balatsoukas.comΡομποτική στο δημοτικό. Πως να χρησιμοποιήσετε τον αισθητήρα κλίσης, τον αισθητήρα απόστασης και τον κινητήρα. Τι είναι η εκπαιδευτική ρομποτική.
Η εκπαιδευτική ρομποτική στο δημοτικό σχολείο αποτελεί ίσως τη μεγαλύτερη καινοτομία πραγματοποιήθηκε στην εκπαίδευση τα τελευταία χρόνια. Ουσιαστικά η ρομποτική στο δημοτικό ταυτίζεται με τη συμμετοχή στο διαγωνισμό εκπαιδευτικής ρομποτικής που γίνεται κάθε Μάρτιο. Τη χρονιά του 2020 η πραγματοποίηση του 6ος διαγωνισμός εκπαιδευτικής ρομποτικής μεταφέρεται χρονικά πιο πίσω. Διότι όλα τα σχολεία της χώρας είναι κλειστά εκείνω της περίοδο λόγω κορονοϊού.
Η εκπαιδευτική ρομποτική ουσιαστικά είναι η χρήση κινητήρα και αισθητήρων για να δημιουργήσουμε έναν αυτοματισμό. Για παράδειγμα όταν πλησιάσουμε πολύ την πόρτα να αρχίζει να σφυρίζει μία σειρήνα. Για να πραγματοποιηθεί αυτός ο αυτοματισμός θα πρέπει ο αισθητήρας απόστασης να ελέγχει μήπως κάποιο αντικείμενο πλησίασε την πόρτα. Όταν η απόσταση μειωθεί κάτω από κάποιο όριο τότε θα δώσει εντολή στον κινητήρα να περιστραφεί. Και αυτή η περιστροφή του κινητήρα θα ενεργοποιήσει τη σειρήνα για να αρχίσει τα σφυρίζει. Για παράδειγμα μπορείτε να χρησιμοποιήσετε μία ηλεκτρική σειρήνα και ο κινητήρας απλά να πατήσει το κουμπί ενεργοποίησης.
Στην εκπαιδευτική ρομποτική έχουμε δύο είδη αισθητήρων, τον αισθητήρα κλίσης και τον αισθητήρα απόστασης. Ο αισθητήρας κλίσης έχει έξι προκαθορισμένες θέσεις οι οποίες καθορίζονται ανάλογα με την κλίση που έχει αισθητήρας. Σε κάθε θέση αντιστοιχεί σε διαφορετική τιμή του αισθητήρα κλήσης. Ο αισθητήρας απόστασης μετράει πόσο κοντά ή μακριά βρίσκεται ένα αντικείμενο σε σχέση με τον αισθητήρα. Οι τιμές του αισθητήρα αποστάσεις μεταβάλλονται από το 0 μέχρι το 100. Εάν χρησιμοποιούμε το scratch 1.4 τότε μπορούμε κάθε φορά να χρησιμοποιήσουμε μόνο έναν αισθητήρα. Για να συνδέσουμε τον αισθητήρα με τον υπολογιστή χρησιμοποιούμε το hub πάνω στο οποίο κουμπώνει ο αισθητήρας που θα επιλέξουμε.
Εδώ βλέπουμε τον αισθητήρα κλισης. Όπως παρατηρούμε ο αισθητήρας αυτός έχει τέσσερις θέσεις.
Όταν δεν υπάρχει κλίση και αισθητήρας βρίσκεται σε οριζόντια θέση τότε η τιμή που δίνει είναι μηδέν. Εάν στρέψουμε τον κινητήρα μπροστά τότε θέλει την τιμή 1. Στην περίπτωση που στρίψεις με τον κινητήρα προς τα πίσω θα δώσει την τιμή 3. Εάν στρίψουμε τον κινητήρα δεξιά του θα δώσει την τιμή 4 ενώ εάν στρίψουμε τον κινητήρα αριστερά τότε θα λάβουμε την τιμή 2. Με τον τρόπο αυτό μπορούμε να ελέγχουμε τη χρήση ενός αντικειμένου όπως για παράδειγμα το αν μία πόρτα είναι ανοιχτή ή όχι. Ως άλλο παράδειγμα θα μπορούσαμε να ελέγξουμε εάν ένα επίπεδο είναι κεκλιμένο ή όχι.
Για να κατανοήσουμε τη λειτουργία του αισθητήρα κλίσης πρέπει να τον δούμε στην πράξη να δουλεύει. Εδώ έχουμε ένα απλό πρόγραμμα στο οποίο η γάτα αναφέρει την τιμή του αισθητήρα κλίσης.
Με το πρόγραμμα αυτό έπρεπε τότε να επιβεβαιώσουμε ότι ο αισθητήρας κλισης όντως κάνει αυτά τα οποία αναφέραμε παραπάνω. Έχω ανεβάσει το πρόγραμμα στο scratch.mit.edu. Επίσης έχω δημοσιεύσει βίντεο στο YouTube με το οποίο μπορούμε να δούμε το πρόγραμμα με τον αισθητήρα κίνησης να λειτουργεί.
Εδώ να σημειώσουμε ότι για να μπορέσουμε να κάνουμε εκπαιδευτική ρομποτική είναι απαραίτητο να γνωρίζουμε προγραμματισμο με το Scratch. Η ρομποτική μας δίνει τους κινητήρες και τον αισθητήρα ενώ ο προγραμματισμός μας δίνει τη δυνατότητα να δώσουμε λογική στο πρόγραμμα. Όλα μαζί συνθέτουν έναν αυτοματισμό που θα τον χρησιμοποιήσουμε για να κάνουμε τη ζωή μας ευκολότερη ή για να λύσουμε ένα πρόβλημα.
Με τον αισθητήρα απόστασης μπορούμε να μετρήσουμε χοντρικά πόσο απέχει ένα αντικείμενο από τον αισθητήρα. Είναι σημαντικό να το δώσουμε τη λέξη "χοντρικά". Διότι η μέτρηση γίνεται με αρκετά μεγάλη απόκλιση τιμής. Για παράδειγμα μπορεί να μετρήσουμε αντικείμενα σε μία συγκεκριμένη απόσταση και ο αισθητήρας απόστασης να δώσει την τιμή 50. Μπορούμε να κάνουμε την ίδια μέτρηση αργότερα και να δώσει την τιμή 45 η την τιμή 55. Καλό θα είναι να έχουμε πάντα στο μυαλό μας ότι η μέτρηση δεν γίνεται με απόλυτη ακρίβεια αλλά έχει ένα ποσοστό λάθους. Πάντα έχει μία απόκλιση σε σχέση με την προηγούμενη μέτρηση. Αυτό δεν σημαίνει ότι ο αισθητήρας απόστασης είναι αναξιόπιστος. Σημαίνει απλά ότι μπορούμε να το χρησιμοποιούμε για να ελέγχουμε κατά πόσο ένα αντικείμενο βρίσκεται κοντά ή μακριά από τον αισθητήρα, και όχι για να κάνουμε ακριβή μέτρηση αποστάσεων.
Εδώ βλέπουμε τον αισθητήρα απόστασης:
Ακολουθεί ένα πρόγραμμα το οποίο έχω δημιουργήσει για να μπορούμε να δούμε στην πράξη τις μετρήσεις του αισθητήρα απόστασης:
Η γάτα συνεχώς αναφέρει την μέτρηση που κάνει ο αισθητήρας απόστασης. όσο πλησιάζουμε το χέρι μας τον αισθητήρα τόσο μειώνεται η απόσταση άρα μικραίνει η τιμή της μέτρησης. Εάν πλησιάζουμε πάρα πολύ τότε ο αισθητήρας δίνει την τιμή 0. Στη συνέχεια απομακρύνουμε τα χρήματα από τον αισθητήρα και η τιμή αρχίζει και μεγαλώνει. Όταν απομακρυνθεί με πολύ από τον αισθητήρα τότε η τιμή θα γίνει 100. Αυτές είναι οι τιμές που μετράει ο αισθητήρας απόστασης: μία γκάμα τιμών ανάμεσα στο 0 και στα 100.
Μέχρι τώρα είδαμε τους δύο αισθητήρες μέσω των οποίων λαμβάνουμε μετρήσεις από τον πραγματικό κόσμο. Οι μετρήσεις αυτές χρησιμοποιούνται από το πρόγραμμα scratch. Στη συνέχεια το πρόγραμμα κρίνει εάν πρέπει να ενεργοποιήσει ή όχι τον κινητήρα. Ο κινητήρας είναι συνδεδεμένος με το hub και λαμβάνει εντολές από το πρόγραμμα. Μπορεί είτε να λειτουργεί είτε να μη λειτουργεί. Όταν λειτουργεί περιστρέφεται με μία ισχύ. Το πρόγραμμα καθορίζει δύο πράγματα. Το πρώτο είναι εάν ο κινητήρας είναι ενεργός ή όχι. Και το δεύτερο είναι η ισχύς του κινητήρα.
Εδώ βλέπουμε τον κινητήρα:
Δείχνουμε ένα απλό πρόγραμμα στο οποίο όταν πατήσουμε το πλήκτρο 1 θα αρχίσει να λειτουργεί ο κινητήρας ενώ όταν πατήσουμε το πλήκτρο 2 ο κινητήρας θα σταματήσει.
Ολοκληρώνουμε το εισαγωγικό αυτό άρθρο πάνω στην εκπαιδευτική ρομποτική παρουσιάζοντας ένα απλό παράδειγμα που χρησιμοποιεί ταυτόχρονα και τον κινητήρα και τον αισθητήρα απόστασης. Χρησιμοποιήσαμε τα lego για να φτιάξουμε ένα πολύ απλό αυτοκινητάκι. Σε μία από τις ρόδες του αυτοκινήτου έχουμε ενσωματώσει ένα γρανάζι. Και πάνω σε αυτό το γρανάζι έχουμε κουμπώσει τον κινητήρα. Συνεπώς κάθε φορά που λειτουργεί ο κινητήρας γυρνάει το γρανάζι άρα γυρνάει και η ρόδα ανακινείται το αυτοκινητάκι. Μπροστινό μέρος του αυτοκινήτου έχουμε τοποθετήσει στον αισθητήρα απόστασης. Και στη συνέχεια φτιάξαμε ένα πρόγραμμα scratch το οποίο κάνει το εξής: όταν πλησιάζουμε το αυτοκινητάκι τότε αυτό γυρνάει τον κινητήρα και απομακρύνεται και πάει να μας ξεφύγει.
Για να το πετύχουμε αυτό δημιουργήσαμε ένα απλό πρόγραμμα scratch το οποίο λαμβάνει την τιμή του αισθητήρα απόστασης. Εάν η απόσταση είναι κάτω από 50 τότε σημαίνει ότι έχουμε πλησιάσει το αυτοκινητάκι άρα λειτουργεί ο κινητήρας και το αυτοκινητάκι απομακρύνεται. Όταν η απόσταση μεγαλώσει και έγινε η μεγαλύτερη από 50 τότε δεν είμαστε κοντά στο αυτοκινητάκι άρα ο κινητήρας σταματάει. Εδώ βλέπουμε το πρόγραμμα στο scratch, ως κομμάτι του προγραμματισμού για παιδιά δημοτικού:
Πραγματικά δυνατότητες που μας δίνει η εκπαιδευτική ρομποτική είναι απεριόριστες. Μπορούμε να χαλαρώσουμε, να παίξουμε, και να φτιάξουμε κατασκευές διασκεδαστικές με τις οποίες να γελάσουμε η κατασκευές χρήσιμες που να μας κάνουν τη ζωή πιο εύκολη. Για να κάνουμε εξάσκηση στην εκπαιδευτική ρομποτική θα μπορούσαμε να δημιουργήσουμε έναν ανεμιστήρα που να συνδέεται με τον αισθητήρα κλίσης. Κάθε φορά πού πατάμε το κατεβάζουμε τον αισθητήρα προς τα δεξιά θα δυναμώνει η ταχύτητα του ανεμιστήρα ενώ κάθε φορά πού περιστρέφουμε τον αισθητήρα προς τα αριστερά να μειώνεται η ταχύτητα του ανεμιστήρα. Εάν κινήσουμε τον αισθητήρα κλισης μπροστά τότε να σταματάει εντελώς η λειτουργία του ανεμιστήρα. Ενώ στην περίπτωση που θα στρίψουμε τον αισθητήρα προς τα πίσω τότε ο ανεμιστήρας να δουλεύει με τη μέγιστη ένταση, στο φουλ.
Από τη στιγμή που θα κατανοήσουμε τις βασικές αρχές της λειτουργίας του κινητήρα και των αισθητήρων τότε θα είμαστε σε θέση να φτιάξουμε απλά προγραμματάκια μαζί με τα παιδιά του δημοτικού. Μία πολύ καλή ιδέα είναι να χρησιμοποιήσουμε τις γνώσεις των μαθηματικών για να αξιολογήσουμε τις μετρήσεις των κινητήρων. Για παράδειγμα να υπολογίζει το μισό της απόστασης η το διπλάσιο της απόστασης. Ένα άλλο παράδειγμα είναι να κάνουμε μία εκτίμηση για τις κλίσεις χρησιμοποιώντας τον αισθητήρα κλισης. Ο συνδυασμός των μαθηματικών με τον προγραμματισμό και τη ρομποτική αποτελεί το τέλειο εργαλείο για να κατανοήσουν τα παιδιά του δημοτικού πολλές δύσκολες έννοιες μέσα από το παιχνίδι. Με λίγη φαντασία μπορούμε να σκεφτούμε πολύ περισσότερες ρομποτικές κατασκευές και αυτοματισμούς.
Η πληροφορική στο δημοτικό ενδείκνυται να συνδυάζει μεταξύ τους πολλά μαθήματα. Μία ακόμα καλή ιδέα είναι να αξιοποιήσουμε τη δυνατότητα λήψης τιμών από τους κινητήρες και να μετρήσεις με παραμέτρους που αφορούν το μάθημα της φυσικής. Δηλαδή να χρησιμοποιήσουμε την εκπαιδευτική ρομποτική για τη φυσική. Είναι πάρα πολύ απλό να δημιουργήσουμε ένα πείραμα στο οποίο οι μετρήσεις να λαμβάνονται μέσω των αισθητήρων. Από τη στιγμή που η φυσική διδάσκεται στο δημοτικό και η πληροφορική διδάσκεται στο δημοτικό τότε αυτό αποτελεί ένα εξαιρετικό πάντρεμα μεταξύ τους. κατά τη γνώμη μου αποτελεί κορυφαία εφαρμογή για το μαθημα της πληροφορικής στο δημοτικό.
Και βεβαίως εδώ αξίζει τον κόπο να συνδυάσουμε και πολλά άλλα προγράμματα. Μπορούμε για παράδειγμα να χρησιμοποιήσουμε το excel για να καταγράφουμε τις τιμές των πειραμάτων που θα κάνουμε με την εκπαιδευτική ρομποτική. Η καταγραφή τιμών είναι από τα σημαντικότερα πράγματα που γίνονται στα εργαστήρια φυσικής. Διότι η εκπαιδευτική ρομποτική σε συνδυασμό με το πρόγραμμα του excel μπορεί να μας εισάγει σε αυτό τον τρόπο εργασίας. Εννοείται βέβαια πώς θα έχει προηγηθεί η διδασκαλία του excel για παιδιά δημοτικού ήδη από προηγούμενα μαθήματα.
Η πιο ευχάριστη εφαρμογή της ρομποτικής είναι στα εκπαιδευτικά παιχνίδια. Αντί τα παιδιά να το βλέπουν ως μάθημα μπορούμε να καταφέρουμε να το βλέπουν ως παιχνίδι. Όταν ο καθηγητής πληροφορικής σχεδιάσει τα εκπαιδευτικά παιχνίδια με ωραίο τρόπο τότε τα παιδιά είναι πολύ χαρούμενα και δυσκολευόμαστε πολύ να τα βγάλουμε από το εργαστήριο πληροφορικής. όταν χρησιμοποιούμε τη ρομποτική για εκπαιδευτικά παιχνίδια πότε έχουμε τη δυνατότητα να πετύχουμε το μάθημα πληροφορικής.
Όσο περισσότερες ασκήσεις έχουν οι μαθητές τόσο καλύτερα θα γίνει η εξάσκηση στο διδακτικό αντικείμενο. Μία πολύ καλή ιδέα είναι να χρησιμοποιήσετε το Excel για να δημιουργήσετε διαδραστικές ασκήσεις με τις οποίες μπορούν να εξασκούνται οι μαθητές από το σπίτι τους. Στον ακόλουθο σύνδεσμο θα βρείτε κάποιες ασκήσεις αγγλικών που δημιουργήσαμε ως παράδειγμα προς αυτή την κατεύθυνση.
