Ονοματεπώνυμο Εκπαιδευτικού/ων: Βαμβακάρης Μιχάλης, Καλέμης Γιώργος
Σχολική/ες Μονάδα/ες: 1ο Γυμνάσιο Παπάγου

Στοιχεία συμμετεχόντων μαθητών/τριών
Τάξη/τμήμα, αριθμός, φύλο, σύνολο:
Γ’ Γυμνασίου : 4 κορίτσια, 16 αγόρια, σύνολο: 20

Χρονική Περίοδος Υλοποίησης: Δεκέμβριος 2015 – Φεβρουάριος 2016

Περιγραφή του έργου

Το συγκεκριμένο πρόγραμμα Ρομποτικής αποτελεί τη συνέχεια του προγράμματος «Δημιουργικές Παρασκευές Εργαστηρίου», το οποίο οδήγησε στην κατάκτηση της πρώτης θέσης σε δύο διαφορετικές κατηγορίες στον 1ο Πανελλήνιο Διαγωνισμό Hydrobots, την επιμόρφωση περίπου 60 μαθητών και μαθητριών σε θέματα Υδρο-ρομποτικής μέσα σε δύο σχολικές χρονιές σε ώρες εκτός σχολικού ωραρίου και στην ανάπτυξη καινοτόμων αναβαθμίσεων για το Hydrobot.

Με εφαλτήριο τις παραπάνω προσπάθειες και βραβεύσεις αιτηθήκαμε στην εταιρία Googleχρηματοδότηση για την ανάπτυξη προγράμματος στο πλαίσιο της Ευρωπαϊκής Εβδομάδας του κώδικα και επιτύχαμε την χρηματοδότηση του εργαστηρίου μας. Στον αντίστοιχο διαγωνισμό video λάβαμε την 1η Πανελλήνια θέση και την 5η Πανευρωπαϊκά.

Η χορηγία από την εταιρεία GOOGLE δαπανήθηκε αποκλειστικά για την προμήθεια εξοπλισμού ρομποτικής και αυτοματισμών, 10 Edisonrobots και οι LEGO προσθήκες τους, 1 LEGO EV3 και οι προσθήκες του, 12 Arduinoplatformskit ARDX, 2 completePololu ZUMO Arduinorobots, 1 RaspberryPikit με 37 αισθητήρες και πρόσθετοι αισθητήρες συμβατοί και με Arduino και μια IP camera για την ανάπτυξη μετεωρολογικού σταθμού ανοικτού κώδικα με προβολή online δεδομένων και ζωντανής μετάδοσης εικόνας.

Συγχρόνως εντάξαμε τις Δημιουργικές Παρασκευές Εργαστηρίου σε πρόγραμμα αγωγής σταδιοδρομίας με τίτλο “Ρομποτική, Αυτοματισμοί, Προγραμματισμός – Νέες προοπτικές για νέους ανθρώπους” και πραγματοποιούμε συναντήσεις κάθε Πέμπτη μετά τη λήξη του σχολικού ωραρίουαπό τις 14.10 μέχρι τις 15.30 με στόχο να διαρκέσει το πρόγραμμα μέχρι το τέλος του σχολικού έτους.

Οι 20 μαθητές που συμμετέχουν είναι αποκλειστικά μαθητές της Γ’ Γυμνασίου και οι περισσότεροι δεν είχαν ποτέ εμπλακεί σε δραστηριότητες εκπαιδευτικής ρομποτικής.

Στο ξεκίνημα του προγράμματος και για περίπου 3 μήνες, για την εκπαίδευσή τους χρησιμοποιήθηκε η πλατφόρμα Edison λόγω του μικρού κόστους, απλής κατασκευής, μεγάλης αντοχής αλλά κυρίως λόγω των πολλών δυνατοτήτων και του εύκολου και κατανοητού προγραμματισμού μέσω πλακιδίων. Η πλατφόρμα είναι εισηγμένη στο αναλυτικό πρόγραμμα των σχολείων της Αυστραλίας και υπάρχει έτοιμο εκπαιδευτικό υλικό με σενάρια και εφαρμογή τους.

Οι μαθητές εργάστηκαν σε ομάδες των δύο ατόμων ανά έναν σταθμό εργασίας. Σε κάθε συνάντηση δίνονταν στους μαθητές έντυπαφύλλα εργασίας. Εκεί υπήρχε αρχικά ο στόχος του συγκεκριμένου μαθήματος και περιληπτικά οι δραστηριότητες τις οποίες θα έπρεπε να ακολουθήσουν και το αποτέλεσμα το οποίο έπρεπε να επιτύχουν. Στη συνέχεια για κάθε δραστηριότητα υπήρχαν αρχικά λεπτομερείς οδηγίες για τη σύνταξη του προγράμματος μέσω πλακιδίων και ερωτήματα τα οποία έπρεπε οι μαθητές να απαντήσουν και να καταγράψουν στο φύλλο εργασίας (π.χ. με ποια ταχύτητα και για πόσο χρόνο το ρομπότ περιστρέφεται κατά 90 μοίρες ή προχωρά κατά 10 εκατοστόμετρα;) Σταδιακά, στη συνέχεια του φύλλου εργασίας, οι οδηγίες γίνονταν όλο και λιγότερο λεπτομερείς και στο τέλος δινόταν ένα πρόβλημα για λύση (π.χ. ένας οριοθετημένος λαβύρινθος σε μια σελίδα Α4 τον οποίο έπρεπε να εκτελέσει το ρομπότ χωρίς να βγει από τα όρια). Οι μαθητές είχαν τη δυνατότητα να βλέπουν και τις υλοποιήσεις των άλλων ομάδων και να συγκρίνουν τα αποτελέσματα. Μέσω ψηφοφορίας επιλεγόταν ο βέλτιστος αλγόριθμος ή ο πιο εντυπωσιακός και σε κάποια φύλλα εργασίας όλα τα ρομπότ προγραμματίζονταν με αυτόν και τον εκτελούσαν ταυτόχρονα (όπως π.χ. το κύμα στα γήπεδα ποδοσφαίρου).Τα φύλλα εργασίας είχαν θέματα όπως κίνηση, στροφή- περιστροφή, αίσθηση ήχου, φωτός, ανίχνευση εμποδίων, ανίχνευση γραμμών επικοινωνία μέσω υπέρυθρων κτλ. αξιοποιώντας σταδιακά όλες τις δυνατότητες των Edison. Στο τελευταίο φύλλο εργασίας υπήρχε ζεύξη των ρομπότ μέσω υπερύθρων και μίμηση των κινήσεων του ενός Edison από ένα άλλο. Ο προγραμματισμός έγινε σε ζευγάρια και το ένα Edison μετέδιδε μέσω σημάτων υπερύθρων στο άλλο το οποίο συμπεριφερόταν σαν να λάμβανε το ίδιο τα σήματα από τον αισθητήρα και αντιδρούσε αντίστοιχα.Στη διάρκεια των συναντήσεων πραγματοποιήθηκαν και αρκετοί διαγωνισμοί με τους οποίους δημιουργήθηκε ευγενής άμιλλα μεταξύ των ομάδων και δημιουργία αλλά και συνεχής προσπάθεια βελτίωσης των αλγορίθμων. Στην τελευταία συνάντηση οι μαθητές αντιμετώπισαν την πρόκληση της πίστας αγωνιστικής οδήγησης με τις στροφές των πρωτοπόρων της Πληροφορικής. Αρχικά τους ζητήθηκε να τοποθετήσουν σωστά τα ονόματα των επιστημόνων στην πίστα με βάση τον δυαδικό αριθμό που τους συνόδευε. Στη συνέχεια ταίριαξαν τα ονόματα με τα επιτεύγματά τους. Με την πίστα έτοιμη για τον αγώνα, προχώρησαν στον προγραμματισμό των ρομποτικών αμαξιδίων Edison για να τα οδηγήσουν μέσα από τον λαβύρινθο στην έξοδο της πίστας. Η μέθοδος που επέλεξαν ήταν η απλή ακολουθία κινήσεων χωρίς τη χρήση αισθητήρων. Οι ομάδες βαθμολογήθηκαν στο θεωρητικό κομμάτι (πρωτοπόροι της πληροφορικής) και στο αγωνιστικό και ανακηρύχτηκαν οι νικητές με τους περισσότερους πόντους.

Αξιολόγηση

Οι μαθητές ήρθαν σε επαφή με ένα πραγματικό αυτόνομο ρομπότ το οποίο δέχεται ερεθίσματα από το περιβάλλον και αντιδρά χωρίς τη μεσολάβηση του προγραμματιστή. Γνώρισαν μερικά από τα είδη αισθητήρων (ήχου, φωτός, IR) και έμαθαν να τους διαχειρίζονται λαμβάνοντας την πληροφορία και αντιδρώντας κατάλληλα.

Εφάρμοσαν, μέσω του λογισμικού με προγραμματισμό πλακιδίων, τις δομές προγραμματισμού (ακολουθίας, επανάληψης, επιλογής, χειρισμού γεγονότων) και διαπίστωσαν ότι λίγες γραμμές (πλακίδια) κώδικα μπορούν να έχουν καταπληκτικά αποτελέσματα.

Λόγω της απλότητας της μεθόδου προγραμματισμού αλλά και της συμπαγούς κατασκευής του ρομπότ οι μαθητές επικεντρώθηκαν στη εύρεση ευφυών λύσεων και βελτιστοποίησης των αλγορίθμων.

Διαπιστώθηκαν ορισμένα προβλήματα στην υλοποίηση των ρομπότ όπως μερική ακρίβεια στις κινήσεις ή στροφές η οποία εξαρτιόταν και από την κατάσταση των μπαταριών και μερική αδυναμία χρήσης των δύο αισθητήρων απόστασης IR ακόμη και μετά από βαθμονόμηση. Αυτά θα μπορούσαν να βελτιωθούν σε συνεργασία με την κατασκευάστρια εταιρία.

Βιβλιογραφία, Πηγές, Παραπομπές

Τα βιβλία με τα φύλλα εργασίας https://meetedison.com/robotics-lesson-plans/