Pädagogische Robotik

Educational Robotics (RE) ist ein weit gefasster Begriff, der sich auf eine Sammlung von Aktivitäten, Unterrichtsprogrammen, physischen Plattformen, Bildungsressourcen und pädagogischer Philosophie bezieht. Es gibt viele Schulen, die den Roboterlehrer verwenden.

RE ist ein Lernmedium, an dem Menschen teilnehmen, die durch Design und Konstruktion ihrer eigenen Kreationen motiviert sind. Diese Kreationen werden zuerst mental und dann in physischer Form gegeben und aus verschiedenen Materialtypen zusammengestellt und von einem Computersystem gesteuert.

Definition
Das Hauptziel der Lernrobotik besteht darin, eine Reihe von Erfahrungen bereitzustellen, um die Entwicklung von Wissen, Fähigkeiten und Einstellungen für den Entwurf, die Analyse, die Anwendung und den Betrieb von Robotern zu erleichtern. Der Begriff Roboter wird hier recht weit verbreitet verwendet und kann Gelenkroboter, mobile Roboter oder autonome Fahrzeuge jeglicher Größenordnung einschließen. Die Strenge des Ansatzes kann auf der Grundlage des Hintergrunds der Zielgruppe skaliert werden und kann für Schüler des gesamten Bildungsspektrums geeignet sein – von der Grundschule oder vom Graduiertenkolleg.

Ein alternatives oder sekundäres Ziel besteht darin, die Robotik als konkrete und aufregende Anwendung zu verwenden, um andere, oft grundlegende Themen wie Computerprogrammierung, künstliche Intelligenz oder Konstruktionsdesign zu unterrichten.

Der Zweck der pädagogischen Robotik besteht darin, den Wunsch der Schüler nach Interaktion mit einem Roboter zu nutzen, um kognitive Prozesse zu begünstigen. Martial Vivet schlägt folgende Definition von pädagogischer Robotik vor:

Es ist die Tätigkeit der Konzeption, Kreation und Inbetriebnahme von technologischen Objekten, die sehr pünktlich sind, und zu wesentlichen pädagogischen Zwecken der Roboterprozesse und -werkzeuge, die täglich verwendet werden, insbesondere im industriellen Umfeld.

Die Unterschiede zwischen Bildungsrobotik und Bildungsrobotik sind:

Pädagogische Robotik: Es werden Kits und kommerzielle Materialien verwendet, die in den meisten Fällen teuer sind, Sensoren und Motoren in großem Umfang einsetzen, sich auf Kybernetik konzentrieren, die auch als integrativ betrachtet wird, und die es ermöglichen, vom Konkreten zum Abstrakten zu gelangen.

Die pädagogische Robotik: verwendet kostengünstige Materialien, einschließlich recycelter, und integriert verschiedene Wissensbereiche mit Schwerpunkt auf Mathematik, Naturwissenschaften und Technologie. Sie lernen Computer auch ohne Computer kennen und gehen wie Bildungsrobotik vom Konkreten zum Abstrakten.

Darüber hinaus ermöglicht die Robotik als Bildungsressource die Entwicklung von natürlichem Wissen über Wissenschaft und Technologie im Allgemeinen. Insbesondere wenn die STEM-Methodik verwendet wird (Wissenschaft, Technologie, Ingenieurwesen und Mathematik).

Unterrichtsmethodik
Ein Kurs in der Bildungsrobotik beginnt mit der Herangehensweise des Lehrers an eine Herausforderung für die Schüler, mithilfe von Unterrichtsmaterialien wie mechanischen Teilen, elektronischen Bauteilen und Befestigungselementen zu lösen. Mithilfe von Computer-Tools können Prototypen erstellt werden, die programmierbar sind, um Aufgaben zu lösen, die das Problem lösen Der Prozess der Konzeption, Konstruktion, Montage und Inbetriebnahme des Prototyps bereichert den Lernprozess des Schülers.

In diesen Kursen werden die Studierenden vor Herausforderungen gestellt, in die physikalische, mathematische und technologische Konzepte einbezogen werden. Auf diese Weise erarbeiten die Schüler Konzepte, die in verschiedenen Fächern des offiziellen Lehrplans auf praktische Weise studiert wurden. Dies motiviert die Schüler zum Lernen dieser Fächer, da sie die praktische Anwendung dessen, was sie theoretisch gelernt haben, erfahren können.

Während des gesamten Kurses muss der Schwierigkeitsgrad der Herausforderungen erhöht werden. Letzteres ermöglicht die Aufrechterhaltung des Gleichgewichts zwischen der Schwierigkeit der Herausforderung und der Fähigkeit des Kindes, diese zu lösen. Dies verhindert, dass das Kind frustriert wird, indem es nicht in der Lage ist, die Herausforderungen zu lösen, oder sich zu langweilt, wenn es für seine Fähigkeiten zu einfach ist.

Es gibt neue Bildungstrends, bei denen die Schüler physisches Material mit einer Software kombinieren, die die Ergebnisse vereinfacht und zu Ergebnissen führt, die den Schülern ein Verständnis dafür vermitteln, was dort passiert ist. Auf diese Weise können die Studierenden das durch diese Methodik erworbene Wissen verstehen, extrapolieren und in anderen Fächern anwenden.

Durch die Integration verschiedener Wissensbereiche können beachtliche Ergebnisse erzielt werden. Die Robotik ist ein Beispiel für die Integration verschiedener Wissensbereiche. Durch diese Disziplin werden mechanische, elektrische, elektronische, Computer- und Kommunikationssysteme integriert.

Die Hauptarbeitsbereiche der pädagogischen Robotik sind folgende:

Unterstützung im Primar- und Sekundarbereich
Erwachsene in der Berufsausbildung;
Robotik für Behinderte;
Robotik als Laborwerkzeug;
Die pädagogische Robotik zur Erleichterung der Entwicklung kognitiver Prozesse und Repräsentation;
Analyse und Überlegungen zu Educational Robotics und seinen Anwendungen.

Ursprung
Die Bildungsrobotik konzentriert sich hauptsächlich auf die Schaffung eines Roboters mit dem einzigen Zweck, die motorischen und kognitiven Fähigkeiten der Benutzer auf eine viel praktischere und didaktischere Weise zu entwickeln. Auf diese Weise soll das Interesse an harten Wissenschaften geweckt und gesunde Aktivitäten motiviert werden. Machen Sie das Kind auch zu einer Gruppenorganisation, zu Diskussionen, die die Entwicklung sozialer Fähigkeiten ermöglichen, respektieren Sie jeden, um sich auszusprechen, und lernen Sie, als Team zu arbeiten.

Die Bildungsrobotik hat ihren Ursprung in den 60er Jahren, als eine Gruppe von Forschern des Medienlabors des Massachusetts Institute of Technology den Bau von technischen Geräten vorschlug, mit denen Kinder interagieren und bestimmte Aktionen ausführen können. Hier hat die Forschungsgruppe mit der Firma LEGO die Vereinbarung getroffen, ein sogenanntes LEGO / Logo zu entwickeln, bestehend aus der Integration von Lego-Bauteilen mit Programmelementen, die von einem Computer aus ausgeführt werden können. Später, in den 80er Jahren, hatte das LEGO-Unternehmen diese Ausrüstung oder dieses Spielzeug zu Bildungszwecken auf der ganzen Welt verbreitet.

Phasen
Die Idee, dass ein Roboter mit Kabeln und Geräten gebaut wird, um dies im wirklichen Leben zu tun, ist dies jedoch nicht der Fall, da in der Educational Robotics zunächst ein Roboter über einen Computer erstellt werden soll. Dies geschieht dank der Hilfe von speziellen Programmen wie xLogo (mit einer kostenlosen Version davon), in der eine kleine Studie durchgeführt wird, um zu sehen, ob dieser Roboter funktionsfähig ist oder nicht. Durch das Aufnehmen auf dem Computer wird die Funktion festgelegt, die dieser Roboter erfüllen wird. Diese Funktion ist speziell für kleine Aufgaben (z. B. Objekte bringen oder Gegenstände reinigen) erforderlich, und Sie können auf dem Bildschirm sehen, wie dieser Roboter aussieht . Anschließend eliminieren und arrangieren wir Materialien, um sie in die Realität umzusetzen.

Zu diesem Zeitpunkt werden verschiedene Materialien verwendet, von Bausystemteilen wie Lego, Múltiplo oder Robo-Ed bis zu Materialien, die nicht zu Hause verwendet werden (z. B. Kartonagen und nicht verwendete Schaltkreise). Es werden jedoch auch mehr Klassenmaterialien wie Metalle oder andere Derivate verwendet.

Die Phasen, die Bildungsrobotik unterteilt sind:

Analyse des Problems, in dem die Umgebung untersucht und untersucht wird, um das zu lösende Problem vorzuschlagen.
Design, bei dem mögliche Lösungen für das Problem mit dem Robotik-Kit entworfen werden.
Konstruktion, bei der das Modell mit den Teilen und Materialien gebaut wird, die für die Bewegung erforderlich sind. Hierfür wird das Robotik-Kit verwendet.
Programmierung, bei der Bewegungen und Verhalten des Prototyps über die Software programmiert werden.
Test, bei dem das Modell mithilfe des Robotik-Kits mit den erforderlichen Teilen für die Bewegung gebaut wird.
Dokumentation, in der Nachweise gesammelt werden, die die Funktionalität des Designs belegen.
Präsentation, in der der erstellte Prototyp als alternative Lösung für das in der Umgebung offensichtliche Problem dargestellt wird.

Und bevor man mit der Entwicklung der Phasen beginnt, muss berücksichtigt werden, dass den Schülern eine schwierige Situation gestellt werden muss; dass das Klassenzimmer in Teams entsprechend der Entwicklung von Kompetenzen und Kapazitäten organisiert werden sollte; und dass ein Blatt bereitgestellt werden sollte, in dem jede Gruppe eine Bestandsaufnahme der Materialien durchführen kann.

Ziele
Einige Ziele der Robotikausbildung sind:

Machen Sie die Schüler ordentlicher.
Fördern Sie Experimente, bei denen Fehler Teil des Lernens und der Selbstfindung sind.
Seien Sie verantwortungsvoller mit Ihren Sachen.
Entwickeln Sie mehr Mobilität in Ihren Händen.
Entwickeln Sie Ihr Wissen
Entwickeln Sie Gruppenkompetenzen, die die Sozialisierung von Menschen ermöglichen
Entwickeln Sie Ihre kreativen Fähigkeiten.
Jedes Detail beobachten können.
Kennen Sie die Bedienung der Programmiersprache.
Lernen Sie spielerisch das Lernen.
Passen Sie die Schüler an aktuelle Produktionsprozesse an, bei denen die Automatisierung eine sehr wichtige Rolle spielt.

In der frühkindlichen Bildung werden folgende Ziele verfolgt:

Entwickeln Sie wichtige Fähigkeiten und Fähigkeiten für Ihre Zukunft.
Löse Herausforderungen, die durch das Spiel entstehen.
Kreativität und Innovation fördern.
Stellen Sie Beziehungen zwischen Objekten im Raum her.
Bauen Sie schrittweise räumlich-zeitliche Beziehungen auf.

Und die Ziele von Educational Robotics mit behinderten Schülern sind:

Erziehung und / oder therapeutisch sein.
Helfen Sie mit, eine bezahlte Aktivität zu erhalten.
Seien Sie bei der Realisierung von Aktivitäten des täglichen Lebens behilflich.

In der Bildungsrobotik verwendete Materialien
In Schulungs- und Freizeitrobotikumgebungen werden häufig Geräte verwendet, die als Steuerschnittstellen oder umgangssprachliche Steuerungen 18 bezeichnet werden, deren Aufgabe darin besteht, alle Umwandlungs- und Konditionierungssysteme, die ein PC-Personalcomputer als Gehirn einer automatischen Steuerung benötigt, in einem einzigen Element zusammenzuführen System oder ein Roboter. Die Steuerschnittstellen könnten somit als Multifunktions-E / A-Karten (Eingabe / Ausgabe) definiert werden, die über einen der Kommunikationsanschlüsse des Computers mit dem Computer verbunden sind und als Schnittstelle zwischen diesem und den Sensoren und Aktoren eines Steuersystems dienen .

Die Schnittstellen bieten im Allgemeinen eine oder mehrere der folgenden Funktionen:

Analoge Eingänge, die analoge Spannungs- oder Stromwerte in vom Computer verarbeitbare digitale Informationen umwandeln. An diese Art von Eingängen können verschiedene analoge Sensoren angeschlossen werden, z. B. ein LDR (Lichtabhängiger Widerstand).

Analoge Ausgänge, die digitale Informationen in analogen Strom oder Spannung umwandeln, sodass der Computer “reale” Ereignisse steuern kann. Seine Hauptaufgabe besteht darin, verschiedene Steuergeräte zu bedienen: Ventile, Motoren, Servomechanismen usw.

Digitale Ein- und Ausgänge, die in Anwendungen verwendet werden, bei denen das Steuersystem nur den Zustand einer digitalen Größe (z. B. eines Kontaktsensors) unterscheiden und entscheiden muss, ob in einem bestimmten Prozess auf ein Element eingegriffen werden soll oder nicht, z. B. Aktivierung / Aktivierung Deaktivierung eines Magnetventils.

Beim Zählen und Timing enthalten einige Karten diese Art von Schaltungen, die zum Zählen von Ereignissen, zur Messung der Frequenz und Amplitude von Impulsen, zur Erzeugung von Signalen und Impulsen der Rechteckwelle und zum Erfassen von Signalen zum genauen Zeitpunkt nützlich sind.

Einige der fortschrittlichsten Steuerungsschnittstellen verfügen auch über die präzise Elektronik für die Aufbereitung und Umwandlung der Signale mit eigenem Mikroprozessor und Speicher. Sie sind sogar in der Lage, kleine Steuerungsprogramme zu speichern, die von einem Computer übertragen werden und dann auch dann ausgeführt werden können, wenn sie nicht mehr mit dem Computer verbunden sind.

Einige verfügen auch über Programmierbibliotheken I / S, um die Verwendung mit verschiedenen Universalsprachen zu ermöglichen, darunter: LOGO, JAVA, BASIC und C. Eine andere in der Schulungsrobotik häufig verwendete Programmiersprache ist Scratch, ein kostenloses Softwareprojekt, das auf die Entwicklung von Simple abzielt Anwendungen und dient als Bindeglied, um andere Arten von Fähigkeiten und Fähigkeiten zu erwerben, die die Studierenden für ihre Entwicklung auf ihren jeweiligen Lehrplänen benötigen. Scratch ist eine visuelle Programmiersprache, mit der Animationen auf einfache Weise erstellt werden können und die als Sprungbrett für die fortschrittlichste Welt der Programmierung dient.

Es gibt auch Schulungsrobotik-Kits wie Acer CloudProfessor, Neulog Sense, Panda Painter Kit von Flexbot, Next, Makeblock, LEGO WeDo, bq Zum Kit, LittleBits, LEGO Mindstorms EV3, Beebot, OzobotBit oder Aisoy1.

Hauptmaterialien wurden nach Alter der Benutzer bearbeitet.
Je nach Alter des Benutzers, an den sich die Lernrobotik richtet, gibt es verschiedene Arten von Materialien. Nach Alter:

Schulphase: In der Bildungsphase wird in der Bildungsrobotik in der Regel mit Roboterbaukits gearbeitet, die alle notwendigen Teile aufweisen, um sie herstellen zu können. Sie verfügen über modulare Komponenten und andere elektronische Komponenten und Bewegungskomponenten wie Motoren, Sensoren usw. Die Programmierung erfolgt aus geschlossenen Programmen mit Blöcken. Einige der relevantesten Marken in dieser Phase sind LEGO, Fisher Technik oder BQ.

Erwachsenenphase: In dieser Phase basiert die Lernrobotik auf Prototyping-Arbeit mit freien Hardwareplatten (Arduino und Raspberry) und anderen generischen Komponenten, sowohl elektronisch als auch in Bewegung. Bei den Produkten handelt es sich in der Regel nicht um eine bestimmte Marke mit Ausnahme der oben genannten freien Hardwareplatten wie Arduino und Raspberry.