вторник, 21 декабря 2021 г.

Бесплатная программа ТРИЗ-АРИЗ

Технология решения изобретательских задач актуальна как никогда. ТРИЗ, со временем, претерпевает изменения, модернизируется под современные тенденции, но в целом остаётся неизменным. Данную теорию применяют во всех сферах деятельности и для каждой деятельности есть свои нюансы. Основной смысл теории —  решить задачу, разрешив противоречия. 




Альтшуллер использовал множество технологий, чтобы вычленить противоречия в задачах. На основе многолетнего опыта он создал матрицу. Последний вариант матрицы имеет размер 39×39 противоречий.

Такая матрица рассматривает 1521 задачу, для которых в общем случае существует более 4600 решений.
Данная матрица общедоступная, как в самих книгах Генриха, так и в иностранных изданиях, как учеников, так и целых компаний.

Работа с такой матрицей достаточно много занимает времени. Зачастую для решения задачи можно выбрать не два противоречия, а 4 или 6 и более. В результате придётся перебрать множества  решений и не запутаться.


Для облегчения работы с матрицей, мной было создана компьютерная программа «ТРИЗ-АРИЗ» 

Принцип работы с программой очень прост. Вы вычленяете два противоречия для решения задачи. Одно противоречие отвечает за положительный эффект от решения задачи, а второе — за отрицательный, которое мешает идеально её решить.

Данные противоречия называются: плюс-фактор и минус-фактор.
Выбрав  нужные факторы, жмём кнопку «Найти решения». После этого, ниже, будут представлены решения.

Программа распространяется по лицензии BSD с сохранением авторских прав. Любой пользователь может применять программу по своему назначению с указанием автора программы. 

Программа решает стандартные противоречия, но не затрагивает радикальные. Радикальные противоречия будут разрешены в новой версии программы.

Очень интересны отзывы о программе. Помогла ли вам программа, часто ли вы используете ТРИЗ? Какой процент успешного решения задач по матрице ТРИЗ?

Ссылка на программы под Windows  СКАЧАТЬ

Необходимо обновиться до Microsoft .NET Framework 4.6.1 (https://www.microsoft.com/ru-ru/download/confirmation.aspx?id=49981)

Скачать программу под android  СКАЧАТЬ

Ниже представлен видеоролик работы с программой




От школьных идей до научных достижений.

Приветствую вас, дорогие читатели моего блога. Сегодня я хотел посвятить статью, на мой взгляд, очень  хорошей научно-практической конференции школьников “Школьная Идея”.

Школьная Идея

Данная конференция организована автономной некоммерческой организацией содействия развитию инновационной деятельности «Центр научно-технических решений» и Советом молодых ученых Российской академии наук.

Это достаточно молодое, но очень перспективное мероприятие. На момент написания статьи, прошла третья, по счёту, конференция.

Сайт «Школьная идея»

Цель конференции — выявление и развитие интеллектуального и творческого потенциала школьников в проектно-исследовательской деятельности.

Вроде бы, на первый взгляд, кажется, что появилась очередное мероприятия в море подобных, но могу вас уверить – это совершенно не так.

Мои ученики со своими проектами принимали непосредственное участие в двух последних конференциях. И я могу с уверенностью утверждать, что конференция данного формата очень редкая и отвечает всем ожиданиям детской конференции. За 11 лет педагогической практики я побывал на множестве конференций и фестивалей, начиная от школьного формата  и заканчивая международным форматом, где мои ученики представляли свои проекты.

Что бросается первым делом в глаза участника, так это доброжелательно – дружеская атмосфера, можно сказать почти домашняя.

За время моей педагогической работы и обмен мнениями с коллегами, я пришёл к выводу, что сформировался некий стереотип научно-практической конференции, который всячески поддерживают организаторы подобных мероприятий:
1. Участники у своих стендов или по одному у экрана с серьезным видом и высокопарными научными словами пытаются донести суть своего проекта.

2. Жури эксперты – это очень серьёзные люди, часто сохраняющие суровое молчание (часто с нулевыми эмоциями на лице), а затем задающие вопросы, которые характерны для кандидатов наук, которые пытаются защитить докторскую диссертацию.

3.Все участники пытаются показать, что их работа намного лучше чем их коллег и зачастую не слушают другие работы, или максимально отстранены.

И данная конференция напрочь разрушает все эти стереотипы, что очень похвально. Ты сразу чувствуешь, что пришёл на детскую конференцию, что жюри не суровые учёные мужи (жёны), а умные, позитивные с добрыми горящими глазами молодые учёные, которым приятно рассказывать про свою работу и получить от них  рецензию.

Жюри конференции

 Ещё один из интересных фактов, на мой взгляд,  — это чувство юмора жюри. Это действительно хороший и добрый юмор, который подбадривает участников конференции и помогает им поднять свою самооценку.

Во время написания статьи вспомнились цитаты великих людей, которые точно описывают организаторов :

— «Сердце может прибавить ума, но ум не может прибавить сердца».

Анатоль Франс

— «Без юмора живут только глупые».

 Пришвин Михаил Михайлович


Сам формат и программа конференции сделаны с любовью и с такой целью, чтобы сделать комфортным общение детей и взрослых. Я считаю отличной идей  — краткие лекции научных редакторов и учёных для детей. Такие лекции не перегружены сложной терминологией, а достаточно познавательны и понятны.
Особенным плюсом является то, что делились знаниями и  учёные практики, и люди, участвующие в экспедициях.






Порадовал процесс анализа работ участников, задание вопросов жюри и экспертами:
1. Вопросы были заданы по существу, но так, чтобы были понятны ребёнку или для того чтобы понять, понимает ли ребёнок то что представил (тут тоже грешили изобилием  с научной терминологией и высокопарными словами в докладах, которые явно не до конца понимает ребёнок).

2. Рецензии давались в не назидательном контексте, а как указание положительных и отрицательных сторон проекта.

3. Своевременный юмор со стороны жюри помогал участнику морально собраться с ответом и настраивал его на положительный лад повествования.

выступление на конференции


Кроме экспертов и жюри вопросы задавали участники конференции, что достаточно большая редкость, так как в основном на таких мероприятиях участники стараются не проявлять активность, боясь быть не компетентными в глазах взрослых.


На конференции работало четыре секции:

— Физико-химическая секция

— Медико-биологическая секция

— Инженерно-робототехническая секция

— Социально-гуманитарная секция

Победители и призёры награждались памятными призами и дипломами первой, второй и третьей степени. А все без исключения участники снабжались познавательной литературой и памятными сувенирами в виде мягких игрушек.

И это, поистине, так мило, когда в здании, символизирующее дислокацию лучших умом России, встречают юных учёных с улыбками и не забывают, что они ещё дети.

Кроме основной части секций и пленарных заседаний дети и взрослые могли поучаствовать в интерактивной выставке технических проектов реализованных студентами.


На мой взгляд, это одна из лучших конференций, в которой мне и моим ученикам выдалась честь принять участие.

У нас уже запланирована эта конференция, как одна из основных и будет рекомендована всем талантливым ребятам, которые учатся и будут обучаться у нас.

 






Я СОЗДАЮ РОБОТА

проекты по робототехнике

        Данная статья посвящена проблеме освоения современных знаний умений и навыков в области техники и технологии детьми на примере проектирования и разработки роботизированных устройств, согласно возрастной психологии и физиологии учащихся. На данный момент, есть некий основной стержень градации образовательных материалов по данной теме, согласно возрастным особенностям обучаемых. Данных материалов множество и есть огромная вариативность на входе и сужение на выходе. Отсюда вырисовываются две основные проблемы: отсутствие систематизированного и методического подхода, использование одного-двух образовательных технических средств, наиболее понятных для среднестатистического педагога и зачаточное развитие практико-ориентированной проектной технологии. В статье содержится краткое описание проблем и их корень возникновения, а также варианты решения.

 Ключевые слова: робот, робототехника, моделирование, программирование, алгоритмы, дополнительное образование, технология, техническое творчество.


          This article is devoted tothe development of modern knowledge of skills in the field of technology and technology on the example of the design and development of robotic devices, according to the age psychology and physiology of students. At the moment, there is a core gradation of educational materials on this topic, according to the age characteristics of students. These materials are many and there is a huge variability in the input and output narrowing. Hence, two main problems emerge: the lack of a systematic and methodical approach, the use of one or two educational technical means, the most understandable for the average teacher and the rudimentary development of practice-oriented project technology. The article contains a brief description of the problems and their root causes, as well as solutions.
Keywords: robot, robotics, modeling, programming, algorithms, additional education, technology, technical creativity.


            Интерпретация понятия робот:
1.XIX век: Робот это искусственный человек
2. XX век:Робот  это автоматизированное устройство (чпу станок, радиоуправляемый танк и многое другое)
3.  XXI  век: Робот – это автоматизированное устройство как строго выполняющее определённые действия согласно алгоритму, так и обучающееся в ходе работы с обязательным наличием сенсоров для взаимодействия с окружающей средой или это самообучающаяся программа (бот).                
         Следовательно,  роботом называют, любое техническое автоматизированное устройство с наличием датчиков и обработкой данных с них,  и также роботом может считаться  программы, имитирующее поведение человека. Поэтому машины, на данный момент делятся по таким критериям сложности, как наличие датчиков и мощности контроллеров и микрокомпьютеров,  так и по наличию в программе строгого алгоритма действий или алгоритма на самообучение. Универсальных роботов на сегодняшний день никому не удалось создать, поэтому техника и программы делятся по узкой специализации. Начиная с 2000-х годов, робототехника (программируемая для школьников) начинает проникать в образовательные учреждения и приобретает со временем статус «образовательная робототехника»[2, c. 8]. В 2016 году, был проведён анализ образовательных учреждений согласно каталогу на сайте «Занимательная робототехника».На данный момент было зарегистрировано 365 образовательных учреждения, которые указывали, какими образовательными наборами они пользуются для обучения детей робототехнике  и программированию. Ниже представлена диаграмма в процентном соотношении использования  роботизированных наборов.

Анализ рынка робототехнических услуг

Как видно, 70,6% занимают наборы Lego – Lego EV3 и  Lego WeDo,  47,2% — это наборы на базе платформ Arduino. Нельзя не отметить, что уже к этому времени уделяется пристальное внимание микрокомпьютерам по типу raspberrypi.

На тот момент, публикациями методической литературы в области обучения детей техническим направлениям, в том числе робототехникой и программированием, занимались 6,7% учреждений. В основном, преобладают частные образовательные учреждения.Учреждения, которые применяют для обучения языки программирования  высокого уровня, такие как C++, C#, java, python, html, javascript, составляют 17,8% от общего числа анализируемых. Преобладающая масса образовательных учреждений обучают детей программированию на графико-визуальных языках (подобие lego software) и блочных (Scratch, ardublock, mBlock).  К 2019 году ситуация в области изучения программирования улучшилось, с включением в программу нескольких образовательных учреждений языков программирования высокого уровня, но так как количество кружков к этому времени увеличилось и основным движущемся фактором обучения остались lego и графико-визуальный язык программирования, то ситуация по изменению парадигмы обучения, в целом, не изменилась.
Тому есть причины:
1. Робототехника преподносится как элемент общего технического образования. Например, как элемент урока технологии или информатики, или как кружок «начальной робототехники», где вовлечены 90%  детей до 13 лет включительно.
2. Уроки технологии, физики и информатики с использованием современной технической аппаратуры, современных на данный момент алгоритмов в области программирования нейросетей, технического зрения и распознавания речи, в области обработки и анализа данных с применением в совокупности с этим, робототехнических устройств, требуют от педагога хороших знаний сразу группы дисциплин на вузовском уровне в области разделов высшей математики, специализацию уровня «младший программист» и специализацию инженера в области механики, электроники, CAD и CAM проектирования  в совокупности с основным педагогическим образованием.
3. Трудности в реализации проекта для применения в повседневной жизни.         Большое количество детей вплоть до 13 лет задействовано так или иначе по направлениям технического творчества в том числе и робототехники, но затем происходит резкий спад, включённых в данный процесс, детей. Точнее он уже начинается на этапе 12 -13 лет – это следствие тех причин, которые были описаны выше. Не все дети, но и взрослые,  способны сразу понять технологию создания устройств, например роботов. Сейчас, очень лёгкий старт в этой области, как раз, дан для младших школьников, начиная с первого класса.
Для того чтобы перейти на более продвинутый уровень необходимо решить вторую причину, а современные решения её на данный момент не обладают «инженерно-педагогическим» дуализмом. Если человек с педагогическим образованием ведёт занятия современных уроков технологии и физики, то в первую очередь делает упор на личность ребёнка, учитывая его возрастные особенности. Поэтому зачастую информация даётся оптимизированной для понимания, но зачастую не отвечающей академической формулировке, следствием которого в дальнейшем будет путаница и недопонимание той информации в научном контексте. Если человек с определённой инженерной специализацией или специализацией программиста начинает вести занятия с детьми, то сразу встаёт стена недопонимания, не то что информации, которую данный учитель излагает ученику, а учителем возможностей и особенностей детей. В результате правильная академическая информация не откладывается в памяти большинства детей. И в первом и во втором случае — это ведёт к разочарованию, как учителя (ученика) в своих силах или в детях (учителях). Как видно, тут применима аналогия с  принципом неопределённости Гейзенберга – неопределённость в способах передачи информации подрастающему поколению.
Третья причина играет немало важную роль в спаде интереса детей к техническому творчеству и дальнейшему изучению науки. По результатам анализа проектов на региональных,  межрегиональных, всероссийских и международных научно-технических конкурсах огромную роль играет (82%, за период 2014 -2019 год, без учёта основных соревнований по робототехнике, где есть строгий алгоритм  выполнения задачи – движение по линии, сумо, робо-футбол и т.д.; задача таких роботов —  только участие в соревновании) два основных пункта —  наличие красочного оформления  и убедительная речь докладчика.
Сами технические проекты не выполняют до конца свои цели даже на примере модели. Это, как мысленные эксперименты Эйнштейна, необходимо представить идеальную картину работы устройства, так как пока есть некоторые проблемы в её реализации. В дальнейшем не до конца доведённый проект заменяется на другой, с такими же или подобными  проблемами. В результате, одна цель заменилась на другую – устройство создано для демонстрации концепции, но не для реализации в повседневной жизни. Неверие учителя в данный проект, передаётся в сомнения ученикам, а сомнения могут порождать страх и неуверенность: в свои силы, страх бесполезности  данной деятельности. Отсюда идёт неумение справиться с поражением или критикой, неумение доводить всё до конца, не умение правильно бороться (разрабатывать тактику продвижения для практической реализации в области применения).
Со всеми этими проблемами я столкнулся лично и старался и стараюсь их решить. На разных этапах решения проблем родились элементы методики обучения современным урокам технологии, робототехники и программирования, которые на сегодняшний день переросли в полноценный методический кластер. Авторская методика многоступенчатая и взаимозависимая, и готовиться выйти в свет в формате книг и учебников[2, с. 11]. Например,  для решения второй причины, я прошёл множество дистанционных курсов в области технического образования и программирования,  изучил необходимую литературу и занимаюсь этим и по сей день. Для минимизации третьей причины с детьми реализуются проекты, которые так или иначе можно полностью или частично применять дома. Например:
1. Компактный вентилятор,спасающий в жаркую душную погоду, и подсветка для чтения литературы.
2. Умный дом – модель автоматизированного дома для игры (первый вариант), умный дом для хомячка (второй вариант)
3. Умная теплица – выращивание огородных растений в домашних условиях (на данный момент реализация выращивания укропа, томата, редиса, перца, апельсина, лука и т.д.)

теплица

электронная начинка теплицы

4. Робот – помощник – практика реализации сервисного робота (отработка технического зрения, распознавание голоса, координации движения и перемещения объектов)
Робот помощник


электроника робота

5. Автопилотирование – разработка робота–программы для пилотирования транспортных средств.
беспилотник

6. Рой роботов - муравейник.

робот муравей

рой муравьёв роботов



Данные проекты, как и многие другие разработанные мной являются частью методики обучения детей от 12 до 18 лет. В каждом проекте и над каждым этапом его реализации дети встречают препятствие, которое необходимо преодолеть, конечно, с помощью учителя, но так чтобы последний учил детей задавать правильные вопросы и искать ответы в соответствующей области. Теоретический материал важен, но не в таком виде как его подают в академической литературе или на лекции в университете. Необходим подход дифференциации информации и на более примитивных примерах[4,c.13]. Тогда уже на этапе поступления и обучения в высшее учебное заведение или на начальном этапе работы, многие как теоретические, так и практические  вещи будут более понятны и реализуемы. 

Источники: занимательная робототехника http://edurobots.ru/katalog-kruzhkov-robototexniki-search/


                                            Список литературы
            1. Изучение робототехники с использованием Python/Лентин Джозеф; пер. с анг. А. В. Корягин. – М.: ДМК Пресс, 2019..
            2. Образовательная робототехника (LegoWeDo). Сборник методических рекомендаций и практикумов/ А.В. Корягин   — М.:ДМК Пресс, 2016.
            3. Программирование искусственного интеллектав приложениях/ М. Тим Джонс;  пер. с анг. А.И. Осипов – М.:ДМК Пресс , 2018.
            4. Python для детей. Самоучитель по программированию/ Джейсон Бриггс; пер. с англ. Станислава Ломакина; [науч. ред. Д. Абрамова]. – М.: Манн, Иванов и   Фербер, 2017.

            5. Физические эксперименты с Lego EV3. А.В. Корягин  - ДМК-Пресс, М. 2019г. 




Разработка игр, как наглядный метод применения школьных и внешкольных знаний в прикладном формате цифрового мира.

Почти все дети задают себе и учителям вопрос, а зачем им:

—  та или иная тема для изучения?

— тот или иной предмет?

— формулы, теоремы и законы?

Ведь главный аргумент у ребят, что в повседневной жизни им это не пригодится, и в целом они правы. В повседневной жизни с рутинными обязанностями вряд ли это понадобится. Техника усложнилась как на бытовом, так и на промышленном уровне. Любая деятельность стала связана с точностью. Это не только связано с техническими направлениями, но и гуманитарными, и с экономическими. И как раз тут и кроется ответ, что все знания, умения и навыки, которые дети приобретут и усвоят, пропорционально отразятся и на их профессиональных качествах. Успешное овладение профессией напрямую зависит от глубины фундаментальных знаний во многих предметных сферах.

Unity game

В моей педагогической практике основными направлениями демонстрации важности фундаментальных знаний, умений и навыков являются разработка роботов и компьютерных приложений, а также разработка компьютерных игр.

Сегодня я хочу написать про полезность введения таких практикумов, как разработка компьютерных игр (интерактивных программ).

Данный практикум имеет массу положительных эффектов:

— мотивация учащихся

— межпредметное взаимодействие

— профориентация

— наглядная демонстрация применений знаний конкретной предметной области

— проектная деятельность

— формирование значимых проектов для портфолио в профессиональной деятельности

Первое впечатление, что разработка игр – это несерьёзное занятие, как, например, изучение языка программирования через среду minecraft. Это ОЧЕНЬ ошибочное мнение.

На данное мнение есть очень хороший ответ в статье для программистов.

Только посмотрите на этапы создания игры, а после просмотра списка литературы у всех отпадут сомнения в целесообразности обучения разработке игр.  Даже прочитав половину из изложенного материала, вы увеличите свой словарный запас вдвое, не говоря уже о знаниях, которые отложатся в сознании.

На многих игровых порталах часто проходит анализ рынка игр и, поверьте, масштабы круговорота денежных средств зашкаливает. Умение создавать игры – это не только сами игры, но и любой интерактивный контент от простого пользовательского окна с анимированными кнопками (как для интерактивных досок),  до больших виртуальных лабораторий и экскурсий. Например, в МЧС и военной индустрии есть отделы по разработке симуляторов различных катаклизмов, ландшафта и климата, военных ситуаций и многое другое.

Конечно, сразу бросаться учить детей создавать игры, если у вас нет опыта разработки, бессмысленно. Для начала нужно попробовать сделать простой игровой проект самостоятельно.

Есть два основных варианта:

— самостоятельное освоение премудрости игростроя (читать книги, смотреть видеоуроки, экспериментировать);

— обучение созданию игр на курсах, семинарах и вебинарах  (пройти путь создание игры по чёткой отработанной программе).

Я рекомендую сочетать два этих пути. Первый путь хорош и на первый раз экономически выгоден, но в нём есть подводные камни в форме закрепления неисправляемых ошибок и большого времени освоения. Создавая проекты таким способом, вы не всегда сможете понять причину «корявости» игрового элемента, а некоторые функции могут работать не так, как вы хотели, и многие книги издаются к тому моменту, когда версии игровых движков или языка программирования меняются и старые решения, зачастую, становятся бесполезными. Второй путь поможет вам быстро понять суть создания игр и получить базовые знания, умения и навыки за короткий срок, но многие глубокие  вещи или профессиональные вы получите только на другом курсе «для опытных» или в рамках митапов и хакатонов. Зная базовые вещи, вам не составит труда углубиться в тонкости разработок, идя по первому пути.

Итак, что нужно в первую очередь сделать, чтобы приступить к познанию тонкостей создания игр и дальнейшему преподаванию детям? В первую очередь нужно опираться на свой багаж знаний. В зависимости от него нам нужно выбрать «игровой движок» — некую среду с набором инструментов для быстрой разработки игр под определённые платформы.
Самый распространённый список движков:

CryENGINE 3 Free SDK

Unreal Development Kit (UDK)

Unity3D

Unreal Engine

Lumberyard

Game Maker Studio

Panda 3D

Blender game engine

Minecraft and python

О каждой из этих сред разработки вы можете изучить самостоятельно и выбрать оптимальное решение.

Рекомендую изучить несколько платформ и создать на них игровой проект.

На занятиях с детьми мы применяем движок от Blender и Unity.

Для первых двух у нас разработан учебный курс, как для детей, так и для взрослых (курс повышения квалификации в рамках применения информационных технологий в образовании).

Разработка игр не может быть без знаний основ:
—  программирования (основополагающее – это математическая логика и фундаментальные алгоритмы),

— 3d моделирования и анимации (топология, композиция, скульптинг, виды анимации),

— математики и физики,

— game design (опора на историю эпохи, большой литературный кругозор, знание географии и биологии),

— звукового сопровождения (опыт воспроизведении звучания объектов живой и не живой природы, применение звуковых трюков для актуализации сцены).

Сначала ребёнок изучает основы, а затем ему даётся возможность самому создать игру. Пусть она будет простая, но работающая.

Вот некоторые игры, которые дети разработали.

Поиск сокровищ 
Игра от первого лица, где можно собирать драгоценные кубики и взаимодействовать с ботом.


Симулятор жизни муравья 

Игра от третьего лица. Игра-симулятор жизни муравья в достаточно шуточном формате.



Детям это очень нравится и тут они реально встречают проблемы, решение которых, без определённых знаний, невозможны. Конечно, для детей разного возраста и багажа знаний лучше давать задания соразмерные, по силам.  После первого опыта создания проекта такого масштаба самопроизвольно детям приходит мысль, что, чтобы сделать игру более сложную и детализированную, нужно формировать коллектив разработчиков и распределять задачи.

На основе такой проектной деятельности выявляются  дети, тяготеющие к определённой профессии, что также плюс к профориентации учащихся.

Постигайте мир компьютерных игр и учите детей, а мы вам в этом поможем.






Видеоcъемка и фотосъёмка на Raspberry pi в облако.

Здравствуйте дорогие читатели моего блога. Сегодня статья посвещана организации процесса фото - и видиосъёмки с микрокомпьютера Raspberry pi...