Robotik ist eines der interessantesten und innovativsten Fächer in Schulen. Sie lehrt, Algorithmen zu erstellen, gamifiziert den Lernprozess und führt die Kinder in die Programmierung ein. In einigen Schulen wird bereits ab der ersten Klasse Informatik unterrichtet, sie lernen, Roboter zu bauen und Flussdiagramme zu erstellen. Um den Kindern das Verständnis von Robotik und Programmierung zu erleichtern und ihnen eine vertiefte Ausbildung in Mathematik und Physik in der Mittelstufe zu ermöglichen, haben wir das neue Lernset LEGO Education SPIKE Prime herausgebracht. Die Einzelheiten dazu werden wir in diesem Beitrag erläutern.
LEGO Education SPIKE Prime ist für die Ausbildung von Kindern der Klassen 5–7 in Schulen und Robotikclubs konzipiert. Das Set ermöglicht es, Algorithmen mithilfe von Flussdiagrammen zu erstellen und zu beobachten, wie Bilder auf dem Bildschirm in Bewegungen und Handlungen umgesetzt werden. Für moderne Schüler sind Anschaulichkeit und der WOW-Effekt wichtig, und SPIKE Prime ist ein Anreiz, der Kinder für Programmierung und Naturwissenschaften begeistern kann.
Überblick über das Set
Das Set wird in einem minimalistischen gelb-weißen Kunststoffkoffer geliefert. Unter dem Deckel findet sich ein Karton mit einer Anleitung zum Einstieg und einem Schema zur Anordnung der Teile in den Fächern. Das Set ist so konzipiert, dass es leicht zu verwenden ist und der Lehrer minimalen zusätzlichen Vorbereitungsaufwand benötigt.
Die einzelnen Teile sind nach Tüten mit Nummern sortiert, die den Nummern der Fächer in den Boxen entsprechen.
Das Basis-Set enthält über 500 LEGO-Teile, einschließlich neuer Komponenten.
- Mehrere neue Rahmen, die die Montagezeiten von Prototypen verkürzen und den Bau großer Modelle ermöglichen.
- Ein neuer 2×4 Stein mit Löchern für Technic-Achsen. Er ermöglicht die Kombination von Technic-Elementen und LEGO System in einem Projekt.
- Die Grundplatte aus der Technic-Serie wurde aktualisiert.
- Neue schmale Räder, die die Steuerungsgenauigkeit verbessern und die Manövrierfähigkeit der Modelle erhöhen.
- Ein neues Drehrad in Form eines Stützrollen.
- Neue Kabelbinder in verschiedenen Farben, die eine ordentliche Befestigung der Kabelstränge ermöglichen.
Neben den einzelnen Teilen enthält das Set drei Motoren – einen großen und zwei mittlere – sowie drei Sensoren: Abstand, Farbe und Kraft.
Die Motoren werden direkt an das Hub angeschlossen und verfügen über Drehgeber mit einer Genauigkeit von bis zu 1 Grad. Diese Möglichkeit dient der Synchronisierung der Motoren, sodass sie gleichzeitig mit konstanter Geschwindigkeit fahren können. Darüber hinaus kann der Sensor auch zur Messung der Geschwindigkeit und der zurückgelegten Strecke des Modells verwendet werden.
Der Farbsensor kann bis zu 8 Farben unterscheiden und kann als Lichtsensor verwendet werden. Er verfügt auch über einen integrierten Infrarotsensor, der beispielsweise Lichtreflexionen erkennen kann.
Der Berührungssensor erkennt folgende Situationen: Taste gedrückt, losgelassen, stark gedrückt. Der Sensor bestimmt dabei den Druck in Newton oder in Prozent.
Der IR-Sensor dient zur Bestimmung der Distanz vom Roboter zu einem bestimmten Punkt oder zur Verhinderung von Kollisionen. Er kann Entfernungen in Prozent, Zentimetern und Zoll messen.
Die Möglichkeiten des Basis-Sets können durch ein Ressourcen-Set erweitert werden, das aus 603 Teilen besteht. Es enthält: ein zusätzliches großes Set und einen Lichtsensor, zwei große Räder, große konische Zahnräder, die den Bau von großen Drehplattformen ermöglichen.
Hub
Im Hub ist ein Gyroskop integriert, das seine Position im Raum bestimmen kann: Orientierung, Neigung, Rollwinkel, die Feststellung der oberen Fläche, den Zustand des Hubs bei einem Sturz usw. Der integrierte Speicher ermöglicht es, bis zu 20 Programme zu laden und zu speichern. Die Programmnummer wird auf dem 5x5-Pixelbildschirm angezeigt, auf dem auch benutzerdefinierte Bilder und der Status des Hubs angezeigt werden.
Außerdem befindet sich am Hub:
- ein microUSB-Anschluss zum Laden des Akkus oder zur Verbindung mit einem PC.
- eine Bluetooth-Synchronisierungstaste, mit der eine drahtlose Verbindung zum PC zur Programmierung des Hubs hergestellt werden kann.
- 6 Ports (A-F) zur Ausführung von Befehlen oder zum Empfang von Informationen von Sensoren.
- Drei Tasten zur Steuerung des Hubs.
- Lautsprecher integriert.
Software
Die Software LEGO Education SPIKE ist für Windows, Mac OS, Android, iOS und Chromebook verfügbar und kann heruntergeladen werden . Die Programmierumgebung basiert auf der Kinder-Programmiersprache Scratch. Sie besteht aus einer Reihe von Befehlen, von denen jeder einen grafischen Block einer bestimmten Form und Farbe mit Parametern darstellt, die manuell geändert werden können, wie z. B. Geschwindigkeit und Reichweite der Bewegung, Drehwinkel usw.
Die Befehlssätze, die mit verschiedenen Komponenten der Lösung verbunden sind (Motoren, Sensoren, Variablen, Operatoren usw.), sind in unterschiedlichen Farben hervorgehoben, was es erleichtert, intuitiv zu verstehen, wie man das programmiert, was benötigt wird.
Darüber hinaus sind im Programm zahlreiche Unterrichtspläne sowie etwa 30 verschiedene Anleitungen zum Zusammenbauen von Modellen enthalten.
Die ersten Schritte
Nach dem Start der Anwendung und der Auswahl der Sprache werden sofort drei Startschritte angeboten:
1) Programmieren Sie den Hub, damit ein Smiley auf dem Bildschirm erscheint;
2) Lernen Sie die Funktionsweise der Motoren und Sensoren kennen;
3) Bauen Sie das Modell "Floh" zusammen und programmieren Sie es für die Bewegung.
Die Einführung in SPIKE Prime beginnt mit einer Beschreibung der Anschlussmöglichkeiten (über microUSB oder Bluetooth) und der Bedienung des Pixelbildschirms.
Zuerst müssen Sie die Befehlsfolge festlegen, die nach dem Start des Programms ausgeführt werden soll, und die spezifischen Pixel auswählen, die auf dem Bildschirm des Hubs leuchten sollen.
Der zweite Schritt umfasst den Zusammenbau und die Programmierung der Reaktion der Motoren auf verschiedene Signale von Sensoren. Zum Beispiel kann man einen Motor so programmieren, dass er sich dreht, wenn eine Hand oder ein beliebiger Gegenstand näher an den Abstandssensor gebracht wird.
Dafür erstellen wir eine Befehlsfolge: Wenn sich ein Objekt in weniger als n Zentimeter vom Sensor entfernt befindet, beginnt der Motor zu arbeiten.
Der dritte und spannendste Schritt: Bauen Sie den Floh-Roboter zusammen und programmieren Sie ihn, um auf Kommando zu springen. Dazu müssen Sie zuerst den Roboter aus den Bauteilen und zwei Motoren zusammenbauen.
Dann beginnen wir mit der Programmierung. Dazu legen wir den folgenden Algorithmus fest: Wenn das Programm startet, soll der "Floh" zwei Schritte nach vorne springen; daher müssen die beiden Motoren gleichzeitig zwei volle Umdrehungen machen. Die Drehgeschwindigkeit stellen wir auf 50 % ein, damit der Roboter nicht zu stark springt.
Am Ende haben wir einen kleinen Roboter, der beim Start des Programms nach vorne springt. Wunderschön!
Der Flöhenroboter stürmte vorwärts und fand sein erstes Ziel, aber etwas ging schief.
Danach ist die Ausbildung abgeschlossen, und man kann sich komplexeren Projekten widmen: In der App gibt es mehr als 60 verschiedene Blockdiagramme für verschiedene Teile des Sets (Motoren, Hub, Sensoren usw.). Jedes Blockdiagramm kann dabei leicht mit Parametern verändert werden. Außerdem gibt es in der Software die Möglichkeit, Variablen und eigene Blockdiagramme zu erstellen.
Für Lehrer
Im Set enthalten sind für Lehrer. Dazu gehören Lehrpläne, Aufgaben mit Lösungen und Aufgaben, für die es keine Antworten gibt und die kreatives Denken erfordern. Das ermöglicht einen schnellen Einstieg in die Arbeit mit dem Set und die Erstellung von Bildungsprogrammen.
Insgesamt sind auf der Website 4 Kurse verfügbar. "Erfinderteam" – ein Kurs für Technikstunden, der den Schülern Verständnis für den Prozess des Projektarbeit vermittelt. Zwei Kurse beziehen sich auf Informatik. "Wir starten ein Geschäft" vermittelt grundlegende Programmier- und Algorithmuskenntnisse, während "Nützliche Geräte" die Prinzipien des Internets der Dinge nachvollziehbar macht. Der vierte Kurs – "Bereit für Wettbewerbe" – dient der Vorbereitung auf Wettbewerbe und erfordert sowohl ein Basis- als auch ein Ressourcenset.
Jeder Kurs umfasst 5 bis 8 Lektionen, die eine fertige methodische Lösung enthalten, die im Bildungsprozess zur Festigung von STEAM-Kompetenzen integriert werden kann.
Vergleich mit anderen Sets
LEGO Education SPIKE Prime gehört zur robotertechnischen Reihe von LEGO Education, die Sets für Kinder unterschiedlichen Alters umfasst:
- Express "Junger Programmierer" für die frühkindliche Bildung.
- WeDo 2.0 für die Grundschule.
- LEGO Education SPIKE Prime für die Mittelschule.
- LEGO MINDSTORMS Education EV3 für Schüler der Oberstufe und der ersten Studienjahre.
Die Funktionen von SPIKE Prime überschneiden sich mit LEGO WeDo 2.0, das in diesem Jahr Unterstützung für Scratch erhalten hat. Im Gegensatz zu WeDo 2.0, das physikalische Experimente simulieren kann, eignet sich SPIKE Prime jedoch besser für die Robotik. Es wurde für den Einstieg in die Robotik in den Klassen 5–7 konzipiert.
Mit dieser Lösung können Schüler auf spielerische Weise die Grundlagen der Algorithmisierung erlernen, ihre Problemlösungsfähigkeiten entwickeln und sich mit den Grundlagen der Robotik vertrautmachen. Nach SPIKE Prime können sie zu LEGO MINDSTORMS Education EV3 wechseln, das mit MycroPython arbeitet und sich gut eignet, um komplexere Konzepte der Robotik und Programmierung zu lernen.
P.S. Bei der Erstellung dieses Artikels wurde kein Roboter und kein Husky verletzt.
Quelle: habr.com
