Привет, Хабр! Несколько лет обучающий набор LEGO Education WeDo 2.0 и детский язык Scratch развивались параллельно, но в начале этого года у Scratch появилась поддержка физических объектов, в том числе и модулей LEGO Education. О том, как можно использовать эту связку для обучения робототехнике и что она дает ученикам и педагогам, мы расскажем в этой статье.
Основной целью изучения робототехники и программирования является не только и не столько обучение проектированию и кодингу, сколько формирование универсальных навыков. Прежде всего, проектного мышления, которому практически не уделялось внимание в школах 1990-х и 2000-х, но которое стремятся активно развивать в рамках всех школьных дисциплин в наши дни. Постановка задачи, гипотезы, пошаговое планирование, проведение экспериментов, анализ — на этом строится практически любая современная профессия, однако в рамках стандартных школьных предметов, в которых очень велика доля «зубрежки», их развивать сложно.
Робототехника облегчает усвоение других школьных предметов благодаря наглядной демонстрации физических законов в действии. Так, учитель начальных классов Юлия Понятовская рассказала нам, как ее ученики собрали первую модель — головастика без конечностей, написали программу для его перемещения и запустили. Когда головастик не сдвинулся с места, дети бросились искать технические неисправности, но в итоге пришли к выводу, что причина не в коде и не в сборке, а в том, что способ перемещения головастика не подходит для суши.
Чтобы достичь такой наглядности и упростить детям работу, ПО в учебных наборах является упрощенным вариантом программ для проектирования. Но для обучения основам программирования они не подходят. Исправить этот недостаток позволяет работа с наборами LEGO Education со сторонним ПО: WeDo 2.0 можно программировать с помощью учебного языка Scratch.
Базовый набор LEGO Education WeDo 2.0 рассчитан на детей в возрасте 7-10 лет. В него входят: Smart Hub WeDo 2.0, электромотор, датчики движения и наклона, детали LEGO Education, лотки и наклейки для сортировки деталей, ПО WeDo 2.0, методическое пособие для учителя и инструкции по сборке основных моделей.
Для каждой из моделей мы прописали, какие понятия из разных наук они объясняют. Например, используя «Проигрыватель», удобно объяснять детям природу звука и что такое сила трения, а с помощью «Танцующего робота» — механику движений. Задачи могут варьироваться, создаваться педагогом «на ходу» и иметь множество решений, что помогает детям улучшить навыки поиска причинно-следственных связей.
Кроме занятий по робототехнике и объяснений физических законов, набор можно использовать для программирования, потому что писать код, «оживляющий» физические объекты, куда интереснее, чем создавать что-то виртуальное.
В WeDo 2.0 используются технологии LabVIEW от National Instruments, интерфейс состоит только из разноцветных значков с картинками, которые при помощи drag-and-drop выстраиваются в линейную последовательность.
Используя это ПО, дети учатся строить последовательные цепочки действий — но все же это далеко от настоящего программирования, и переход к «стандартным» языкам в дальнейшем может вызвать большие затруднения. С WeDo 2.0 удобно начинать обучение программированию, но для более сложных задач его возможностей уже мало.
Тут-то на помощь и приходит Scratch — визуальный язык программирования, который ориентирован на учеников 7-10 лет. Программы, написанные в Scratch, состоят из разноцветных графических блоков, с помощью которых можно управлять графическими объектами (спрайтами).
Задавая различные значения и связывая блоки между собой, можно создавать игры, анимацию и мультфильмы. Scratch позволяет изучать концепции структурного, объектно- и событийно-ориентированного программирования, знакомит с циклами, переменными и логическими выражениями.
Scratch чуть сложнее в освоении, но гораздо ближе к текстовым языкам программирования, чем собственное ПО WeDo, поскольку в нем прослеживается классическая иерархия текстовых языков (программа читается сверху вниз), а также требуется соблюдение отступов при использовании различных операторов (while, if...else и так далее). Также важно, что текст команды отображается на программном блоке и, если убрать «цветастость», мы получим код, который почти не отличается от классических языков. Поэтому ребенку будет гораздо проще перейти со Scratch на «взрослые» языки.
Долгое время команды, написанные в Scratch, позволяли работать только с виртуальными объектами, но в январе 2019 года вышла версия 3.0, которая поддерживает физические объекты (в том числе и модули LEGO Education WeDo 2.0) с помощью приложения Scratch Link. Теперь с теми же играми и мультиками можно взаимодействовать, используя моторы и датчики.
В отличие от собственного ПО WeDo 2.0 у Scratch больше возможностей: в базовое ПО можно встроить только один собственный звук, в нем нет возможности создавать собственные процедуры и функции (то есть объединять команды в один блок), а у Scratch таких ограничений нет. Это дает больше свободы и возможностей как ученикам, так и учителю.
Стандартное занятие включает в себя обсуждение задачи, конструирование, программирование и рефлексию.
Обозначить задачу можно с помощью анимированной презентации, которая входит в комплект материалов. Затем дети должны построить гипотезы относительно того, как работает данный механизм.
На втором этапе дети занимаются непосредственно сборкой LEGO-робота. Как правило, ученики работают в парах, но возможна индивидуальная или групповая работа. Для каждого из 16 пошаговых проектов есть подробные инструкции. А еще 8 открытых проектов дают полную свободу творчества при выборе решения поставленной задачи.
На этапе программирования необходимо учитывать, что начинать лучше с собственного ПО WeDo 2.0. Когда дети освоят его и научатся работать с блоками и моделями, можно логически перейти на Scratch.
На последнем этапе идет анализ сделанного, построение таблиц и графиков, проводятся эксперименты. На этом этапе можно дать задачу на доработку модели или усовершенствование механической или программной части.
Полезные материалы
Основной целью изучения робототехники и программирования является не только и не столько обучение проектированию и кодингу, сколько формирование универсальных навыков. Прежде всего, проектного мышления, которому практически не уделялось внимание в школах 1990-х и 2000-х, но которое стремятся активно развивать в рамках всех школьных дисциплин в наши дни. Постановка задачи, гипотезы, пошаговое планирование, проведение экспериментов, анализ — на этом строится практически любая современная профессия, однако в рамках стандартных школьных предметов, в которых очень велика доля «зубрежки», их развивать сложно.
Робототехника облегчает усвоение других школьных предметов благодаря наглядной демонстрации физических законов в действии. Так, учитель начальных классов Юлия Понятовская рассказала нам, как ее ученики собрали первую модель — головастика без конечностей, написали программу для его перемещения и запустили. Когда головастик не сдвинулся с места, дети бросились искать технические неисправности, но в итоге пришли к выводу, что причина не в коде и не в сборке, а в том, что способ перемещения головастика не подходит для суши.
Чтобы достичь такой наглядности и упростить детям работу, ПО в учебных наборах является упрощенным вариантом программ для проектирования. Но для обучения основам программирования они не подходят. Исправить этот недостаток позволяет работа с наборами LEGO Education со сторонним ПО: WeDo 2.0 можно программировать с помощью учебного языка Scratch.
Собственные возможности LEGO Education WeDo 2.0
Базовый набор LEGO Education WeDo 2.0 рассчитан на детей в возрасте 7-10 лет. В него входят: Smart Hub WeDo 2.0, электромотор, датчики движения и наклона, детали LEGO Education, лотки и наклейки для сортировки деталей, ПО WeDo 2.0, методическое пособие для учителя и инструкции по сборке основных моделей.
Для каждой из моделей мы прописали, какие понятия из разных наук они объясняют. Например, используя «Проигрыватель», удобно объяснять детям природу звука и что такое сила трения, а с помощью «Танцующего робота» — механику движений. Задачи могут варьироваться, создаваться педагогом «на ходу» и иметь множество решений, что помогает детям улучшить навыки поиска причинно-следственных связей.
Кроме занятий по робототехнике и объяснений физических законов, набор можно использовать для программирования, потому что писать код, «оживляющий» физические объекты, куда интереснее, чем создавать что-то виртуальное.
ПО набора LEGO Education WeDo 2.0 или Scratch
В WeDo 2.0 используются технологии LabVIEW от National Instruments, интерфейс состоит только из разноцветных значков с картинками, которые при помощи drag-and-drop выстраиваются в линейную последовательность.
Используя это ПО, дети учатся строить последовательные цепочки действий — но все же это далеко от настоящего программирования, и переход к «стандартным» языкам в дальнейшем может вызвать большие затруднения. С WeDo 2.0 удобно начинать обучение программированию, но для более сложных задач его возможностей уже мало.
Тут-то на помощь и приходит Scratch — визуальный язык программирования, который ориентирован на учеников 7-10 лет. Программы, написанные в Scratch, состоят из разноцветных графических блоков, с помощью которых можно управлять графическими объектами (спрайтами).
Задавая различные значения и связывая блоки между собой, можно создавать игры, анимацию и мультфильмы. Scratch позволяет изучать концепции структурного, объектно- и событийно-ориентированного программирования, знакомит с циклами, переменными и логическими выражениями.
Scratch чуть сложнее в освоении, но гораздо ближе к текстовым языкам программирования, чем собственное ПО WeDo, поскольку в нем прослеживается классическая иерархия текстовых языков (программа читается сверху вниз), а также требуется соблюдение отступов при использовании различных операторов (while, if...else и так далее). Также важно, что текст команды отображается на программном блоке и, если убрать «цветастость», мы получим код, который почти не отличается от классических языков. Поэтому ребенку будет гораздо проще перейти со Scratch на «взрослые» языки.
Долгое время команды, написанные в Scratch, позволяли работать только с виртуальными объектами, но в январе 2019 года вышла версия 3.0, которая поддерживает физические объекты (в том числе и модули LEGO Education WeDo 2.0) с помощью приложения Scratch Link. Теперь с теми же играми и мультиками можно взаимодействовать, используя моторы и датчики.
В отличие от собственного ПО WeDo 2.0 у Scratch больше возможностей: в базовое ПО можно встроить только один собственный звук, в нем нет возможности создавать собственные процедуры и функции (то есть объединять команды в один блок), а у Scratch таких ограничений нет. Это дает больше свободы и возможностей как ученикам, так и учителю.
Обучение с LEGO Education WeDo 2.0
Стандартное занятие включает в себя обсуждение задачи, конструирование, программирование и рефлексию.
Обозначить задачу можно с помощью анимированной презентации, которая входит в комплект материалов. Затем дети должны построить гипотезы относительно того, как работает данный механизм.
На втором этапе дети занимаются непосредственно сборкой LEGO-робота. Как правило, ученики работают в парах, но возможна индивидуальная или групповая работа. Для каждого из 16 пошаговых проектов есть подробные инструкции. А еще 8 открытых проектов дают полную свободу творчества при выборе решения поставленной задачи.
На этапе программирования необходимо учитывать, что начинать лучше с собственного ПО WeDo 2.0. Когда дети освоят его и научатся работать с блоками и моделями, можно логически перейти на Scratch.
На последнем этапе идет анализ сделанного, построение таблиц и графиков, проводятся эксперименты. На этом этапе можно дать задачу на доработку модели или усовершенствование механической или программной части.
Полезные материалы
- Методические материалы по LEGO WeDo 2.0 для учителей
- Справочные материалы по LEGO WeDo 2.0
- Официальная сайт Scratch
- Расширение Scratch Link для работы с физическими объектами (включая WeDo 2.0) в Scratch
- Программное обеспечение WeDo 2.0.
- Планы 11 уроков с использованием наборов LEGO Education WeDo 2.0
- Инструкции по сборке моделей WeDo 2.0