Robotica is een van de meest interessante en baanbrekende schoolvakken. Het leert leerlingen algoritmes samenstellen, gamificeert het leerproces en introduceert kinderen in programmeren. In sommige scholen beginnen kinderen al in groep 1 met informatica, leren ze robots bouwen en maken ze stroomdiagrammen. Om ervoor te zorgen dat kinderen robotica en programmeren gemakkelijk begrijpen en zich verdiepen in wiskunde en natuurkunde in de middelbare school, hebben we de nieuwe LEGO Education SPIKE Prime leerset uitgebracht. We zullen de details hiervan in deze post bespreken.
LEGO Education SPIKE Prime is bedoeld voor het onderwijs van kinderen in groep 5-7 op scholen en in robotica clubs. De set maakt het mogelijk om algoritmes te bouwen met behulp van stroomdiagrammen en te zien hoe afbeeldingen op het scherm veranderen in bewegingen en acties. Voor moderne leerlingen is visueel leren en de WOW-factor belangrijk, en SPIKE Prime is een lokmiddel dat kinderen kan boeien voor programmeren en exacte wetenschap.
Overzicht van de set
De set wordt geleverd in een minimalistische geel-witte plastic doos. Onder het deksel bevindt zich een karton met instructies om aan de slag te gaan en een schema voor het plaatsen van de onderdelen in de bakken. De set is ontworpen zodat het gemakkelijk is om mee te beginnen en de docent minimaal extra voorbereiding nodig heeft.
De onderdelen zijn verpakt in zakjes met nummers die overeenkomen met de nummers van de vakjes in de bakken.
De Basisset bevat meer dan 500 LEGO-onderdelen, inclusief nieuwe.
- Een aantal nieuwe frames die de assemblagetijd van prototypes verkorten en het mogelijk maken om grote modellen te creëren.
- Een nieuwe 2×4 blok met een gat voor Technic-assen. Hiermee kunnen Technic- en LEGO System-onderdelen in één project worden gecombineerd.
- De basisplaat uit het Technic-assortiment is vernieuwd.
- Nieuwe smalle wielen die de precisie van de besturing verbeteren en de wendbaarheid van de modellen vergroten.
- Een nieuw draaiwiel in de vorm van een steunrol.
- Nieuwe klemmen voor kabels, beschikbaar in meerdere kleuren, maken het mogelijk om kabels netjes vast te zetten.
Naast de onderdelen zijn er drie motoren - één grote en twee middelgrote - en drie sensoren: afstand, kleur en kracht.
Motoren worden rechtstreeks op de hub aangesloten en hebben draaisensoren met een nauwkeurigheid van 1 graad. Deze functie is bedoeld voor de synchronisatie van de motoren, zodat ze gelijktijdig met een constante snelheid kunnen bewegen. Bovendien kan de sensor ook worden gebruikt voor het meten van de snelheid en de afstand van de beweging van het model.
De kleuren-sensor kan tot 8 kleuren onderscheiden en kan ook als lichtsensor worden gebruikt. Hij heeft ook een ingebouwde infraroodsensor die bijvoorbeeld het lichtreflex kan lezen.
De aanraaksensor herkent de volgende situaties: knop ingedrukt, losgelaten, sterke druk. Daarbij detecteert de sensor de druk in newton of in percentage.
De IR-sensor wordt gebruikt om de afstand van de robot tot een bepaald punt te bepalen of om botsingen te voorkomen. Hij kan de afstand meten in procenten, centimeters en inches.
De mogelijkheden van de basisset kunnen worden uitgebreid met een resourceset, die bestaat uit 603 onderdelen. Deze omvatten: een extra grote set en een lichtsensor, twee grote wielen, grote conische tandwielen waarmee grote draaiplatforms kunnen worden gebouwd.
Hub
De hub heeft een ingebouwde gyroscoop die zijn positie in de ruimte kan bepalen: oriëntatie, helling, kanteling, vaststelling van de bovenste zijde, valtoestand van de hub, enzovoort. Het ingebouwde geheugen kan tot 20 programma's laden en opslaan. Het programmagenummer wordt weergegeven op een 5x5 pixel scherm, waar ook gebruikersafbeeldingen en de status van de hub worden weergegeven.
Ook op de hub zijn er:
- Een microUSB-poort voor het opladen van de accu of voor verbinding met een PC.
- Een Bluetooth-synchronisatieknop waarmee draadloze communicatie met een PC kan worden ingesteld voor het programmeren van de hub.
- 6 poorten (A-F) voor het uitvoeren van commando's of voor het ontvangen van informatie van sensoren.
- Drie knoppen om de hub te bedienen.
- Ingebouwde luidspreker.
Software
De LEGO Education SPIKE-software is beschikbaar voor Windows, Mac OS, Android, iOS en Chromebook, en kan worden gedownload . De programmeeromgeving is gebaseerd op de kindvriendelijke programmeertaal Scratch. Deze bestaat uit een set commando's, waarbij elk commando een grafische blok van een bepaalde vorm en kleur is met parameters die handmatig kunnen worden gewijzigd, zoals snelheid en afstand van beweging, draaihoek, enzovoort.
In dit verband zijn de setcommando's, die gerelateerd zijn aan verschillende componenten van de oplossing (motoren, sensoren, variabelen, operatoren, enz.), in verschillende kleuren gemarkeerd, waardoor het snel en intuïtief wordt om te begrijpen hoe je kunt programmeren wat nodig is.
In de applicatie zijn ook tal van lesplannen verzameld, evenals ongeveer 30 verschillende instructies voor het assembleren van modellen.
Eerste stappen
Bij het opstarten van de applicatie en het kiezen van de taal worden er direct drie opstartstappen aangeboden:
1) Programmeer de hub zodat er een smiley op het scherm verschijnt;
2) Maak kennis met de werking van motoren en sensoren;
3) Bouw het model 'Springbok' en programmeer het om te bewegen.
De kennismaking met SPIKE Prime begint met een beschrijving van de aansluitmogelijkheden (via microUSB of Bluetooth) en het gebruik van het pixeldisplay.
Eerst moet de reeks commando's worden ingesteld die moet worden uitgevoerd bij het starten van het programma, evenals het selecteren van specifieke pixels die op het scherm van de hub zullen worden verlicht.
De tweede stap omvat het samenstellen en programmeren van de reactie van motoren op verschillende signalen van sensoren. Bijvoorbeeld, je kunt een motor programmeren zodat deze begint te draaien wanneer je je hand of een voorwerp dicht bij de afstandssensor houdt.
Hiervoor creëren we een reeks commando's: als het voorwerp minder dan n centimeter van de sensor is, begint de motor te draaien.
De derde en meest interessante stap: bouw de springrobot en programmeer deze om te springen op commando. Hiervoor moet je eerst de robot assembleren uit de onderdelen en twee motoren.
Dan gaan we beginnen met programmeren. Hiervoor stellen we het volgende algoritme in: bij het inschakelen van het programma moet de 'springbok' twee keer vooruit springen, dus moeten de twee motoren tegelijkertijd twee volle omwentelingen maken. We stellen de draaisnelheid in op 50%, zodat de robot niet te hard springt.
Aan het einde hebben we een kleine robot die bij het starten van het programma vooruit springt. Mooi!
De springrobot is snel vooruitgeschoten, heeft zijn eerste slachtoffer gevonden, maar er ging iets mis.
Na dit punt is de training afgerond en kan men beginnen met meer geavanceerde projecten: de applicatie bevat meer dan 60 block-diagrammen voor verschillende onderdelen van de set (motoren, hub, sensoren, enz.). Elk block-diagram kan bovendien lichtjes worden aangepast met parameters. Daarnaast biedt de software de mogelijkheid om variabelen en eigen block-diagrammen aan te maken.
Voor docenten
Bij de set worden meegeleverd voor docenten. Deze omvatten lesplannen, oefeningen met kant-en-klare oplossingen en opdrachten zonder antwoorden waarbij creatief denken vereist is. Dit stelt docenten in staat om snel met de set aan de slag te gaan en onderwijsprogramma's op te stellen.
Op de website zijn in totaal 4 cursussen beschikbaar. 'Het uitvindersteam' is een cursus voor technologische lessen die de leerlingen helpt het proces van projectmatig werken te begrijpen. Twee cursussen hebben betrekking op informatica. 'Een bedrijf starten' biedt basisvaardigheden in programmeren en algoritmiek, terwijl 'Nuttige apparaten' bekend maakt met de principes van het internet der dingen. De vierde cursus, 'Klaar voor de competities', is bedoeld ter voorbereiding op wedstrijden en vereist zowel een basis- als een resource-set.
Elke cursus bevat tussen de 5 en 8 lessen, inclusief kant-en-klare methodische oplossingen die in het onderwijsproces kunnen worden geïntegreerd ter versterking van STEAM-competenties.
Vergelijken met andere sets
LEGO Education SPIKE Prime maakt deel uit van de robotica-lijn van LEGO Education, die sets voor kinderen van verschillende leeftijden omvat:
- Express 'Jonge Programmeur' voor het voorschoolse onderwijs.
- WeDo 2.0 voor de basisschool.
- LEGO Education SPIKE Prime voor de middelbare school.
- LEGO MINDSTORMS Education EV3 voor leerlingen van de bovenbouw en eerstejaars studenten.
De functies van SPIKE Prime overlappen met die van LEGO WeDo 2.0, dat dit jaar ondersteuning voor Scratch heeft gekregen. Maar in tegenstelling tot WeDo 2.0, dat het mogelijk maakt om fysieke experimenten te modelleren, is SPIKE Prime meer geschikt voor het bouwen van robots. Het is ontworpen voor het eerste leren van robotica in de klassen 5–7.
Met deze oplossing kunnen leerlingen op een speelse manier de principes van algoritmiseren leren, probleemoplossende vaardigheden ontwikkelen en kennismaken met de basis van robotica. Na SPIKE Prime kunnen ze overstappen naar LEGO MINDSTORMS Education EV3, dat mogelijkheden biedt voor het werken met MycroPython en geschikt is voor het leren van meer complexe concepten in robotica en programmeren.
P.S. Tijdens het schrijven van dit artikel is geen enkele robot en geen enkele husky beschadigd.
Bron: habr.com
