Ονοματεπώνυμο Εκπαιδευτικού/ων: Φωτιάδου Γλυκερία
Σχολική/ες Μονάδα/ες: 1ο Γυμνάσιο Κομοτηνής
Στοιχεία συμμετεχόντων μαθητών/τριών
Τάξη/τμήμα, αριθμός, φύλο, σύνολο: B: 7 αγόρια, Α:15 αγόρια, Α:5 κορίτσια, σύνολο: 27
Χρονική Περίοδος Υλοποίησης: 8/1/2016-29/2/2016
Περιγραφή του έργου
Ο “Robot Writer” είναι ένα ρομπότ που κινείται με ρόδες και διαθέτει ένα μαρκαδόρο με τον οποίο μπορεί να γράφει όλα τα γράμματα του λατινικού αλφαβήτου. Έχει προγραμματιστεί έτσι ώστε τα γράμματα να είναι μεγέθους 15cm x20cm, οπότε μπορεί να γράψει ένα γράμμα σε μια Α4 σελίδα. Για να γράψει μια λέξη χρειάζεται μεγαλύτερη επιφάνεια χαρτιού η οποία μπορεί να τοποθετηθεί πάνω σε ένα τραπέζι ή για μεγαλύτερη ασφάλεια στο πάτωμα. Ο χρήστης μπορεί να επιλέξει μέσω ενός χρωματικού συστήματος διεπαφής τι θέλει να του γράψει το ρομπότ, κάποιο γράμμα ή κάποια λέξη.
Για την κατασκευή του ρομπότ χρησιμοποιήθηκε το πακέτο Lego Mindstorms ev3 και για τον προγραμματισμό η γραφική γλώσσα προγραμματισμού που συνοδεύει το πακέτο, η ev3-G. Διαθέτουμε 7 πακέτα Lego Mindstorms ev3 και 1 πακέτο Lego Mindstorms nxt. Τα πακέτα αγοράστηκαν σταδιακά τα τελευταία 3,5 χρόνια που ασχολούμαστε με την εκπαιδευτική ρομποτική στο σχολείο μας.
Η εργασία υλοποιήθηκε από 27 μαθητές της Α και Β Γυμνασίου που συμμετέχουν στην ομάδα ρομποτικής του σχολείου μας. Η ομάδα δημιουργήθηκε στο πλαίσιο των Σχολικών Δραστηριοτήτων, ως ομάδα Αγωγής Σταδιοδρομίας και συνεπώς εργάζεται σε ώρες εκτός σχολικού ωραρίου. Είναι ο τέταρτος χρόνος που δραστηριοποιούμαστε στο χώρο της εκπαιδευτικής ρομποτικής. Μάλιστα ως RoboTrainers και RoboBrainers λάβαμε μέρος 2 χρονιές στους πανελλήνιους διαγωνισμούς ρομποτικής FirstLegoLeague στους οποίους διακριθήκαμε και στη συνέχεια συμμετείχαμε και στους παγκόσμιους διαγωνισμούς FLL στην Ισπανία και την Ν Αφρική.
Φέτος η ομάδα αποτελείται κυρίως από νέα μέλη, αφού τα περισσότερα περσινά μας μέλη αποφοίτησαν. Έτσι σαν μία πρώτη δραστηριότητα για την μελέτη της κίνησης ενός ρομπότ με ρόδες (μετακίνηση για συγκεκριμένη απόσταση, στροφή του ρομπότ, είδη στροφών, προγραμματισμός για στροφή συγκεκριμένων μοιρών) σκεφτήκαμε να υλοποιήσουμε ένα ρομπότ που να έχει ένα μαρκαδόρο που θα μπορεί να ανεβοκατεβαίνει και να αφήνει ίχνος σε ένα χαρτί, έτσι ώστε να γράφει τα γράμματα του λατινικού αλφαβήτου.
Οι μαθητές χωρίστηκαν σε ομάδες των 3-4 ατόμων και κάθε ομάδα διέθετε ένα πακέτο ev3.
Στάδια εργασίας:
- Διερεύνηση του προβλήματος. Αρχικά ζητήθηκε από τους μαθητές να αναζητήσουν στο διαδίκτυο αντίστοιχα projects, να δουν υλοποιημένες ιδέες και να συζητήσουν στην ομάδα για πλεονεκτήματα/μειονεκτήματα της καθεμιάς.
- Σχεδίαση ρομπότ-κατασκευή. Στη συνέχεια ζητήθηκε από την κάθε ομάδα να σχεδιάσει και να κατασκευάσει το δικό της ρομπότ. Αποφασίσαμε να επιλέξουμε μία κατασκευή και να την εφαρμόσουμε σε όλα τα ρομπότ μας. Αυτό έγινε γιατί το πρόγραμμα διαφέρει ανάλογα με την κατασκευή, οπότε αν θέλαμε να φτιάξουμε ένα πρόγραμμα που να δουλεύει σε όλα τα ρομπότ αυτά θα έπρεπε να είναι όμοια.
- Προγραμματισμός. Συζητήσαμε τις προδιαγραφές και αποφασίσαμε να προγραμματίσουμε τα ρομπότ μας να γράφουν τα κεφαλαία γράμματα του λατινικού αλφαβήτου (έχουν λιγότερες καμπύλες από τα πεζά), με ύψος 20cm και πλάτος 15cm (έτσι ώστε να μπορούν να γραφούν και σε μία κόλα A4 ). Χωρίσαμε τα γράμματα σε 3 κατηγορίες (εύκολα, μέτρια και δύσκολα) ανάλογα με το πόσο δύσκολος πιστεύαμε ότι θα ήταν ο προγραμματισμός τους (π.χ. τα γράμματα που έχουν ορθές γωνίες και ευθύγραμμα τμήματα θεωρήθηκαν εύκολα). Στη συνέχεια η κάθε ομάδα ανέλαβε να προγραμματίσει 1-2 από τα γράμματα. Για τα «δύσκολα γράμματα» δόθηκε στους μαθητές φύλλο εργασίας. Για κάποια από αυτά ήταν απαραίτητες γνώσεις μαθηματικών Β Γυμνασίου (πυθαγόρειο θεώρημα, τριγωνομετρικοί αριθμοί) για τον υπολογισμό του μήκους των ευθύγραμμων τμημάτων καθώς και των γωνιών του γράμματος.
- Πειραματισμός. Φυσικά υπήρξε πολύς πειραματισμός. Οι μαθητές υπολογίζανε διαστάσεις και γωνίες, γράφανε τα προγράμματά τους, τα δοκιμάζανε. Προσπαθούσαν να κατανοήσουν γιατί η συμπεριφορά του ρομπότ ήταν διαφορετική από αυτή που είχαν υποθέσει, προχωρούσαν σε τροποποιήσεις και ξανά σε δοκιμές κοκ.
- Ολοκλήρωση του έργου:
α) Ένωση των επιμέρους προγραμμάτων. Αφού ολοκλήρωσαν οι μαθητές τον προγραμματισμό όλων των γραμμάτων, τα προγράμματά τους ενώθηκαν σε ένα, με τον κώδικα του κάθε γράμματος να αποτελεί ένα block (διαδικασία). Έτσι ήταν πολύ εύκολο πια να προγραμματιστεί οποιαδήποτε λέξη. Οι ομάδες συνεργάστηκαν μεταξύ τους (ένα δεύτερο επίπεδο συνεργασίας) για να παραγάγουν το τελικό προϊόν.
β) Διεπαφή. Οι μαθητές στη συνέχεια κλήθηκαν να σκεφτούν ένα τρόπο να επικοινωνεί ένας χρήστης με το ρομπότ ώστε να μπορεί εύκολα να διαλέξει κάποιο γράμμα. Κάθε ομάδα υπέβαλε μια πρόταση. Τελικά επιλέχθηκε να χρησιμοποιηθούν 2 αισθητήρες φωτός που να «διαβάζουν 2 χρώματα». Κάθε συνδυασμός 2 χρωμάτων θα αντιστοιχούσε σε ένα γράμμα. Επειδή το ev3 μπορεί να αναγνωρίσει 6 χρώματα, οι συνδυασμοί ανά 2 είναι περισσότεροι του 26 (αριθμός γραμμάτων) οπότε σε κάποιους συνδυασμούς αντιστοιχήθηκαν ολόκληρες λέξεις.
Αξιολόγηση
Οι μαθητές μέσω αυτού του Project έμαθαν για τα δομικά στοιχεία κατασκευής ενός ρομπότ και απέκτησαν εμπειρία στη συναρμολόγηση. Εξοικειώθηκαν με το περιβάλλον μιας γλώσσας προγραμματισμού κι έμαθαν βασικές εντολές και τεχνικές προγραμματισμού. Είχαν να επιλύσουν ένα πρόβλημα που είχε νόημα για αυτούς κι αυτό κράτησε το ενδιαφέρον τους αμείωτο καθ’ όλη την διάρκεια του project. Συνεργάστηκαν για να καταφέρουν να ολοκληρώσουν το έργο. Κατάλαβαν ότι η συνεργασία είναι απαραίτητη για δύσκολα και μεγάλα έργα και για την κατανομή της εργασίας αλλά και για την συνένωση των απαιτούμενων γνώσεων που μπορεί να μην διαθέτουν όλα τα μέλη της ομάδας. Επίσης είδαν στην πράξη ότι είναι απαραίτητες οι γνώσεις κι από άλλες επιστήμες που διδάσκονται στο σχολείο (π.χ. μαθηματικά). Χωρίς αυτές δεν θα ήταν δυνατή η ολοκλήρωση του έργου.
Βιβλιογραφία, Πηγές, Παραπομπές
- James J. Trobaugh, 2010, “Winning Design Lego Mindstorms NXT”, Tecnology in Action
- Letter writing robot, https://youtu.be/qATZtJwfnOI