Roboti nejsou jen do hodiny informatiky

Vydáno:

Výuka robotiky na všeobecně vzdělávací střední škole není hlavním cílem výuky, ale jedním z prostředků, který do výuky přirozeně přináší modelové problémy z reálného světa. Nerozvíjí pouze mechanické, konstrukční, algoritmické nebo informatického myšlení, jak by se na první pohled zdálo, ale také celou řadu dalších kompetencí důležitých v 21. století. Nevíme, na jaká konkrétní povolání naše studenty připravujeme, ale víme, že určitě budou muset umět komunikovat a spolupracovat s různými lidmi, ale i roboty, reagovat na rychlé změny a umět se zodpovědně rozhodovat.

Roboti nejsou jen do hodiny informatiky
Hana
Šandová
Učitelka informatiky na gymnáziu Jana Keplera, Praha
Robotika se přímo nabízí pro týmové projekty a společnou práci studentů, kde každý může mít svou roli a podílet se tak na celkovém výsledku týmu. V takovém týmu najde uplatnění vedoucí, konstruktér, designér, programátor, ale také dokumentarista, tester a další.
Při návrhu, konstrukci i programování robotů se často k výsledku nedostáváme přímo nebo hned na první pokus. Dochází k chybám, narážíme na slepé uličky. Roboti často dělají to, co mají naprogramováno, ale málokdy dělají hned to, co jsme chtěli, aby dělali. Okamžitá zpětná vazba pak často motivuje studenty k vytrvalosti při řešení problému a dotahování práce nebo dalšímu vylepšování jejich řešení.
Kterého robota? Toho, který se vám líbí
Ozobot bit
Ozobot je malý robot, který umí sledovat čáru. Lze jej programovat bez počítače s využitím barevných Ozo kódů pomocí fixu na papíře nebo na počítači v prostředí Ozoblockly. Jeho předností je velikost, uživatelská přívětivost a skutečnost, že ho lze snadno přenášet z hodiny na hodinu. Také jeho zdánlivá omezenost může podporovat studenty při kreativním řešení předkládaných problémů. Zcela zde platí, že v jednoduchosti je síla a jediné, co nás limituje, je naše představivost. Více o Ozobotech se můžete dočíst zde: http://ozobot.sandofky.cz/.
MakeBlock mBot
Robotická stavebnice MakeBlock mBot je postavená na otevřené platformě Arduino. Základní robot mBot má v srdci Arduino UNO. Je vybaven senzory ke sledování čáry a ultrazvukovým dálkoměrem, na desce má integrovaný světelný senzor, tlačítko a IrDA pro dálkové ovládání. Je vybaven dvěma DC motorky, dvěma integrovanými RGB barevnými LED a bzučákem. Ve variantě s BlueTooth modulem ho lze ovládat nebo programovat v aplikacích na mobilních zařízeních. Další senzory, moduly a součástky lze dokupovat nebo díky Me RJ adaptéru používat i běžná Arduino čidla. Mechanické díly pak lze kombinovat s dalšími stavebnicemi (např. Lego) nebo 3D tištěnými díly (např. otevřená stavebnice – více na https://www.e-mole.cz/diy/m-bitbeam – a mBot – http://mbot.sandofky.cz/). Roboti se programují v blokovém prostředí mBlock, založeném na Scratch rozšířeném o robotické bloky nebo v běžném Arduino IDE.
Edison
Robot Edison je kompaktní robot australské firmy Microbric, kterého lze propojovat s dalšími roboty Edison a součástkami ze stavebnice Lego. Dokáže reagovat na světlo, zvuk, sledovat čáru, vyhýbat se překážkám. Lze jej programovat ve vlastním blokovém prostředí EdBlock, v prostředí Scratch EdScratch nebo pythonu EdPy. Výhodou je pěkně zpracovaná metodika, kde jsou některé materiály i přeložené do češtiny (http://osobnirobot.cz/sluzby-produkty/).
Lego Mindstorms, VEX, FischerTechnik aj.
Tyto klasické „velké“ robotické stavebnice umožňují také rozvoj konstrukčních a mechanických dovedností. Programovat se dají ve vlastních blokových, schematických a dalších komerčních nebo komunitních prostředích založených na jazyku C, Java či Python. Výhodou je zřejmá variabilita stavebnic, na druhou stranu je ale rozestavěný robot blokován pro jeden tým až do konce projektu. Pokud potřebujeme roboty využívat najednou ve více třídách, můžeme nechat studenty postavit stejný model robota a dále se více věnovat řešení problému skrze programování.
Rozvoj informatického myšlení přes robotické sumo
Oblíbenou úlohou u studentů je například atraktivní robotické sumo. Úlohu lze snadno upravovat podle našich potřeb a místo bojových robotů můžeme třeba ochočit zvíře v ohradě. Studenti si v týmu rozdělí nebo vylosují role a kromě technického/konstrukčního a programového řešení řeší také další úkoly, například prezentaci a propagaci svého řešení. Ta může proběhnout formou obhajoby s prezentací, mohou tvořit webové stránky nebo sestříhat video.
Potřeby
*
sumo kruh nebo podložka
*
kruh ohraničený barevnou čarou (průměr závisí na velikosti robota – od 60 cm do 100 cm; pro Ozoboty postačí mapa na A4)
Vybraný robot a programovací prostředí
Nejprve studenti musejí porozumět zadání úlohy, kde je robot v roli sumo zápasníka. Robot se pohybuje v kruhu ohraničeném barevnou čárou, která tvoří hranici. Snaží se vyhledat a vytlačit protivníka za tuto hranici.
Následuje analýza úlohy, kde studenti vymýšlejí strategii a jaké dílčí úlohy musí robot řešit, jaká bude vhodná konstrukce robota (v případě stavebnic), jaké další prostředky, například senzory, mají k dispozici a čeho mohou při řešení úlohy využít.
Studenti by měli dojít k následujícím dílčím úlohám, které jsou závislé na konstrukci i programu robota:
*
Robot by měl být schopen detekovat hranici kruhu.
*
Robot by měl mít strategii, jak na hranici reagovat tak, aby zůstal uvnitř.
*
Robot by měl umět najít protihráče.
*
Robot by měl umět na nalezeného protihráče zaútočit.
Každou z dílčích úloh pak lze programově testovat zvlášť tak, aby studenti měli jistotu, že funguje podle jejich představ, než z nich poskládají komplexní funkční řešení.
U varianty „ochočeného zvířete“ může robot místo protivníka vyhledávat třeba překážku představující krmelec či napajedlo. S Ozoboty lze například budovat zoo, roboti mBot zase mohou místo přetlačování vzájemně útočit na nafukovací balónky.
Robotika a STEAM
Robotika také může doplňovat nebo částečně nahrazovat různá měření v dalších předmětech a propojovat je v atraktivní, badatelsky orientovanou STEAM výuku, kde se snoubí věda, technologie, inženýrství, umění a matematika. Již díky základním senzorům u robotů můžeme měřit třeba vzdálenost, intenzitu světla, zjišťovat rychlost a získaná data ověřovat. Pro roboty je možné také připravovat taneční choreografie nebo psát divadelní scénáře.
Jak rychle se pohybuje Ozobot? To ověřili žáci 7. B ze ZŠ Litvínovská 600 z Prahy 9 s Michaelou Králíkovou (https://youtu.be/n51k2Jn1RvE).
Software LabView ve verzi Edu, který patří k robotické stavebnici Lego, umožňuje zadávání experimentů pro sběr dat ze senzorů a jejich následnou analýzu nebo export pro další zpracování. Studenti tak mohou simulovat například meziplanetární komunikaci, kdy jeden tým zakóduje a vysílá zprávu pomocí laserového paprsku a druhý tým signál světelným senzorem zachycuje a vyhodnocuje.
Robot mBot s výchozím programem funguje jako periferie počítače, a může tak sloužit třeba jako herní konzole na ovládání projektů a her vytvořených v prostředí mBlock. V prostředí mBlock pak také můžeme simulovat chytrou domácnost nebo město, které budou reagovat na hodnoty získané ze senzorů robota.
Příkladem pěkného studentského projektu může být např. reprezentace teploty nápojů (http://mbot.sandofky.cz/wp-content/uploads/mBot-teplota-Robodoup%C4%9B-25.11.2017.pdf).
Pokročilejší pak mohou navrhovat vlastní zařízení na platformě Arduino, třeba využití akcelerometru při měření telemetrie odpálené rakety.

Související dokumenty