Образовательная робототехника предполагает широкую компьютеризацию учебного процесса, поскольку компьютер - это незаменимый инструмент для проектирования, конструирования и программирования роботов. По этой причине робототехника может считаться метадисциплиной, которая включает в себя некоторые другие дисциплины, навыки и умения. Важная часть занятий — безопасная, стабильная и эффективная работа с современным компьютером. Большинство преподавателей робототехники и информатики начинали с ОС Windows, и многие до сих пор её используют в своей образовательной деятельности, несмотря на известные риски. Предлагаю коллегам и всем интересующимся познакомиться с моим опытом интеграции ОС «Альт Образование» 10 в учебный процесс в классе детско-юношеской робототехники.
Рабочий стол ОС «Альт Образование» 10
Загрузить ОС «Альт Образование» 10 можно с официального сайта.
Посмотреть видео об установке ОС на ПК можно по данной ссылке.
Большинство необходимых приложений уже включено в дистрибутив ОС «Альт Образование» 10, если для их установки вы выбрали соответствующие опции в меню Установщика «Альт Образование». Для инсталляции и обновления дополнительных программ понадобятся права администратора, их можно получить, выполнив в Терминале (Консоли) команду su -. Обновляем ОС следующими командами в терминале — apt-get update && apt-get dist-upgrade && update-kernel && apt-get clean и перезагружаем компьютер командой reboot.
Разработчики ОС «Альт Образование» 10 рекомендуют устанавливать приложения из официального хранилища программных пакетов (репозитория) P10, он настроен по умолчанию. Перед установкой нового приложения из репозитория я обычно выполняю в Терминале команду apt-get update, чтобы обновить списки программ в хранилище, а потом уже apt-get install [НАЗВАНИЕ ПРИЛОЖЕНИЯ]. Кроме того, список доступных для установки приложений из официального репозитория доступен в менеджере пакетов Synaptic или в Центре приложений.
В случае, если учителю будет необходимо установить дополнительный софт, который не представлен в официальном репозитории, он может воспользоваться другими способами, например, с помощью Flatpak или Epm. Подробнее об установке дополнительного ПО для образования можно прочитать на ALT Linux Wiki.
На ALT Linux Wiki доступны инструкции по установке дополнительного ПО
Обладая внушительным набором востребованного в образовательной среде программного обеспечения, ОС «Альт Образование» 10 становится надёжнейшим помощником любого преподавателя. Учителя информатики, например, могут найти в данной ОС такие популярные приложения как PascalABC.NET, «Кумир», «Пиктомир» и др. Для обучения программированию на Python пригодится программа Thonny. Для разработки на C++ можно использовать Geany. Полезные для учеников приложения найдут для себя учителя физики, химии, математики и технологии. Кроме того, «Альт Образование» 10 поддерживает огромное количество периферии — принтеров и сканеров. Так же я проверил работоспособность системы в мультимониторной конфигурации и с проектором — никаких трудностей не возникло.
Как и любая современная операционная система, ОС «Альт Образование» 10 нуждается в правильной эксплуатации. Поэтому я рекомендую начать знакомство с этой ОС с изучения Руководства пользователя, которое есть на Рабочем столе установленной системы или по ссылке.
Мой опыт работы с семейством ОС «Альт» показывает, что для стабильной работы системы достаточно хотя бы раз в месяц обновлять ПО штатными средствами, лучше из командной строки, с обновлением ядра, не менять настройки подключённых репозиториев и устанавливать дополнительные программы только рекомендуемым способом и из рекомендуемых разработчиками ОС «Альт Образование» источников.
В детском центре технического творчества, где я работаю, ОС «Альт» установлена на десятках компьютеров. Оборудование парка ПК нередко обновляется. Поэтому иногда приходится осуществлять новые установки сразу на нескольких ПК. Для этого после установки ОС «Альт Образование» я обычно добавляю нужное мне ПО и настройки с помощью своего скрипта, чтобы не делать это вручную. Состав ПО и способ его автоматической установки является сугубо моим предпочтением и представлен в этой статье только для ознакомления.
Представленные программы я распределил по следующим группам:
Развивающие
1. KnetWalk
2. GCompris
3. Пиктомир
4. Scratch 3
5. LeoCAD
6. KTouch
Инструменты для обучения и проектирования
7. Dia
8. AFCE
9. Fritzing
Симуляторы
10. Colobot
11. SimulIDE
Среды разработки
12. Arduino IDE
13. Processing
14. Geany
15. Thonny
16. Visual Studio Code
Компиляторы и сопутствующие инструменты
17. Konsole
18. Micro
19. GCC
20. Clang
21. Git
EDA/CAD/CAM системы и работа с ЧПУ
22. KiCAD
23. FlatCam
24. Candle
25. FreeCAD
26. Компас 3D
27. Ultimaker Cura
Оформление и публикация проектов
28. LibreOffice
29. OBS Studio
30. Kdenlive
Особенность моей коллекции компьютерных приложений, предназначенных для обучения робототехнике, — это широкий охват развиваемых у учащихся умений, навыков и знаний в таких областях, как логическое мышление, критическое и системное мышление, сенсорика, внимание и память, незаменимый для современного человека навык — слепая десятипальцевая печать, эффективная работа с информацией, самоорганизация и планирование. Кроме этого, в моём кружке обучающиеся учатся навыкам командной работы, которые полезны для реализации больших проектов.
Все приложения из представленного списка методически связаны с тематическим планом моей образовательной программы, представленной ниже:
Тематический план изучения детской робототехники (Arduino)
1. Введение в предмет робототехники
Используются мои презентации и LibreOffice.
2. Электричество, электрическая цепь. Техника безопасности. Электрическая схема. УГО, маркировка и номиналы электронных компонентов. Закон Ома
Презентации из LibreOffice и подборка тематических видеоматериалов.
3. Техника безопасности и работа с электронными инструментами: мультиметр, лабораторный блок питания, осциллограф
Вводный инструктаж по ТБ с применением LibreOffice, тематических видео. Практическая работа.
4. Схемотехника. Понимание электрических схем. Монтаж радиокомпонентов на макетной плате. Тестирование и отладка
Практическая работа с набором «Позитроник».
5. Техника безопасности и основы работы с ПК
Вводный инструктаж по ТБ с применением LibreOffice, тематических видео.
GCompris — большая коллекция обучающих и образовательных игр, упражнений для детей от 4 до 14 лет. В ней ребята прежде всего используют: клавиатурный тренажер, двоичные лампочки, аналоговую электронику, цифровую электронику и программирование лабиринта. В перерывах между занятиями ребята могут переключиться на другие модули из большой коллекции Gcompris.
KTouch — графический клавиатурный тренажер. Необходим для развития навыков «слепой» десятипальцевой печати на клавиатуре компьютера. Практическая работа.
6. Представление электронных устройств в виде моделей с помощью программы Fritzing
Fritzing, программное обеспечение с открытым кодом для виртуального моделирования электрических цепей, схем и электронного оборудования. С помощью неё изучаем аналоговую электронику и схемотехнику.
7. Представление электронных устройств в виде электрических цепей с возможностью запуска для проверки их работы. Симуляция электрических устройств в программе SimulIDE
SimulIDE — открытая и бесплатная программа-симулятор электрических цепей, электронной логики и контроллеров. Крайне полезная программа для обучения ребят схемотехнике! Кстати, с её помощью можно, например, показать учащимся как работает закон Ома во время объяснения темы № 2. Большая практическая работа.
8. Проектирование печатных плат электронных устройств в KiCAD EDA
KiCAD - программный комплекс класса EDA с открытым исходным кодом, предназначенный для разработки электрических схем и печатных плат. Пригодится ребятам для проектирования своих печатных плат. Работа с KiCAD представляет собой образец «сквозного» проектирования электроники, от принципиальной электрической схемы до печатной платы, подготовки производственных файлов, необходимых для изготовления электронных устройств. Большая практическая работа.
9. Техника безопасности и основы работы с ручным инструментом: паяльник, термоклеящий пистолет, ручная дрель
Ссылка на обучающий комикс по пайке для начинающих (в формате PDF).
10. Ручная пайка на печатных платах из заказанных в интернете готовых наборов: «Мультивибратор», «Гирлянда», «Электронный музыкальный инструмент», «Колесо фортуны»
Ссылка на наборы для пайки и монтажа для занятий по робототехнике с 10 лет.
11. Проект «Первая печатная плата». Проектирование в KiCAD с последующим изготовлением на фрезеровальном станке с ЧПУ
Помимо вышеупомянутого KiCAD, также используется следующее ПО:
Flatcam — свободная CAM-программа для генерации g-кода для станков с ЧПУ. Незаменимая программа для генерации управляющих программ на ЧПУ! В моём кружке ребята обрабатывают во FlatCam gerber-файлы, полученные из KiCad.
Candle — приложение GRBL controller с визуализатором G-кода, написанное на Qt. Полезна для изготовления печатных плат на ЧПУ-станке.
12. Знакомство с командной строкой. Интерпретатор Bash и система контроля версий Git
Bash - одна из наиболее популярных современных разновидностей командной оболочки UNIX. Команды Bash необходимы при работе с Git.
Git - открытая и бесплатная система контроля версий. Считаю необходимым учить детей пользоваться этим замечательным средством хранения и управления проектами.
13. Знакомство с платформой Arduino
Arduino IDE — интегрированная среда разработки для Windows, MacOS и Linux, разработанная на С и C++, предназначенная для создания и загрузки программ на Arduino-совместимые контроллеры. Образовательный набор для проведения занятий.
14. Обучение Arduino на примере проектов «Будильник», «Колёсный мобильный робот», аппаратно-программный модуль «Весна»
Arduino IDE, SimulIDE используются для создания проекта, Fritzing (подготовка документации к проекту).
15. Основы 3D-моделирования на компьютере. FreeCAD. Печать на 3D принтере. Мерительный инструмент
FreeCAD — открытая и бесплатная программа для 2D/3D проектирования. Подходит для создания моделей с последующей печатью их на 3D принтере. Для подготовки к печати используется слайсер Ultimaker Cura.
16. Самостоятельные проект учащихся: Учебный проект «Бионический манипулятор»
Используются почти все указанные выше приложения, а также дополнительно:
Libre Office — пакет офисных программ для подготовки текстов и презентации.
Kdenlive — свободный и бесплатный инструмент для создания и обработки видео. Полезный инструмент для редактирования видеоуроков и клипов-презентаций.
OBS Studio — свободная программа с открытым исходным кодом для записи видео и потокового вещания, с помощью данного ПО можно осуществлять видеозапись с захватом экрана.
17. Заключительная конференция с защитой проектов
Libre Office — используется для подготовки текстов и презентации, а Kdenlive и OBS Studio — для создания видеопрезентации проекта.
Обучение программированию на языке C++ для начинающих является дополнительным учебным процессом, в котором ребята могут потренироваться в создании приложений. Для этого я использую софт, представленный в разделе «Компиляторы и Сопутствующие инструменты».
В перерывах между занятиями робототехникой или программированием ребята отдыхают. Чтобы время отдыха было интересным, можно им предложить приложения из раздела «Развивающие».
В статье я попытался охватить широкий спектр программных продуктов, которые могут понадобиться преподавателю для обучения информационным технологиям, техническим и образовательным предметам. На мой взгляд, главное для педагога — не останавливаться на достигнутом и постоянно совершенствовать свою методику преподавания, искать новые инструменты, которые помогают обучать будущих инженеров. Мне интересно услышать от коллег и других пользователей ОС семейства «Альт» любые отзывы, пожелания и предложения.
Выражаю огромную благодарность разработчикам ОС «Альт», сотрудникам компании «Базальт СПО» и Etersoft, сообществу разработчиков и пользователей ОС «Альт» и всем пользователям Linux! Без вас не было бы этого скромного материала.
Автор статьи — педагог дополнительного образования ЦДТТ «Юность» Александр Изотов, rurewa@mail.ru, unost-sp.ru
