La robotica è una delle attività scolastiche più interessanti e innovative. Insegna a creare algoritmi, rende il processo di apprendimento più coinvolgente e introduce i bambini alla programmazione. In alcune scuole, già dalla prima classe, si studia informatica, si imparano a costruire robot e a realizzare diagrammi di flusso. Per aiutare i bambini a comprendere facilmente la robotica e la programmazione e per poter approfondire lo studio di matematica e fisica nella scuola secondaria, abbiamo lanciato un nuovo kit didattico LEGO Education SPIKE Prime. Ne parleremo in questo post.
LEGO Education SPIKE Prime è progettato per insegnare ai bambini delle classi 5–7 nelle scuole e nei corsi di robotica. Il kit consente di costruire algoritmi tramite diagrammi di flusso e di vedere come le immagini sullo schermo si trasformano in movimenti e azioni. Per gli studenti moderni, la visibilità e l'effetto WOW sono fondamentali, e SPIKE Prime è un'attrazione che può coinvolgere i bambini nella programmazione e nelle scienze esatte.
Panoramica del kit
Il kit è fornito in una scatola di plastica gialla e bianca dal design minimalista. Sotto il coperchio si trova un cartoncino con le istruzioni per iniziare e uno schema di posizionamento dei pezzi nei vassoi. Il kit è progettato per essere facile da utilizzare, richiedendo al docente un minimo di preparazione supplementare.
I pezzi stessi sono confezionati in sacchetti numerati corrispondenti ai numeri delle celle nei vassoi.
Il set di base include oltre 500 elementi LEGO, compresi nuovi pezzi.
- Alcuni nuovi telai che riducono i tempi di assemblaggio dei prototipi e permettono di creare modelli di grandi dimensioni.
- Un nuovo mattoncino 2×4 con un foro per gli assi Technic. Permette di combinare elementi Technic e LEGO System in un unico progetto.
- La base del kit è stata aggiornata dall'assortimento Technic.
- Nuove ruote strette che garantiscono una maggiore precisione di controllo e migliorano la manovrabilità dei modelli.
- Una nuova ruota pivotante a forma di rullo di supporto.
- Nuove clip per cavi, disponibili in diversi colori, che permettono di fissare i cablaggi in modo ordinato.
All'interno ci sono anche tre motori: uno grande e due medi, oltre a tre sensori: distanza, colore e forza.
I motori si collegano direttamente all'hub e hanno sensori di rotazione con una precisione fino a 1 grado. Questa funzione è prevista per sincronizzare il funzionamento dei motori, in modo che possano muoversi contemporaneamente a una velocità costante. Inoltre, il sensore può essere utilizzato anche per misurare la velocità e la distanza del movimento del modello.
Il sensore di colore distingue fino a 8 colori e può essere utilizzato come sensore di luminosità. Inoltre, è dotato di un sensore ad infrarossi, che può leggere, ad esempio, la riflessione della luce.
Il sensore di contatto riconosce le seguenti situazioni: pulsante premuto, rilasciato, pressione forte. In questo caso, il sensore determina la forza di pressione in newton o in percentuale.
Il sensore IR serve per determinare la distanza tra il robot e un punto specifico o per prevenire collisioni. È in grado di misurare la distanza in percentuale, centimetri e pollici.
È possibile espandere le funzionalità del kit di base utilizzando il kit risorse, che consiste in 603 pezzi. Comprende: un set grande aggiuntivo e un sensore di luce, due ruote grandi, grandi ingranaggi conici che consentono di costruire piattaforme girevoli di grandi dimensioni.
Hub
L'hub include un giroscopio in grado di determinare la sua posizione nello spazio: orientamento, inclinazione, beccheggio, determinazione del lato superiore, stato di caduta dell'hub, ecc. La memoria incorporata consente di caricare e memorizzare fino a 20 programmi. Il numero del programma viene visualizzato su un display a pixel 5x5, dove vengono visualizzate anche le immagini personalizzate e lo stato di funzionamento dell'hub.
Inoltre, sull'hub sono presenti:
- Una porta microUSB per la ricarica della batteria o il collegamento a un PC.
- Un pulsante di sincronizzazione Bluetooth, che consente di stabilire una connessione wireless con un PC per la programmazione dell'hub.
- 6 porte (A-F) per eseguire comandi o ricevere informazioni dai sensori.
- Tre pulsanti di controllo dell'hub.
- Un altoparlante integrato.
Software
Il software LEGO Education SPIKE è disponibile per Windows, Mac OS, Android, iOS e Chromebook, ed è possibile scaricarlo . L'ambiente di programmazione è stato creato sulla base del linguaggio di programmazione per bambini Scratch. È composto da un insieme di comandi, ciascuno dei quali rappresenta un blocco grafico di forma e colore specifici con parametri modificabili manualmente, ad esempio, velocità e distanza di movimento, angolo di rotazione, ecc.
I set di comandi associati a diversi componenti della soluzione (motori, sensori, variabili, operatori, ecc.) sono evidenziati con colori diversi, permettendo di comprendere rapidamente e intuitivamente come programmare ciò che serve.
Dentro l'app sono raccolti numerosi piani di lezione, oltre a circa 30 istruzioni diverse per assemblare modelli.
Primi passi
Dopo aver avviato l'app e selezionato la lingua, vengono subito proposti tre passi iniziali:
1) Programmare l'hub affinché sullo schermo appaia un'emoji;
2) Familiarizzarsi con il funzionamento di motori e sensori;
3) Assembleare il modello "Cimice" e programmarlo per compiere movimenti.
L'introduzione a SPIKE Prime inizia con la descrizione delle possibilità di connessione (tramite microUSB o Bluetooth) e l'utilizzo dello schermo a pixel.
Inizialmente è necessario impostare una sequenza di comandi che deve essere eseguita dopo l'avvio del programma, oltre a scegliere i pixel specifici che si illumineranno sullo schermo dell'hub.
Il secondo passo prevede l'assemblaggio e la programmazione della reazione dei motori a vari segnali provenienti dai sensori. Ad esempio, puoi programmare un motore affinché inizi a ruotare quando si avvicina una mano o un qualsiasi oggetto al sensore di distanza.
Per fare ciò, creiamo una sequenza di comandi: se un oggetto è più vicino di n centimetri al sensore, il motore inizia a funzionare.
Il terzo e più interessante passo: assemblare il robot-cimice e programmarlo per saltare su comando. Per questo, prima di tutto, è necessario assemblare il robot utilizzando i pezzi e due motori.
Successivamente, passiamo alla programmazione. A questo punto impostiamo il seguente algoritmo: all'accensione del programma, la "cimice" deve saltare due volte in avanti, quindi entrambi i motori devono compiere due giri completi contemporaneamente. Imposteremo la velocità di rotazione al 50%, in modo che il robot non salti troppo forte.
Alla fine, abbiamo ottenuto un piccolo robot che, al termine del programma, salta in avanti. Bellissimo!
Il robot-cimice è partito spedito, ha trovato la sua prima vittima, ma qualcosa è andato storto.
Dopo questo il corso è concluso, si può passare a progetti più complessi: nell'applicazione ci sono oltre 60 diagrammi di flusso per le varie parti del set (motori, hub, sensori, ecc.). Inoltre, ogni diagramma di flusso può essere leggermente modificato tramite parametri. All'interno del software è anche possibile creare variabili e diagrammi di flusso personalizzati.
Per gli insegnanti
Il set include per gli insegnanti. Comprende piani di studio, compiti con soluzioni pronte e esercizi per i quali non ci sono risposte, richiedendo un approccio creativo nella soluzione. Questo permette di iniziare rapidamente a lavorare con il set e costruire programmi didattici.
In totale, sul sito sono disponibili 4 corsi. "Squadra degli inventori" è un corso per le lezioni di tecnologia, che consolida la comprensione degli studenti riguardo al processo di attività progettuale. Due corsi riguardano l'informatica. "Avviamo un business" fornisce competenze di base in programmazione e algoritmica, mentre "Dispositivi utili" introduce ai principi di funzionamento dell'internet delle cose. Il quarto corso, "Pronti per le competizioni", è destinato alla preparazione ai concorsi e richiede sia un set di base che uno di risorse.
Ogni corso ha da 5 a 8 lezioni, ognuna delle quali include una soluzione didattica pronta che può essere integrata nel processo educativo per rafforzare le competenze STEAM.
Facciamo un confronto con altri set
LEGO Education SPIKE Prime fa parte della linea di robotica LEGO Education, che include set per bambini di diverse età:
- Express "Giovane programmatore" per l'istruzione prescolare.
- WeDo 2.0 per la scuola elementare.
- LEGO Education SPIKE Prime per la scuola media.
- LEGO MINDSTORMS Education EV3 per studenti delle superiori e dei primi corsi universitari.
Le funzioni di SPIKE Prime si sovrappongono a quelle di LEGO WeDo 2.0, che quest'anno ha introdotto il supporto per Scratch. Tuttavia, a differenza di WeDo 2.0, che consente di modellare esperimenti fisici, SPIKE Prime è più adatto alla creazione di robot. È progettato per iniziare lo studio della robotica nelle classi 5-7.
Grazie a questa soluzione, gli studenti potranno apprendere in modo ludico i principi dell'algoritmizzazione, sviluppare competenze nella risoluzione dei problemi e familiarizzare con le basi della robotica. Dopo SPIKE Prime, si può passare a LEGO MINDSTORMS Education EV3, che offre la possibilità di lavorare con MycroPython e si adatta allo studio di concetti più complessi di robotica e programmazione.
P.S. Durante la scrittura di questo articolo, nessun robot e nessun husky è stato maltrattato.
Fonte: habr.com
