Metodické listy

OBECNÉ INFORMACE – Učebnice je rozdělena do 11 kapitol, které žáka seznamují nejen s robotickou stavebnicí LEGO EV3 Education, ale i se způsobem řešení problémů. Učebnice rozvíjí znalosti žáků postupně, a není proto vhodné kapitoly přeskakovat a zaměňovat.
ROZDĚLENÍ ŽÁKŮ – Na úvodní hodině doporučujeme rozdělit žáky do dvojic. V těch budou pracovat po celou dobu. Rozdělení do větších skupin se nám neosvědčilo, velmi často pracovali pouze dva žáci, ostatní se do řešení aktivit nezapojovali.
AKTIVITA ŽÁKŮ – Výklad by měl být ideálně zcela eliminován. Je důležité, aby měli žáci dostatečný prostor k samostatnému řešení úloh. Při jejich řešení bude docházet k chybám. Úkolem žáků je tyto chyby nalézt, opravit a postupně tak robota zlepšovat. Postupem času budou žáci chyby více předvídat a v programech je ošetřovat. Je žádoucí, aby žáci ve dvojicích např. nad zvoleným řešením diskutovali.
NÁKUP STAVEBNICE − Na trhu se pod označením LEGO® Mindstorms® EV3 prodávají dva typy stavebnic, LEGO® Minstorms® EV3 Education označná číslem 45544 (doporučujeme) a levnější HOME s typovým číslem 31313. Ta ale neobsahuje všechny v učebnici používané díly a senzory.

Pokud ji už máte, doporučujeme ji dovybavit o:
• 2000702 LEGO® MINDSTORMS® Education Servisní balíček 3 – kuličky pro 2 stavebnice – ke koupi např. zde.

Volitelně pak i o:
• 2000706 LEGO® MINDSTORMS® Education Servisní balíček 7 – dlouhé díly – ke koupi např. zde,
• 45504 LEGO® MINDSTORMS® Education EV3 Ultrazvukový senzor – ke koupi např. zde či zde.
• Speciální nabíjecí baterie zvyšuje komfort, ale není nezbytná. LEGO lze provozovat i na AA nabíjecí baterie.

Upozornění! Verze 45544 sice obsahuje nabíjecí baterii, chybí v ní však speciální nabíjecí adaptér 45517 LEGO® Education Síťový adaptér DC 10V. Ten je nutno dokoupit zvlášť.
ROZTŘÍDĚNÍ STAVEBNICE – Stavebnice je dodávána neroztříděná. Díly jsou umístěny v sáčcích s nelogickým uspořádáním. Nelze je tedy jednoduše vybalit a přesypat do příslušných boxů. Stavebnice můžete připravit Vy, nebo je můžete nechat roztřídit žáky. Musíte však počítat s delší dobou třídění. Nezkušenému uživateli zabere příprava jedné stavebnice zhruba 45 minut. Při třídění je vhodné vysypat díly ze sáčku do horní části plastového víka, aby se nepoztrácely.
ORGANIZACE – Pro udržení přehledu o dílcích je vhodné stavebnice a řídicí jednotky označit (např. číslem, písmenem, popiskem se jménem apod.), aby nedocházelo k záměně sestavených modelů a zbývajících dílů. Velmi to oceníte při závěrečné kontrole a zpětném složení stavebnic. Pro usnadnění organizace jsme Vám připravili několik souborů.
• Štítky (70 x 36 mm) na polepení boků a vík stavebnic – formát PDF, DOCX.
• Štítky (70 x 36 mm) na polepení jednotek – formát PDF, DOCX.
• Seznam členů týmů – formát PDF, PDF formulář, DOCX.

Alternativní software

Scratch 👎

Programovací prostředí Scratch v nové verzi 3 podporuje robotické stavebnice LEGO včetně verze EV3. Podpora je však velmi omezená a neumožňuje plnohodnotnou práci (např. výpis na displej, oddělené řízení motorů, celou řadu senzorů a ladění).

Prostředí prozatím nedoporučujeme.

Do budoucna však skrývá velký potenciál, zejména v možnosti provázání programování postav Scratche a hardwarem LEGO stavebnice. Programy by tak např. mohly reagovat na senzorem zjištěné hodnoty osvětlení, vzdálenosti apod.

Scratch

MakeCode 👍

Jedná se o alternativní online prostředí podobné prostředí Scratch, které je funkční (ač omezeně) i bez LEGO stavebnice. Podporovány jsou jen jednotky EV3.

MakeCode obsahuje pestrou škálu příkazů i zajímavou simulaci jednotky, motorů a senzorů.

Prozatím je velkou nevýhodou obtížnější nahrávání programů do jednotky přes stažené soubory a nemožnost ladění fyzického robota (nahrazeno jen online simulací). Toto prostředí tak zatím není vhodné pro začátečníky, kterým přináší řadu problémů. Pokročilejší uživatelé mohou naopak ocenit možnost přepnout se do programování pomocí JavaScriptu.

MakeCode

OpenRoberta ❓

Programovací prostředí k programování využívá graficky upravenou variantu prostředí Blockly. Galerii příkazů je možno přepínat do dvou úrovní dle znalostí.

Pro plnohodnotný chod dosud vyžadovalo změnu firmwaru jednotky na EV3 leJOS verze 0.9.1 či 0.9.0. Nově je vyvíjena betaverze, plně podporující základní firmware jednotky.

Prostředí trpí obdobným problémem s nahráváním programů jako výše uvedené prostředí MakeCode.

Zajímavým zpestřením je simulátor virtuálního robota se 6 scénami, kterého je možné programovat i bez stavebnice.

OpenRoberta

STAVÍME POJÍZDNÉHO ROBOTA − v této aktivitě si žáci postaví základ pojízdného robota dle návodu. Robot bude využíván i v dalších hodinách, jeho konstrukce bude dále rozšiřována a vybavována senzory. Je koncipována tak, aby na další aktivity zbyly potřebné díly. Pokud však žákům zbyde při sestavování dostatek času, nebraňte jim ve vylepšení robota. Máme zkušenost, že pokud tuto fázi přeskočíte, žáci se k ní budou opakovaně vracet či ke stavebnici nezískají potřebný vztah. Pokud žáci konstrukci dokončí, mohou začít objevovat řízení robota pomocí softwaru, dostupného zdarma. Tato úloha má za cíl odhalit žáky s předchozími zkušenostmi. Metodický list

OŽIVENÍ POJÍZDNÉHO ROBOTA − žáci se pomocí série syntetických úloh učí robota rozpohybovat. Zároveň se seznamují s programovacím prostředím a změnou parametrů bloku. Náročnost aktivit postupně narůstá. Žáci si musí uvědomit např. to, že úhel otočení motoru není to samé jako úhel natočení robota (kupř. v aktivitě zatoč do pravého úhlu). Žáky podporujte v experimentování, které může být založené ze začátku i na zpřesňování odhadu. S pokročilejšími žáky můžete postupně otevírat otázku přesného výpočtu potřebných otáček a ověření předpoklad. Metodický list
🏷️ Poznámka: Robot by měl být již sestaven z minulé hodiny. Pokud žáci chyběli a robot zkonstruován není, nechte jim ho sestavit. Bez něj nemohou řešit následující úlohy.
ROBOT VE MĚSTĚ − na tuto úlohu se musíte dopředu připravit. Úkolem žáků totiž bude pohybovat se ve virtuálním městě. To může být vytištěno na velkém plátně, nebo vyznačeno elektrikářskou izolační páskou na podlaze. Žáci budou robota provádět městem a postupně tak plnit zadané úkoly. Programy žáci vytváří již samostatně. Jedná se o reálné řešení problematiky pohybu robotů včetně odstranění případných chyb. Metodický list
🏷️ Poznámka k organizaci: Aby se předešlo přeplnění plánu města, měl by k němu přicházet vždy jen jeden člen skupiny, a to na co nejkratší dobu. Některé z úloh lze testovat i mimo mapu. Postupem času budou žáci řešit odlišné úlohy a dojde tak k lepšímu rozložení robotů na herním plánu.
🏷️ Tvorba mapy: K tvorbě mapy lze přistoupit různým způsobem. Můžete například nechat žáky plán města nakreslit na velkoformátový papír v hodinách výtvarné výchovy. Město lze též vyznačit elektrikářskou páskou na zem či desku velmi velkého stolu. Nejčastěji však asi zvolíte tisk města z připravených souborů. Město můžete tisknou a slepovat sami či můžete tisk přenechat odborníkům z grafických dílen s možností velkoformátového tisku reklamních bannerů. Tisk v „domácích podmínkách“ doporučujeme alespoň na tiskárnách formátu A3.
🏷️ Soubory k mapě:
• Barevná velkoformátová verze mapy – PDF.
• Úsporná velkoformátová verze mapy – PDF.
• Barevná verze mapy připravená pro tisk A3 s překryvem stránek – PDF.
• Úsporná verze mapy připravená pro tisk A3 s překryvem stránek – PDF.
PRÁCE SE ZVUKEM A DISPLEJEM − žáci se v této hodině naučí ovládat displej a reproduktor, jimiž je řídicí jednotka vybavena. Skrytým cílem hodiny je posílení schopnosti hledání chyb v existujícím kódu a schopnost jejich opravy v podobě úpravy parametrů. Pro zobrazení na displeji jsou využity nejprve jednoduché úlohy, poté úlohy s animací, vyžadující hlubší pochopení parametrů bloků a jejich pořadí. Metodický list
🏷️ Poznámka: Pro řešení této úlohy je vhodné řídicí jednotku odpojit a z vozítka sundat. Konstrukci vozítka ponechejte, bude se hodit při dalších úlohách.
🏷️ Přílišná hlasitost?: Nastavení hlasitosti robotů v jejich menu je platné jen pro zvuky z ovládání, nikoli z programů. Pokud je hlasitost robotů v učebně příliš vysoká, můžete reproduktor přelepit izolepou. Hlasitost se výrazně sníží.
MIXÉR − je konstrukčně velmi jednoduchá, přesto zajímavá úloha s jedním motorem a tlačítkem, ovládajícím celý „mixér“. Úloha vede k užití podmínkových bloků a bloků pro čekání. Intuitivně vede k potřebě vnoření bloků s opakováním (nekonečným cyklem). Metodický list
ZÁVORA − žáci dostanou za úkol vytvořit závoru ovládanou tlačítkem. Úloha ověřuje schopnost kombinace dříve nabytých poznatků do nového funkčního celku. Úloha Závora prohlubuje předchozí znalosti o dovednost analyzovat problém a rozdělit ho na dílčí kroky. Metodický list
🏷️ Poznámka: Konstrukci závory lze řešit třemi způsoby. Z hlediska rozvoje představivosti žáků i konstrukčních schopností je ideální, pokud žáci z dostupných kostiček sestavují závoru sami, dle své představivosti. Toto řešení je však vhodné spíše pro zkušenější žáky. V učebnici proto též poskytujeme fotografie jednoho z možných řešení, které může posloužit jako vzor. V extrémních případech je možno zvolit sestavení závory dle přiloženého návodu. Ten je však nejméně vhodným řešením.
AUTOMATICKÁ ZÁVORA − při řešení předchozí aktivity by si měli žáci uvědomit, že chod závory by mohlo jít více zautomatizovat. Při automatizovaném běhu je však nutno dopředu předvídat možné problémy a aktivně navrhovat řešení. Úloha vede k využití nových vstupních senzorů, poskytujících potřebné údaje o poloze a barvě vozidla. Metodický list
🏷️ Poznámka: Závora by měla být sestavena již z minulé hodiny. Pokud ji žáci nemají, nechte jim ji sestavit dle fotogalerie v předchozí kapitole.
🏷️ Poznámka 2: Podvozek vozítka lze drobnou modifikací přeměnit na vozítko ručně ovládané (vypojení motorů). To nám umožní testovat bránu pomocí reálného „vozidla“.
DETEKCE PŘEKÁŽKY − ADAPTIVNÍ TEMPOMAT − dosud dostupné úlohy vedly k řešení konkrétní přesně dané situace. Tato aktivita simulující adaptivní tempomat s funkcí jízdy v koloně však nutí žáky vymyslet řešení tak, aby se robot přizpůsoboval nestatickému prostředí s překážkami i auty měnícími rychlost. Úloha učí užít opakování i napojení ultrazvukového senzoru na ovládání rychlosti motorů pomocí matematických úprav. Metodický list
INTELIGENTNÍ ROBOT − úloha je inspirována průmyslovými roboty, kteří zásobují výrobu. Pro pohyb po výrobní hale však potřebují přesnou navigaci. Tou se v našem případě stává černá vodicí čára, po které má robot jezdit. Žáci tak do programu nastavují zpětnou vazbu získanou na základě výsledku optického senzoru. V praxi by přesnějším řešením bylo využití PID regulátorů, které jsou však pro žáky ZŠ velmi obtížně pochopitelné a je potřeba je značně zjednodušit. Metodický list
🏷️ Poznámka: Čáru, po které se má robot pohybovat, lze jednoduše vytvořit nalepením černé elektrikářské izolační pásky na světlou podlahu. Podstatný je zejména kontrast na rozhraní pásky a podlahy. V případě tmavých podlah je proto vhodné volit bílou pásku. Aktivitu lze samozřejmě realizovat i na vytištěné mapě města, popř. na některém ze starších pláten soutěže First LEGO League (FLL), pokud ho na škole máte, a to dle typu na přední či zadní straně.
PARKOVACÍ ASISTENT − moderní auta bývají vybavována celou řadou asistentů. Jedním z nich může být automatický parkovací asistent, který parkovací místo přeměří, a v případě, že je dostatečně veliké, automaticky zaparkuje. V našem případě je parkování velmi usnadněno tzv. rejdovací kuličkou, která výrazně ulehčuje zatáčení. Úloha generuje celou řadu problémů a nutí žáky přemýšlet nad vhodným způsobem detekce volného místa (např. lampy uprostřed jinak dostatečně dlouhého prostoru, návaznost na počet otáček motoru, rezerva pro zaparkování, aj.) Metodický list
HRA NA POSTŘEH − žáci navrhují, testují a hrají vlastní hru pro dva hráče. Hra spočívá v měření rychlosti reakce − postřehu. Úkolem hráče je po zobrazení určitého symbolu co nejrychleji stisknout tlačítko. Jak ale přehledně zobrazit výsledek? Jak zabránit tomu, aby hráč nepodváděl a nestiskl tlačítko dříve? Jak evidovat nejlepší čas? Hra skrývá velký potenciál ve svém rozšiřování a rozvine tak žáky různé úrovně. Úloha nutně vede pokročilé žáky k využívání proměnných, např. pro uložení a porovnání nejlepšího času reakce, případně i o skóre hráčů. Nezapomeňte nechat žáky hru testovat a vymýšlet její vlastní rozšíření. Metodický list