NXT (maloobchodní nebo vzdělávací verze); Lego Mindstorm NXT Software, počítač, fotoaparát nebo web kamera (volitelné, ale doporučené)

9-11 years

Mat Vzdělávací obsah: Člověk a příroda / Robotika - Přírodověda Klíčové pojmy: Přírodověda: zařazení zvířat podle morfologických, funkčních a behaviorálních prvků. Robotika: technologie vyprávění, výroba modelu; senzory, pohony a programování struktury proudění.

NXT ® (maloobchodní nebo vzdělávací verze); Lego Mindstorm NXT ® Software, počítač, fotoaparát nebo web kamera (volitelné, ale doporučené).

Cílová věková skupina: 9 -11 let Délka aktivity: 3 hodiny Shrnutí: Tato aktivita seznámí děti se stavbou a programováním animatů (robotická zvířata) za pomoci diskuse o technologii robotiky. Úkolem je reprodukovat zvíře pomocí sady Lega Mindstorm NXT ®. Morfologické (např. křídla, nohy, atd.), funkční (např. létání, plazení se) a behaviorální funkce (např. imitace, dravec a kořist, atd.) jsou reprodukovány v průběhu stavby a programování. Hlášení, klasifikační tabulky, cvičení a prezentace jsou navrženy tak, aby korespondovaly s průběhem činností. Cíl: Cílem této aktivity je seznámit děti s představou modelu tím, že: (1) je zapojíme do pozorování živočišné říše, a při tom je uvedeme do: hledání problému, klasifikace, konstrukce a programování. A zároveň (2), je necháme stavit behaviorální model animatu na základě typického chování zvířat. Tímto dosáhneme, že je robot používán jako narativní technologie, podporující sekvenční a souběžné chování. Materiály a pomůcky (pro každou skupinu): Pro jednu skupinu: jedna sada Lego Mindstorm

Zvíře a animat Authors: I. Gaudiello, E. Zibetti, C. Tijus . The content of the present document only reflects the author’s views and the European Union is not liable for any use that may be made of the information therein.

This project Pri-Sci-Net has received funding from the European Union Seventh Framework Programme (FP7 2007 /13) under grant agreement No.266647

ZVÍŘE A ANIMAT

Plán hodiny – Popis aktivity Motivace (Formulace hypotézy) První hodina (minimálně 60 minut) Předchozí znalosti Učitel představí obsah hodiny: Stavba a programování robotických modelů založených na pozorování zvířat. Následně pokládá dětem dotazy, za účelem zjistit jejich znalosti o živých tvorech: Jak roztřídit živé bytosti do skupin podle jejich společných rysů? Nejlepší odpovědi dětí učitel využije k vysvětlení rozdílů mezi jednotlivými říšemi (živočišná, rostlinná, houby), jakožto obrovských skupin. Největší pozornost je směrována k živočišné říši. Zde opět, učitel položí otázku: Jak můžeme rozdělit zvířata do skupin podle jejich společných vlastností? Učitel vybere odpovědi dětí tak, aby se dalo poukázat na různé druhy zvířat (obojživelníci, ptáci, ryby, savci, plazi, bezobratlí) jakožto nejmenších skupin, a vyzve děti k vyplnění pracovního listu 1. Pak učitel seznámí děti s představou modelu: Co je model? K čemu se používá? Děti probírají vlastnosti modelu, například: je to malý objekt, obvykle postavený v měřítku, zastupující jiný předmět, který je ve větší velikosti, model má obvykle schematické aspekt, většinou neobsahuje všechny detaily předlohy a z tohoto důvodu umožňuje zaměřit se na některé důležité prvky zastoupeného objektu a jeho mechanismy, atd. Učitel poté usměrní pozornost na skutečnost, že když se pokoušíme napodobit tělo člověka nebo zvířete pomocí robotického modelu, musíme vzít v úvahu tzv. "stupně volnosti". Stupně volnosti definují způsoby pohybu robota: například to, že noha se může pohybovat nahoru a dolů, vlevo a vpravo, může se otočit, ohnout atd. Noha má tedy několik stupňů volnosti, které odpovídají typům pohybů, které může vykonat, což je velmi důležité při výběru typů kostek, které budou zahrnuty do Lego modelu. This project Pri-Sci-Net has received funding from the European Union Seventh Framework Programme (FP7 2007 /13) under grant agreement No.266647

Zkoumání Pak je představen úkol: vytvořit animat, což znamená reprodukovat zvíře pomocí Lega Mindstorm NXT ®. Děti si vyberou jedno ze zvířat uvedených v pracovním listu 1. a vytvoří skupiny se spolužáky podle vlastní volby. Společně prodiskutují své znalosti o zvoleném zvířeti (jeho fyzikální vlastnosti, jeho typické chování), a poznamenají si své první představy o tom, jak by odpovídající model robota (tj. animatu) měl vypadat. Úvod do robotiky: Základní pojmy hardwaru a softwaru Učitel představí sadu Lego: mechanické, elektronické a počítačové komponenty (viz Poznámky učitelů). Před zahájením zjišťovací fáze může učitel spustit některé vestavěné zkušební programy, které jsou k dispozici ve zkušebním menu na displeji kostky s procesorem. Tyto programy jsou koncipovány tak, aby robot reagoval na určité události, například zrychlí pohyb robota, pokud někdo zatleská nebo začne mluvit nahlas. Učitel může vyzvat děti k pozorování robotova chování vícekrát (opakovaně spustit program). Poté jsou děti požádány, aby odvodily základní pravidlo tohoto chování, při tom zaměřují pozornost jak na stav robota, tak na vnější události. Například podle výše uvedeného příkladu: Kdy robot zrychlí? Před nebo po tleskání? Co když zatleskám a pak přestanu tleskat? Jaká je úměra mezi tleskáním a zrychlením robota? Prostřednictvím dětských odpovědí si učitel udělá celkový obraz o dětském pochopení a předsudcích o fungování robota. Dále vybízí děti, aby zjistili, zda jsou jejich vlastní odpověď pravdivé tím, že dávají robotům různé zvukové podněty a kontrolují, jak robot reaguje. Děti jsou tak vedeni ke schopnosti 1) formulovat základní pravidlo pro konkrétní pozorované chování (tj. pokud zvukový senzor detekuje hlasité zvuky, rychlost motorů se zvýší) pomocí empirického testování, 2) zobecnit toto pravidlo, tj. pochopit, že základní chování robota se řídí podle sekvence detekce-plánúkon (nebo také vstup-proces-výstup): robot zjistí informace o prostředí (vstup) a chová se (výstup) v souladu s pravidlem, které určí program (důvod). Programování senzorů Učitel poté ukáže první příklad programování, například programování senzorů zvuku. Zeptá se dětí, zda je podle nich zvukový senzor více či méně přesný než sluch živočichů. Děti odpovídají a učitel je při tom povzbuzuje a chce po nich i nějaké příklady. Pak učitel navrhne úkol naprogramovat zvukový senzor za účelem posouzení jeho přesnosti. Přetáhne ikonu zvukového senzoru na šedém pozadí pracovní plochy, ii) nasměruje senzor ke zdroji zvuku (např. dětská ústa) iii) požádá děti, aby začaly mluvit, a iv) se ukazuje dětem, hodnoty zachyceného zvuku na levé dolní části rozhraní.


Děti si mají hlavně povšimnout: Jak se hodnoty mění, když mluví nahlas a když mluví potichu? Děti mohou pozorovat, že hodnota se zvyšuje, když mluví hlasitě a klesá, když mluví tiše. Pak učitel navrhne zkontrolovat přesnost zvukového senzoru při detekci stabilního zvuku, tj. zvuku, který ani neklesá ani neroste (děti si mohou vybrat jeden ze zvukových souborů, které jsou již obsaženy v rozhraní). Opět platí, že jsou děti požádány, aby popsaly, čeho si mohly povšimnout: Proč se hodnota na rozhraní měnila, i když byl zvuk stabilní? Děti diskutují o možných odpovědích a učitel je vyzve, aby vzaly v potaz to, že když se budeme snažit změřit zvuk v přítomnosti ostatních okolních zvuků, tak je těžké změřit zvuk přesně. Stejným způsobem okolní zvuky narušují přesnou detekci senzoru. Následně, se učitel zeptá dětí: Jak se můžeme vyhnout rušení nebo "šumu", abychom získali přesnou hodnotu? Děti navrhují různá řešení. Učitel komentuje tyto návrhy a také navrhuje jeho řešení: Nalezení průměru. To lze provést tak, že se poznamená nejvyšší a nejnižší hodnota na rozhraní, která se ukáže po přiložení senzoru ke zdroji zvuku, sečteme tyto dvě hodnoty a vydělíme dvěma. Děti jsou pak vyzvány k vyprodukování hlasitých a tichých zvuků a vypočítávají průměr. Programování pohonů Učitel navrhne začátek programování pohonů (motorů), aby se mohl začít robot pohybovat. Jako příklad přetáhne ikonu motoru do počítačového rozhraní a následně v tomto rozhraní nastaví parametry motoru (směr, rychlost, doba trvání pohybu). Děti jsou poté vyzvány, aby naprogramovaly konkrétní pohyb (např. pohyb dopředu nebo dozadu, atd.) a po spuštění programu prodiskutovaly tyto témata: Je stejná věc použití jedné ikony pro každý motor jako použití dvojité ikony motoru? Které strategie mohou děti použít, aby robot zatočil? Měla by se obě kola chovat stejně, aby mohl robot zatočit?

Programování chování: Detekce-plán-úkon (vstup-proces-výstup) za pomoci spojovacích programů. Učitel se zeptá dětí, jak by skloubily programování senzorů a pohonů tak, aby robot vykonával chování typu "detekce-plán-úkon". Učitel vybere různé návrhy dětí a vyzve je, aby je otestovaly. Který postup je úspěšný? Proč ostatní nejsou úspěšné? Děti přednesou své teorie. Učitel připomene pojem základního pravidla, na které narazili při snaze vysvětlit jedno z chování typu detekce-plán-úkon realizovaného učitelem na začátku robotického lekce Vysvětluje, že abychom mohli spojit senzory a pohony, musíme najít „pravidlo“, neboli „důvod“ mezi plánem a úkonem. To lze provést pomocí spojovacích programovacích ikon dohromady s programovými ikonami senzorů a pohonů.


Vyučující poté ukazuje první příklad programu na základě detekce-plán-úkon: Ikona 1

Ikona 2

Ikona 3

Ikona 4

Výsledný program

Spoj

Motor

Počkat na zvuk

Motor

Detekce-plánúkon

Tabulka 1. Podle výše uvedeného programu je motor nastaven na nízký výkon (30), dokud zvukový senzor nezaregistruje zvuk přesahující 50dBA. V tomto momentu se výkon motoru zvýší na 70. Děti jsou nyní vyzvány, aby prozkoumaly rozhraní a vytvořily nějaký jednoduchý “detekce-plán-úkon“ program dle vlastního výběru. Vykonává robot činnost, kterou od něj děti chtěly? Pokud ne, proč? Co mají změnit? Děti jsou takto vedeny k ladění postupu: nalezení chyby a její následné opravení.

Bádání Návrh a průběh experimentů, jejich pozorování Druhá hodina (60 minut: 15 minut plánování + 45 minut stavby) Výzva a plánování Jakmile děti probraly jejich předchozí znalosti a seznámily se s fungováním robota, jsou vyzvány, aby zvážily proveditelnost jejich výzvy: je zvíře, které si vybrali v první hodině snadno napodobitelné pomocí Lego modelu? Pokud ne, proč? Možnosti a omezení sady Lego se prodiskutují se třídou (např. čtyřnohé zvíře není snadno napodobitelné, protože každá Lego sada obsahuje pouze tři motory). Děti potvrdí / změní jejich výběr zvířete a učitel jim zadá, aby naplánovaly stavbu a programování jejich animatu. Které části zvířete mohou být napodobeny pomocí kostek Lega, a které nemohou? Které zvířecí chování chtějí děti programovat? Děti jsou požádány, aby vytvořily seznam morfologických znaků spolu s odpovídajícími komponenty Lega (Pracovní list 2) a funkční vlastnosti spolu s odpovídajícími mechanismy Lega - stupně volnosti a akce (Pracovní list 3).


Stavba Jakmile mají děti naplánovanou svou práci, mohou začít stavět animat skládáním součástí uvedených v pracovním listu 2. Děti jsou vyzváni ke spolupráci s cílem nalézt nejlepší montážního řešení: Učitelé mohou zdůraznit, že další řešení jsou možná, a pobízet děti v jejich snaze najít unikátní řešení. Jednotlivé fáze výstavby jsou uvedeny v pracovním listu 4. Tento pracovní list slouží jako i) nástroj pro vytvoření struktury stavebního postupu podle tabulky „krok-za-krokem“, ii) nástroj jak vystopovat fáze dětské práce, který dává možnost vrátit se v postupu a opravit případné chyby, aniž by se narušila celá struktura, a iii) sada instrukcí, které mohou být využity jinými skupinami žáků, kteří si chtějí vyzkoušet a popřípadě zlepšit tento model, tak jako se to dělá při vědeckém výzkumu. Třetí hodina (60 minut: 40 minut programování, 20 minut vyhodnocení) Programování Nyní, když mají děti postavený svůj model, jsou vyzvány, aby napsaly příběh pro jejich „animat“, podle jeho typického chování (např. pro papouška: létání nebo napodobování). Učitel se zeptá dětí: Co je příběh? Jaké jsou hlavní prvky příběhu? Děti navrhnou některé příklady, učitel vybere některé z nich a poukáže na tři hlavní prvky příběhu: znaky, události a akce. Poté vyzve děti, aby se snažily najít soulad mezi těmito třemi prvky a robotickým systémem. Děti diskutují a učitel je vede k možnému řešení: znak je robot, události jsou vnější podněty zjištěné pomocí senzorů, a akce jsou úkony pohonů. Pak navrhne dětem, aby posoudily proveditelnost jejich příběh: Jsou schopny vybudovat papouška, který letí? Bylo by jednodušší vybudovat papouška, který napodobuje? Děti jsou vyzvány, aby si vybraly nejjednodušší příběh na začátek, a rozdělily ho do sekvencí. Pracovní list 4 je navržen tak, aby bylo možné najít soulad mezi sekvencemi příběhu a programování senzorů / pohonů. Jakmile děti zvládnout tento postup, učitel se jich zeptá: Co když se různé události a různé akce odehrají ve stejnou dobu? Poté učitel popíše rozdíl mezi sekvenčním a paralelním programováním, zdvojnásobením šedého pozadí v rozhraní a vyzve děti, aby naprogramovaly více chování současně. Před spuštěním programu je velmi důležité se zeptat, co bude podle nich výsledkem programu. Tento postup učí děti hypotetickou úvahu. Nakonec mohou děti spustit jejich program a probrat: Co funguje? Co je třeba vyladit a jak? Existuje více programů, které vedou ke stejnému chování? Který z nich je nejúčinnější? Aby se dosáhlo prohloubení znalostí o chování zvířat a programování, učitel představí dětem Pracovní list 6: děti jsou vyzvány, aby spojily různé ikony obsažené v jejich sekvenci zvířecího příběhu do jedné ikony pomocí funkce "Vytvořit Osobní blok" v nabídce Úprav. Děti se mohou pokusit vytvořit nové bloky (např.: "zrak" za pomoci světelného senzoru + "Napodobit, to co je vidět" pomocí pohonů = nový blok "imitace"). Tímto způsobem je možné vytvořit sady chování, které mohou být použity v jiných příbězích. This project Pri-Sci-Net has received funding from the European Union Seventh Framework Programme (FP7 2007 /13) under grant agreement No.266647

Jako navazující aktivitu může učitel navrhnout vyprávění o životním příběhu animatu - od mláděte k dospělému (Pracovní list 8) vypsáním etap jeho života s ohledem na rozvoj jeho těla a jeho chování (viz "Navazující činnosti" u poznámek učitelů). Evaluace (záznam výsledků) Každá skupina představí třídní prezentaci svého animatu: jak je koncipován, které součásti a mechanismy odpovídají které morfologii a funkci, s jakými problémy se setkaly při stavbě a jak je překonaly. Děti jsou vyzvány, aby kladly otázky a navrhovaly vylepšení pro animaty svých spolužáků. Následně jsou děti vyzvány, aby vyplnily Pracovní list 7. Poté následují závěrečná vyhodnocení. Přiložené materiály: Pracovní listy pro děti, Tipy pro učitele, Poznámky učitelů, Bibliografie, Seznam webových stránek


PRACOVNÍ LISTY 1. Uveďte obojživelníky, ptáky, ryby, savce, plaze a bezobratlé, které znáte. Chcete-li jich zjistit více, můžete zadat jednotlivé názvy sloupců jako klíčová slova do prohlížeče ve vašem počítači.

Obojživelníci

Ptáci

Ryby

Savci

Plazi

Bezobratlí

Např. Papoušek

2. Vyberte si, mezi zvířaty, které jste uvedli ve cvičení 1, to zvíře, které chcete napodobit robotem Lego. Popište morfologické znaky těchto zvířat, a vypište odpovídající Lego komponenty. Najděte morfologické znaky, za pomoci vaší učebnice nebo webové stránky o zvířatech. Chcete-li najít Lego komponenty, podívejte se na příklady v nápovědě a Robotickém Centru v počítačovém programu.

Zvířecí druhy: (Např. Papoušek) Morfologické znaky

Lego komponenty

Např. Dvě křídla

Např. Dva motory


3. Popište funkční vlastnosti zvířete a vypište odpovídající Lego mechanismy. Najděte funkční vlastnosti, za pomoci vaší učebnice nebo webové stránky o zvířatech. Chcete-li najít Lego mechanismy, podívejte se na příklady v nápovědě a Robotickém Centru v počítačovém programu. Zvířecí druhy: (Např. Papoušek) Funkční vlastnosti

Lego mechanismy Příklad činnost

Např. Létání

Např. Rotace křídel Kolečko:

dopředu + dozadu


4. Znázorněte jednotlivé fáze stavby vašeho animatu zakreslením nebo fotografií.

Zvířecí druhy: (Např. Papoušek) Konstrukční fáze

Nákresy/fotografie

1

Např.

2

Např.

3

Např.


5. Napište krátký příběh pro váš „animat“ (tj. krátká sekvence událostí), ve vztahu k jeho charakteristickému chování. Při pohledu na počítačové rozhraní, vypište odpovídající programové ikony a parametry, které potřebujete, aby váš animat mohl toto chování provést. Pak otestujte váš program přetažením a puštěním ikony v pracovní ploše vašeho počítačového rozhraní, stažením a spouštěním.

Zvířecí druhy: (Např. Papoušek)1 Chování: např.: imitace Příběh animatu

Událost

Naprogramování sensorů

Např. Papoušek chce imitovat „dobré ráno“ tak jako to říkají děti učitelům na začátku hodiny

Učitel vstoupí do třídy a nahlas řekne: Dobré ráno.

Spojovací “počkat na”

…Poté chce papoušek imitovat zvednutí ruky, tak jako když se děti hlásí, tím že zvedne křídlo. …

Děti zvedají ruce. Spojovací “počkat na”

Naprogramování motorů

struktura: Pohon: Zvuk (na kostce)

Parametry: Port 2 Senzor > zvukový senzor > 30 (dBA)

Parametry: Akce: Zvuková složka Ovládání: play Hlasitost: 60 Složka:“Dobré ráno” Vyčkat: Vyčkat až do konce

struktura: Motor

Parametry: Port 4 Senzor > “ultrazvuk” > 60 (cm)

Parametry: Port A Směr: vzhůru Směr: dolů Výkon: 10 Čas: 4 sekundy

…

1

Příklad:http://www.brickinstructions.com/instructions.php?code=7270&set=Parrot


6. Zvažte sekvence svého příběhu: je možné seskupovat ikony jedné sekvence do jedné ikony, za pomoci funkce "osobní blok"? Zkuste to a uložte nové osobní bloky pojmenováním jejich názvů (např. imitační blok). Tímto způsobem získáte sadu chování, které můžete použít, pokud budete chtít vytvořit další příběhy. 1. Poté co představíte třídě svůj animat a popovídáte si o svém animatu se spolužáky, zkuste odpovědět na tyto otázky: a. Objevili jste nějaké nové vlastnosti vybraného zvířete, které jste předtím neznali? Pokud ano, vypište je Morfologické vlastnosti: Funkční vlastnosti: Behaviorální vlastnosti: Jiné: Jsou nějaké vlastnosti, které nebylo možné napodobit u Lego robota? Pokud ano, které? ___________________________________________________________________________ b. Na jaké obtížnosti jste narazili? i)

Není dostatek kostek. V tomto případě, jakých kostek by mělo být vice?

_____________________________________________________________________________ ii)

Nejsou žádné kostky, s jejichž pomocí by bylo možné postavit určité části zvířecího těla. V tomto případě, které kostky byste potřebovali?

_____________________________________________________________________________ iii)

Není žádná programová ikona, která by napodobovala určité vlastnosti zvířete. V tomto případě, jakou ikonu byste potřebovali?

_____________________________________________________________________________ c. Jak jste vyřešili rušení u senzorů? __________________________________________________________________________


Jak jste dosáhli toho, že se vice událostí a činností odehrává ve stejném čase?

_________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________ d. Který animat se vám ve třídě líbil nejvíce a proč? __________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________


1. (Navazující aktivita) Dokázali byste popsat životní příběh svého animatu od mláděte po dospělého? Zvířecí druhy: (Např. Papoušek) Fáze života

Konstrukční fáze

Mládě

1

…

2

…

3

Dospělý

…

Nákresy/fotografie


Zvířecí druhy: (Např. Papoušek)2 Chování: např.: imitace Příběh animatu

Událost

Programování senzorů

Programování motorů

Mládě: …

… Dospělí

2

Příklad:http://www.brickinstructions.com/instructions.php?code=7270&set=Parrot


Tipy pro učitele

Před začátkem aktivity, doporučujeme učitelům, aby: - Ověřili dostupnost materiálů: materiály, které jsou již k dispozici ve škole (např. počítače) a materiály (např. robot), které musí být zakoupeny u místních nebo on-line prodejců, nebo zapůjčeny od sdružení, pedagogických center, jiné školy, atd. - Zkontrolovali vhodnost materiálů: Požadavky Lego softwaru na operační systém PC, případné chybějící součástky sestavy, fungování hlavních částí (senzory, motory, a procesory), ostatní součástky, které byste mohli potřebovat, a které nejsou zahrnuty v soupravě (teplotní čidlo, lithiová baterie a její nabíječka, další kabely a „dokoupitelných“ sad kostek). - Pokuste se vytvořit a naprogramovat základní model robota, následujte při tom krok za krokem nápovědu v počítačovém rozhraní. - Připravili třídu se čtyřmi spojenými stoly pro každou skupinu, aby měly děti dostatek prostoru pro i) kontejner na kostky (je vhodnější, aby se kostky nechaly v kontejneru, děti tak mohou snadno najít typ kostek, které potřebují), ii) pracovní oblast pro stavbu robota, iii) počítač, iv) pracovní listy; - Použijte menu nápovědy v počítačovém rozhraní a online komunitu k získání dalších interpretací a ohlasů pro specifická řešení nebo další rozšířené činnosti. - Neobávejte se toho, že se budete učit fungování robotů a jejich programování: základní pojmy jsou popsány v komentářích od učitelů. Další funkce mohou být objeveny při testování aktivit robota: učitelé často zjistí, že se učí souběžně s dětmi. Důležité je mít solidní obecné znalosti o sestavě, aby byl možné rozpoznat a opravit případné dětské neporozumění robotů. Poznámky pro učitele Mezi koncem uváděcí fáze a začátkem šetřící, může učitel vyzvat děti k prozkoumání komponentů robotické stavebnice a klást otázky týkající se jejich fungování. Zvláště, by se měl zaměřit na fungování hardwaru a softwaru čtyř hlavních částí: rozhraní, senzorů, motorů, a procesoru.


Rozhraní Jakmile otevřete aplikaci, zobrazí se okno, ve kterém je učitel vyzván k vytvoření nového projektu a jeho pojmenování. Ve stejném okně, je k dispozici cvičný program, který stručně představí obsah rozhraní (obr. 1).

1 3 2

Obr. 1 Aplikace Lego NXT: (1) Cvičný program “Začínáme”, (2) začít nový project, a (3) Centrum robota, s instrukcemi pro stavbu a programování

Lego Roboti mohou být připojeni k počítači díky NXT, ikonový jazyk založený na National Instruments Labview (obr. 2). 1

2

5 3

4

1

Lego NXT rozhraní při spuštění nového projektu: (1) paleta Ikon, (2), pracovní plocha (3), zobrazení signálu, (4), panel parametrů, (5), NXT tlačítka (ve směru hodinových ručiček: první tlačítko lze použít pro stažení programu do procesoru kostky, druhý pro kontrolu paměti a Bluetooth adresy, třetí spustí vybranou část programu, čtvrtý program jí zastaví, pátý jí stáhne a spustí), (6) Nápověda


Čidla Snímače světla, zvuku, ultrazvuku, doteku a rotace jsou zahrnuty do robotické sady (teplotní čidlo je třeba dokoupit samostatně). Jejich úkolem je detekovat signál z prostředí a odeslat jej do řídicího systému (viz tabulka 2). Detekovaný signál je vidět na rozhraní, takže je možné sledovat stav robota. Čidlo

Příslušná ikona NXT programu

Funkce

Světlo

Světelný senzor obsahuje žárovku promítající světelný paprsek a objektiv zachycující okolní světlo a světelné paprsky

Zvuk

Snímač zvuku umí detekovat zvuk různých intenzit (dB ad dBA)

Ultrazvuk

Snímač ultrazvuku meří vzdálenost (centimetry nebo palce) výpočtem času, který potřebuje zvuková vlna k dosažení objektu a návratu zpět Snímač dotyku umí rozpoznat tři stavy: úder, zmáčknutí, uvolnění.

Dotyk

Teplota

Snímač teploty detekuje teplotu různé intenzity, meření může být ve stupních Celsia nebo Fahrenheita

Tabulka 2 Lego sensory, jejich ikona v NXT programovém rozhraní, jejich funkce


Motory Servopohony (motory) umožňují robotovi vykonávat činnost, např. pohyb vpřed nebo vzad, otočit se atd. Z tohoto důvodu má robot motory, které produkují energii a kola, která přenášejí energii do různých Lego kostek. Pohony jsou elektrické a mechanické komponenty robota. Sada Lego Mindstorm NXT ® obsahuje tři servomotory, s vestavěným čidlem otáčení (tabulka č. 3).

Pohony Motory

Příslušná ikona NXT programu

Funkce Pohony převádějí elektrický signál na mechanický signál

Tabulka 3 Lego servomotor, příslušná programová ikona v NXT rozhraní, funkce

Procesor Senzory a pohony jsou připojeny k procesoru, často nazývanému "inteligentní kostka", ve kterém jsou uloženy programy vytvořené dětmi pomocí rozhraní. Programy mohou být také přímo vytvořené na kostce procesoru nebo vyslané počítačem nebo mobilním telefonu pomocí Bluetooth.

Obr. 3 Vlevo: Lego Mindstorm NXT ® procesorová kostka obsahuje displej pro robrazení: menu pro vestavěné zkušební programy, programy vytvořené dětmi přes rozhraní nebo přímo na procesorové kostce; data senzorů a pohonů; blue-tooth zprávy, atd. Šipky lze použít k posouvání nabídky, oranžové tlačítko ke spuštění programu, šedivé tlačítko pro návrat do menu nebo vypnutí robota. Vpravo: senzory a motory připojené k procesoru.


Sekvenční a paralelní programování Lego může být postupně programováno (jedna detekce nebo jedna činnost ve stejné době), ale také umožňuje paralelní programování (více činností a více detekcí ve stejné době). Aby to bylo možné, je nutné zdvojnásobit programovací pruh v pracovní ploše (viz obr. 4).

Obr. 4 Příklad paralelního programování: robot zrychlí, pokud detekuje zvýšenou hladinu zvuku. Pokud jí nedetekuje, udržuje stálou rychlost. Navíc mezitím svítí lampou. Osobní ikony Je možné vytvářet nové ikony, například kombinováním již existujících ikon. Postup je následující: přetažením dvou nebo více ikon na pracovní plochu, jejich označením, a zvolením možnosti Vytvoření nového bloku v menu Úprav. Objeví se okno, kde si vyberete grafiku a název nového bloku (viz obr. 5, vlevo). Vytvořené bloky jsou ukládány jako sloučeniny bloků, a jsou vidět v konkrétní liště (viz obr. 5, vpravo). Jakmile otevřete tuto lištu, je možné dvoj kliknout na konkrétní blok: následně je možné vidět základní ikony, kterými je blok tvořen.

Obr. 5 Vlevo: okno umožňující výběr grafiky a jména nového osobního bloku. Vpravo: Lišt osobních bloků. This project Pri-Sci-Net has received funding from the European Union Seventh Framework Programme (FP7 2007 /13) under grant agreement No.266647

Navazující aktivita Různé zajímavé možnosti mohou být vzaty v úvahu při nastavování složitějšího chování robota v jeho vývoji. Jedna z možností je zamyslet se nad tím, jak se zvíře učí. Za tímto účelem je vhodné zamyslet se nad vývojem života zvířete. Mioduser & Levy (2008) navrhují tyto pravidla vývoje: poloviční pravidlo (např., "když světelný senzor zaregistruje světlo, robot jde vpřed, když světelný senzor rozpoznává pouze tmu, nehýbe se".), jedno pravidlo (např., "když světelný senzor zaregistruje světlo, robot jde vpřed, když světelný senzor rozpoznává pouze tmu, robot zahne doleva"), dvě samostatná pravidla (např., "když je zmáčknut dotykový senzor, robot zahne doleva, když je senzor uvolněn, robot jde rovně, když světelný senzor vidí tmu, robot rozsvítí; když světelný senzor rozpozná světlo, robot nesvítí ") a dvě vzájemně propojená pravidla (např.," když je zmáčknut dotykový senzor a světelný senzor vidí tmu nebo světlo, robot jde vpřed, pokud je zmáčknut dotykový senzor a světelný senzor vidí tmu, robot couvá"). Příklad v příloze I v publikaci Levi & Mioduser, 2008. Další možností je zvážit úlohu komunikace v životě rostoucího zvířete. Příroda obdařila zvířata různými druhy komunikace (zpěv, dotyk, elektrická komunikace, chemická komunikace, atd.). Lego stavebnice umožňuje Bluetooth komunikaci a spojení s mobilním telefonem. Děti tak mohou vytvářet projekty na téma komunikace zvířat.


Bibliografie  Alimisis, D. (ed.) (2009). TERECoP Project: Teacher Education on Robotics-Enhanced Constructivist Pedagogical Methods. School of Pedagogical and Technological Education, ASPETE, Greece.  Datteri, E., Zecca,L., Laudisa, F., Castiglioni, M. (2011) Explaining robotic behaviors: a case study on science education“. Proceedings of 3rd International Workshop Teaching Robotics,Teaching with Robotics - IntegratingRoboticsinSchoolCurriculum, RivadelGarda(Trento,Italy)April20,2012, pp. 134143.  Demo, G.B., Moro, M., Pina, A., Arlegui, J. (2012). In and out of the School Activities Implementing IBSE and Constructionist Learning Methodologies by Means of Robotics. In B. Barker, G. Nugent, N. Grandgenett, & V. Adamchuk (Eds.), Robots in K-12 Education: A New Technology for Learning (pp. 66-92). IGI Global.  Druin, A., & Hendler, J. (Eds.) (2000). Robots for Kids: Exploring New Technologies for  Learning. San Diego: Academic Press.  Eguchi, A., & Uribe, L. (2012). Educational Robotics Meets Inquiry-Based Learning: Integrating InquiryBased Learning into Educational Robotics. In L. Lennox, & K. Nettleton (Eds.), Cases on Inquiry through Instructional Technology in Math and Science (pp. 327–366).  Guillot, A., & Meyer, J.A. (2004). Des robots doués de vie? Edition Le pommier.  Levy, S., & Mioduser, D.(2008). “Does it ‘‘want’’ or ‘‘was it programmed to…’’? Kindergarten children’sexplanations of an autonomous robot’s adaptive functioning”, International Journal of Technology and Design Education, vol. 18, no. 3, pp. 337–359.  Sullivan, F.R., (2008) “Robotics and Science Literacy: Thinking Skills, Science Process Skills and Systems Understanding”, Journal of research in science teaching, vol. 45, no. 3, pp. 373–394. Webové stránky Stránky o zvířatech a animatech:  http://www.bbc.co.uk/newsround/animals/  http://www.brickinstructions.com/instructions.php?code=7270&set=Parrot  http://www.isab.org/confs/sab94.php  http://www.sheppardsoftware.com/content/animals/kidscorner/classification/kc_classification_main.htm  http://www.topicbox.org.uk/R.E./animals/  http://your.caerphilly.gov.uk/sustainable/content/teacher-resources-primary-school-resources-naturalenvironment Stránky o Legu:  Lego Mindstorm Web: http://www.legomindstorms.com  Lego Mindstorm NXT® komunita: http://us.mindstorms.lego.com/enus/Community/NXTLog/Default.aspx  Oficiální návod pro Lego Mindstorm NXT®: http://www.google.it/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&frm=1&source=web&cd=1&cad=rja&ved=0CB4QFj AA&url=http%3A%2F%2Fcache.lego.com%2Fr%2Fsc%2F%2Fmedia%2Flego%2520education%2Fh ome%2Fdownloads%2Fuser%2520guides%2Fglobal%2Fmindstorms%2Fts.20101019t110252.9797_lm e_use  Neoficiální návod pro Lego Mindstorm NXT®:  http://www.andyworld.info/legolab/Download/Books/The%20Unofficial%20Guide%20To%20Lego %20Mindstorms%20Robots.pdf


NXT (maloobchodní nebo vzdělávací verze); Lego Mindstorm NXT Software, počítač, fotoaparát nebo web kamera (volitelné, ale doporučené)

Recommend Documents