Современное технологическое обучение на базе роботов

Современный мир – это быстроменяющаяся среда. Приходится не идти, а бежать в ногу со временем. В большей степени это касается информационных технологий, где каждый день открывается, изобретается, внедряется что-то новое. В этой связи существуют трудности в преподавании информатики как  у учителей в школах, так и у преподавателей в вузах.

Несколько направлений решения данной проблемы в своем докладе озвучил директор  ГУП «Терком», заведующий кафедрой Системного программирования математико-механического факультета СПбГУ профессор  Терехов А.Н. В своем выступлении Андрей Николаевич обратил внимание на влияние международных стандартов обучения IT дисциплинам на школьную информатику, важность информатики для общего образования.

С 2008 года в Физико-математическом лицее №239 открыто направление робототехники, действует кружок, а элементы робототехники введены в курс информатики. Представители лицея, особого упоминания заслуживает Филиппов С.А., совместно с сотрудниками кафедры Теоретической кибернетики мат-меха СПбГУ, занимались внедрением роботов Lego® Mindstorms® (LM) в образовательный процесс в школе и в вузе. Роботы – прекрасный инструмент образования, школьник или студент сразу видит свои ошибки и достижения. Очень важно, что роботы позволяют обеспечить определенную преемственность в образовательной цепочке школа-вуз. Если школьник учится основам алгоритмического мышления на простых примерах, то студент может программировать весьма сложное и нетривиальное управление. В применении роботов Lego® Mindstorms® есть свои трудности, в частности они имеют довольно слабый контроллер, не слишком эффективную операционную систему и ограниченный набор инструментов программирования.

Преподаватели, аспиранты и студенты кафедры системного программирования СПбГУ решили проблему, создав на базе своих предыдущих разработок операционную систему реального времени Embox. С помощью сотрудников кафедры Теоретической кибернетики мат-меха СПбГУ, Embox адаптировали для робототехники и перенесли на Lego® Mindstorms®. Преимущества данной ОС налицо: русскоязычная команда разработчиков, русскоязычная документация, улучшенный интерфейс программирования (API), расширенный набор Direct-команд, три варианта разработки программ (на языке С, с использованием  скриптов, Direct-команды), отладка программ и выполнение пакета Direct-команд на устройстве, поддержка нескольких аппаратных платформ. Операционная система Embox позволит расширить рамки внедрения робототехники в образовательный процесс в школе и в вузе.

В настоящее время исследования ГУП «Терком» в сфере создания инструментальных средств разработки программного обеспечения, начавшиеся 25 лет назад, востребованы в здравоохранении, автомобильной промышленности, связи, финансовой сфере. В наши дни это направление носит имя MDA (Model Driven Architecture). Данный подход применим и к роботам. Сейчас на кафедре системного программирования работают над технологией визуального моделирования QReal  на базе известной библиотеки Qt, благодаря чему технология может работать в Windows, Linux, MacOS  и на многих мобильных платформах. Важной особенностью QReal является возможность проектирования специализированных графических языков DSL (Domain Specific Languages) с автоматическим получением соответствующих графических редакторов,  именно так была разработана технология QReal: Robots:
– Интерпретатор сценария поведения робота-черепашки, заданного простыми наглядными картинками, на экране ПЭВМ (аналог LOGO)
– Такой же интерпретатор для робота Lego® Mindstorms®
– Автоматическая генерация программы на языке С для автономной работы роботов

С помощью Embox и QReal появляется возможность усовершенствовать большинство операций в робототехнике. В наше время роботы становятся очень популярными, область их применения увеличивается с каждым днем: авиация, здравоохранение, машиностроение, безопасность. Многим индустриям требуются хорошо работающие роботы. Наши разработки позволяют роботам быть надежными, послушными и отзывчивыми. Важно помнить, что образовательный процесс является одной из сфер, где роботы полезны человеку.

Во многих школах России преподавание информатики очень слабое, чаще всего оно сводится к курсам пользователей ПК. Главными проблемами являются отсутствие общепринятых программ обучения и учебников, слабая материальная база. Поэтому многие абитуриенты имеют низкие познания в информатике. Необходимо развивать навыки алгоритмического мышления и понимание основ современного компьютинга со школы. Информационные технологии играют стратегическую роль практически во всех областях современной жизни. Эффективно обучить данным технологиям – вот наиважнейшая задача.