Mat - Pri-Sci-Net Blog...This project Pri-Sci-Net has received funding from the European Union Seventh Framework Programme (FP7 2007 /13) under grant agreement No.266647 Mat 9-11 years

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

Mat

9-11years


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.

Zvíře a animat

Authors: I. Gaudiello, E. Zibetti, C. Tijus .

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

Cílová věková skupina: 9 -11 let

Délka aktivity: 3 hodiny

Shrnutí:Tato aktivita seznámí děti se stavbou a pro-gramováním animatů (robotická zvířata) za pomoci diskuse o technologii robotiky. Úkolem je reprodukovat zvíře pomocí sady Lega Mind-storm NXT ®. Morfologické (např. křídla, nohy, atd.), funkční (např. létání, plazení se) a behavior-ální funkce (např. imitace, dravec a kořist, atd.) jsou reprodukovány v průběhu stavby a pro-gramování. Hlášení, klasifikační tabulky, cvičení a prezentace jsou navrženy tak, aby korespondo-valy s průběhem činností.

Cíl: Cílem této aktivity je seznámit děti s představou modelu tím, že: (1) je zapojíme do pozoro-vání živočišné říše, a při tom je uvedeme do: hledání problému, klasifikace, konstrukce a pro-gramování. A zároveň (2), je necháme stavit be-haviorální 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

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


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.


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-plán-

úkon (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-plán-

úkon

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.


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.


Funkční vlastnosti Lego mechanismy

Příklad činnost

Např. Létání Např. Rotace křídel

Kolečko: dopředu + dozadu


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


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

Naprogramování motorů

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 struktura:

“počkat na”

Parametry:

Port 2

Senzor > zvukový senzor

> 30 (dBA)

Pohon:

Zvuk (na kostce)

Parametry:

Akce: Zvuková složka

Ovládání: play

Hlasitost: 60

Složka:“Dobré ráno”

Vyčkat: Vyčkat až do konce

…Poté chce

papoušek

imitovat

zvednutí

ruky, tak

jako když se

děti hlásí,

tím že

zvedne

křídlo.

Děti zvedají ruce. Spojovací struktura:

“počkat na”

Parametry:

Port 4

Senzor > “ultrazvuk”

> 60 (cm)

Motor

Parametry:

Port A

Směr: vzhůru

Směr: dolů

Výkon: 10

Čas: 4 sekundy

…

…

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

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?


Fáze života Konstrukční

fáze

Nákresy/fotografie

Mládě 1

… 2

… 3

Dospělý …


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).

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).

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

1

2

3

1 2

4 3 5

1


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

Dotyk

Snímač dotyku umí rozpoznat

tři stavy: úder, zmáčknutí,

uvolnění.

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 Příslušná ikona NXT programu Funkce

Motory

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.


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. 134-

143.

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 Inquiry-

Based 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.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-natural-

environment

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

http://www.bbc.co.uk/newsround/animals/


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-natural-environment

http://your.caerphilly.gov.uk/sustainable/content/teacher-resources-primary-school-resources-natural-environment

http://www.legomindstorms.com/

http://us.mindstorms.lego.com/enus/Community/NXTLog/Default.aspx

http://www.google.it/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&frm=1&source=web&cd=1&cad=rja&ved=0CB4QFjAA&url=http%3A%2F%2Fcache.lego.com%2Fr%2Fsc%2F%2Fmedia%2Flego%2520education%2Fhome%2Fdownloads%2Fuser%2520guides%2Fglobal%2Fmindstorms%2Fts.20101019t110252.9797_lme_use




Documents

Mat - Pri-Sci-Net Blog...This project Pri-Sci-Net has received funding from the European Union Seventh Framework Programme (FP7 2007 /13) under grant agreement No.266647 Mat 9-11 years