й управління експериментом. Можливості для такої демонстрації досить широкі. Робот може здійснювати необхідні механічні маніпуляції і підлаштовуватися під потрібний режим роботи: наприклад, регулювати температуру досліджуваних об'єктів, «обходити» резонансні частоти, коригувати значення параметрів електричного кола тощо. Наявність електроніки в апаратній частині керуючої системи робота в поєднанні з швидкодіючим програмним забезпеченням дозволяє досягати високої швидкості реакції на різні зовнішні та внутрішні чинники. При необхідності, роботизована система може в реальному часі передавати отримані дані на комп'ютер для їх оперативної обробки (через USB кабель, Wi-Fi, Bluetooth) або відправляти сигнали безпосередньо оператору експерименту. Важливою перевагою роботизованого експерименту є легкість його багаторазового відтворення [2; 4].

Завдяки введенню в шкільний курс фізики робототехнічного моделювання, поряд з традиційно використовуваним математичним апаратом, з'явилася можливість отримання алгоритмічних досліджень з візуалізацією результатів. Переміщуючи в просторі датчики близько об'єктів дослідження або самі об'єкти дослідження близько датчиків, ми можемо знімати покази в декількох точках, зберігати результати вимірювань, обробляти їх, будувати графіки зміни фізичних величин в зручному вигляді, виводити кілька графіків одночасно. Для реєстрації даних можна використовувати стандартне програмне забезпечення EV3, програмний пакет LabView або навіть засоби Microsoft Excel.

СПИСОК ДЖЕРЕЛ

1. Michael Gasperi. Extreme NXT: Extending the LEGO Mindstorms to the Next Level./Michael Gasperi, Philippe Hurbain. – New York.: Springer-Verlag, 2009. – 339.

2. Danielle Benedettelli. The LEGO Mindstorms EV3 Laboratory/ Danielle Benedettelli. – San Francisco.: No Starch Press, 2014. – 409.

3. Jon Lazar. Arduino and LEGO Projects/ Jon Lazar. – New York.: Springer Science, 2013. – 192.

4. Interfacing the Arduino and LEGO MINDSTORMS [Електронний ресурс]. – Режим доступу: https://www.dexterindustries.com/howto/connect-the-arduino-and-the-lego-mindstorms-together/, вільний. – Заголовок з екрану.

5. Мартинюк О.С. Методичні аспекти навчання студентів-фізиків основам робототехніки // Вісн. Черніг. нац. пед. ун-ту ім. Т. Г. Шевченка. Серія: Педагогічні науки / Черніг. нац. пед. ун-т ім. Т. Г. Шевченка. – Чернігів, 2012. – Вип. 99. – С. 237-240.

6. Мартинюк О.С. Особливості підготовки фахівців у галузі освітньої робототехніки // Зб. наук. пр. Кам’янець-Подільського нац. ун-ту ім. І. Огієнка. Серія педагогічна / Кам’янець-Подільський нац. ун-т ім. І. Огієнка. – Кам’янець-Подільський, 2013. – Вип. 19 : Інноваційні технології управління якістю підготовки майбутніх учителів фізико-технологічного профілю. – С. 168-170.