ΕΛ/ΛΑΚ | creativecommons.gr | mycontent.ellak.gr |
freedom

Εκπαιδευτική Ρομποτική με Arduino. Εμπειρίες επιμόρφωσης εκπαιδευτικών–μαθητών στο πλαίσιο του διαγωνισμού Ρομποτικής Ανοικτών Τεχνολογιών της ΕΕΛΛΑΚ

Ο ρόλος της εκπαιδευτικής ρομποτικής ως εργαλείο ενίσχυσης της διδασκαλίας στα σημερινά σχολεία είναι σημαντικός διότι επιτρέπει τη εμπέδωση εννοιών κυρίως από των χώρο των θετικών επιστημών, με τρόπο διασκεδαστικό και κατανοητό από το μέσο μαθητή, με θετικές επιπτώσεις όχι μόνο στο γνωστικό τομέα αλλά και στο συναισθηματικό (αυτοεκτίμηση, αυτοπεποίθηση) και κοινωνικό (κοινωνικοποίηση, συνεργατικότητα).

Παρ’ όλες τις εντεινόμενες προσπάθειες εισαγωγής της εκπαιδευτικής ρομποτικής στα σχολεία, η διείσδυση αυτής είναι ιδιαίτερα χαμηλή και σίγουρα όχι αυτή που παρατηρείται στα σχολεία άλλων δυτικών ανεπτυγμένων χωρών. Ένας από τους κυριότερους λόγους που η διείσδυση αυτή είναι χαμηλή στην Ελλάδα είναι το κόστος των εκπαιδευτικών πακέτων ρομποτικής. Λόγω του υψηλού κόστους τα σχολεία όχι μόνο αδυνατούν να προμηθευτούν τα συγκεκριμένα πακέτα αλλά και όταν αυτό επιτυγχάνεται (συνήθως από δωρεές ιδιωτών ή δημόσιων οργανισμών) είναι δύσκολο να τα συντηρήσουν ιδιαίτερα αν σκεφτεί κανείς ότι χειριστές του εξοπλισμού αυτού είναι παιδιά μικρής ηλικίας.

Μία λύση στο πρόβλημα του κόστους, χωρίς να γίνονται εκπτώσεις τόσο στις δυνατότητες όσο και στην ευκολία κατασκευής ρομποτικών μηχανών και γενικότερα αυτοματισμών (physical computing), είναι η χρήση ανοικτών τεχνολογιών τόσο στο επίπεδο του λογισμικού όσο και στο επίπεδου του υλικού. Από τη πλειάδα ανοικτών τεχνολογιών που μπορεί να επιλέξει κανείς για να υλοποιήσει κατασκευές εκπαιδευτικής ρομποτικής, αυτή του Arduino είναι η πιο ευρέως χρησιμοποιημένη.

Έχοντας υπόψη τη σπουδαιότητα της εκπαιδευτικής ρομποτικής στη σύγχρονη εκπαίδευση και επ’ ευκαιρία του 1ου Πανελλήνιου Διαγωνισμού Εκπαιδευτικής Ρομποτικής & Physical Computing Ανοιχτών Τεχνολογιών, το τμήμα Μηχανικών Ηλεκτρονικών Υπολογιστών και Πληροφορικής της Πολυτεχνικής Σχολής του Πανεπιστημίου Ιωαννίνων, σε συνεργασία με τους Σχολικούς Συμβούλους Πληροφορικής Ηπείρου, διοργάνωσε το καλοκαίρι που μας πέρασε εισαγωγικό επιμορφωτικό σεμινάριο για εκπαιδευτικούς πληροφορικής ΠΕ86 Α/θμιας και Β/θμιας Εκπαίδευσης με θέμα Εκπαιδευτική Ρομποτική με Arduino.

Σκοπός της επιμόρφωσης ήταν η γνωριμία των εκπαιδευτικών ΠΕ86 Α’/βάθμιας και Β’/βάθμιας εκπαίδευσης με τις δυνατότητες του Arduino και η χρήση αυτών στα πλαίσια του STEM. Ο αριθμός των εκπαιδευτικών ΠΕ86 που συμμετείχαν ήταν ιδιαίτερα μεγάλος, εβδομήντα πέντε (75) συνολικά, και προερχόντουσαν από όλη τη Περιφέρεια της Ηπείρου. Η διάρκεια της επιμόρφωσης ήταν επτά (7) ημέρες. Στις δύο τελευταίες συμμετείχαν και μαθητές, από την έκτη δημοτικού ως την τρίτη Γυμνασίου, οι οποίοι με τη βοήθεια των εκπαιδευτικών έπρεπε να κατασκευάσουν ένα μικρό αυτόνομο όχημα. Το συνολικό κόστος του εξοπλισμού που χρησιμοποιήθηκε ήταν κάτω των 100€.

Η εκπαιδευτική διαδικασία της επιμόρφωσης αποτελείτο από έξι (6) στάδια:

Στο πρώτο στάδιο οι εκπαιδευτικοί χωριστήκαν σε ομάδες των πολύ τριών ατόμων και σε κάθε μία απ’ αυτές δόθηκε ένας σταθμός εργασίας ο οποίος περιείχε ένα Arduino, αισθητήρες, μοτέρ, το σώμα (σασί) του οχήματος φτιαγμένο από Lego συμβατά κομμάτια, καθώς και καλώδια, αντιστάσεις, leds και ένα breadboard. Για τη κατασκευή του σώματος του οχήματος χρησιμοποιήθηκαν δομικά στοιχεία συμβατά με Lego τα οποία είχαν προσυναρμολογήθει έτσι ώστε όλος ο χρόνος να χρησιμοποιηθεί στη χρήση του Arduino και όχι στο διαδικαστικό μέρος της συναρμολόγησης του οχήματος. Για να βρίσκεται ο παρεχόμενος εξοπλισμός σε τάξη χρησιμοποιήσαμε μικρά κουτάκια αποθήκευσης ηλεκτρονικών στοιχείων καθώς και απλές κούτες γραφείου αποθήκευσης Α4 σελίδων όπου περιλάμβαναν όλο τον εξοπλισμό.


Στο δεύτερο στάδιο έγινε μία γενική παρουσίαση των δυνατοτήτων και των περιορισμών του Arduino για το πως η τεχνολογία αυτή χρησιμοποιείται στα πλαίσια του STEM αλλά και όχι μόνο. Στο στάδιο αυτό οι εκπαιδευτικοί έπρεπε να μπορούν ν’ αναγνωρίζουν τα βασικά στοιχεία μίας πλακέτας Arduino και να κατανοήσουν ποιες θήρες χρησιμοποιούνται για σύνδεση αισθητήρων (input pins) και ποιες για επενεργοποιητές (output pins) δηλαδή τα λαμπάκια και τα μοτέρς που περιλάμβανε ο σταθμός εργασίας τους.

 

Στο τρίτο στάδιο και πριν οι εκπαιδευτικοί αρχίσουν να χρησιμοποιούν το Arduino, θυμήθηκαν κάποια βασικά στοιχεία κατασκευής κυκλωμάτων κάνοντας χρήση του εξομοιωτή κυκλωμάτων που παρέχει ελεύθερα η web υπηρεσία TinkerCad. Στη συγκεκριμένη υπηρεσία δημιουργήσαμε μία εικονική τάξη στην οποία ο κάθε εκπαιδευτικός είχε τη δυνατότητα να δημιουργήσει απλά κυκλώματα, να πειραματιστεί με το εικονικό Arduino και να το προγραμματίσει χωρίς το φόβο μην χαλάσει κάτι. Έτσι μ’ αυτό τον τρόπο έγινε κατανοητή η σειρά των βημάτων που χρειάζεται ο χρήστης από τη σχεδίαση στη κατασκευή του ηλεκτρονικού μέρους ενός ρομποτικού οχήματος και τέλος τον προγραμματισμό του Arduino. Είναι σημαντικό εδώ να πούμε ότι ο προγραμματισμός στο εικονικό περιβάλλον έγινε τόσο με χρήση της εγγενούς γλώσσας προγραμματισμού C που διαθέτει το Arduino, όσο και με τη γλώσσα Scratch την οποία θα διδάσκανε οι εκπαιδευτικοί τις επόμενες ημέρες στους μαθητές.

Στο τέταρτο στάδιο, οι εκπαιδευτικοί έκαναν χρήση του υλικού που ο κάθε σταθμός εργασίας παρείχε επαναλαμβάνοντας τις ίδιες κατασκευές που έκαναν στο εικονικό περιβάλλον, τώρα πλέον κάνοντας χρήση του πραγματικού Arduino. Στο στάδιο αυτό όπως και στο προηγούμενο οι εκπαιδευόμενοι ακολουθούσαν συγκεκριμένες οδηγίες οι οποίες εμπεριείχαν φύλλα εργασίας που τους είχαμε μοιράσει. Τα φύλλα εργασίας αυτά είχαν ως σκοπό τη σταδιακή κατανόηση του προγραμματισμού των θυρών εισόδου – εξόδου του Arduino τόσο κάνοντας χρήση της γλώσσας C όσο και στη γλώσσα Scratch

Στο πέμπτο στάδιο, άρχισε η κατασκευή του ρομποτικού οχήματος. Έχοντας έτοιμο το σώμα του οχήματος, οι εκπαιδευόμενοι έπρεπε να τοποθετήσουν σ’ αυτό το Arduino τους αισθητήρες, τα μοτέρς και να συνδέσουν και να τα συνδέσουν μεταξύ τους. 

Στο τελικό στάδιο, δείξαμε στου εκπαιδευτικούς πως μπορούν να χρησιμοποιήσουν το ελεύθερο λογισμικό mBlock για να προγραμματίσουν το Arduino σε γλώσσα Scratch. Ο στόχος του προγράμματος που έπρεπε να υλοποιήσουν ήταν το ρομπότ να μπορεί να κινείται ευθεία στο χώρο και ν’ αλλάζει κατεύθυνση όποτε βρίσκεται κοντά σ’ ένα εμπόδιο. Για τους σκοπούς αυτούς φτιάξαμε ειδικά extentions σε Javascript για το περιβάλλον mBlock με τα οποία μπορούσαν ν’ ελέγξουν τα μοτέρς του ρομπότ καθώς και τους αισθητήρες του.

Στις τελευταίες δύο ημέρες η επιμόρφωση των εκπαιδευτικών ολοκληρώθηκε καλώντας μαθητές της έκτης Δημοτικού ως της τρίτης Γυμνασίου στους οποίους οι εκπαιδευτικοί θα έκαναν την πρακτική τους, μεταλαμπαδεύοντας τους τις γνώσεις που απόχτησαν τις προηγούμενες ημέρες (εκτός του προγραμματισμού σε C). Το αποτέλεσμα ήταν ιδιαίτερα ελπιδοφόρο διότι αποδείχθηκε ότι οι μεν καθηγητές είχαν αφομοιώσει το μεγαλύτερο μέρος αυτών που διδάχθηκαν και οι δε μαθητές κατάφεραν μέσα σε δύο ημέρες να φτιάξουν και να προγραμματίσουν το ρομποτικό όχημα με οδηγίες από τους καθηγητές τους.

Στο site http://www.cs.uoi.gr/~arduino/ μπορείτε να βρείτε πληροφορίες για την επιμόρφωση. Επίσης, η δουλειά της επιμόρφωσης παρουσιάστηκε στο 5ο Πανελλήνιο συνέδριο eTwinning που έγινε στα Ιωάννινα στις 25 Νοεμβρίου 2018.

Ευάγγελος Κουράκος Μαυρομιχάλης

Leave a Comment