čtvrtek 7. května 2015

Párová výuka s kolegou na baterky

Párovou výuku mám v oblibě čím dál tím více. Hodina je zajímavější pro nás, ale především přínosnější pro žáky. Ne vždy je ale k dispozici stejně šílený učitel jako já. Potkal jsem u nás ve škole kolegu, se kterým bývá dost často těžká a složitá domluva, někdy si i postaví hlavu a nikdo s ním nehne. Pokud si ale dobrovolně vyberete kolegu, který je na baterky, musíte s něčím takovým zkrátka počítat...

Kdo po přečtení úvodu počítá s tím, že se nyní pustím do některého ze svých kolegů ze sborovny, bude následujícími řádky asi zklamán. Můj kolega není ani Pavel, ani Pepa... Je jím LEGO EV3 MINDSTORMS a pracuji s ním od minulého týdne. 
LEGO MINDSTORMS


Zpočátku jsem tuto stavebnici vnímal pouze jako možnou aktivitu v rámci počítačového kroužku. Když jsem se ale zamyslel více, došlo mi, že jeho využití může být mnohem širší. A jelikož se snažím poslední dobou řešit se žáky takové úlohy, které vycházejí z reálného prostředí, přemýšlel jsem, jak na ni takové situace navléknout. Psát zde o využití v počítačovém kroužku, při hodinách ICT, při úvodu do algoritmizace by bylo při nejmenším nošení dříví do lesa. Pokusím se o sepsání několika možností jeho využití v předmětu, který se (alespoň mně) úplně tak hned nenabízí.

Hudební výchova s robotem

Je pravdou, že hudební výchova nebývá některými staršími mutujícími žáky příliš milována. A vlastně za to ani příliš nemohou. Sám jsem byl jako puberťák v minulém století nucen ke zpěvu a náhodné hlasové skoky o oktávu dolů a o dvě oktávy nahoru působily pro všechny, vyjma zpívajícího, značně komicky. Proč je tedy nutit do něčeho, co stejně občas jen velmi vzdáleně připomíná zpěv? Zkuste jim nabídnout př HV robota...

LEGO robot si jistě najde uplatnění také napříč dalšími předměty. Stavebnice je opravdu variabilní a lze z ní vytvořit při troše fantazie vlastně cokoli. Cena, která se pohybuje okolo 8 200 Kč může být bohužel pro masivní rozšíření na našich školách limitující. Pokud ale vezmu v úvahu průměrnou cenu jiných neinteraktivních stavebnic od firmy LEGO, cena nijak přemrštěná není. Jestliže se snažíte do svých žáků ve škole nebo do svých dětí doma nalít alespoň základní povědomí o algoritmickém myšlení, mohu tuto stavebnici jen doporučit. Jako správný patriot musím ale zmínit také stavebnici Merkur, která u žáků rozvíjí ještě více schopností než LEGO. Svým principem (malé dílky, šroubky atd.) dává prostor k větší fantazii při stavbě, rozvíjí jemnou motoriku atd... Dovolím si ale tvrdit, že tato stavebnice bude opravdu spíše doménou specializovaného počítačového kroužku nebo podobných aktivit. Asi je i vhodnější pro starší žáky a středoškoláky. Nemám s ním ale žádnou zkušenost, a tak bych toto nerad hodnotil.

Ale zpět k hudební výchově. Pokud se spokojíte s hodně umělým, elektronickým zvukem, nic nebrání zapojení robota do výuky, navíc s návazností na ICT.


1. Metronom

Metronom se může hodit kdykoli a jeho naprogramování je také velmi snadné. Lze vyrobit i kopii klasického mechanického metronomu, ale vzhledem k pohánění motorem by při hraní a zpěvu dost rušil :) Ukážeme si tedy jeho elektronickou obdobu. Nezapomeňte pouze nastavit LOOP (opakování) na "Unlimited" (nekonečno) nebo jiný požadovaný počet taktů.
Ukázka algoritmu pro metronom (3/4 takt)


Nastavení LOOP na "Unlimited"

A jsme hned u mých oblíbených přesahů. Nastavení tempa je nutné správně naprogramovat. Cítím zde tedy šanci především pro matikáře. Počítání dob, dělení taktů, noty celé, půlové, čtvrťové, počty taktů atd., nám nabízí minimálně sčítání, násobení, dělení... Bavíme se o jednotkách času, tak si zde možná najdou své i fyzikáři (u mechanického metronomu by se asi vyřádili více) a možná i zeměpisáři (město valčíků atd.)...

Ukázka programu pro metronom

Metronom

2. Sluchový diktát

Na základní škole to jistě nebudeme se sluchovými diktáty nijak zvlášť přehánět. Poznat vyšší tón od nižšího by ale problém být nemusel. Naprogramovat takový diktát je i pro naprostého začátečníka, kterým momentálně jsem, otázkou 15-30 minut. Na obrázku níže je vývojový diagram a ukázka tvorby programu v aplikaci LEGO MINDSTORMS EV3 Home Edition.

Pokud to jen trochu lze, snažím se jednu práci využít v různých obměnách vícekrát. Takto můžeme například stejný program aplikovat na rozpoznávání intervalů. Ale i případná obměna se dá zvládnout za velmi krátký čas. Zajímavé zjištění bylo i samovolné zajištění klidu ve třídě, protože všichni chtěli slyšet.

Tip: Pokud vlastníte sadu NXT, můžete vyzkoušet nápad Pavla Hodála s využitím zvukového čidla (verzi pro EV3 jsem zatím neviděl). 

Poznámka: Při zadávání tónů si můžete zvolit způsob jejich vkládání. K dispozici je funkce "Play Note" a "Play Tone". V prvním případě zadáváte noty pomocí "klavírku", v druhém případě žáci nepracují jen s tónem jako takovým, ale i s jeho frekvencí... 

Doporučuji zahrané tóny vždy nechat ještě alespoň jednou zopakovat. Není nutné znovu zadávat oba tóny (i když i zde funguje spolehlivě CTRL+C a CTRL+V), ale pro opakování použijeme cykly (LOOP), kde si můžeme zvolit požadovaný počet opakování. Snažme se o to, aby byl konečný program co nejméně rozsáhlý a tím i nejefektivnější. Dále vložte mezi každou související dvojici tónů jasný předěl. V našem případě jsou to tikající hodiny.

Pro zpestření můžeme využít například infračervený senzor a nastavit jej na detekování překážky. Robot nám program automaticky spustí, když před ním mávneme.

Ukázka programu na sluchový diktát

Nastavení zvuku v programu EV3

Ukázka algoritmu pro přehrávání sluchového diktátu











Loop - opakování
    Nastavení infra senzoru pro detekování překážky (vzdálenost menší než 20 cm)


Ukázka algoritmu pro přehrávání sluchového diktátu (LOOP a předěl)

Spuštění diktátu pomocí infračerveného senzoru



Programování písní

Robot nám může posloužit také jako takový malý školní jukebox. Pravda, jím vydávané zvuky by zřejmě nikdo z nás poslouchat moc dlouho nechtěl, ale chvilku se to vydržet dá. Písně lze naprogramovat například jen jako samostatný program, který spouštíme stisknutím tlačítka přímo na kostce. 

Ukázka z naprogramované písně... Poznáte z jaké?



Zkusíme nyní spouštění přehrávání písní vyřešit efektivnějším a pro žáky rozhodně efektnějším způsobem. Pomocí barevného proužku. Robot nám nyní bude hrát písně na základě toho, jakou barvu uvidí. Určitě by bylo dobré, aby písně byly tématické. Aby se přehrávání nespustilo ihned po stisknutí tlačítka na kostce, vložíme před začátek písně příkaz "WAIT". Ten nám po správném nastavení zajistí, že robot vyčká na přiloženou barvu. 

Příkaz WAIT

Pro naší ukázku jsem zvolil následující barvy a písně:
  • Zelená - Travička zelená
  • Červená - Červený šátečku
  • Modrá - Holka modrooká
  • Černá - Černé oči

Čidlo je nutné ještě nastavit pro detekci barvy a především nastavit vybranou barvu. K písni Travička zelená se automaticky nabízí barva zelená, tak si ji vybereme dle obrázku níže.

Nastavení senzoru pro rozpoznání barev


Výběr detekované barvy


Nastavení senzoru pro čekání na barvu (v tomto případě na červenou)

Nastavení kleští pro tleskání


Začátek algoritmu písně

Spouštění pomocí senzoru na rozpoznání barev


Infračervený senzor

Jistě i vás už nyní napadá nespočet dalších kombinací, jak by se dala tato funkce využít. Do našeho programu jsem přidal ještě další algoritmus, který zajistí, že robot bude jezdit po místnosti a vyhledávat námi umístěné barvy. Infračervený senzor má nyní opět funkci detektoru překážek. Pokud ji uvidí na vzdálenost menší než 20 centimetrů, zastaví, couvne a otočí se o zadaný úhel. Pak pokračuje v hledání. Až barvu najde, zastaví motory, zazpívá a dá se opět do dalšího hledání. Čidlo je opravdu citlivé, tak doporučuji podložku jednobarevnou, nejlépe bílou. Případný stín od osvětlení nebo sluníčka, často vyhodnocuje jako černou. Podobně tomu je u různobarevné dlažby (viz video níže).

Algoritmus pro vyhledání překážky, zastavení motorů, couvnutí a otočení


Detekce barev, hraní písní, vyhledávání a vyhýbání se překážkám


Už jen díky těmto několika jednoduchým a základním algoritmům je možné vytvářet celou řadu dalších kombinací. Zkusím nyní popustit uzdu fantazii. Když vezmu v úvahu tvar robota, vyhledání barvy, senzory atd., nabízí se mi např. klasický policejní robot, který likviduje výbušniny a nástražné systémy. Umí vyhledávat podle barev (nalezne barevné dráty u výbušniny), má kleště (může dráty stříhat), umí zpívat (může uklidnit pyrotechnika při jeho rozhodnutí, který drát střihnout), může do kleští předměty uchopit, odvést a zlikvidovat (pokud bylo jeho předchozí rozhodnutí správné)... Navíc EV3 si s námi také povídá a může nám tím pádem oznámit nalezenou barvu.

Ukázka programu pro simulaci policejního robota

Ukázka simulace policejního robota


Náhled části kompletního algoritmu

A co je na tom vůbec nejlepší? Že se s tím vy, učitelé, nemusíte nijak zdržovat... Nechte vaše žáky, ať si v klidu domutují a mezitím mohou připravovat podobné libůstky pro vás i pro vaše žáky. A co víc si můžeme přát, než když žáci připravují vyučování pro žáky? ;)

Ke stažení:





Pohled na hotového robota z přední strany