Robotica la “Carmen Sylva”

Prof. Florin Serbu, Liceul teoretic “Carmen Sylva”, Eforie Sud
Cercetarile in stiintele educatiei au dus la dezvoltarea de noi strategii si materiale care vin in intimpinarea nevoilor elevilor si ii ajuta sa depaseasca dificultatile de invatare. Unul din domeniile care se bucura de un interes in crestere in prezent, este domeniul roboticii.

De ce robotica?
Robotica este știința care se ocupă cu tehnologia, proiectarea și fabricarea roboților. Robotica necesită cunoștințe de electronică, mecanică și programare.
Cea mai mare parte a elevilor invata intr-o maniera concreta, experimentand sau simtind, proceseaza informatia activ, facand experimente sau actionand. Domeniul Roboticii este un domeniu interdisciplinar. Pentru a putea rezolva cu succes o sarcina de lucru ed exemplu construirea unui robot care sa parcurga un labirint, sunt necesare cunostinte aplicate de matematica, fizica, inginerie si programare. Nu este suficient ca elevii sa aibe cunostinte teoretice este foarte important ca ei sa poata aplica practic aceste cunostinte. Nu intimplator in SUA si Marea Britanie, in domeniul educatiei se foloseste un nou acronim STEM (science, technology, engineering, and mathematics) care desemneaza un nou domeiu al educatiei, care ar trebui sa pregateasca tinara generatie pentru profesiile de inalta tehnologie.
In cadrul activitatilor practice de robotica, elevii desfasoara activitatile in echipa, de o maniera metodica, autonoma si responsabila. Elevii proiecteaza, dezvolta si imbunatatesc proprii robotii, avand ca obiectiv rezolvarea unei sarcini practice, uneori intr-un timp limitat. Pot sa dezvolte proiecte complexe pe care sa le prezinte la expozitii sau targuri de stiinte, sau pot sa se pregateasca pentru participarea la competitii de robotica.
Probabil ca cel mai important argument este ca “Robotica” ii pregateste cu adevarat pentru viitor. Se familiarizeaza cu noile tehnologii care in cativa ani vor avea un impact fundamental in viata de zi cu zi.
Implicarea elevilor in activitati de Robotica in scoala, are numeroase avantaje: ajuta la dezvoltarea gandirii critice, permite selectarea metodelor de lucru, duce la cresterea responsabilitatii elevilor, la implicarea activa si produce autoincredere.
Proiectarea si construirea robotilor, poate dezvolta la elevi abilitati pentru rezolvarea problemelor, promoveaza invatarea prin cooperare prin conceperea unor sarcini de grup. Bazele stiintelor exacte, matematica si tehnologiilor pot fi mai bine intelese prin constructia robotilor.

Care este rolul profesorilor?
Prin traditie rolul profesorului este cel de lector: ofera informatie, cunoastere si intelegere in domeniul sau de expertiza. In realitate insa meseria de profesor necesita exercitarea mai multor roluri (The good teacher is more than a lecturer: the twelve roles of the teacher, R M Harden and J R Crosby):
  • Lector
  • Planificator: curriculum, metodologie
  • Evaluator
  • Facilitator
  • Creator de resurse
  • Model
In functie de disciplina studiata, varsta elevilor si modalitatile de invatare alese, ponderea unuia sau altuia dintre roluri se poate schimba.
Tot mai des elevii intreaba de ce trebuie sa invete o disciplina sau alta. De ce trebuie sa rezolve exercitii si probleme teoretice. Parintii se intreaba care este domeniul cel mai bun pentru viitorul copilului si care este cel mai bun parcurs pe care ar trebui sa-l aleaga pentru a atinge telul ales.
Profesorii / sistemul de educatie are o provocare si mai mare:
n Să pregătesca elevii să lucreze în locuri de munca care astăzi nu există!
n Să pregătesca elevii să lucreze cu tehnologii neinventate încă!
n Să pregătesca elevii să rezolve probleme despre care încă nu ştim că ar fi probleme!
Evident ca este dificil sa gasesti raspuns la toate aceste probleme. Si probabil ca raspunsul este sa utilizezi metode active (active learning), interdisciplinaritate, invatare bazata pe rezolvarea de probleme (problems based learning), invatare colaborativa (colaborative learning).
In domeniul stiintelor acest lucru poate fi facut cel mai usor folosind roboti si kituri robotice.
Fazele proiectului de robotica la “Carmen Sylva”
  1. Prezentarea, popularizarea si motivarea cadrelor didactice si a elevilor pentru studiul Roboticii. (prezentari Power Point, afise, panou de prezentare)
  2. Selectarea si achizitia echipamentelor (hardware si software). In final am optat pentru LEGO Mindstorms. Modularitatea, scalabilitatea si fiabilitatea au fost argumentele decisive. Am achizitionat 2 kituri LEGO Mindstorms NXT. Primul a fost o achizitie personala. L-am pus la dispozitia elevilor din scoala si succesul a fost peste asteptari. Al doilea a fost achizitionat de scoala din resurse proprii, o varianta mai complexa cu resurse suplimetare care permit constructii avanaste. A fost achizitionata si o varanta noua software (Lego Mindstorms Education 2.1) care permite: achizitia de date de la senzori si utilizarea senzorilor Vernier pe care scoala ii achizitionase anterior.
  3. Stabilirea conditiilor in care se vor desfasura activitatile.
  • Am realizat un stand de lucru pentru activitatile extracurriculare ale elevilor (mese de lucru, calculatoare conectate la Internet)
  • Stabilirea conditiilor de lucru si a modalitatilor de observare si consiliere a elevilor. Echipa de proiect a fost formate din 4 cadre didactice (invatamant primar, gimnazial si liceal) si laboranta de la cabinetul de fizica-chimie. Rolul cadrelor didactice a fost de planificatori, facilitatori si creatori de resurse. Activitatile au fost in cea mai mare parte extracurriculare.
  • Dupa popularizarea proiectului, toti elevii din scoala care au dorit sa participe la activitatile de robotica au format echipe de 2-3 elevi si a fost stabilit programul de lucru.
4. Informare si formare. Achizitionarea de informatii si cunostinte legate de roboti. Formarea competentelor legate de proiectarea, constructia si programarea robotilor.
Obiectivele pe care ni le-am propus au fost: Intelegerea conceptelor de baza ale robotilor, familiarizarea cu programarea robotilor, intelegerea posibilitatilor si limitelor robotilor, dezvoltarea la elevi a competentelor de rezolvare de probleme
Deoarece nu am avut posibilitatea sa introducem deocamdata in curriculum un curs de robotica, am gandit activitatile de la clubul de robotica din perspective organizarii resurselor disponibile sub forma tiparita si electronica si a modului in care elevii au acces la aceste resurse. Pe calculatoarele care le stau la dispozitie au avut instalate programele de lucru LEGO Mindstorms 2.0 si 2.1, documentatii si tutoriale cu scheme de constructie si ghiduri de programare, resurse pe Internet si imagini offline ale siturilor web dedicate proiectelor LEGO NXT. Activitatile au vizat: familiarizarea cu materialele Lego Mindstorm, ghidarea elevilor la constructia unor roboti simpli, constructia unor roboti fara ghidare.
Activitatile derulate la clubul de robotica au cuprins :
  • Introducere in domeniul roboticii si a programarii robotilor
  • Exemple de roboti folositi in diferite aplicatii
  • Familiarizarea cu echipamentele disponibile
  • Experienta practica cu echipamentele disponible (kituri de roboti)
  • Sarcini de lucru pentru grupuri de elevi (designer, constructor, programator)
  • Construirea unor roboti simplii folosind exemplele din manuale
  • Discutii cu elevii legate de construirea si programarea robotilor simplii
  • Sarcini de lucru pentru crearea unor roboti alternativi
  • Sarcini de lucru pentru proiectarea, constructia si programarea unor roboti originali de exemplu: deplasarea intr-un labirint, urmarirea unei linii, urmarirea unui perete, detectarea schimbarilor de relief din teren, cautarea farului, autocalibrarea senzorilor, urmarirea unei tinte, colectarea unor probe, plasarea unor obiecte in diferite puncte, tinta balistica
  • Organizarea unui concurs intre elevi.
  • Constructia si testarea unor roboti proprii
Un supervisor a fost prezent tot timpul in laborator cand elevii isi desfasurau activitatea de robotica. Profesorii si superviserul au oferit ajutor si ghidaj de cate ori au fost solicitati de elevi.
5. Participarea la expozitii, targuri de stiinta, concursuri. si activitati demonstrativeleagte de robotica, automatizari si inteligenta artificială.

Bibliografie