Вивчення робототехніки методами дистанційного навчання в умовах кризових обмежень

Заголовок (англійською): 
Studying robotics through distance learning methods in crisis conditions
Автор(и): 
Луценко В. Ю.
Запривода А. В.
Гаврюков О. В.
Бондарчук О. В.
Точиліна Т. М.
Філіпенко І. І.
Автор(и) (англ): 
Lutsenko V.
Zapryvoda A.
Gavryukov А.
Bondarchuk O.
Tochilina T.
Filipenko I.
Ключові слова (укр): 
дистанційна освіта; STEM-технології; робототехніка; концептуальне моделювання; проєктування; контролер; периферійний пристрій, віртуальна модель
Ключові слова (англ): 
distance education; STEM-technologies; robotics; conceptual modeling; designing; controller; peripheral device; virtual model
Анотація (укр): 
Інтенсивний розвиток інформаційних технологій та їх застосування на виробництві обумовлює неперервне зростання вимог до рівня теоретичної і практичної підготовки фахівців у галузі автоматизації технологічних процесів. Вирішення цієї проблеми потребує застосування комплексного підходу до організації навчання, що передбачає розроблення нових методів і методик викладання, а також постійну актуалізацію навчальних матеріалів. Аналіз практичного досвіду викладання за таких умов дає змогу виокремити особливий напрям в освіті, що поєднує методи наукових досліджень, технологій, інженерних навичок та математичні знання, і має назву STEM-освіти. Реалізувати повною мірою інтегральний характер STEM-підходу вдається в ході вивчення робототехніки. Розробка робототехнічних засобів поєднує елементи механіки, електроніки, теорії машинобудування, вимірювання, програмування, автоматизованого управління, інформаційно-комунікаційних технологій. Викладання робототехніки на інженерних спеціальностях сприяє підвищенню загального рівня підготовки, розвитку творчих здібностей і комунікаційних навичок. Традиційно під час вивчення робототехніки значна частина часу приділяється роботі з обладнанням, проте спочатку карантинні обмеження, а зараз обмеження, що пов’язані з веденням бойових дій, обмежують можливості такого доступу. Логічним вирішенням цієї ситуації є організація освітнього процесу в дистанційній формі. У роботі обґрунтовано необхідність доповнення й узгодження методів дистанційної освіти з урахуванням культурно-психологічних та соціологічних чинників, обумовлених веденням бойових дій. Пропонується розширити курс основ робототехніки тематикою, що розглядає теорію і практичне застосування концептуального моделювання в проєктуванні робототехнічних систем та комплексів. Проаналізовано й аргументовано можливість проведення практичних і лабораторних занять на базі on-line платформ Tinkercad Circuits та WokWi. Запропоновано приклади, що демонструють потенціал і можливості застосування цього програмного забезпечення сумісно з методами концептуального моделювання.
Анотація (англ): 
The rapid development of information technologies and their application in production necessitates the continuous increase in the theoretical and practical training requirements for specialists in the field of automation of technological processes. Addressing this issue requires a comprehensive approach to organizing education, which includes the development of new teaching methods and techniques, as well as the constant updating of educational materials. Analyzing practical teaching experience under such conditions highlights a special direction in education that combines methods of scientific research, technology, engineering skills, and mathematical knowledge, known as STEM education. The full integration of the STEM approach is most effectively realized through the study of robotics. The development of robotic systems combines elements of mechanics, electronics, machine theory, measurement, programming, automated control, and information and communication technologies. Teaching robotics in engineering specialties enhances overall training levels, fosters creative abilities, and improves communication skills. Traditionally, a significant portion of time in robotics studies is devoted to working with equipment. However, initially due to quarantine restrictions and now due to limitations associated with ongoing hostilities, such access is restricted. A logical solution to this situation is the organization of the educational process in a remote format. This paper substantiates the need to supplement and coordinate remote education methods considering the cultural, psychological, and sociological factors influenced by the hostilities. It is proposed to expand the robotics basics course with topics covering the theory and practical application of conceptual modeling in the design of robotic systems and complexes. The possibility of conducting practical and laboratory classes based on online platforms such as Tinkercad Circuits and WokWi is analyzed and justified. A series of examples demonstrating the potential and capabilities of using this software in conjunction with conceptual modeling methods is proposed.
Публікатор: 
Київський національний університет будівництва і архітектури
Назва журналу, номер, рік випуску (укр): 
Управління розвитком складних систем, номер 59, 2024
Назва журналу, номер, рік випуску (англ): 
Management of Development of Complex Systems, number 59, 2024
Мова статті: 
Українська
Формат документа: 
application/pdf
Документ: 
165-173.pdf
Дата публікації: 
20 Ноябрь 2024
Номер збірника: 
59
Розділ: 
ІНФОРМАТИЗАЦІЯ ВИЩОЇ ОСВІТИ
Університет автора: 
Київський національний університет будівництва і архітектури, Київ; Запорізький державний медико-фармацевтичний університет, Запоріжжя
Литература: 
  1. Концепція розвитку природничо-математичної освіти (STEM-освіти). URL: https://zakon.rada.gov.ua/laws/show/960-2020-%D1%80#Text
  2. Інститут модернізації змісту освіти. STEM-освіта. URL: https://imzo.gov.ua/stem-osvita/
  3. Harting K., Erthal, M. (2005). History of distance learning. Information Technology, Learning, and Performance Journal. –2005.– Vol. 23, Iss. 1. 35–44
  4. Kentnor H. (2015). Distance Education and the Evolution of Online Learning in the United States. Curriculum and Teaching Dialogue. Volume 17.– 2015. – Numbers 1 & 2. 21–34. URL:https://digitalcommons.du.edu/cgi/viewcontent.cgi? article=1026&context=law_facpub.
  5. Кухаренко В. Дистанційне навчання. Енциклопедичне видання: навч.-метод. посіб. 2007. Київ, Україна: ТОВ Редакція «Комп’ютер». URL: http://library.kpi.kharkov.ua/files/new_postupleniya/dictna.pdf.
  1. Кухаренко В. М., Бондаренко В. О. (2020). Екстрене дистанційне навчання в Україні: монографія. 2020. Харків, Україна:. Вид‑во КП «Міська друкарня». URL: http://library.kpi.kharkov.ua/files/new_postupleniya/ekdina.pdf
  2. Маятіна Н., Лисенко Т., Дмитрієнко О. Сучасні моделі дистанційного навчання. Український педагогічний журнал. № 2. 2021. С. 84–95. https://doi.org/10.32405/2411–1317–2021–2–84–95
  3. Ляска О, Чаграк Н., Стриженко Т. Оцінювання ефективності технологій викладання в умовах дистанційної освіти. Український педагогічний журнал. № 1. 2021. С. 106–115. https://doi.org/10.32405/2411–1317– 2021–3–106–115
  4. Морзе Н. В., Струтинська О. В., Умрик М. А. Освітня робототехніка як перспективний напрям розвитку STEM освіти. Відкрите освітнє середовище сучасного університету. 2018. № 5. С. 178-187. URL: http://openedu.kubg.edu.ua/journal/index.php/openedu/article/view/175/233#
  5. Alhammad M. M., Moreno A. M. Gamification in software engineering education: A systematic mapping, Journal of Systems and Software 141 (2018), Р.131–150.
  6. Wohlin C., Regnell B. Strategies for industrial relevance in software engineering education, Journal of Systems and Software 49 (1999), Р. 125–134.
  7. Gannod G. C., Burge J. E., Helmick M. T. Using the inverted classroom to teach software engineering, in: 30th Int. conference on Software Engineering, 2008, Р. 777–786.
  8. Daun M., Grubb A. M., Stenkova V., Tenbergen B. A systematic literature review of
    requirements engineering education, Requirements Engineering 28 (2023), Р.145–175
  9. Buchmann R., Ghiran A.-M., Döller V., Karagiannis D. Conceptual modelling in education:
    a position paper, in: 4th Workshop on Managed Complexity, 2019.
  10. Buchmann R. A., Ghiran A.-M., Döller V., Karagiannis D. Conceptual modeling education as a “design problem”, Complex Systems Informatics and Modeling Quarterly (2019), Р. 21–33
  11. M. Shaw. Software engineering education: A roadmap, in: Conf. on the Future of Software
    Engineering, 2000, Р. 371–380.
  12. Manjunath M., Jesus Raja J., Daun M. How teaching conceptual modeling to robotics students changes their perception of software engineering, CEUR Workshop Proceedings, Vol. 3618, 2023.
  13. Arduino Hardware. URL: https://www.arduino.cc/en/hardware
  14. ESP 32. URL: https://www.espressif.com
  15. AUTODESK Thinkercad. URL: https://www.tinkercad.com
  16. WOKWI. URL: https://wokwi.com.

 

References: 
  1. Concept of development of science and mathematics education (STEM education). URL: https://zakon.rada.gov.ua/laws/show/960-2020-%D1%80#Text
  2. Institute of Modernization of the Content of Education. STEM education. URL: https://imzo.gov.ua/stem-osvita/
  3. Harting, K., Erthal, M. (2005). History of distance learning. Information Technology, Learning, and Performance Journal, 23, 1, 35–44
  4. Kentnor, H. (2015). Distance Education and the Evolution of Online Learning in the United States. Curriculum and Teaching Dialogue, 17, 1 & 2, 21–34. URL:https://digitalcommons.du.edu/cgi/viewcontent.cgi? article=1026&context=law_facpub
  5. Kukharenko, V. М. (2007). Distance Learning. Encyclopedic edition: Education – method. manual Kyiv, Ukraine: "Computer" Editorial Office LLC. URL: http://library.kpi.kharkov.ua/files/new_postupleniya/dictna.pdf
  6. Kukharenko, V., Bondarenko, V. (2020). Emergency distance learning in Ukraine: Monograph. Kharkiv, Ukraine: Publishing House of KP "City Printing". URL: http://library.kpi.kharkov.ua/files/new_postupleniya/ekdina.pdf
  7. Mayatina, N., Lysenko, T., Dmytrienko, O. (2021). Modern models of distance learning. Ukrainian Pedagogical Journal, 2, 84–95.https://doi.org/10.32405/2411–1317–2021–2–84–95
  8. Lyaska, O., Chagrak, N., Stryzhenko, T. (2021). Evaluation of the effectiveness of teaching technologies in the conditions of distance education. Ukrainian Pedagogical Journal, 106–115. https://doi.org/10.32405/2411–1317– 2021–3–106–115.
  9. Morse, N. V., Strutynska, O. V., Umryk, M. A. (2018). Educational robotics as a promising direction for the development of STEM education. The open educational environment of a modern university, 5, 178–187. URL: http://openedu.kubg.edu.ua/journal/index.php/openedu/article/view/175/233#
  10. Alhammad, M. M., Moreno, A. M. (2018). Gamification in software engineering education: A systematic mapping, Journal of Systems and Software, 141, 131–150.
  11. Wohlin, C., Regnell, B. (1999). Strategies for industrial relevance in software engineering education. Journal of Systems and Software, 49, 125–134.
  12. Gannod, G. C., Burge, J. E., Helmick, M. T. (2008). Using the inverted classroom to teach software engineering, in: 30th Int. conference on Software Engineering, Рp. 777–786.
  13. Daun, M., Grubb, A. M., Stenkova, V., Tenbergen, B. (2023). A systematic literature review of requirements engineering education. Requirements Engineering, 28, 145–175
  14. Buchmann, R., Ghiran, A.-M., Döller, V., Karagiannis, D. (2019). Conceptual modelling in education: a position paper, in: 4th Workshop on Managed Complexity.
  15. Buchmann, R. A., Ghiran, A.-M., Döller, V., Karagiannis, D. (2019). Conceptual modeling education as a “design problem”. Complex Systems Informatics and Modeling Quarterly, 21–33
  16. Shaw, M. (2000). Software engineering education: A roadmap, in: Conf. on the Future of Software Engineering, 371–380.
  17. Manjunath, M., Jesus Raja, J., Daun, M. (2023). How teaching conceptual modeling to robotics students changes their perception of software engineering, CEUR Workshop Proceedings, 3618.
  18. Arduino Hardware. URL: https://www.arduino.cc/en/hardware.
  19. ESP 32. URL: https://www.espressif.com.
  20. AUTODESK Thinkercad. URL: https://www.tinkercad.com.
  21. WOKWI. URL: https://wokwi.com.