Robotika na základní škole

Robotika na základní škole Fantasie, nebo skutečnost se skutečně neskutečnými výsledky

Jiří HRBÁČEK

Co potřebují nejen řemeslníci a technici  

 

Zručnost, preciznost, důslednost, pečlivost, přesnost, zdravou zarputilost, poctivost,… Znalosti, dovednosti, technické myšlení a představivost, zkušenosti, schopnost číst i vytvářet dokumentaci, plány a schémata,… Uznávat autority – mistr/tovaryš - učitel/žák, žák/žák Pořádek, kázeň, bezpečně pracovat, spolupracovat

2

Výuka technických předmětů 



Především zaměřena na vytváření správných návyků, znalostí, dovedností , uznávání přirozených autorit i její získávání. Vnější autorita musí vytvořit potřebné návyky, znalosti a dovednosti tak, aby mohla posléze nastoupit vnitřní autorita, která žáky správně povede životem.

VALIŠOVÁ, A. a kol. Autorita jako pedagogický problém. vyd. Praha : Karolinum, 1998. 135 s. ISBN 8071846244. VALIŠOVÁ, A. a kol. Autorita ve výchově : vzestup, pád, nebo pomalý návrat. I. vyd. Praha: Karolinum, 1999. 185 s. ISBN 8071848573.

3

Způsob výuky 

Aby žáci získali správné návyky, mohli se efektivně učit, naučili se spolupráci, vzájemně si pomáhat, čelit problémům a ne před nimi prchat, využíváme způsob výuky, běžný v osmdesátých a devadesátých letech minulého století. Důležité je aby především znali své povinnosti a ty bezezbytku plnili. 4

O výuku musí mít žáci zájem 

Ten je třeba vyvolat. Téma musí být pro ně zajímavé, tajemné ale ne neskutečné. Je třeba dát žákům pocit i vědomí, že se naučí a posléze budou umět něco unikátního, něco, co neumí každý. Nesmíme je vybírat podle toho co umí, ale co umět chtějí.

5

Před více než sedmi léty to začalo „náhodou“…myšlenka však byla mnohem starší 





Začalo to stavbou robota z kartáčku na zuby a následně pak výrobou robota jedoucího po čáře ze starých rozbitých hraček a stavbou několika praktických elektronických obvodů. Žáci se naučili číst schémata, podle nich realizovat a oživovat elektronické obvody a nakonec opravit a ze staré hračky vyrobit jinou fungující – dokonce inteligentní. Nakonec jsme se setkali s rodiči a dětmi

6

7

Následoval kurz výuky stavby a programování robotů    

Využili jsme robotické systémy firmy Robo Robo Výuka probíhala jednou týdně dvě hodiny Robotické systémy měli žáci k dispozici pouze ve výuce Jinak to však bylo na ….

8

…….. 

ZŠ v Osové Bítýšce

Paní učitelka Dana Tunkrová a její třeťáčci…  Stavebnice k dispozici trvale

9

Výuka odhalila závažné problémy se stavebnicemi Robo Robo  

 

Vývoj a výroba prototypu základní sady pro robotický systém H&S electronic systém Intenzivní práce na metodice výuky stavby a programování robotů, která bude začínat již s žáky třetích tříd Tragická a bolestná smrt Danky Tunkrové…. Zahájení výuky v kurzech stavby a programování robotů již podle nové metodiky s novými systémy H&S na ZŠ v Židlochovicích… 10

Druh procesoru a programovací jazyk Procesory v současných robotických stavebnicích – ATMEL, MICROCHIP, MOTOROLA, HP…  Zásadní je způsob programování nikoliv typ procesoru  Nejrozšířenější a nejčastěji používaný jazyk je C, Basic – vhodné pro vyšší vrstvy řízení systémů v reálném čase (komunikační), jednoduché psaní programů a vytváření jednoduchých aplikací. Zcela nevhodné pro výkonnou vrstvu systémů v reálném čase zde je nutný Asesembler. 

11

Co musí řízené systémy s mikrokontroléry zabezpečovat Assembler – vnitřní průběžná diagnostika, selftesty, omezené využití aritmetiky, vysoká rychlost provádění operací a řízení, realizace zákaznických obvodů s vnitřní inteligencí, nízká cena mikrokontrolérů, řídící software se obvykle nazývá firmware, komunikace s okolím (řízení systémů) v reálném čase, s nadřazenými systémy komunikuje po standardních sběrnicích. Vysoká rychlost reakce na události. Využívání WDT watch dog timeru. C – komunikace s více pořízenými systémy, komunikace s nadřazeným systémem - řídícím počítačem. Kvalitní aritmetika a zpracování a přenos dat i větších objemů. Pomalejší reakce na události. První jazyk, který se naučíme nás poznamená na celý život. Proto je nejlepší začít tím, který je nejbližší strojovému kódu mikrokontrolérů – Assemblerem. Není důležité, jaký typ mikrokontroléru používáme, ale je nutné pochopit filosofii a zásady návrhu a programování těchto systémů. Umět navrhnout architekturu systémů řízených mikrokontroléry a to jak HW tak i SW.

12

Jak si tyto vrstvy jednoduše představit

C a vyšší

Assembler

13

Robotický systém H&S electronic systems

Arduino versus PICAXE http://robodoupe.cz/2014/arduino-versus-picaxe/ Využití H&S robotického systému ve výuce technických předmětů na ZŠ Bakalářská práce, Lubor Maněk http://wrack.ped.muni.cz/hrbacek/BakPraceManek2014.pdf

14

Současná výuka ve vzdělávacích kurzech – základní metodika 

Způsob výuky ◦ Žáci jsou maximálním způsobem vedeni k vzájemné spolupráci a kázni. ◦ Musí dělat domácí úlohy – sami, bez pomoci rodičů (na úlohách lektor pozná, jak žák látku pochopil). Špatně vyřešená úloha nevadí, pokud žák neudělá domácí úkol dvakrát, je vyloučen z kurzu. ◦ Musí do kurzu nosit vše, co budou na hodině potřebovat – na konci výuky se vždy žáci dozvědí, co přinést příště. Pokud žák dvakrát zapomene přinést věci do kurzu, je z kurzu vyloučen. 15

Současná výuka ve vzdělávacích kurzech – základní metodika 

Způsob výuky ◦ Musí mít a starat se o své nářadí a robotický systém a mít vše v pořádku. Není-li tomu tak dvakrát po sobě, je z kurzu vyloučen. ◦ Na tento tvrdý režim se najíždí s citem a trvá to asi půl roku. Děti si musí zvyknout starat se o své věci, zodpovědně si připravovat věci na výuku, pravidelně dělat domácí úkoly – zodpovědnost, důslednost, pečlivost, starat se o své věci, uvědomovat si cenu peněz, vážit si práce své, druhých i svých rodičů. 16

Současná výuka ve vzdělávacích kurzech – základní metodika 

Způsob výuky ◦ Docházka je povinná a omlouvají pouze závažné důvody, nemoc, nebo povinné akce školy. Dvě jiné absence vedou k vyloučení z kurzu. ◦ Bez kázně, pečlivosti, spolupráce a docházky není možné děti efektivně učit. ◦ Lektor/mistr – žák/tovaryš ◦ Lektor musí vše co učí perfektně ovládat a umět

Výzkumné činnosti jsou zaměřeny na sociální dopad způsobu výuky. Schopnost řešit problémy a ne před nimi utíkat. Spolupráce se spolužáky. Zlepšení zodpovědnosti žáků vůči rodičům i vlastní. Úroveň autority mezi žáky a ve vztahu žák/učitel. Atmosféra ve výuce. Systematičnost pečlivost při přípravě na výuku. Zlepšení sebedůvěry a posílení zdravého sebevědomí žáka. Uvědomění si a přirozené zažití bezpečné práce a spolupráce.

17

Současná výuka ve vzdělávacích kurzech – základní metodika 

Obsahová stránka výuky ◦ Výuka je jednou týdně 2 hodiny, jeden týden víc zaměřená na programování a činnost modulů robotického systému, druhý týden pak na rukodělné dovednosti, pájení, osazování desek, jejich oživování, práci s technickými materiály. ◦ Robotika je jen jedním z celé řady vyučovaných témat. Výuka je zaměřena na elektroniku, automatizaci a robotiku v širším slova smyslu. Dalo by se říct že jde o výuku stavby technických systémů řízených mikrokontroléry.

18

Současná výuka ve vzdělávacích kurzech – základní metodika 

Obsahová stránka výuky ◦ Žáci se postupně naučí například základům odometrie, korekce dráhy a rychlosti diferenciálního podvozku, uvědomují si specifika reálných systémů ◦ Vytváření a řízení systémů konečných automatů ◦ Vzájemná komunikace elektronických systémů – základní protokoly drátové i bezdrátové komunikace (IR, RF, WiFi…) ◦ Vytváření a řízení systémů pracujících v reálném čase vzájemně komunikujících a řízených nadřazenými systémy 19

Současná výuka ve vzdělávacích kurzech – základní metodika 

Obsahová stránka výuky ◦ Kurzy vedou žáky od třetí třídy ZŠ až po vysokou školu ◦ Programování je v prvních 5 letech vedena prostřednictvím vývojových diagramů ◦ Následuje programování základní úrovně systémů pracujících v reálném čase v Assembleru, řídící úrovně těchto systémů pak v C ◦ Počítá se že na střední škole se bude obsahová stránka kurzů řídit potřebami a zájmy žáků v kurzech 20

Současná výuka ve vzdělávacích kurzech – základní metodika 

Obsahová stránka výuky ◦ Od začátku se učí pájet. Posléze osazovat desky klasickými součástkami. Nejpozději v páté třídě již osazují desky SMD součástkami ◦ Učí se orientovat ve schématech, podle zadání chování systému volí použití desek (elektronických modulů), správně je propojit – napájecí i signálovou část, oživit a z oživeného systému vytvořit signálové schéma. ◦ Porouchané moduly se učí opravovat 21

Současná výuka v této oblasti 

V akreditovaných kurzech DVPP, volitelná výuka na VŠ ◦ Konstrukce, stavba a programování systémů pro podporu výuky – inteligentní modely, unikátní měřící a řídící systémy ◦ Využití modulů H&S spolu se stavebnicí MERKUR, nebo vlastnoručně vyrobenými modely, stroji a přístroji ◦ Využití systémů řízených mikrokontroléry PIC vlastní konstrukce ◦ Výuka pro učitele ZŠ škol – jak učit v kurzech stavby a programování robotů ve výuce na ZŠ

22

Současná výuka v této oblasti 

Ve vzdělávacích kurzech pro žáky ZŠ, kdy do kurzu přijímáme žáky od třetí třídy ZŠ – pokud v místě kurz začíná provádí se nábor také ve 4., 5. a 6. třídy ZŠ ◦ Kurz je koncipován tak, že žáky vede od třetí třídy až po nástup na vysokou školu



Již více než rok ve spolupráci se Zvláštní školou a školou praktickou v Heřmanově Městci zkoumáme možnosti využití robotických systémů na těchto školách a na vytvoření potřebné metodiky 23

Dosažené výsledky na těchto školách Evidentní pozitivní vliv na sociální vztahy ve třídě  Pozitivní vliv na vztah k technice, zlepšení dovedností žáků při práci s technickými materiály, zlepšení schopností práce s technickou dokumentací, elektronickými systémy i pochopení jejich místa při výrobě současných technických zařízení  Velká motivace pro výuku podporovanou robotickými systémy i práci s nimi 

24

Dosažené výsledky na těchto školách

25

Co musí výuka žákům poskytnout Motivaci pro výuku  Naučit je pro život mnoho důležitých morálních zásad, bez kterých se každý, nejen technik, neobejde  Seznámit je s technikou kolem nás tak, aby ji mohli efektivně v praxi využívat  Ty, co to s technikou myslí vážně, naučit základním zásadám vývoje, konstrukce a realizace těchto systémů. Hlouběji je seznámit se současnými principy techniky, elektroniky a robotiky. 

26

Co musí výuka žákům poskytnout 



Naučit je využívat získané znalosti a dovednosti prakticky využívat pro tvorbu vlastních aplikací i s tvorbou a používáním technické dokumentace Co nejlépe připravit žáky pro budoucí život i povolání

27

Příspěvek se věnuje využití robotických systémů ve výuce na základní škole, speciální škole i škole praktické. Prezentuje více než sedmiletou práci v této oblasti z které vzešel také vzdělávací kurz, který děti vede od třetí třídy ZŠ až po školu vysokou. Tento způsob výuky je unikátní nejen u nás, ale i v zahraničí. Ukazuje možnosti jejich využití i možnosti zkoumání, které jejich použití nabízí.

Děkuji za pozornost 28