Εκπαιδευτική Ρομποτική

Lego Robotics και ΝΧΤ-G

Φράγκου Στασινή

Συνοπτικά

• Εισαγωγή στα συστήματα ρομποτικής• Σύστημα Lego Mindstrorms

– Μικροεπεξεργαστής ΝΧΤ και αισθητήρες– Κατασκευή ενός αυτοκινήτου– Εισαγωγή στο περιβάλλον προγραμματισμού

ΝΧΤ-G

• Εκπαιδευτική Αξιοποίηση– Πειράματα (experiments)– Διερευνήσεις (inquiries)– Συνθετικές εργασίες (projects)

Συστήματα ρομποτικής

Lego Mindstrorms Edu

Lego Mindstorms Edu NXT

Κατασκευάζονται από δομικά στοιχεία και

ηλεκτρονικά εξαρτήματα (κινητήρες, αισθητήρες)

Προγραμματίζονται με τη βοήθεια κατάλληλου λογισμικού

Συλλέγουν από το περιβάλλον και

εκτελούν ενέργειες

Αισθητήρες

Αισθητήρας Ήχου

Αισθητήρας Αφής

Αισθητήρας φωτός

Αισθητήρας υπερήχων

ΝΧΤ

Διαδραστικοί Σερβοκινητήρες

Ο μικροεπεξεργαστής ΝΧΤ

Αριστερά Δεξιά

Άνοιγμα / Κλείσιμο/ Επιλογή

Επιστροφή

Κατασκευή

Δομικό Υλικό

Δομικό υλικό

Πίνακες Ταξινόμησης υλικών

Γρανάζια

Πλάκες

Τούβλα

Δοκοί με προεξοχές

Δοκοί με γωνία

Δοκοί επίπεδοιΆξονες

Ροδέλες

Συνδετικοί πείροι

Συνδετήρες

Τροχαλία

Ονομασία ανάλογα με το μέγεθος

2

6

15

16 Δοκός με προεξοχές

Δραστηριότητα 1η

Κατασκευή ενός αυτοκινήτου

Κατασκευάστε ένα όχημα το οποίο να μπορεί να κινείται και να στρέφεται προς

όλες τις κατευθύνσεις.

Συνδέστε αισθητήρα φωτός και αισθητήρα υπερήχων.

Προγραμματισμός

με το λογισμικό

Lego Mindstorms Edu

NXT-G

Βασικό Μενού ΝΧΤ

Software Files NXT FilesSound Files

Demo (9,2 KB)

Turn off ?

NXT ProgramMy filesTry me ViewSettingsBluetooth

File1 File2

85kB

Run Delete

NXT Program

My files

Try me

View

Settings

Bluetooth

On/Off

Volume

Sleep

NXT Version

Delete Files

Try Touch

Try Light

Try Sound

Try Ultrasonic

Try motor

Sound dB

Sound dBA

Reflected light

Ambient Light

Light sensor*

Temperature oC

Temperature oF

Rotation*

Motor Rotations

Motor degrees

Touch

Ultrasonic inch

Ultrasonic cm

Βασικό Μενού ΝΧΤ

Κίνηση Αυτοκινήτου

ΝΧΤ-G

Παλέτες Προγραμματισμού

Κουμπιά Ελέγχου

Επιφάνεια εργασία

Παράθυρο Παραμέτρων

Όνομα αρχείου Οδηγός

Εντολές προγραμματισμού

Βοήθεια

Μενού

Εισαγωγή

Αριστερή Στροφή Ι

Αριστερή στροφή ΙΙ

Φύλλο Εργασίας 2: Βασικές δομές

Δραστηριότητα 2 Α. Προγραμματίστε το αυτοκίνητο σας έτσι ώστε να κινείται

πάνω σε μία ορθογώνια διαδρομή στην οποία οι γωνίες είναι σημειωμένες με μαύρη γραμμή.Επέκταση1.Τροποποιείστε το πρόγραμμα έτσι ώστε να εμφανίζει στην οθόνη

του ΝΧΤ τον αριθμό των περιστροφών του κινητήρα.2. Τροποποιείστε το πρόγραμμα έτσι ώστε για όσο διαρκεί η

στροφή του αυτοκινήτου να παράγει έναν ήχο.

Β. Προγραμματίστε το αυτοκίνητο σας έτσι ώστε να προχωρά μπροστά όσο δεν υπάρχει εμπόδιο. Αν εμφανιστεί εμπόδιο σταματά και περιμένει μέχρι αυτό να απομακρυνθεί.

Δραστηριότητα 3Μέρος ΑΕργαστείτε σε ομάδες των δύο ατόμων και συμπληρώστε ατομικά το Φύλλο

Εργασίας 3: Λογικές Πράξεις.• Ανοίξτε το πρόγραμμα mystery-a και προσπαθήσετε να μαντέψετε τη

συμπεριφορά που θα αποκτήσει το αυτοκίνητο σας αν εκτελέσει αυτό το πρόγραμμα.

• Δοκιμάστε το πρόγραμμα και επιβεβαιώστε ή τροποποιήστε την περιγραφή της συμπεριφοράς που δώσατε.

• Πως νομίζετε ότι θα τροποποιηθεί η συμπεριφορά του αυτοκινήτου αν αντί για AND επιλέξουμε τη λογική πράξη OR στο εικονίδιο Logic;

• Κάντε τις απαραίτητες δοκιμές και επιβεβαιώστε ή τροποποιήστε.Μέρος ΒΕργαστείτε ατομικά• Προτείνεται μία δραστηριότητα (σειρά διδακτικών δράσεων) για να διδάξετε

στους μαθητές σας τις διαφορετικές λογικές πράξεις με τη χρήση του NXT. Περιγράψτε συνοπτικά την πορεία της και φτιάξετε ένα φύλλο εργασίας με τα ερωτήματα / εργασίες που θα θέσετε στους μαθητές.

• Εναλλακτικά: Σχεδιάστε μια δραστηριότητα για να διδάξετε στους μαθητές εντολές επανάληψης (Loop) ή τις εντολές επιλογής (Switch)

Εκπαιδευτική Αξιοποίηση

Μία εικόνα χίλιες λέξεις

• Εφαρμογή 3ο Γυμνάσιο Γλυφάδα

http://3gym-glyfadas.blogspot.com/

Θεωρίες μάθησης και ρομποτική• Εποικοδομισμός (constructivism)

– Όλοι οι άνθρωποι έχουν ένα σύστημα γνώσεων και ερμηνειών που επηρεάζεται από την εμπειρία τους

– Κάθε νέα γνώση προσαρτάται στο υπάρχον σύστημα γνώσεων

– Η μάθηση είναι αποτελεσματική όταν ενεργοποιεί το μαθητή και αξιοποιεί την εμπειρία του

• Κατασκευαστικός εποικοδομισμός (constructionism)– Οι μαθητές μπορούν να μάθουν καλύτερα όταν

εμπλέκονται στην κατασκευή τεχνουργημάτων τα οποία έχουν για αυτούς νόημα και με την σειρά τους μπορούν να τα μοιραστούν με άλλα μέλη της κοινότητας στην οποία ζουν

Διδακτικές στρατηγικές

• Αυθεντικά προβλήματα

• Ενεργή συμμετοχή των μαθητών

• Σταδιακή μετάβαση του ελέγχου από τον εκπαιδευτικό στο μαθητή

• Συνεργασία

Κατηγορίες διδακτικών παρεμβάσεων

Πειράματα (experiments)Ερώτηση, δοκιμή, αξιολόγηση, συμπέρασμα

Διερευνήσεις (inquires)Πρόβλημα, υπόθεση, πειραματισμός, δοκιμή, αξιολόγηση, συμπέρασμα

Διαθεματικές συνθετικές εργασίες (projects)ιδέα, ανάλυση, έρευνα και πειραματισμός, σύνθεση και παρουσίαση

Κύκλος λύσης προβλήματος

Έρευνα

Εφαρμογή

Αξιολόγηση

Απάντηση

Πρόβλημα

ΕνεργοποίησηΔίνεται ένα ανοιχτό και ημιδομημένο πρόβλημα το οποίο εμπλουτίζεται από τους μαθητές. Διατύπωνεται το προβλήμα και αναλύεται σε επιμέρους ερωτημάτα προς διερεύνηση.

ΕξερεύνησηΕξοικείωση με τις βασικές δεξιότητες και γνώσεις που απαιτούνται για τη λύση του προβλήματος (επανάληψη ή εισαγωγή νέων εννοιών και δεξιοτήτων)

Διερεύνηση Επαναπροσδιορισμός προβλήματος και αρχικών ερωτημάτωνΔιερεύνηση επιμέρους προβλημάτων σε ομάδες. Κατάθεση εργασιών των ομάδων στην ολομέλεια.

Δημιουργία Σύνθεση ενιαίας λύσης για το αρχικό πρόβλημα της εργασίας

Παρουσίαση Παρουσίαση – αξιολόγηση λύσεων,

Στάδια ανάπτυξης συνθετικής εργασίας

Εφαρμογές

• Το πρόγραμμα «Κοινότητες μάθησης με τη χρήση ρομποτικής»

http://learningwithrobotics.wikispaces.com/

• Σεμινάριο επιμόρφωσης εκπαιδευτικών Terecop

http://www.terecop.eu/

Ενδεικτικές Πηγές• http://dailydiy.com/2006/12/31/light-barrier-using-a-nxt-light-sensor/ • http://kisd.de/~krystian/nxt/• http://mindstorms.lego.com/nxtlog/ProjectList.aspx• http://www.youtube.com/watch?v=reG9Ok8WxTw Data reader• http://www.youtube.com/watch?v=A0TpLKijRIs Output Lego Motor

Multiplexor• http://www.youtube.com/watch?v=Rjkumu4E3po Lego Mindstorms Chimney

Climber NXT version• http://www.youtube.com/watch?v=PzZhslIrsE0 Line Follower• http://www.youtube.com/watch?v=sAQS4NLEnEw LEGO Mindstorms NXT

Hopper• http://www.youtube.com/watch?v=RqKV-q4OGbU carier and robotic arm• http://www.youtube.com/watch?v=7wkT2xJd-YE LEGO Mindstorms NXT

Color Brick Sorter• http://www.youtube.com/watch?v=yPzkIH5oEzg LEGO Mindstorms NXT:

Gymnastic Robot• http://www.youtube.com/watch?v=ax5xqdwo2Oo Lego NXT Compass