Robotika na základní škole

Transkript

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

2 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

3 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, s. ISBN VALIŠOVÁ, A. a kol. Autorita ve výchově : vzestup, pád, nebo pomalý návrat. I. vyd. Praha: Karolinum, s. ISBN

4 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

5 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

6 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 7

8 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

9 .. ZŠ v Osové Bítýšce Paní učitelka Dana Tunkrová a její třeťáčci Stavebnice k dispozici trvale 9

10 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

11 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

12 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

13 Jak si tyto vrstvy jednoduše představit C a vyšší Assembler 13

14 Robotický systém H&S electronic systems Arduino versus PICAXE Využití H&S robotického systému ve výuce technických předmětů na ZŠ Bakalářská práce, Lubor Maněk 14

15 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

16 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

17 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

18 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

19 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

20 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

21 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

22 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

23 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

24 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

25 Dosažené výsledky na těchto školách 25

26 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

27 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

28 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