Учимся играя: как дети познают мир с помощью кубиков Lego

В состав этих наборов входят как детали из стандартных серий, так и некоторые уникальные элементы. Сложность и комплектация зависят от возрастной группы, для которой предназначен конструктор. Особенность учебных наборов заключается в том, что с их помощью можно строить модели для постановки опытов в рамках школьной программы, собирать различные механизмы по прилагаемой инструкции и конструировать собственные. Поэтому во всех учебных наборах, помимо кубиков, есть учебно-методические пособия различной тематики и на разных языках.

В 1998 году в рамках направления Education был выпущен первый конструктор LEGO MINDSTORMS для создания программируемых роботов. Одновременно появилось и специальное программное обеспечение для управления ими. В состав наборов этой серии входит модульный микрокомпьютер, который управляет роботами, сервоприводы и датчики различного типа и назначения. Создавать алгоритмы для микрокомпьютера позволяет особый язык программирования и специальное фирменное ПО, которое устанавливается на настольный ПК, ноутбук или планшет. Именно с этим решением в Россию пришло понятие образовательной робототехники, которая закладывает у ребенка прочные основы системного мышления и позволяет ученику применять знания информатики, математики, физики, естественных наук, технологии, а также на практике знакомиться с инженерным творчеством.

Со времени создания первого робототехнического решения MINDSTORMS прошло более 20 лет, за эти годы вышло три версии наборов: RCX 1.0 (1998-й), NXT 2.0 (2006-й) и EV3 (2013-й). Линейка обучающих решений для детей дополнилась наборами WeDo для младших школьников и SPIKE Prime для учеников основной школы. Сегодня они используются в STEAM-образовании во всем мире и так же, как и самое первое решение, помогают углубленно изучать школьные дисциплины – от окружающего мира до математики, физики и информатики.

Набор SPIKE Prime, увидевший свет в 2019 году, позволяет наилучшим образом реализовать STEAM-подход к обучению.

Задачи, которые ученики решают в процессе коллективной работы над учебными проектами, состоят из двух частей: моделирования роботов или механизмов и последующего программирования их функций в среде Scratch с помощью приложения SPIKE. Именно так сегодня работает большинство взрослых специалистов, в какой бы области знания они ни были заняты.

Приложение SPIKE дополнено учебными курсами, которые отвечают требованиям российских государственных образовательных стандартов. Большинство проектов рассчитано на 45 минут школьного урока. Это позволяет учителям использовать обучающую платформу для ежедневных занятий по стандартной или расширенной программе.

Дети любят не только играть, но и соревноваться, общаться с ровесниками, заниматься общим делом, причем делать это в непринужденной, свободной обстановке. Детское любопытство, тяга к творчеству и созиданию лежат в основе международной образовательной программы FIRST LEGO League (FLL) для ребят от четырех до шестнадцати лет.

В России соревнования проводятся с 2012 года. В феврале 2020-го в Красноярске под эгидой некоммерческой общественной организации «Лаборатория по робототехнике "Инженеры будущего"» состоялся самый масштабный всероссийский чемпионат, темой которого стало градостроительство. В соревнованиях приняли участие 1200 школьников – 185 команд из 45 регионов России и четырех стран. Участникам предстояло подготовить проекты по темам «доступность городской среды для разных категорий населения» и «рациональное использование пространств при плотной городской застройке».

Абсолютным победителем чемпионата стала команда «Морошка» из Архангельской области, состоящая из ребят 8–9 лет. Они представили на конкурс проект «Дом для всех», в котором удобно и комфортно и детям, и взрослым, и пожилым, и людям с ограниченными возможностями.

Чтобы добиться поставленной цели, школьникам пришлось немало потрудиться. «Работа над проектом началась со знакомства с основами строительства и проектирования зданий. Каждый из ребят брал на себя изучение определенной темы, после чего они делились добытыми знаниями друг с другом на занятиях. Затем появился первый чертеж дома, который постепенно превратился в модель из деталей LEGO. По мере сборки возникали новые идеи, что-то меняли, что-то убирали. Когда собрали дом полностью, решили показать его специалисту и пригласили в студию архитектора. Так ребята провели первую презентацию своего проекта, а заодно получили ответы на оставшиеся вопросы. После этого дом разобрали и собрали снова, уже с учетом новых знаний, исправив все ошибки», – рассказывает тренер команды Ирина Чашина.

Отличительными чертами собранной школьниками модели стали подъезды с широкой автоматической дверью, пандусом, удобной лестницей с перилами и лифты особой конструкции. Во дворе устроены безопасная пешеходная зона и детская площадка, включающая зону для детей с ограниченными возможностями и небольшой скейтодром. Интересно, что попасть на площадку можно прямо из дома, не выходя на улицу.

Модель полностью выполнена из деталей LEGO Education SPIKE Prime. Многие ее элементы механизированы. Самые простые механизмы – это качели для детей с ограниченными возможностями и наклонный пандус на входе в подъезд. Использован и целый ряд механизмов с моторами и передачами. К примеру, автоматическая дверь подъезда приводится в движение механизмом с тремя передачами – зубчатой, коронной и передачей с зубчатой рейкой. В конструкции лифтов и подъемного крана использована ременная понижающая передача, а карусель для детей с ограниченными возможностями, спроектированная таким образом, чтобы она находилась на одном уровне с поверхностью земли, приводится в движение с помощью коронной понижающей передачи.

При этом все движущиеся механизмы управляются компьютером. Алгоритм их работы ребята программировали в приложении LEGO Education WeDo 2.0, а управление моделью осуществляется с помощью входящих в учебный набор датчиков и с клавиатуры ноутбука.

Интересную градостроительную идею предложили школьники из Нижнего Новгорода – участники команды MeGAZ. Ребята спроектировали и построили из конструктора LEGO Education девятиэтажный четырехподъездный жилой дом с эксплуатируемой кровлей, на которой расположены зоны отдыха и спортивные площадки, перемежающиеся участками зелени.

Перед тем как приступить к реализации своей идеи, школьники провели опрос и выяснили, что жители их города хотели бы видеть на крышах своих домов. Исследование проводилось по всем правилам: были подготовлены опросные листы, после чего каждый из участников команды провел интервью со своими одноклассниками, жителями своего дома и прохожими на близлежащих улицах. В соответствии с результатами исследования и осуществлялась планировка крыши, которая состоит из четырех модульных зон: детской игровой площадки, спортивной площадки с игровым полем, беговой дорожкой и тренажерами, зоны отдыха с искусственным водоемом, газонами и летним кинотеатром, а также гостевой зоны, доступ в которую открыт как жителям дома, так и гостям. По сути, гостевая зона – это коммерческая территория, от которой ТСЖ может получать прибыль. Доступ в каждую зону обеспечивают лифты, выведенные на крышу прямо из подъездов. В перспективе ребята собираются добавить к проекту отдельный панорамный лифт, установленный на боковой стене здания для доступа в гостевую зону.

После опроса жителей участники команды встретились со специалистами Нижегородского строительного университета (ННГАСУ) и обсудили с ними свои идеи. В результате к первоначальному замыслу добавились новые детали: ограждения, лифтовые шахты с выходом на крышу, вентилируемое покрытие кровли и т. д.

«По замыслу ребят перед началом строительства дома будущие жильцы могут самостоятельно выбрать принцип зонирования кровли в соответствии со своими предпочтениями. Еще одна идея – большое количество зеленых насаждений на крыше. Это должно улучшить экологию города и снизить концентрацию углекислого газа в воздухе. А предустановленные системы очистки крыши от воды и снега позволят использовать природные осадки для повседневных нужд ТСЖ», – рассказывает куратор команды Людмила Федосова.

Этот проект реализует одну из наиболее востребованных концепций современного градостроения, которая пользуется популярностью в мегаполисах с плотной застройкой и дефицитом свободных площадей. Сегодня подобные архитектурные решения все чаще можно встретить в Китае, крупных городах США и Канады. С недавних пор озеленение и благоустройство крыш практикуют и российские архитекторы.

Проект команды Siberian Hearts красноярской средней школы № 149 решает одну из наиболее острых проблем современного города – организацию пешеходных переходов для людей с ограниченными возможностями. Ребята нашли оригинальный подход – прикрепили к пешеходному мосту монорельс, по которому перемещается подвесная кабина, похожая не те, что используются на канатных дорогах.

«Перед ребятами стояла задача: найти в городе проблемные точки и предложить решение. Поэтому свою работу они начали с консультации с руководителем проекта "Шаг за шагом" Натальей Каптелининой, которая и привлекла их внимание к проблеме, не имеющей решения уже много десятков лет: человек, передвигающийся на коляске, фактически не имеет возможности пересечь главную транспортную артерию города – улицу Вейнбаума», – рассказывает куратор команды Максим Турушев.

Проблема заключается в том, что конструктивные особенности пешеходного моста, соединяющего Театральную площадь с площадью перед зданием городской администрации, не позволяют оборудовать пандус или лифт. Юные инженеры предложили интересную альтернативу – закрепленный на несущей конструкции моста дугообразный монорельс с механизмом канатной передачи, который будет перемещать над дорогой оборудованную автоматическими дверями кабину. Останавливаться она будет на уровне тротуара, а для вызова горизонтального «лифта» достаточно просто нажать кнопку. При этом пользоваться необычным средством передвижения смогут не только люди с ограниченными возможностями, но и пешеходы с детскими колясками, велосипедам и т. д.

Участники команды уверены, что предложенное ими решение универсально и его можно использовать на любом пешеходном мосту. По мнению красноярских проектировщиков, проект имеет все шансы после некоторой доработки быть реализованным. Мэр города Сергей Ерёмин высоко оценил работу школьников и рассказал о намерении обсудить проект на совещании в городской администрации.

Конструкторы, обучающие материалы и образовательные программы LEGO Education помогают детям не только изучать предметы школьного курса, но и постигать их взаимосвязь, а также учиться командной работе и решению проектных задач. Такой формат образования как нельзя лучше готовит школьников к жизни в современном мире, где взрослым каждый день приходится решать тысячи задач на стыке дисциплин и использовать цифровые модели.