S.T.E.M.A.C. = Science - Technology - Engineering - Mathematics - Art - Culture
S.T.E.A.M. = Science - Technology - Engineering - Art - Mathematics

Η ρομποτική στην εκπαίδευση

Γενικά, το  ρομπότ  μπορεί  να  χρησιμοποιηθεί  στην  εκπαίδευση - (Πρωτοβάθμια, Δευτεροβάθμια Τριτοβάθμια) - αλλά  και  εκτός σχολείου ως  ένα αποτελεσματικό εργαλείο για  την ανάπτυξη γνωστικών δομών από  τα παιδιά. Στην κατασκευή αυτή δεν υπάρχει μεθοδολογία STEM αφού εμπλέκονται μόνο ο προγραμματισμός (Technology) και η κατασκευή (Engineering) ...
στην περίπτωση που θα είχαμε ενσωματώσει άλλες δύο επιστήμες Φυσική, Μαθηματικά τότε θα υπήρχε προσέγγιση STEM  στο εκπαιδευτικό αυτό αντικείμενο. Σε αυτήν την ανάρτηση κατασκευάζουμε και προγραμματίζουμε με το Lego NXT EV3.0 η τιμή του οποίου κυμαίνεται από 330 έως 450 ευρώ ανάλογα το σημείο αγοράς. Πρέπει να αναφερθεί όμως ότι η τιμή εξαρτάται και ανεβαίνει κατακόρυφα με τα αξεσουάρ που παρέχονται στη συσκευασία (αισθητήρες, ενεργοποιητές). 
Η εκπαίδευση με τη ρομποτική πραγματοποιείται με την ενεργή συμμετοχή των μαθητών ή φοιτητών οι οποίοι δουλεύουν σε ομάδες χρησιμοποιώντας ένα εκπαιδευτικό πακέτο που περιέχει επεξεργαστή (μυαλό), αισθητήρες (αισθήσεις) ως εισόδους της κατασκευής, κινητήρες ως εξόδους και δομικά στοιχεία για την ολοκλήρωση της κατασκευής. Η  ενασχόληση  με  τη  ρομποτική  ενέχει  δύο  ειδών δραστηριότητες: μια κατασκευαστική και μια προγραμματιστική. Οι διδασκόμενοι κατασκευάζουν ρομποτικές κατασκευές και στη συνέχεια τις προγραμματίζουν ώστε να δώσουν λύσεις σε αυθεντικά προβλήματα που θέτει ο εκπαιδευτικός με κριτήριο τις εμπειρίες τους, τα ενδιαφέροντα και τις ανάγκες τους. 
  H  φιλοσοφία  σχεδίασης  του  εκπαιδευτικού  υλικού  της Lego στηρίζεται στην άποψη ότι το παιδί πρέπει από μόνο του να οικοδομεί τη γνώση (Papert) και ειδικότερα  στην  άποψη  ότι  η  μάθηση  επέρχεται  μέσα  από  το  παιχνίδι (“learning through play”) (Hussain at al., 2006; LEGO Dacta A/S, 1999). Στόχος  της  χρήσης  των LΜ  επομένως  είναι  η  ενσωμάτωση  του  παιχνιδιού  στην εκπαιδευτική  διαδικασία, δίνοντας τη δυνατότητα στο μαθητή να διασκεδάσει και να χρησιμοποιήσει τη φαντασία του... 
http://edurobotics.weebly.com/  (8/4/2018) (10.00 π.μ.)

Χρήση και Αξιοποίηση εργαλείων εκπαιδευτικής ρομποτικής

  Ψυχολόγοι και παιδαγωγοί όπως ο J. Piaget, ο S. Papert, αλλά και οι Dewey, Freynet και Freire, υποστηρίζουν πως η μάθηση, ιδιαίτερα σήμερα, δεν μπορεί να στηρίζεται ή να περιορίζεται στην συλλογή πληροφοριών και στην μεταφορά ιδεών και αξιών από τον δάσκαλο στο μαθητή. Αντίθετα, η μάθηση θα πρέπει να επέρχεται μέσα από την ανταλλαγή ιδεών, τον πειραματισμό, την αλληλεπίδραση με τον περιβάλλοντα κόσμο, τη συλλογή εμπειριών και την ιδιαίτερη-προσωπική επεξεργασία τους από το άτομο. Όταν εργαζόμαστε με ανομοιογενείς ομάδες μαθητών, όπου τα προσωπικά χαρακτηριστικά και οι δεξιότητες των παιδιών διαφέρουν ή είναι ανεπτυγμένες σε διαφορετικό βαθμό, τότε αν επιχειρηθεί μια αυστηρά προγραμματισμένη, με παραδοσιακό τρόπο μεταφορά γνώσεων προς τους μαθητές, είναι σχεδόν βέβαιο πως θα αποτύχει. Τα στοιχεία που απαιτούνται είναι για μια επιτυχημένη μεταφορά γνώσεων είναι η αυτορρύθμιση και η διαπραγμάτευση. Σύμφωνα με τον S. Papert, ισχυρό εργαλείο μάθησης αποτελεί η ενεργός εμπλοκή του μαθητή στη διερεύνηση του προβλήματος (Ackermann, 2001). Όταν οι μαθητές έρχονται αντιμέτωποι με κάτι νέο για το οποίο οι μέχρι τώρα εμπειρίες και γνώσεις τους είναι ανεπαρκείς, τότε αυτή η αίσθηση του αποπροσανατολισμού, του άγνωστου, αποτελεί ένα κρίσιμο κομμάτι της μαθησιακής διαδικασίας (crucial part of learning). Αν οι μαθητές ενσωματωθούν σε αυτή την άγνωστη κατάσταση, νοιώσουν ότι αποτελούν μέρος αυτού του νέου κόσμου, με άλλα λόγια “παθιαστούν” για αυτό που έχουν να αντιμετωπίσουν, τότε είναι βέβαιο πως ήδη είναι ανοιχτοί στην συλλογή εμπειριών, στην ταξινόμηση και επεξεργασία τους. Αυτό θα έχει ως αποτέλεσμα να φτάσουν στην γνώση. Είναι σημαντικό, σύμφωνα με τον S. Papert, ο μαθητής να θέσει την ενσυναίσθηση στην υπηρεσία της νοημοσύνης (Ackermann, 2001).
 Το σχολείο σήμερα, ακόμη κι όταν προσπαθεί να εφαρμόσει στην πράξη τις ιδέες του Piaget, του Papert ή ακόμη και του Vygotsky, μετατρέπει την ανακαλυπτική μάθηση σε καθοδηγούμενη ανακάλυψη. Ο εκπαιδευτικός συνήθως βοηθά ή και καθοδηγεί τους μαθητές να ανακαλύψουν τη γνώση μέσα από ανακαλυπτικές διαδικασίες (πείραμα, δοκιμή, επαλήθευση, διάψευση) (EAITY, 2008). Επιχειρεί να δημιουργεί καταστάσεις που θα οδηγήσουν τους μαθητές στην “ανακάλυψη” αυτού που πρέπει να ανακαλύψουν.
Η εκπαιδευτική ρομποτική εκπληρώνει όλα αυτά που αναφέρονται στην προηγούμενη παράγραφο. Με την ανακαλυπτική διερευνητική μάθηση μέσω των προγραμματισμών και της κατασκευής με τη βοήθεια της ρομποτικής και του arduino οι μαθητές συναρπάζονται.

Ένταξη της ρομποτικής στην εκπαίδευση

  Αποτελεί πλέον κοινή θέση ότι τα παιδιά μαθαίνουν συνδυάζοντας την πράξη και τη δημιουργική σκέψη (Papert, 1970). Επομένως, εκπαιδευτική καινοτομία είναι η δημιουργία των συνθηκών που θα επιτρέψουν στους μαθητές να εκδηλώσουν την δημιουργική τους σκέψη και να την υλοποιήσουν κατά τον καλύτερο δυνατό τρόπο. Η Πληροφορική, ως επιστήμη, αλλά και η Ρομποτική αποτελούν με διαφορά την πλουσιότερη πηγή αυτών των συστατικών.
  Στο χώρο του εργαστηρίου μπορούμε να κάνουμε ευρεία χρήση arduino και ρομποτικής. Τα γνωστικά αντικείμενα που μπορούμε να εντάξουμε με arduino είναι πάρα πολλά σε οποιαδήποτε ειδικότητα των ΕΠΑΛ, σε οποιαδήποτε τάξη του ΓΕΛ αλλά και των δημοτικών σχολείων. Οι μαθητές δείχνουν ιδιαίτερο ενδιαφέρον όταν διερευνούν τις τάσεις που βγάζουν οι αισθητήρες ή όταν παρατηρούν τις κινήσεις των ενεργοποιητών εκτός οχήματος.
  Μια πρόταση για Μηχανολόγους και όχι μόνο θα μπορούσε να ήταν ο προγραμματισμός του Lego NXT EV3.0 ώστε να παρκάρει σε συγκεκριμένο χώρο μεταξύ δυο αντικειμένων. Έτσι οι μαθητές θα εκπαιδευτούν στη νέα τεχνολογία του αυτόματου παρκαρίσματος. Πρώτη η BMW στη σειρά 7 κυκλοφόρησε το σύστημα αυτό. Σε λίγο καιρό το auto self parking θα είναι standard εξοπλισμός σε όλα τα αυτοκίνητα.
  Οι μαθητές θα συναρμολογήσουν ανά ομάδες τα Lego σε μορφή οχήματος. Το project μπορούμε να το δούμε στο video https://www.youtube.com  (8/4/2018) (12.30)

Με τρεις αισθητήρες ultrasonic μπορεί το αυτοκινητάκι να παρκάρει χωρίς τηλεχειρισμό σε συγκεκριμένο κενό χώρο. Ο ένας αισθητήρας «κοιτάει» προς την πλευρά του πεζοδρομίου και μόλις εντοπίσει το διάκενο και μετρήσει την απόσταση του διαθέσιμου χώρου στάθμευσης σταματάει σε συγκεκριμένη θέση. Με όπισθεν και συγκεκριμένες μοίρες στροφής του τιμονιού κάνει όπισθεν και μπαίνει στον κενό χώρο. Οι αισθητήρες που υπάρχουν εγκατεστημένοι μπρος και πίσω του οχήματος ρυθμίζουν την απόσταση από τα εμπόδια για να μην κτυπήσει το όχημα πάνω στα υποτιθέμενα οχήματα μεταξύ των οποίων θα παρκάρει. Με την αντίστροφη διαδικασία μπορεί να βγει από τη θέση στάθμευσης. Ο προγραμματισμός θα γίνει στο εργαστήριο πληροφορικής μέσω του προγράμματος που έχουμε κατεβάσει από την πλατφόρμα της Lego :
 
  Το Project αυτό θα απαιτήσει αρκετό χρόνο για να ολοκληρωθεί.

ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ :

Κ., Αλεξόπουλος, Ε. Ρόμπολα, Εκπαιδευτική Ρομποτική: ανακαλύπτοντας όχι μόνο αυτό “που πρέπει”.

Ε., Ελευθεριώτη, Α., Καρατράντου, Χ., Παναγιωτακόπουλος «Μια εφαρμογή με Lego Mindstorms NXT, Arduino και Processing». Χρησιμοποιώντας τα Lego Mindstorms NXT για τη διδασκαλία του Προγραμματισμού σε ένα διαθεματικό πλαίσιο: μία πιλοτική μελέτη.

 Γ., Κορρές. Εργαστήριο εκπαιδευτικής Ρομποτική με χρήση των LEGO Mindstorms NXT.

Παράθεση φωτογραφιών από την κατασκευή μας και τον προγραμματισμό του Lego. Με click στις φωτό μεγεθύνονται.