Εκπαιδευτική Ρομποτική STEM

Ομάδα Εκπαιδευτικής Ρομποτικής 14ου Γυμνασίου Λάρισας από τη Β’ Γυμνασίου Γ. Ορφέας από τη Γ’ Γυμνασίου Κ. Μαρία – Ελένη Κ.υ Μαρία – Σοφία Κ. Θεοφάνης Κ. Χρήστος Λ. Ιωάννης Μ.ς Γεώργιος Σ. Νεφέλη –Μαρία Τ. Γεωργία - Παυλίνα Χ. Στέλλα – Μαρία

Tί είναι STEM STEM είναι ένα αρκτικόλεξο, για την Επιστήμη (Science), την Τεχνολογία (Technology), τη Μηχανική (Engineering ), τα Μαθηματικά (Math ) στην εκπαίδευση.

STEM Το ακρωνύμιο STEM (Science, Technology, Engineering, Mathematics) πρωτοεμφανίστηκε στις ΗΠΑ το 2001 και αναφέρονταν στον ολοκληρωμένο και ενοποιημένο σχεδιασμό της διδασκαλίας των επιμέρους τομέων του σε όλες τις βαθμίδες της εκπαίδευσης. Η εκπαίδευση STEM αποτελεί κορυφαία επιλογή και στην ευρωπαϊκή εκπαίδευση, καθώς υπάρχουν προγράμματα συνεργασίας για την υιοθέτηση της προσέγγισης αυτής.

Το STEM και Δεξιότητες Μάθησης και Καινοτομίας στον 21ο Αιώνα Ειδικότερα επιτρέπει στους εκπαιδευόμενους : Να αναπτύξουν δεξιότητες ζωής, όπως η δημιουργικότητα.  Να γενικεύουν το περιεχόμενο της γνώσης σε πραγματικά πλαίσια. Να έχουν ενεργητική συμμετοχή σε ένα μαθητοκεντρικό περιβάλλον Να συμμετάσχουν στη διατύπωση ερωτημάτων, στην επίλυση προβλημάτων, στη συνεργασία, σε hands-on δραστηριότητες 

Τι καταφέρνουν οι εκπαιδευόμενοι μετά το πέρας των δραστηριοτήτων; Να απαντούν σε σύνθετα ερωτήματα Να ερευνούν Να δημιουργούν λύσεις Να είναι τεχνολογικά εγγράμματοι Να είναι επιστημονικά εγγράμματοι Να είναι μαθηματικά εγγράμματοι

Η ομάδα μας έχει στη διάθεσή της Software το λογισμικό “ Lego MindStorms EV3 Home Edition ” Hardware 2 “Lego MindStorms EV3 Home Edition Core Set” 2 “ Lego MindStorms EV3 Home Edition Expansion Set ”

LEGO® MINDSTORMS® EV3

Lego Mindstorms EV3 Home Edition #745544

4 έξοδοι (κινητήρες) και 4 είσοδοι (αισθητήρες) EV3 Intelligent Brick 4 έξοδοι (κινητήρες) και 4 είσοδοι (αισθητήρες)

EV3 Brick

EV3 Brick display

EV3 Brick, Motors, Sensors

Models

EV3 programming

Χρήση του Λογισμικού Στις παρακάτω διαφάνειες θα γίνει μια σύντομη αναφορά στη χρήση του προγράμματος, με τη βοήθεια του οποίου προγραμματίζουμε το ρομπότ μας.

Medium Motor

Moving with the Large Motor

Turning (Steering)

The Wait Block (Ultrasonic Sensor)

The Loop Block (Επανάληψη)  Mode Selector  Inputs  Count output  Loop Name

Παράδειγμα: Loop

Ultrasonic Sensor (Αισθητήρας Υπερήχων) Port Selector Mode Selector Inputs Outputs

Παράδειγμα 1: (Ultrasonic Sensor) Το πρόγραμμα αυτό κάνει το ρομπότ να παίξει ένα αρχείο ήχου (Dog bark 1) και μετά να περιμένει μέχρις ότου ο Ultrasonic Sensor ανιχνεύσει αντικείμενο σε απόσταση μικρότερη ή ίση από 5 cm και τότε να παίξει ένα αρχείο ήχου (Elephant call).

Παράδειγμα 2: Εμφάνιση της μετρούμενης απόστασης στην οθόνη του τούβλου με Loop Το πρόγραμμα θα εμφανίζει τη μετρούμενη (από τον Ultrasonic Sensor) απόσταση από κάποιο αντικείμενο (π.χ. την παλάμη μας) στην οθόνη του EV3. Στο "Display block" επιλέγουμε "Wired" (πάνω δεξιά) και σαν "Mode Selector" το "Text-Grid" (κάτω αριστερά). Στα Χ, Υ βάζουμε τις τιμές 1 και 3 (ή άλλες) για νε εμφανιστεί η μετρούμενη τιμή κάπου στο κέντρο του Grid της οθόνης. Χρησιμοποιούμε ένα Loop για να εμφανίζεται συνέχεια η μετρούμενη απόσταση.

Παράδειγμα 3: Forward Until Near Στο παρακάτω πρόγραμμα το ρομπότ θα κινείται συνεχώς ευθεία μέχρις ότου ο Ultrasonic Sensor ανιχνεύσει αντικείμενο σε απόσταση μικρότερη από 5 cm και τότε θα σταματήσει.

Παράδειγμα 4: Maze Challenge (Λαβύρινθος) Δημιουργούμε μια πίστα (ένα λαβύρινθο) τοποθετώντας κουτιά (στη θέση τοίχων) τα οποία θα ανιχνεύει το ρομπότ και θα στρίβει για να μην χτυπήσει πάνω τους.

Touch Sensor (Αισθητήρας Αφής ) Port Selector Mode Selector Inputs Outputs

Παράδειγμα: Wait For Touch Το ρομπότ θα περιμένει μέχρις ότου ο αισθητήρας αφής πατηθεί και τότε θα κινηθεί ευθεία εμπρός με ισχύ 30 για 1 περιστροφή των κινητήρων.

Παράδειγμα: Forward Until Touch Το ρομπότ θα κινείται προς τα εμπρός μέχρις ότου ότου συναντήσει αντικείμενο (π.χ. τοίχο) και ο αισθητήρα αφής πατηθεί, και τότε θα σταματήσει.

Gyro sensor (Γυροσκόπιο) Port Selector Mode Selector Inputs Outputs

Δραστηριότητα Στο παρακάτω παράδειγμα το ρομπότ ξεκινά με την αναπαραγωγή ενός ήχου που αλλάζει μόλις το περιστρέψουμε περισσότερο από 90 μοίρες.

Color Sensor (Αισθητήρας Χρώματος) Port Selector Mode Selector Inputs Outputs

Παράδειγμα: Forward until Red Το ρομπότ πρέπει να σταματήσει σε ένα κόκκινο φανάρι που ρυθμίζει την κυκλοφορία σε μια διασταύρωση τρένου.

Παράδειγμα: Wait For Green Το ρομπότ θα περιμένει μέχρις ότου ο αισθητήρας χρώματος ανιχνεύσει το πράσινο χρώμα (Traffic Light) και τότε θα κινηθεί.

IR Sensor (Infrared) (Αισθητήρας Υπερύθρων) Port Selector Mode Selector Inputs Outputs

Παράδειγμα: Use of EV3 Infrared Seeker Sensor This is a program “detecting the input of Infrared Beacon button, with Infrared Seeker Sensor connected to input port 4” with LEGO MINDSTORMS Education EV3 Software. Αυτό είναι ένα πρόγραμμα "ανίχνευση της εισόδου του κουμπιού υπέρυθρου φάρου, με τον Αισθητήρα Υπέρυθρων ακτίνων συνδεδεμένο στη θύρα εισόδου 4". Το πρόγραμμα θα εμφανίζει τη μετρούμενη (από τον Infrared Sensor) απόσταση από κάποιο αντικείμενο (π.χ. την παλάμη μας) στην οθόνη του EV3. Χρησιμοποιούμε ένα Loop για να εμφανίζεται συνέχεια η μετρούμενη απόσταση.

The Switch Block Mode Selector Port Selector True Case False Case

Παράδειγμα: Switch block Αυτό το πρόγραμμα θα εμφανίσει ένα αρχείο εικόνας (Mouth 2 shut) στην οθόνη του EV3 όποτε ο αισθητήρας αφής πιεστεί, αλλιώς θα εμφανίσει ένα (Mouth 2 open). Το Loop κάνει τον αισθητήρα που ελέγχεται στο 'Switch block' να επαναλαμβάνεται συνεχώς.

Data Logging Το όνομα του αρχείου-πειράματος Επιλογή κατάστασης Με το block Data Logging μπορούμε να πάρουμε τιμές μέσω αισθητήρων, από μετρήσεις ή πειράματα, και κατόπιν να αποθηκεύσουμε τις τιμές αυτές ή να τις επεξεργαστούμε. Το όνομα του αρχείου-πειράματος Επιλογή κατάστασης Είσοδοι Επιλογή θύρας Επιλογή αισθητήρα Επιπλέον αισθητήρας

Gears

Variables (Μεταβλητές) Mode Selector (Επιλογέας Τρόπου Λειτουργίας) Variable Selector (Επιλογέας Τύπου Μεταβλητής) Value Input (Είσοδος Τιμής)

Store a Value and Use it Later (Αποθηκεύστε μια Τιμή και χρησιμοποιείστε την αργότερα) Αυτό το πρόγραμμα χρησιμοποιεί ένα 'Variable block' σε κατάσταση εγγραφής (Write) για να αποθηκεύσετε μια τιμή δεδομένων από τον αισθητήρα χρώματος στην μεταβλητή με το όνομα "Light", και στη συνέχεια χρησιμοποιεί ένα 'Variable block', στην κατάσταση ανάγνωσης (Read) για να πάρει την τιμή και να τη χρησιμοποιήσετε αργότερα στο πρόγραμμα.

Count Touch Sensor Presses (Καταμέτρηση των φορών που πιέστηκε ο Αισθητήρας Αφής) Αυτό το πρόγραμμα υπολογίζει τον αριθμό των φορών που ένας αισθητήρας αφής πιεστεί και εμφανίζει την καταμέτρηση στην οθόνη του EV3. Χρησιμοποιεί μια Αριθμητική μεταβλητή που ονομάζεται "Presses" για να παρακολουθεί τον αριθμό των φορών που ο αισθητήρας αφής έχει πατηθεί.

Arrays and Array Operations (Πίνακες και Πράξεις Πινάκων) Mode Selector (Επιλογέας Τρόπου Λειτουργίας) Inputs (Είσοδοι) Output (Έξοδος)

Παράδειγμα: Fill Array Το Random block παράγει τυχαίους αριθμούς που αποθηκεύονται στον πίνακα colours. Με τη βοήθεια ενός Switch το ρομπότ «λέει» τα χρώματα.

Ευχαριστούμε