XVII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Робот-волонтер в образовательной организации
Автор работы награжден дипломом победителя I степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
Цельпроекта:создатьробота — волонтерадлясопровождения перемещений обучающихся в урочное и внеурочное время в рекреациях лицея.
Задачиисследования:
1. Проанализировать интернет - источники и изыскать возможные формы помощи школьникам робота-волонтера.
2. Провести социологический опрос о выявлении проблем пространственного ориентирования внутри здания и нахождении кабинетов среди лицеистов с первого по третьи классы.
3. Сконструировать и запрограммировать прототипробота-волонтерадлясопровождения обучающихся в школьных рекреациях, а в частности, на перемещение к трем кабинетам: физкультура, английский, лего.
4. Описать технологические процессы выполнения роботом команд и функций сопровождения.
Актуальность:
В настоящее время резко возросла потребность общества в волонтерах. Именно волонтеры осуществляют добровольную деятельность во благо общества или отдельных социальных групп, призваны помогать, не рассчитывая на вознаграждение, т.е. бескорыстно и на безвозмездной основе. Деятельность волонтеров важна и достаточно разнообразна. Их привлекают в различных сферах жизни и широких кругах. В своей работе мы хотим представить прототипа волонтера-робота для организации сопровождения обучающихся внутри школы.
Ориентируясь на работы других исследователей, мы понимаем, что робот не способен полностью заменить учителя или классного руководителя.
По нашему мнению, робот выступит прекрасным помощником в их деятельности и позволит разгрузить труд педагога, провожая и встречая классы или отдельных школьников в сложноорганизованных рекреациях лицея.
Продукт проекта: робот-волонтер, сконструированный из LEGOMindStorms EV3, предназначенный длясопровождения обучающихся в школьных рекреациях.
Методы исследования: теоретическое исследование литературы, анализ, индукция, классификация; наблюдение, опрос, моделирование и др.
Практическая значимость проекта: исследователь делает вывод, что обучающиеся лицея способны затрудняться в поиске того или иного кабинета и робот-волонтер будет способствовать быстрому поиску нужного помещения в урочное и внеурочное время в рекреациях образовательной организации; послужит также прототипом при создании аналогичного и высокотехнологичного робота, выполненного для облегчения пространственного ориентирования пациентов внутри здания и нахождении кабинетов в поликлиниках и больницах.
Основное содержание
Первойзадачейнашегопроектастал анализ интернет - источников и поиск возможных форм помощи школьникам робота-волонтера.
Теоретические исследования показали, что роботы активно внедряются в образовательные организации разных стран. Так, например, в Южной Корее робот преподает английский язык и встроенной камерой отслеживает ребят-прогульщиков, во Франции умная машина распознает различные языки и помогает студентам развивать математические способности, в Англии робот просто играет с детьми, помогая научиться общаться школьникам с особенностями в развитии [1].
Мы считаем, для большей продуктивности нашему технологичному лицею требуется еще один робот. Данное понятие отражено в международном стандарте как «робот» (robot) — приводной механизм, программируемый по двум и более осям, имеющий некоторую степень автономности, движущийся внутри своей рабочей среды и выполняющий задачи по предназначению [2].
На основе наблюдения за вновь прибывшим одноклассником, а также первоклассниками, опираясь на собственный опыт волонтерской деятельности сопровождения дезориентированных в пространстве коридоров лицея ребят, автор исследования пришел к выводу о необходимости проектирования робота-волонтера.
Для полноты исследования нам необходимо рассмотреть еще одно понятие — «волонтер». Это деятельность, связанная с осуществлением помощи, поддержки нуждающимся и нам подходит именно данный термин и его понимание.
Волонтерству уделяется внимание, волонтеры получили признание в Российской Федерации. В ноябре 2017 года, указом президента РФ, был учреждён день добровольца (волонтёра) — 5 декабря [3].
Таким образом, возникла идея о создании некоего помощника, который будет частично и ситуативно замещать педагога или активиста-лицеиста, выполняя несложные, но необходимые действия - встречать и провожать школьников в рекреациях образовательной организации.
Для решения второй задачи проекта, нами был проведен социологический опрос о выявлении проблем пространственного ориентирования внутри здания и нахождении кабинетов среди лицеистов 1-3 классов. Для успешного дальнейшего исследования мы изучили план школы, составили список помещений вне учебного кабинета, определили в каких классах следует проводить предполагаемый опрос; определили ряд вопросов.
Во время опроса предлагалось устно ответить на следующие вопросы:
1. Из какого ты класса и с какого класса в лицее?
2. Трудно ли тебе ориентироваться в здании лицея (было и сейчас)?
3. Какие кабинеты сложнее найти (для первоклассников)?
4. Попробуй найти в плане школы кабинет музыки и физкультуры (для второклассников) или ИЗО и информатики (для ребят 3 класса).
5. К кому обращаешься за помощью в случае затруднения?
Анализ ответов показал, что первоклассники затрудняются больше, это объясняется тем, что не так давно покинули детский сад, где не перемещались самостоятельно, а из помещений был музыкальный зал и группа с отдельным выходом.
Новеньким ребятам так же нелегко достается ориентирование внутри здания, в связи со сменой школы, к которой уже привыкли.
Многие второклассники и третьеклассники гораздо лучше ориентируются, отвечая на вопросы, но показать в плане школы нужный кабинет затрудняются.
Некоторые ребята признаются, что самыми трудно находимыми являются следующие кабинеты: спортзал, информатики, легоконструирования.
Необходимо отметить, что лицеисты всегда обращаются за помощью к находящимся поблизости людям: часто к учителям или администрации, другим школьникам, уборщицам, охранникам.
Итак, опрос позволил:
–выделить список кабинетов, которые сложнее найти (спортзал, информатики, легоконструирования);
–группу школьников, затрудняющихся в ориентировании (первоклассники, вновь прибывшие лицеисты, некоторые второклассники и третьеклассники);
–определить необходимость их сопровождения до указанных кабинетов роботом-волонтером.
Следующим этапом работынадпроектомсталареализациятретьейзадачи– сконструировать и запрограммировать прототипробота-волонтерадлясопровождения обучающихся в школьных рекреациях, а в частности, на перемещение к трем кабинетам: физкультура, английский, лего; а также параллельно и четвертой задачи, для реализации которой в инженерной книге мы описываем технологические процессы выполнения роботом команд и функций сопровождения.
Дляреализациитретьейзадачи, во-первых, мы «от руки» составили чертеж робота-волонтера, затем определили набор действий и рассчитали схему.
При конструировании нами был использован конструкторLEGOMindStorms EV3.
Вовремяразработкиконструкции,котораябудетнеобходиманашемуроботудля передвижения, мы проанализировали, на какой основе робот будет устойчивым и малошумным, а также сможет преодолевать небольшие препятствия в виде порожков всвязисчем,нашроботсобраннаколесной парной платформе. КолеснаяплатформапродемонстрированаПриложении А.
Ориентирование робота в пространстве происходит при помощи трех датчиков LEGOMindStormsEV3: ультразвуковые и датчик цвета.
Ультразвуковые датчики отвечают за обнаружение и объезд препятствий. При помощи датчика цвета наш робот-волонтер находит нужный кабинет. Установка датчиков на робота показана в Приложении Б.
Для нахождения необходимого кабинета предполагается цветовая маркировка на полу в коридоре лицея в виде цветных линий.
Физкультура –цвет маркировки на полу красный, информатика –синий, лего – жёлтый.
Если робот встретился с таким препятствием как закрытая дверь он просит ее открыть при помощи голосовой команды: «Откройте дверь, пожалуйста!».
При обнаружении препятствия в программе робота срабатывает блок ожидания с задержкой 3 секунды и робот произносит «Откройте дверь, пожалуйста!».
Далее для реального оценивания ситуации откроется дверь или нет в программу добавлен блок переключатель. При помощи данного блока робот оценивает свободен путь дальше или нет.
При окончании движения робот-волонтер предупредит школьников звуковым сигналом: «Ждем указаний учителя!».
Пример программного кода для обнаружения кабинета физкультуры продемонстрирован в Приложении В.
В связи с невысоким размером робота возникла необходимость выделить его и сделать заметным. Для этого мы построили мачту и обернули ее светодиодной лентой на батарейках. Подобная гирлянда выполняет роль проблескового маячка и служит уверенным ориентиром для школьников.
Фото нашего робота, созданного для сопровождения обучающихся в школьных рекреациях, предоставлены в Приложении Г.
На заключительном этапе проекта, мы осуществили запуск нашего робота-волонтера в рекреации лицея. Он уверенно выполнил заложенную программу, а конкретно, озвучил все голосовые команды, провел школьников по трудно запоминаемым кабинетам, маркированным заранее и выполнил все действия от начала до конца.
Наш проект оказался достаточно популярным, робот вызвал интерес получил поддержку ребят, педагогов и администрации лицея.
Фрагмент реализации эксперимента и презентации робота-волонтера продемонстрирован в Приложении Д.
Выводы
Врезультатеисследования, можно сделать вывод о необходимости внедрения в образовательную организацию роботов, которые являются помощником в деятельности учителей и позволят разгрузить труд педагога, провожая и встречая классы или отдельных школьников в сложноорганизованных рекреациях лицея.
Теоретическое исследование позволило определить форму помощи школьникам робота-волонтера, которой является сопровождение школьников по трем кабинетам, являющимся самыми трудно находимыми: спортзал, информатики, легоконструирования.
Прииспользовании роботизированногоконструктораLEGOMindStormsEV3намибылсконструирован и запрограммирован прототипробота-волонтерадлясопровождения обучающихся в школьных рекреациях. Управлениероботомпредполагаетсяполностьюавтономным, за счет прописанного программного кода.
Таким образом, поставленные задачи работы выполнены, цель достигнута.
Мырассчитываем,чтосозданныйнамиробот-волонтердлясопровождения перемещений обучающихся в урочное и внеурочное время в рекреациях нашего лицея послужит также прототипом при создании аналогичного и высокотехнологичного робота, выполненного для облегчения пространственного ориентирования пациентов внутри здания и нахождении кабинетов в поликлиниках и больницах.
Список литературы
Роботы активно внедряются в образовательные организации разных стран [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://hi-news.ru/technology/5-robotov-kotorye-uzhe-rabotayut-v-shkolax.html (дата обращения: 30.10.2021)
Робот > (robot) — приводной механизм [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://activityedu.ru/Blogs/blog/robototehnika-v-shkole-chto-eto-takoe-i-dlya-chego-ona-nuzhna/ (дата обращения: 15.11.2021)
Волонтерству уделяется внимание, волонтеры получили признание в Российской Федерации [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://ru.wikipedia.org/wiki/Волонтёрство (дата обращения: 20.11.2021)
Приложение А. Собранныйробот,видна колеснуюплатформу
Приложение Б. Собранныйнамиробот,видспереди
Приложение В. Программа действий робота
Приложение Г. Фото нашего робота, созданного для сопровождения обучающихся в рекреациях лицея
Приложение Д. Презентация робота-волонтера