ФГОС и BeetleBlocks, что общего? Трехмерные решения в прямом и переносном смысле

Александр Григорьев

В 1980 году произошло событие, которое сейчас мало кто помнит. Свет увидела книга «Mindstorms: Children, Computers And Powerful Ideas». Написал ее Сеймур Пейперт (Seymour Papert), выдающийся математик, являющийся одним из основоположников теории искусственного интеллекта, программист и психолог. В своей книге он рассказал подходе к обучению детей, базирующемся на теории Жана Пиаже, но использующем новое средство — персональный компьютер с программой, позволяющей детям воссоздавать и исследовать то, что они видят вокруг себя. Такой программой был язык Лого, написанный Сеймуром Пейпертом в сотрудничестве с Идит Харель. И черепашья графика, о которой мы будем сегодня говорить, рассматривалась как доступное ребенку средство моделирования объектов и законов физического мира, как понятный язык, на котором юный исследователь может общаться в той виртуальной стране, в которой находится. Автор называл ее страной “Mathland” («земля знаний»). Роль компьютера в подобном общении меняется на диаметрально противоположную — из «тренера» для ребенка он превращается в «тренируемого», в того, кого ребенок обучает новым командам, новым возможностям. А обучая, обучается и сам.

В 1989 году издательством «Педагогика» книга была издана на русском языке, а ее название переведено как «Переворот в сознании: Дети, компьютеры и плодотворные идеи». В качестве рецензентов и редакторов выступали сотрудники кафедры возрастной и педагогической психологии факультета психологии Московского Государственного Университета имени Ломоносова.

«До появления компьютеров общество не обладало средствами, способными придать процессу обучения естественный, неформализованный характер. Поэтому о кардинальном изменении концепций обучения речи быть не могло. В отличие от многих специалистов, пытающихся превратить компьютер из «средства» в «цель»… … для С. Пейперта компьютер — это лишь инструмент, с помощью которого обучение (а точнее говоря, учение) может стать более интересным, быстрым, простым… …, а получаемые знания и навыки — более глубокими и обобщенными. По сути дела С. Пейпертом предложена концепция школы будущего, в основе которой лежат естественное любопытство детей и средства удовлетворения этого любопытства» (А.В. Беляева, В.В. Леонас).

В 1993 году появился первый Федеральный Государственный Образовательный Стандарт. Сотрудники факультета психологии МГУ принимали в его разработке самое непосредственное участие. И как человек, который учился в то самое время на том самом факультете и той самой кафедре у тех самых людей, могу утверждать, что совпадения и пересечения идей ФГОС с мыслями, изложенными Сеймуром Пейпертом, вовсе не случайны. Идут годы и десятилетия, а его книга не становится менее актуальной. Чтобы убедиться, просто прочтите ее сами. Очень многое все еще ждет своего воплощения. Инерция человеческого мышления, о которой писал автор («феномен QWERTY»), по-прежнему очень сильна.

Со временем на базе языка Лого и в рамках реализации тех же идей был разработан Scratch и его многочисленные модификации, в числе которых следует особо отметить mBlock и “Snap!” (прежнее название BYOB - “Build Your Own Blocks”). Впрочем, Лого продолжал и продолжает жить. А теперь еще существуют “StarLogo TNG” (The Next Generation) и “BeetleBlocks”, которые перенесли действие в трехмерное пространство. Сегодня дети управляют реальными роботами, создают трехмерные компьютерные игры и реальные предметы при помощи тех же команд черепашьей графики и того же самого простого, теперь уже визуального языка программирования.

О том, как использовать BeetleBlocks, мы уже говорили. Кстати, прилагаю обновленную версию набора блоков для рисования, импортировав который в собственный проект, легко получить трехмерную модель, похожую на ту, что изображена ниже. Данная фигура представляет собой «маячок» из восьми уголковых отражателей, хорошо заметный для учебного робота, вооруженного ультразвуковым дальномером.

Download
Flat_drawing_blocks.zip
Compressed Archive in ZIP Format 748 Bytes

Напомню, что исполнителем команд в среде BeetleBlock является некий «жучок», двигающийся по трехмерному пространству, и способный оставлять на своем пути след в виде «колбаски» заданной толщины либо различных геометрических фигур. Управляя перемещением «жучка» можно получить разнообразные объекты, а затем скачать их в виде STL файла, пригодного для печати на 3D-принтере.

Сегодня мы выйдем за рамки плоскости. Нам предстоит создать заготовку для будущего додекаэдра, одного из пяти правильных многогранников. Эта фигура будет представлять собой половинку додекаэдра, своего рода «вазочку», пятиугольник — основание, плюс пять смежных пятиугольников.

Итак, какими средствами и знаниями мы располагаем.
- Наш жучок способен оставлять след произвольной толщины во время перемещения, пусть толщина следа будет составлять 10 мм («set extrusion Dia. to (10)», «start extrusion (lines)»).
- Перемещение жучка вперед командой «move(расстояние)».
- Поворот в горизонтальной плоскости командой «rotate (Z) by (угол)». Положительное значение — поворот налево, отрицательное — направо. У самолета подобный маневр назывался бы «рыскание». Напомню, что система координат привязана к жучку, это принципиально важно, и именно поэтому легко понимать, что происходит!
- Заваливание на правое или на левое крыло, «крен» — команда «rotate (X) by (угол)». Положительное значение — крен на левое крыло, отрицательное — на правое.
- Опускание или поднимание носа, «тангаж» — команда «rotate (Y) by (угол)». Положительное значение — нос вверх, отрицательное — вниз.
- Двугранный угол между любыми двумя смежными гранями додекаэдра равен arccos(-1/?5) (примерно 116°,565).

Мы ограничимся поворотами в горизонтальной плоскости, пока рисуем одну грань, а при переходе от одной грани к другой будем менять лишь «крен» нашего «летуна».

Вначале создадим блок под названием «пятиугольник», пусть длина его грани будет равна 30 мм.

Теперь сама программа. Упс… Получилось не то, но тоже интересно.

Пытаемся представить себя на месте жучка, понять, с какой стороны возникает пятиугольник… Второй вариант программы и искомая фигура.

Теперь скачиваем STL файл и печатаем его, получаем готовое изделие.


Готовый проект:
Download
half_of_dodekaedr.zip
Compressed Archive in ZIP Format 56.6 KB