Robotyka to jedno z najciekawszych i najnowocześniejszych zajęć w szkołach. Uczy tworzenia algorytmów, gamifikuje proces nauki i wprowadza dzieci w świat programowania. W niektórych szkołach już od pierwszej klasy zajmują się informatyką, uczą się budować roboty i tworzyć diagramy blokowe. Aby dzieci mogły łatwo zrozumieć robotykę i programowanie oraz mogły pogłębiać swoją wiedzę z matematyki i fizyki w szkole średniej, wydaliśmy nowy zestaw edukacyjny LEGO Education SPIKE Prime. Szczegóły dotyczące tego zestawu przedstawimy w tym poście.
LEGO Education SPIKE Prime jest przeznaczony do nauki dzieci z klas 5–7 w szkołach oraz w kółkach robotyki. Zestaw pozwala tworzyć algorytmy za pomocą diagramów blokowych i obserwować, jak obrazy na ekranie zamieniają się w ruchy i działania. Współcześni uczniowie potrzebują wizualizacji i efektu WOW, a SPIKE Prime to wabik, który może zainteresować dzieci programowaniem i naukami ścisłymi.
Przegląd zestawu
Zestaw dostarczany jest w minimalistycznym żółto-białym plastikowym pudełku. Pod pokrywą znajduje się karton z instrukcją rozpoczęcia pracy oraz schemat rozmieszczenia elementów w przegródkach. Zestaw został zaprojektowany tak, aby łatwo było rozpocząć pracę, a nauczyciel potrzebował jak najmniej dodatkowego przygotowania.
Samodzielne elementy są zapakowane w torebki z numerami, które odpowiadają numerom przegródek.
W zestawie podstawowym znajduje się ponad 500 elementów LEGO, w tym nowe.
- Kilka nowych ram, które skracają czas montażu prototypów i pozwalają na tworzenie dużych modeli.
- Nowy klocek 2×4 z otworem na osie Technic. Umożliwia to łączenie elementów Technic i LEGO System w jednym projekcie.
- Zaktualizowana podstawowa płyta z asortymentu Technic.
- Nowe wąskie koła, które zapewniają precyzję sterowania i zwiększają zwrotność modeli.
- Nowe obrotowe koło w postaci rolki podporowej.
- Nowe zaciski na kable, dostępne w kilku kolorach, umożliwiają estetyczne mocowanie wiązek.
Oprócz samych elementów, w zestawie znajdują się trzy silniki — jeden duży i dwa średnie, a także trzy czujniki: odległości, koloru i siły.
Silniki są bezpośrednio podłączone do huba i mają czujniki obrotu z dokładnością do 1 stopnia. Ta funkcja umożliwia synchronizację pracy silników, aby mogły poruszać się jednocześnie z stałą prędkością. Ponadto czujnik można wykorzystać do pomiaru prędkości oraz odległości ruchu modelu.
Czujnik koloru rozróżnia do 8 kolorów i może być używany jako czujnik światła. Zawiera również wbudowany czujnik podczerwieni, który może odczytywać, na przykład, odbicie światła.
Czujnik dotyku rozpoznaje następujące sytuacje: przycisk naciśnięty, zwolniony, mocne naciśnięcie. Czujnik określa siłę nacisku w niutonach lub w procentach.
Czujnik IR służy do określania odległości od robota do określonego punktu lub do zapobiegania kolizjom. Potrafi mierzyć odległość w procentach, centymetrach i calach.
Możliwości podstawowego zestawu można rozszerzyć za pomocą zestawu zasobów, który składa się z 603 elementów. W jego skład wchodzi: dodatkowy duży zestaw oraz czujnik światła, dwa duże koła, duże stożkowe zębatki, które umożliwiają budowanie dużych platform obrotowych.
Hub
W hubie znajduje się żyroskop, który potrafi określić jego położenie w przestrzeni: orientację, nachylenie, przechył, określenie górnej krawędzi, stan upadku huba itp. Wbudowana pamięć pozwala na załadowanie i przechowywanie do 20 programów. Numer programu wyświetlany jest na pikselowym ekranie 5x5, na którym można również wyświetlać obrazki użytkownika oraz status pracy huba.
Na hubie znajdują się również:
- Złącze microUSB do ładowania akumulatora lub podłączenia do PC.
- Przycisk synchronizacji Bluetooth, za pomocą którego można ustanowić bezprzewodowe połączenie z PC w celu programowania huba.
- 6 portów (A-F) do wykonywania poleceń lub uzyskiwania informacji z czujników.
- Trzy przyciski sterujące hubem.
- Wbudowany głośnik.
Oprogramowanie
Oprogramowanie LEGO Education SPIKE dostępne jest dla systemów Windows, Mac OS, Android, iOS oraz Chromebook, można je pobrać . Środowisko programowania stworzone jest na podstawie dziecięcego języka programowania Scratch. Składa się z zestawu poleceń, z których każde stanowi graficzny blok o określonym kształcie i kolorze z parametrami, które można ręcznie zmieniać, na przykład prędkość i zasięg ruchu, kąt obrotu itp.
Zestaw poleceń związanych z różnymi komponentami rozwiązania (silniki, czujniki, zmienne, operatory itp.) jest wyróżniony różnymi kolorami, co pozwala szybko intuicyjnie zrozumieć, jak zaprogramować to, co potrzebne.
W samym aplikacji zgromadzono wiele planów lekcji, a także około 30 różnych instrukcji dotyczących budowy modeli.
Pierwsze kroki
Po uruchomieniu aplikacji i wyborze języka od razu proponowane są trzy kroki wstępne:
1) Zaprogramować hub, aby na ekranie pojawiła się buźka;
2) Zapoznać się z działaniem silników i czujników;
3) Zbudować model „Pchły” i zaprogramować go do poruszania się.
Zapoznanie się z SPIKE Prime zaczyna się od opisu możliwości podłączenia (przez microUSB lub Bluetooth) i pracy z pikselowym ekranem.
Najpierw trzeba określić sekwencję poleceń, która ma być wykonywana po uruchomieniu programu, oraz wybrać konkretne piksele, które będą się świecić na ekranie huba.
Drugi krok polega na zbudowaniu i zaprogramowaniu reakcji silników na różne sygnały z czujników. Na przykład można zaprogramować silnik, aby zaczął się obracać, gdy ręka lub jakikolwiek przedmiot zbliży się do czujnika odległości.
W tym celu tworzymy sekwencję poleceń: jeśli przedmiot zbliży się do czujnika na odległość mniejszą niż n centymetrów, silnik zaczyna działać.
Trzeci i najciekawszy krok: zbudować robota-pchłę i zaprogramować go do skakania na komendę. Najpierw należy złożyć z części i dwóch silników samego robota.
Następnie przystępujemy do programowania. W tym celu ustalamy następujący algorytm: po włączeniu programu „pchła” ma skoczyć do przodu dwa razy, więc dwa silniki muszą wykonać dwa pełne obroty jednocześnie. Ustawimy prędkość obrotu na 50%, aby robot nie skakał zbyt mocno.
Na wyjściu mamy małego robota, który po uruchomieniu programu skacze do przodu. Cudownie!
Robot-pchła szybko ruszył do przodu, znalazł swoją pierwszą ofiarę, ale coś poszło nie tak.
Po zakończeniu tego etapu szkolenia można przystąpić do bardziej zaawansowanych projektów: w aplikacji znajduje się ponad 60 diagramów blokowych dla różnych części zestawu (silniki, hub, czujniki itp.), z możliwością ich lekkiej modyfikacji za pomocą parametrów. Oprogramowanie umożliwia również tworzenie zmiennych oraz własnych diagramów blokowych.
Dla nauczycieli
Zestaw zawiera dla nauczycieli. Zawierają one programy nauczania, zadania z gotowymi rozwiązaniami oraz ćwiczenia, w których nie ma odpowiedzi i wymagają twórczego podejścia do rozwiązania. Umożliwia to szybkie rozpoczęcie pracy z zestawem i tworzenie programów nauczania.
Na stronie dostępne są 4 kursy. „Zespół wynalazców” — kurs dla lekcji technologii, który utrwala u uczniów zrozumienie procesu prowadzenia działalności projektowej. Dwa kursy dotyczą informatyki. „Uruchamiamy biznes” dostarcza podstawowych umiejętności programowania i algorytmiki, a „Przydatne urządzenia” wprowadza w zasady działania internetu rzeczy. Czwarty kurs — „Gotowi na zawody” — przeznaczony jest do przygotowania do konkursów i wymaga zarówno zestawu podstawowego, jak i zasobowego.
W każdym kursie jest od 5 do 8 lekcji, które zawierają gotowe rozwiązania metodyczne, które można wprowadzić do procesu nauczania dla utrwalenia kompetencji STEAM.
Porównujemy z innymi zestawami
LEGO Education SPIKE Prime należy do linii robotycznej LEGO Education, która obejmuje zestawy dla dzieci w różnym wieku:
- Ekspres „Młody programista” dla przedszkoli.
- WeDo 2.0 dla szkół podstawowych.
- LEGO Education SPIKE Prime dla szkół średnich.
- LEGO MINDSTORMS Education EV3 dla uczniów szkół średnich i pierwszych lat studiów.
Funkcje SPIKE Prime pokrywają się z LEGO WeDo 2.0, które od tego roku wspiera Scratch. Jednak w przeciwieństwie do WeDo 2.0, które pozwala na modelowanie doświadczeń fizycznych, SPIKE Prime bardziej nadaje się do budowy robotów. Został zaprojektowany z myślą o początkującym wprowadzeniu do robotyki w klasach 5–7.
Dzięki temu rozwiązaniu uczniowie w zabawny sposób będą mogli opanować zasady algorytmizacji, rozwijać umiejętności rozwiązywania problemów i zapoznać się z podstawami robotyki. Po SPIKE Prime można przejść do LEGO MINDSTORMS Education EV3, który umożliwia pracę z MycroPython i jest odpowiedni do nauki bardziej złożonych pojęć robotyki i programowania.
P.S. Podczas pisania tego artykułu nie ucierpiało ani jedno robota, ani jeden husky.
Źródło: habr.com
