Upload
ii-conferentie
View
1.417
Download
2
Embed Size (px)
DESCRIPTION
Verzorgd door: Peter van LithOm leerlingen enthousiast te maken voor techniek, computers, programmeren en robotica is de afgelopen jaren een didactische methode ontwikkeld die leerlingen van 9 tot 19 jaar stap voor stap leert robotjes te ontwerpen, bouwen en te programmeren. Met de resultaten hiervan kunnen ze meedoen aan wedstrijden die lokaal, landelijk, internationaal en op wereldniveau worden gehouden. Dit jaar werd het team van Vossius in Amsterdam tweede bij de wereldkampioenschappen na gedurende vier jaar met deze wedstrijden mee te hebben gedaan. De methode gaat uit van een drietal niveau’s waarbij de nadruk ligt op ontdekkend leren en het snel behalen van de eerste resultaten. Inzicht wordt geleidelijk aan verkregen door steeds meer diepgang en uitdagende opdrachten. Verschillende universiteiten bieden begeleiding aan voor scholen die met dit programma mee willen doen. Gezocht wordt naar docenten die willen helpen om deze benadering landelijk breder te gaan toepassen. Tijdens de I&I conferentie worden een aantal workshops gehouden waar zelf met de robotjes, de software en de methode kan worden gewerkt.
Citation preview
1
Een doorlopende leerlijn
voor Robotica
Robotica op school
Peter van Lith
5 November 2009
Doelstelling
• Inzicht in de opbouw en didactische achtergronden van robotica
onderwijs in Nederland
– Basisschool
– Middelbaar onderwijs
– Hoger onderwijs
– Opleidingen van docenten
– Workshops voor leerlingen
– Begeleiding leerlingen projecten
• RoboCup Junior Nederland is op zoek naar docenten die meer
willen doen met robotica
2
Inhoud
• Techniek in het Onderwijs
• Robotica op school
• Primair Onderwijs
• Voortgezet Onderwijs
• Hoger Onderwijs
• Universitair Onderwijs
3
Keuze voor techniek
• In vrijwel alle Europese landen daalt de instroom van technische
studies.
• Dank zij veel maatregelen is de daling minder geworden
• We willen kinderen meer vertrouwd maken met wetenschap en
techniek
• RoboCup Junior doet dat door kinderen vertrouwd te maken met
het ontwerpen, bouwen en programmeren van robotjes
• Dat vinden ze leuk en interessant
• Maar leidt nog niet tot keuze voor een technisch vak
4
5
Waarom Robotica
• Robotica is leuk en interessant
• Ontwerpen, Construeren en Programmeren
• Robotica breed vakgebied:
– Werken in Teamverband
– Toepassing van:
• Natuurkunde, Biologie, Psychologie
• Wiskunde, Informatica
• Een breed scala aan onderwerpen
– Mechanica & Engineering
– Elektronica & Control
– Sensoren & Communicatie
6
Waarom Voetbal
• Schaken is lang het onderzoeksonderwerp voor
AI geweest
• We hebben meer nodig dan alleen redeneren
• Zoek een uitdagend probleem dat interactie met
de wereld, voortbewegen en redeneren
combineert:
– Win in 2050 met een team van
humanoïde robots van de
wereldkampioen voetbal
Een doorlopende leerlijn
• Zorg dat leerlingen snel een eerste resultaat behalen
• Drie verschillende niveau’s
• Geleidelijke overgang van niveau’s
• Leren door te ontdekken
7
Simulator
ProgrammaConceptueel Fysiek
Code Generatie
8
Geleidelijke toename complexiteit
• Conceptueel niveau
– WAT moet de robot doen
– Behaal snel eerste resultaat
– Volg een lijn, zoek de bal etc
• Fysieke niveau
– HOE werkt de robot
– Technische uitleg, theorie komt later
– Besturen motoren, uitlezen sensoren, sensor eigenschappen
• Programma niveau
– UITLEG hoe een programma werkt
– Voorbereiding op echt programmeren
– Tonen van onderliggende code op basis van geleerde technieken
Conceptueel
Fysiek
Programma
9
Gebruik van een simulator
• Testen zonder robot
• Laten zien wat de robot zal doen
• Snellere resultaten
• Ook thuis te gebruiken
Simulator
ProgrammaConceptueel Fysiek
Code Generatie
Verband met andere vakken
• Constructie
– Bouw je eigen robot
• Natuurkunde
– Ruis en onbetrouwbare
sensoren en motoren
– Kalibratie
• Wiskunde
– Beschrijf een spiraal
– Kinematica
• Biologie
– Reactief gedrag
10
11
RoboCup Junior
• Drie niveaus
– Primary 9 – 14 jaar
– Secondary 15 – 18 jaar
– Profielwerkstuk 18 – 19 jaar
• Het motto van de wereldwijde RoboCup Junior Organisatie:
– Creating a learning environment for today
– Foresting understanding among human beings and
– Technology for tomorrow
Voetbal
Rescue
Voetbal
Basis Middelbaar Hoger
Dansen Profielwerkstuk
12
Dansen - Start met patronen
• Ontwerp en bouw een robot
• Kies de muziek uit
• Maak een choreografie
• Ontwerp en maak kostuums
• Voer een show op van 2 minuten
• Maak een video clip
(optioneel)
13
RoboCup Jr Dansen
• Zelf robotje bouwen
• Muziek kiezen
• Choreografie maken
• Kleding maken
• Show opvoeren van 2 minuten
• Veld is 6 x 4 m
• Robot mag niet
over de lijn heen
komen
Rescue- Volg een lijn
Lijnvolgers
– Simple line follower
– Verander speed, angle en color
14
15
Rescue- Volg een lijn
• Volg de zwarte weg
• Neem eventueel de gele
kortere weg
• Zoek het slachtoffer en duw
het naar de kant
• Totaal 1.5 minuut
16
RoboCup Junior Rescue
• Moet het pad volgen
• Daarna het poppetje zoeken
en naar de kant duwen
• Record is 36 sec
17
Voetbal- een uitdaging
• Bouw en programmeer twee robots
• Aanvaller en verdediger
• Actieve electronische bal
• Wedstrijd duurt 2 maal 10 minuten en 5 min rust
18
RoboCup Junior Voetbal
• Zelf bouwen en programmeren
• Gebruik van kits
• Eenvoudig veld
• Actieve bal
• WK 2009 Vossius vs Wolfsbos
Primair Onderwijs
• Techniek in het Onderwijs
• Robotica op school
• Primair Onderwijs
• Voortgezet Onderwijs
• Hoger Onderwijs
• Universitair Onderwijs
19
Educatieve fasen
• Bouw de robot
– Basis niveau, hulp van docenten
– VO niveau, leerlingen doen het zelf
• De basis cursus
– Gebruik van de simulator
– Testen met de robot
• De Rescue cursus
– Gebruik van de simulator
– Verschillende velden
20
Conceptueel - Wat is het probleem
• Concentratie op WAT gedaan moet worden
• Beginnen met Rescue / Dance
• Voetbal is volgende stap
• Dance is ook interessant voor leerlingen
met minder interesse in techniek
21
Het Conceptuele Niveau
• Concentreren op WAT er gedaan moet worden
• Ook aantrekkelijk voor niet-beta leerlingen
• Beginnen met Rescue
• Whizzkids gaan snel naar het Fysieke niveau
• Andere leerlingen kunnen op het Conceptuele niveau blijven
• Voetbal is de volgende logische stap
• Dansen is ook aantrekkelijk voor leerlingen
die weinig interesse in technologie
hebben
22
Lijnvolgers
• De lijnvolger doet bijna al het werk al
• Wat leer je dan nog ?
– De stop conditie
– Het instellen van de parameters
– De werking van de lijnvolger
• Hoek afbuiging
• Snelheid
• Acceleratie
23
Kalibratie
• Het is belangrijk te begrijpen hoe de sensoren omgaan met de
overgang van groen naar zwart
24
Voortgezet Onderwijs
• Techniek in het Onderwijs
• Robotica op school
• Primair Onderwijs
• Voortgezet Onderwijs
• Hoger Onderwijs
• Universitair Onderwijs
25
Onderbouw VO
• Zelf een lijnvolger maken
– Sensoren uitlezen
– Motoren starten / stoppen
– Snelheid en hoek regelen
• Kennis uit conceptuele niveau gebruiken
26
Fysiek – Hoe werkt het
1. Programmeren
2. Het gebruik van Variabelen
3. Het gebruik van Subroutines
4. Sensoren
Bouw je eigen lijnvolger
27
Rescue - Fysiek
28
• De eerste lijnvolger
• Automatische kalibratie
• Handmatige kalibratie
Hele School
29
WK 2006
• 2 Scholen: Vossius
Amsterdam en Mendel
Haarlem
• Hadden geen
werkende robot
• Testen net als bij
volwassenen
• Veel hacken en op het
laatste moment nog
veranderen
• Werden na iedere
ronde beter
• Eindigden als tweede
30
WK 2009
• 4 Scholen: Vossius Amsterdam en Mendel Haarlem, Cosmicus
Rotterdam en Wolfsbos Hogeveen
• Vossius eindigde als tweede
• Andere teams hadden veel problemen
31
Voortgezet Onderwijs - Bovenbouw
• Techniek in het Onderwijs
• Robotica op school
• Primair Onderwijs
• Voortgezet Onderwijs Bovenbouw
• Hoger Onderwijs
• Universitair Onderwijs
32
Programma Niveau
• Leerlingen willen zelf dingen gaan maken
• Geen Iconen meer maar ‘echt’ programmeren
– NQC/NXC of Java
• Liever ook geen Lego meer
33
Programma niveau
• Programma geschreven in Java
• Simulator voert code uit
• Programmeer Rescue en Voetbal programmma’s
• Voorbereiding op écht programmeren
• Meer technische robot
34
NLT Robotica
• Rescue is basis voor de lessen
– FleeBehavior en CuriousBehavior
– Parcours volgen via programma
– Lijnvolger
– Reactive Behavior
– Objecten zoeken
– Met een bal spelen
– Eindopdracht zelf een
heel programma maken
35
ITSLab
• In het ITSLab projecten uitvoeren aan de Universiteit
– JoBot Junior
– JavaCam
– Lego NXTCam
– RoboNova
36
Zelfbouw
• Dat smaakt naar meer
37
Helpen van Leerlingen
• Meer ervaren leerlingen helpen de beginners
• Jan ten Bokkel en Bas van Ijzendoorn van MendelCollege in
Haarlem bouwden zelf een simulator voor NQC/NXC
• Deze simulator wordt nu op school gebruikt
38
Profiel Werkstukken
• Met Lego zelf een plotter bouwen
• Geprogrammeerd in Java met de Java Simulator
39
Hoger Onderwijs
• Techniek in het Onderwijs
• Robotica op school
• Primair Onderwijs
• Voortgezet Onderwijs
• Hoger onderwijs
• Universitair Onderwijs
40
Gebruik van camera als sensor
• Is heel moeilijk
• Waar ben ik
• Waar is het doel en
de bal
• Waar zijn de spelers
JavaCam Project
• JavaCam project met camera op robotje
• Java sofware in simulator
42
JavaCam
• Beeldanalyse in Simulator
43
Universitair Onderwijs
• Techniek in het Onderwijs
• Robotica op school
• Primair Onderwijs
• Voortgezet Onderwijs
• Universitair Onderwijs
44
Docenten vs Leerlingen
• De meeste NLT docenten hebben
moeite met ICT
• Veel scholen hebben problemen
met het installeren van software en
hardware
• Leerlingen hebben hier vaak veel
minder problemen mee
• Gebruik ervaren leerlingen om
andere leerlingen te helpen
45
Cursussen voor docenten
• RoboCup cursussen op Conceptueel en Fysiek niveau
• NLT Robotica module in Java / Eclipse
• Science Labs met hele klas
• MasterClass met heel team
46
MasterClasses voor leerlingen
• Leerlingen die meer willen, kunnen een masterclass volgen
aan de Universiteit van Amsterdam
• Hulp bij speciale projecten
• Beschikbaarheid van materialen
• Verschillende soorten robots
47
Speciale projecten
• Profielwerkstukken of eigen ontwerp
48
Voetballende robotjes
• Kleinere robots zijn stabieler te maken
Speciale opdrachten
• Ingooien van de bal
50
Voetballende robots
• Doelpunten maken
51
52
Mensen vs Robots
• De mensen krijgen het al moeilijker
De workshop
• 8 lessen in 2 fasen
• Deel 1 – De simulator
– Rijd rechtuit
– Stop op de zwarte lijn
+ kalibratie
– Volg de zwarte weg
• Deel 2 – Het robotje
– Volg de zwarte weg
– Zoek het blikje
– Volg de gele weg
De workshop
• Workshop met RoboPAL-4-NXT
• Conceptueel niveau
• In een uur tijd leer je de rescue
wedstrijd te programmeren
• Het rescueveld heeft een aantal
moeilijke punten
• Leerlingen hebben vaak niet door
wat er verkeerd gaat
Doelstelling
• RoboCup Junior Nederland is op zoek naar docenten die meer
willen doen met robotica
• Regionale steunpunten en wedstrijden
• Organisatie nationale kampioenschappen
• Begeleiding leerlingen die zelf een robot willen bouwen
• Informatie:
55
Een doorlopende leerlijn
voor Robotica
Robotica op school
Peter van Lith
5 November 2009