Ονοματεπώνυμο Εκπαιδευτικού: Καρκαμάνης Γεώργιος
Σχολική Μονάδα:
1ο Γυμνάσιο Αλεξάνδρειας

Στοιχεία συμμετεχόντων μαθητών/τριών
Β1: 2 κορίτσια, 1 αγόρι, σύνολο: 3
Β2: 1 κορίτσι, 5 αγόρια, σύνολο: 6

Χρονική Περίοδος Υλοποίησης: 1 Οκτωβρίου 2015 – 29 Φεβρουαρίου 2016

Περιγραφή του έργου

Στην εργασία αυτή παρουσιάζουμε το αποτέλεσμα από την εφαρμογή ενός πρότζεκτ με τίτλο «Ρομπότ ανιχνευτής» το οποίο πραγματοποιήθηκε στο 1ο Γυμνάσιο Αλεξάνδρειας από μία ομάδα εννέα μαθητών/μαθητριών. Το πρότζεκτ υλοποιήθηκε στο εργαστήριο πληροφορικής του σχολείου, εκτός του πλαισίου του αναλυτικού προγράμματος της Πληροφορικής Γυμνασίου και οι συναντήσεις της ομάδας πραγματοποιούνταν κάθε εβδομάδα εκτός ωρολογίου σχολικού προγράμματος, μετά τη λήξη των μαθημάτων και είχαν διάρκεια περίπου δύο διδακτικές ώρες.

Η ιδέα του πρότζεκτ είχε καλλιεργηθεί από την προηγούμενη σχολική χρονιά και προέκυψε μετά από συνεχείς συζητήσεις με τους μαθητές μέσα από τις οποίες αναδείχθηκε το ενδιαφέρον τους να ασχοληθούν με εφαρμογές ρομποτικής, αυτοματισμών και τεχνολογίας. Κατά τη τρέχουσα σχολική χρονιά η ιδέα έγινε πράξη. Μαζί με μία ομάδα μαθητών αποφασίσαμε να ασχοληθούμε με την εκπαιδευτική ρομποτική, όχι όμως με τη μορφή μαθήματος, αλλά με το μορφή ενός πρότζεκτ που θα μπορούσε να συνδυάσει τη διασκέδαση με τη ρομποτική. Το θέμα μας ήταν η κατασκευή ενός ρομποτικού οχήματος το οποίο θα μπορεί να κινείται μόνο του μέσα στους δρόμους μίας πόλης. Για την κατασκευή του ρομπότ χρησιμοποιήθηκε το μοντέλο ev3 από το εκπαιδευτικό πακέτο της lego mindstorms education, το οποίο αγοράστηκε από τον σύλλογο γονέων και κηδεμόνων του σχολείου μας, ενώ η κατασκευή της μακέτας έγινε με υλικά που δανειστήκαμε από την αίθουσα τεχνολογίας του σχολείου μας.

Οι στόχοι που τέθηκαν πριν από την έναρξη του πρότζεκτ αφορούσαν τρεις άξονες:

  • ως προς τον άξονα του γνωστικού αντικείμενου της Πληροφορικής: να κατανοήσουν τα στάδια ανάπτυξης-σύνταξης ενός προγράμματος και την έννοια των εντολών επιλογής και επανάληψης, να χρησιμοποιούν απλές εντολές κίνησης, εισόδου, εξόδου και καθώς και τις δομές επιλογής και επανάληψης.
  • ως προς τον άξονα της χρήσης των νέων τεχνολογιών: να εξοικειωθούν με τη χρήση του λογισμικού LEGO Mindstorms EV3 Software και να πειραματιστούν με μια γραφική γλώσσα προγραμματισμού.
  • ως προς τον άξονα της μαθησιακής διαδικασίας: να συμμετέχουν ενεργά, να συνεργαστούν, να δουλέψουν ομαδικά, να ανταλλάξουν ιδέες και απόψεις με σκοπό την ολοκλήρωση της εργασίας τους, επίσης, να πειραματισθούν, να αξιολογήσουν και να καταλήξουν στην επιλογή της κατάλληλης λύσης του προβλήματος που μελετούν.

Η ολοκλήρωση του πρότζεκτ προήλθε από τις παρακάτω φάσεις:

Φάση Α’-Συναρμολόγηση ρομπότ. Η έναρξη του πρότζεκτ έγινε με τη συναρμολόγηση του ρομπότ. Οι μαθητές εργάστηκαν σε ομάδες των τριών ατόμων και ακολουθώντας τις οδηγίες του εκπαιδευτικού πακέτου η κάθε ομάδα έφτιαξε ένα μέρος του ρομπότ. Συνδυάζοντας τα κομμάτια των ομάδων, το ρομπότ πήρε τη μορφή ενός ερπυστριοφόρου οχήματος. Πάνω σε αυτό τοποθετήθηκε ένας αισθητήρας αφής που χρησιμοποιήθηκε ως κουμπί εκκίνησης του ρομπότ, ένας αισθητήρα υπερύθρων για για ανίχνευση αντικειμένων σε συγκεκριμένη απόσταση και ένας αισθητήρας χρώματος για να εντοπίζει ένα χρωματιστό αντικείμενο.

Φάση Β’-Δημιουργία μακέτας. Στη δεύτερη φάση, οι μαθητές σχημάτισαν δύο ομάδες και χρησιμοποιώντας χαρτί και ξύλο κατασκεύασαν μια μακέτα μικρής πόλης για να μπορεί να κινείται το ρομπότ μέσα σε αυτήν.

Φάση Γ’-Προγραμματισμός. Το επόμενο βήμα, το οποίο ήταν και το δυσκολότερο, ήταν ο προγραμματισμός του ρομπότ. Πραγματοποιήθηκε με τη γραφική γλώσσα προγραμματισμού EV3-G, φτιαγμένη από τη lego. Χρησιμοποιήθηκαν τρεις υπολογιστές του εργαστηρίου, στους οποίους υπήρχε εγκατεστημένο το λογισμικό προγραμματισμού. Στην αρχή παρουσιάστηκαν από τον εκπαιδευτικό οι βασικές λειτουργίες του λογισμικού με τη βοήθεια ενός βιντεοπροβολέα. Οι μαθητές χωρίστηκαν σε ομάδες των τριών ατόμων και ήρθαν σε επαφή με το προγραμματιστικό περιβάλλον φτιάχνοντας απλά προγράμματα κίνησης του οχήματος-ρομπότ μπροστά και πίσω, στροφή δεξιά και αριστερά. Στη συνέχεια παρουσιάστηκαν στους μαθητές οι εντολές επιλογής και επανάληψης μέσα από έτοιμα παραδείγματα. Έπειτα οι μαθητές άρχισαν να χρησιμοποιούν στα προγράμματά, τους αισθητήρες υπέρυθρων, αφής και χρώματος.

Μετά από όλα αυτά η κάθε ομάδα άρχισε να φτιάχνει το δικό της πρόγραμμα ελέγχου του ρομπότ-οχήματος. Σκοπός του τελικού προγράμματος ήταν να κατευθύνει το ρομπότ-όχημα να κινείται αυτόνομα στους δρόμους της πόλης-μακέτας, ανιχνεύοντας και προσπερνώντας εμπόδια μέχρι να εντοπίσει ένα αντικείμενο συγκεκριμένου χρώματος. Συγκεκριμένα το πρόγραμμα εκτελεί τις εξής λειτουργίες: Πατώντας τον αισθητήρα αφής, το ρομπότ-όχημα αρχίζει να κινείται με σταθερή ταχύτητα μέσα στην πόλη. Μόλις φτάσει στο τέλος του δρόμου ο αισθητήρας υπερύθρων ανιχνεύει το εμπόδιο (σπίτι) και δίνει εντολή να σταματήσει προσωρινά το ρομπότ-όχημα και στη συνέχεια να στρίψει προς τα δεξιά για να βρει νέα διαδρομή να κινηθεί. Το ρομπότ έχει την ιδιότητα αυτό να το επαναλαμβάνει συνεχώς μέχρι ο αισθητήρας χρώματος να εντοπίσει ένα αντικείμενο συγκεκριμένου χρώματος οπότε και σταματάει. Τότε αρχίζει να ηχεί μία σειρήνα που υποδεικνύει ότι εντοπίστηκε αυτό που έψαχνε το ρομπότ.

Φάση Δ’-Δοκιμές. Στην τελική φάση, η κάθε ομάδα μετέφερε το πρόγραμμά της στο ρομπότ-όχημα και ξεκίνησε τις δοκιμές τοποθετώντας το ρομπότ στον δρόμο της πόλης-μακέτας και πατώντας τον αισθητήρα αφής. Βλέποντας τα αποτελέσματα, η κάθε ομάδα εντόπιζε τα λογικά λάθη του προγράμματος και πρότεινε διορθώσεις και λύσεις μέχρι να φτάσει στη σωστή εκδοχή της λύσης.

Αξιολόγηση

Το πρότζεκτ που παρουσιάστηκε υιοθετεί τις βασικές ιδέες του Piaget, του Bruner και του Vygotsky, καθώς αναπτύσσει ένα διερευνητικό περιβάλλον μάθησης στο οποίο ο μαθητής μέσα από τον πειραματισμό και την αλληλεπίδραση με το λογισμικό και του ρομπότ-οχήματος, οικοδομεί και ανακαλύπτει σταδιακά τη γνώση με δικό του τρόπο συμμετέχοντας ενεργητικά. Το πρότζεκτ εφαρμόστηκε σύμφωνα με τον αρχικό σχεδιασμό και έδειξε πως επιτεύχθηκαν οι στόχοι που είχαν τεθεί, καθώς οι μαθητές εργάστηκαν ομαδικά, συνεργάστηκαν και αντάλλαξαν ιδέες και απόψεις μεταξύ τους, κατάφεραν να ανταπεξέλθουν στην κατασκευή ενός προγράμματος ελέγχου του ρομπότ-οχήματος.

Βιβλιογραφία, Πηγές, Παραπομπές

  1. Φράγκου, Σ., Γρηγοριάδου, Μ., Παπανικολάου, Κ., (2010). Σχεδιάζοντας δραστηριότητες ρομποτικής για μαθητές Γυμνασίου 5ο Πανελλήνιο Συνέδριο «Διδακτική της Πληροφορικής», Αθήνα, 9-11 Απριλίου
  2. Χάρος, Σ., Τρακαντζίδης, Ι., (2009). Χρήση ρομποτικής στη διδασκαλία δομών προγραμματισμού: «Εύκολο παρκάρισμα», 5ο Πανελλήνιο Συνέδριο των Εκπαιδευτικών για τις ΤΠΕ (Συνεδρία εργασίας), Σύρος, 8-10 Μαΐου
  3. Κορρές, Γ., (2008). Lego Mindstorms for schools: «Η Ρομποτική στην Υπηρεσία της Διδασκαλίας των Θετικών Επιστημών και της Τεχνολογίας», 1ο Πανελλήνιο Εκπαιδευτικό Συνέδριο Ημαθίας «Ψηφιακό υλικό για την υποστήριξη του παιδαγωγικού έργου των εκπαιδευτικών», Νάουσα, 9-11 Μαΐου
  4. Μπάρας, Ι., Βασιλόπουλος, Γ., (2014). Διδάσκοντας προγραμματισμό με την χρήση Εκπαιδευτικής Ρομποτικής: Learning by doing-, Πρακτικά Εργασιών 8ου Πανελλήνιου Συνεδρίου Καθηγητών Πληροφορικής, Βόλος, 28-30 Μαρτίου