Инструмент для развития творческих и аналитических способностей детей младшего и среднего школьного возраста на основе робота-художника

Автор: Мищенко Анна Викторовна

Организация: ООО «Вандербот»

Населенный пункт: Московская область, г.Королев

Автор: Гаврилин Николай Павлович

Организация: ООО «Вандербот»

Населенный пункт: Московская область, г.Королев

Аннотация

В статье предлагается рассмотреть новый инструмент - робота-художника, в качестве комплексного решения для приобретения детьми как теоретических знаний, так и практических навыков, в том числе: работы с роботами, с красками, с нейросетями последнего поколения (Stable diffusion, Chat GPT). Данный инструмент может стать помощником в новых подходах и методиках современного образования. В этой статье рассматривается потенциал использования робота-художника в качестве комплексного инструмента в образовании. В нем рассматривается, как использование робота-художника может помочь школьникам критически мыслить и находить творческие и нестандартные решения задач, развивать пространственное восприятие и внимание к деталям, исследовать свой собственный творческий потенциал и увлекательно изучать технологии. Кроме того, показано, как использование робота-художника может быть полезным в преподавании таких актуальных областей, как робототехника, программирование, инженерия, математика и искусство, а также как это может помочь школьникам научиться работать в команде как друг с другом, так и с преподавателем для совместного решения сложных задач.

Abstract

The article proposes to consider a new tool - a robot artist, as a comprehensive solution for children to acquire both theoretical knowledge and practical skills, including: work with robots, with paints, with neural networks of the latest generation (Stable diffusion, Chat GPT). This tool can become an assistant in new approaches and methods of modern education. This article examines the potential of using a robot artist as a comprehensive tool in education. It examines how the use of a robot artist can help schoolchildren think critically and find creative and non-standard solutions to problems, develop spatial perception and attention to detail, explore their own creative potential and study technology in an exciting way. In addition, it is shown how the use of a robot artist can be useful in teaching such topical areas as robotics, programming, engineering, mathematics and art, as well as how it can help students learn to work in a team both with each other and with a teacher to solve complex problems together.

 

Ключевые слова: робот-художник, творчество, аналитические способности, нейросеть, развитие детей.

Keywords: robot artist, creativity, analytical abilities, neural network, child development.

 

 

 

Дисциплины, которые развивают воображение ребенка, а также его навыки в области технологий, становятся все более актуальными, играют все более важную роль в нашей жизни, и очень важно, чтобы учащиеся могли эффективно их использовать.

Для будущего выпускника важно, что многие навыки и умения, необходимые для успеха в большинстве высокооплачиваемых современных профессий, связаны с ИТ-навыками и креативностью. Необходимо хорошо разбираться в компьютерах и программном обеспечении, а также уметь нестандартно мыслить, когда дело доходит до решения проблем.

Можно сказать, что креативность является одним из ключевых навыков на современном рынке труда. Способность выдвигать инновационные идеи и творчески мыслить о том, как они могут быть реализованы в профессиональной среде, очень ценна. Это требует использования своего воображения, чтобы придумать уникальные решения, которые могут помочь быстро и эффективно решать профессиональные задачи.

Для того чтобы дети развивали эти навыки, им необходим доступ к соответствующим инструментам, которые могут помочь им лучше понять технологию или дать им идеи о том, как они могут применить свои навыки творческого мышления в профессиональной среде. Школам желательно предоставлять учащимся возможность практиковать эти навыки с помощью интерактивных мероприятий, таких как задачи по кодированию или арт-проекты, которые позволяют им применять свои знания на практике и получать возможность самореализации.

Хорошо также зарекомендовали себя методики преподавания, включающие сотрудничество между учителями и учащимися, чтобы они могли вместе работать над проектами, требующими как ИТ-навыков, так и креативности. Это поможет создать среду, в которой учащиеся будут чувствовать себя комфортно, свободно выражая свои идеи, не опасаясь осуждения или критики со стороны сверстников или учителей.

В отношении изобразительного искусства как предмета, развивающего творческие способности, известны методы развития креативности у детей средствами нетрадиционного рисования [14]. Однако они, как правило, представляют собой определенную узкую технику рисования, например, рисование ладошками или с помощью нити, плюс требуют навыков этих техник у преподавателя.

Также общеизвестно, что для развития именно творческих способностей, не привязанных к той или иной технике, например, рисования, очень желательно владение этой техникой на сколь-нибудь приемлемом уровне, на достижение которого в рамках школьной программы зачастую просто нет времени.

Предлагаемый инструмент - рисование при помощи робота, лишен ряды указанных недостатков, и не отменяет, а дополняет существующие программы.

Существуют как роботы-художники в качестве средства самовыражения художника в серьезных арт-проектах, так и игрушечные для детей - умеющие рисовать карандашом и фломастерами относительно простые фигурки.

Однако об использовании роботов художников в качестве инструмента школьной программы для развития на сегодняшний день неизвестно.

Представленный в статье образовательный проект “робот-художник для детей” не претендует на мировую новизну, однако вполне возможно, мы одни из первых, кто занимается этим вопросом. Так, например, в настоящее время Академия Цифровых технологий (АЦТ), организация дополнительного образования разрабатывает совместно с нами программу по внедрению робота-художника в структуру обучения. Есть интерес со стороны иностранных образовательных учреждений. Так, после участия в нескольких, в том числе международных, арт-выставках и ИТ-форумах, получения инвестиций на дальнейшее развитие, выяснился достаточно высокий спрос на робота-художника со стороны образования, как от классических школьных организаций, так и, например, организаций дополнительного образования в рамках методики STEAM.

STEAM (Science, Technology, Engineering, Arts, Mathematics) - образовательный подход, который включает эти пять дисциплин в единую учебную программу.

Это не исчерпывающий круг запросов, также, например, есть интерес со стороны организаций, занимающихся реабилитацией и развитием людей с ограниченными возможностями и ряда других.

Уже сейчас инструмент робот-художник позволяет реализовать несколько сценариев развития творческого мышления детей.

Интерфейс реализует алгоритм рисования роботом, и пошагово позволяет создать картину на любой ровной поверхности: холсте, фанере или листе бумаги - как с участием человека, что в рамках данной статьи особенно актуально, так и без него.

Что кажется особенно важным - данный инструмент позволяет начать рисовать буквально в пару нажатий кнопки - “загрузить картинку” и “начать рисование”, то есть порог входа доступен даже детям младших классов. При этом возможности дальнейшего усложнения заданий по разным направлениям достаточно широки.

 

Рис.1. Загружаемое цифровое изображение и элементы интерфейса.

 

Ряд задач возникает уже при выборе исходного изображения. Следует отметить, что робот не делает копии, это не принтер. Скорее цифровое изображение служит отправной точкой, как натура для художника. Так вот, к данным задачам можно отнести: найти изображение по каким-либо художественным критериям или получить его самому, то есть сфотографировать; обосновать художественный выбор той или иной картинки, аналитически подобрать картинку с учетом некоторых ограничений робота в возможностях рисования и так далее.

После освоения базового интерфейса, школьник получает доступ к многочисленным настройкам: выбору палитры, стиля рисования, возможности менять цветогамму исходного изображения и многим другим.

Также интерфейс включает в себя две современные нейросети:

Stable diffusion - позволяет по текстовому описанию создавать любые цифровые картинки, ChatGPT - текстовая нейросеть, используется в качестве помощника - например при выборе темы рисования или обосновании выбранного сюжета.

Описанию возможностей применения данных нейросетей, рассчитанных уже скорее на детей среднего и старшего школьного возраста планируется отдельная статья, в этой статье рассматривается сценарий использования инструмента без них.

Кроме того, для детей старшего школьного возраста появляется возможность самостоятельного создания собственных уникальных стилей робоживописи – задача, требующая умения совмещать аналитический подход с базовыми знаниями в области живописи, это также тема отдельной статьи.

После ознакомления с интерфейсом наступает черед практического взаимодействия с различными красками, холстом и кистями. Этому помогают видеоинструкции, созданные профессиональными художниками, уже освоившими робоживопись.

Далее идет ознакомление с роботом - умению подключать и управлять им в ручном режиме, базовым настройкам. Следует отметить, что коллаборативные роботы, используемые в проекте, настроены отключаться при столкновении с предметом, поэтому не представляют угрозы, что, конечно же, не отменяет технику безопасности.

Рис. 2. Процесс рисования и результат.

 

В отношении задействования робота-художника в части информатики и математики ведется разработка дополнительных окон с возможностью вставки кода учениками, например, такого (для языка Python):

Y=[ ]

m=100

for x in range(m):

y = sin(x)

Y.append(y)

print(Y)

Преимущество изучения программирования и информатики в рамках данного инструмента, в том, что, например, “волны” - график функции sin(x) могут быть тут же нарисованы как составная часть самой картины - в разных цветах и количестве, и дополнить существующий рисунок, то есть в прямом смысле соединить науку и искусство.

Выступления на профильных форумах позволили уточнить, в каких именно составляющих работы с роботом-художником в большей степени задействовано творчество, в каких аналитическая составляющая мышления, где работа по приобретению навыков в сфере ИТ.

Алгоритм рисования был разработан авторами в 2019 году и совершенствуется по сей день. Более чем трехлетний период применения робота, участия в международных выставках и на форумах, позволил сделать контринтуитивный для неспециалиста в живописи вывод: для рисования сложных, многослойных, полноцветных картин роботом (и очень вероятно, человеком) в высокой степени необходим аналитический подход, чтобы точно передать цвета, формы и детали картины - поскольку это все задается программно и настройками интерфейса.

То есть необходимо, чтобы робохудожник проанализировал композицию картины и идентифицировал все ее компоненты, прежде чем пытаться воспроизвести ее. Что проявляется в способности подбирать цвета палитры, идентифицировать формы и определять, как они сочетаются друг с другом для создания целостного изображения. Кроме того, робохудожник должен уметь корректировать настройки в процессе рисования по мере необходимости, чтобы получить желаемые эффекты на картине. Также аналитический подход требует, чтобы робот хорошо разбирался в теории цвета, чтобы точно смешивать краски и создавать картину, верную своему первоначальному сюжету и замыслу.

Рис. 3. Примеры более сложных полноцветных картин.

 

Так, например, элементы аналитического мышления развиваются на этапах:

• отбора конкретной цифровой картинки, с учетом ряда ограничений: выбранной темы, размера холста, ограниченного набора красок (робот умеет смешивать краски прямо на холсте, однако, количество цветов картины очевидно меньше чем на стандартной фотографии),
• анализа цветов цифровой картинки, что повлияет на выбор палитры и стиля рисования,
• возможности написать свой небольшой код (в разработке), например, “запрограммировать” формулу синуса и получить на выходе картинку с “разноцветными волнами”,
• калибровки - то есть “объяснения” роботу, где находится палитра, холст и т.д.

Данный перечень, разумеется, открытый, существует и будет разработано еще довольно много задач с акцентом для развития указанной выше составляющей.

Элементы творческого мышления развиваются, например, на этапах:

• выбора темы, идеи будущей картины, возможно устной или письменной концепции - обоснования выбора темы и сюжета,
• выбора цветовой гаммы будущей картины, отметим, она не обязательно должна совпадать с исходной картинкой,
• выбора стиля, важно, что робот-художник позволяет рисовать в нескольких совершенно различных техниках рисования,
• возможности дорисовки картины после рисования роботом.

Каждый из пунктов представляет собой целый комплекс возможных задач и направлений.

Например, на последнем пункте можно остановиться подробнее.

Одной из сильных черт робота-художника является отличное воспроизводство пропорций, что особенно значимо при рисовании портретов. Детям как правило достаточно сложно соблюдать пропорции человеческого тела, поэтому на первых порах робот может прийти на помощь.

 

Рис. 4. Вариант создания картины на основе контура, нарисованного роботом.

 

Одна из задач на этом этапе для ребенка - может быть закрасить контур, созданный роботом. Существенно, что при этом у ребенка остается правильное ощущение своего авторства или соавторства. Особенно если не требовать от него цветового копирования, а предложить нанести цветовые пятна, подчеркивающие художественную ценность картины.

Более того, можно не раскрашивать собственно глаз, а как на рисунке 3 дополнить глаз некоторой цветовой абстракцией. Можно попросить ребенка попробовать объяснить, почему он выбрал именно такой прием и именно такие цвета.

Другой, в некотором роде обратный вариант - робот создает цветовые пятна, а уже ребенок пытается их уточнить, добавляя картине детали и настроение.

Рис. 5. Визуальные материалы для рисования от цветовых пятен к деталям.

 

Из несколько более продвинутых задач возможны также такие варианты:

• ребенок рисует картину и робот, оснащенный модулем компьютерного зрения, ее потом дорисовывает,
• ребенок и робот по-очереди рисуют картину (например, разделенную на две половины) или каждый “по своему вкусу” уточняет то что написал предшественник,
• для более сложного полноцветного рисования ребенок запоминает принципы разных техник (коллекция которых пополняется с развитием проекта), благодаря функции пошагового, по мазкам воспроизведения процесса рисования картины на компьютере, это позволяет учиться писать картины без необходимости знания той или иной техники преподавателем.

 

Возможности обучения с помощью данного инструмента расширяются также тем, что картину, точнее ее “цифровой слепок”, который мы называем рендер, можно воспроизвести на экране, причем на любой стадии создания картины - от первых мазков широкой кистью и до более тонких, уточняющих и корректирующих. Таким образом можно анализировать цветовую композицию, процесс создания настроения, технику рисования и многое другое.

Рис. 6. Рендер некоторых произвольных иображений.

 

Алгоритм рисования при помощи робота создавался с целью самореализации и самовыражения любого человека без необходимости умения рисовать. Детали процесса создания и результаты представлены в статьях и материалах на сайте http://roboticartgallery.com/publications и в соцсетях.

 

Если затронуть механизм, то в робота-художника, точнее в управляющий алгоритм заложены: несколько вариантов цветовых моделей, несколько типов мазков, возможность изменять порядок рисования (например, от темных цветов к светлым), “свобода воли” (способность самостоятельно добавлять цветные мазки в тон картины), несколько размеров кистей, длина и направление мазков, частота протирки и макания в краску и другие настройки.

Комбинируя все эти категории, можно получать картины в очень большом многообразии вариантов, это заложено в так называемых “стилях”. Сейчас знания о том, как рисовать закладываются робохудожником при создании стиля. Можно как создавать стили, похожие в той или иной степени на техники известных художников, так и стили, непохожие на то, что было до сих пор.

Рис. 7. Одна из моделей робота-художника и картина в стиле “сферонейроэкспрессионизм”.

 

Когда сегодняшний школьник вступит во взрослую жизнь, информационные технологии, облегчающие решение не только аналитических задач, но и творческий процесс, еще в большей степени, чем сегодня, войдут во многие профессии. Поэтому очень важно помочь ему освоить современные инструменты.

Использование робота-художника в качестве комплексного инструмента в образовании может помочь:

• критически мыслить и находить творческие и нестандартные решения задач,
• развить пространственное восприятие и внимание к деталям,
• исследовать свой собственный творческий потенциал, позволяя экспериментировать с различными возможностями современных технологий,
• узнать о технологиях и творческом процессе в увлекательной форме,
• в обучении таких актуальных сегодня направлений как робототехника, программирование, инженерия, математика и искусство,
• научиться работать в команде как друг с другом, так и с преподавателем для выполнения сложных задач и совместного решения проблем.

Рис. 8. Рисовать роботом - это еще и увлекательно.

 

Список литературы

1. Кузнецова А.А. Развитие творческих способностей детей младшего школьного возраста в процессе игровой деятельности // Вестник психологии и педагогики. – 2021. – Т. 9. – № 2. – С. 47–62.

2. Султанова А.Ю. Проблемы формирования творческих и аналитических способностей у детей школьного возраста // Наука и образование. 2020. №6. С. 41–46.

3. Корякина О.А. Развитие креативности и аналитических способностей детей в условиях домашнего обучения // Эксперт по детскому образованию. 2021. №1. С. 57–63.

4. Федорова Т.А. Формирование аналитических способностей у детей школьного возраста в условиях домашнего обучения // Формирование компетенций в образовании. 2020. №4. С. 11–17.

5. Савватеева Н.В. Развитие аналитических способностей у детей и подростков // Культурно-историческое наследие региона. 2020. №2. С. 8–14.

6. Савенкова А.А. Развитие креативности и аналитических способностей у детей // Формирование культурных ценностей в образовании. 2021. №2. С. 21–25.

7. Долгорукова Н.В. Формирование креативности и аналитических способностей у детей // Наука и образование. 2021. №1. С. 46–54.

8. Гусев В.А., Чурикова А.В. Основы формирования аналитических способностей у детей школьного возраста // Педагогика и психология в личностном развитии. 2019. №4. С. 8–13.

9. Кузнецова Н.А. Развитие креативности и аналитических способностей у детей // Вопросы педагогики. 2018. №8. С. 11–18.

10. Сидорова А.В. Организация обучения детей с целью развития креативности и аналитических способностей // Российский педагогический журнал. 2017. №2. С. 9–14.

11. Борисова А.А. Формирование аналитических способностей у детей школьного возраста // Научно-методические проблемы образования. 2016. №3. С. 11–17.

12. Андреева А.А. Развитие аналитических способностей детей и подростков // Наука и образование. 2015. №2. С. 8–13.

13. Демидова Н.С. Современные подходы к развитию аналитических способностей детей // Современные проблемы педагогики. 2014. №2. С. 11–13.

14. Алексеева Н.А. Формирование креативности и аналитических способностей у детей // Вестник Российского университета дружбы народов. Философия. 2013. №3. С. 8–13.

 

 

 

Bibliography

1. Kuznetsova A.A. Development of creative abilities of children of primary school age in the process of playing activity // Bulletin of Psychology and Pedagogy. Vestnik Psikhologii i Pedagogiki - 202 - T. 9. - No. 2. - P. 47–62.

2. Sultanova A.Yu. Problems of Formation of Creative and Analytical Abilities in School Children // Science and Education Nauka i Obrazovanie. 2020. №6. pp. 41–46.

3. Koryakina O.A. Development of creativity and analytical abilities of children in home schooling // Expert in children's education. Ekspert po Detskomu Obrazovaniyu 2021. №1. pp. 57–63.

4. Fedorova T.A. Formation of analytical abilities in children of school age in conditions of home education // Formation of competencies in education. Formirovanie Kompetentsiy v Obrazovanii 2020. №4. pp. 11–17.

5. Savvateeva N.V. Development of analytical abilities in children and adolescents // Cultural and historical heritage of the region. Kul’turno-Istoricheskoe Nasledie Regiona 2020. №2. pp. 8–14.

6. Savenkova A.A. Development of creativity and analytical abilities in children // Formation of cultural values in education. Formirovanie Kul’turnykh Tsennostey v Obrazovanii 2021. №2. pp. 21–25.

7. Dolgorukova N.V. Formation of creativity and analytical abilities in children // Science and education. Nauka i Obrazovanie 2021. №1. pp. 46–54.

8. Gusev V.A., Churikova A.V. Fundamentals of the formation of analytical abilities in children of school age // Pedagogy and psychology in personal development. Pedagogika i Psikhologiya v Lichnom Razvitii 2019. No. 4. pp. 8–13.

9. Kuznetsova N.A. Development of creativity and analytical abilities in children // Issues of Pedagogy. Voprosy Pedagogiki 2018. No. 8. pp. 11–18.

10. Sidorova A.V. Organization of teaching children in order to develop creativity and analytical abilities // Russian Pedagogical Journal. Rossiiskii Pedagogicheskii Zhurnal 2017. No. 2. pp. 9–14.

11. Borisova A.A. Formation of analytical abilities in children of school age // Scientific and methodological problems of education. Nauchno Metodicheskie Problemy Obrazovaniya 2016. №3. pp. 11–17.

12. Andreeva A.A. Development of analytical abilities of children and adolescents // Science and education. Nauka I Obrazovanie 2015. №2. pp. 8–13.

13. Demidova N.S. Modern approaches to the development of analytical abilities of children // Modern problems of pedagogy. Sovremennye Problemy Pedagogiki 2014. No. 2. pp. 11–13.

14. Alekseeva N.A. Formation of creativity and analytical abilities in children // Bulletin of the Peoples' Friendship University of Russia. Philosophy. Vestnik Rossiiskogo Universiteta Druzhby Narodov 2013. №3. pp. 8–13.

 

 

 

Опубликовано: 07.02.2023