Google Classroom
GeoGebraGeoGebra Classroom
GeoGebra

Isejuhtiva bussi prototüüp

Author:SteamUpgrade
Põhineb robotil LEGO Mindstorms EV3
[left][size=100][/size][/left][size=100]Pildi autor: Janika Leoste[/size]

Pildi autor: Janika Leoste

Lühike sisukokkuvõte: See tegevus annab ülevaate roboti LEGO Mindstorms EV3 kaugusanduri kasutamisest. Tegevuse eesmärk on roboti LEGO Mindstorms EV3 abil ehitada isejuhtiva bussi prototüüp ning aidata mõista (väga algelisel tasandil) isejuhtivate busside käitumist juhtivaid põhimõtteid. Märksõnad: Isejuhtiv buss, LEGO Mindstorms EV3, prototüüp, robot Ressurside loend: üks robot LEGO Mindstorms EV3 iga õpilaste meeskonna (2–4 liiget) kohta; iga õpilaste meeskonna jaoks üks juhtseade (iPad, Android-tahvelarvuti, Windows 10 arvuti või Macintoshi arvuti), kuhu on installitud LEGO EV3 Classroomi rakendus.

Teema taust ja tähtsus

Isejuhtivad bussid on isejuhtivate autode erivorm. Esimesed katsetused isejuhtivate autodega pärinevad 1920. aastatest, kuid kõige esimene poolautomaatne auto töötati välja 1977. aastal Jaapanis. See auto suutis sõita kuni 30 km/h ning kasutas spetsiaalselt tähistatud tänavatel sõitmiseks kahte kaamerat, analoogarvutit ja tänavapinnast kõrgemat rööbast. Täiustatud digitaaltehnoloogiate, sealhulgas võimsate protsessorite, kaamerate, suurandmete ja tehisintellekti abil suudavad kaasaegsed isejuhtivad autod ise sõita tuhandeid kilomeetreid. Kuna tehnika pole veel piisavalt kaugele arenenud, pole isejuhtivate busside teemat väga palju uuritud, kuigi neil on palju eeliseid. Näiteks võivad isejuhtivad bussid vähendada tegevuskulusid, ummikuid ja transpordisektori heiteid (Mouratidis & Cobena Serrano, 2021). Lisaks võivad isejuhtivad bussid vähendada bussidega seotud õnnetuste arvu (Gibson, 2022). Oma olemuselt on isejuhtiv buss robot. Sellel on roboti kere, millel on mitmesugused kõrgtehnoloogilised andurid, mis suudavad määrata selle asukohta teel, tuvastada võimalikke ohte ja jälgida ümbritsevat liiklust, sealhulgas jalakäijaid. Roboti kere juhib täiustatud tarkvara, mis hõlmab arvutinägemist, masinõpet, suurandmeid ja tehisintellekti. Primitiivsel moel saab isejuhtivat bussi klassiruumis imiteerida lihtsate õpperobotite abil (olenevalt õpilaste oskustest, teadmistest ja võimetest). Jäljendamise eesmärk on tutvustada õpilastele isejuhtivate busside kontseptsiooni ning julgustada neid õppima nendega seotud programmeerimise ja robotite ehitamise põhimõtteid.

Tegevuse kirjeldus

Selles tegevuses kasutame robotit LEGO Mindstorms EV3, et imiteerida isejuhtivat bussi, mis sõidab ühest sihtkohast teise ja tagasi (näiteks koolist raudteejaama ja tagasi). Samuti tuvastab meie näidisprogramm, kui jalakäija astub teele, ja peatab kokkupõrke vältimiseks bussi, et jalakäija mööda lasta, ning jätkab seejärel sõitu. LEGO Mindstorms EV3 on populaarne ja hea kvaliteediga robotikomplekt, mis võimaldab ehitada mitut tüüpi roboteid (kõndiv, roomav, sõitev jne). Meie näites kasutame sõitvat robotit (vt juhiseid siit), millel on kaks ülekandemootorit (võimaldavad pöörata) ja mitu andurit (võimaldavad põhilist suhtlust ümbritseva keskkonnaga). Roboti käitumise määrab selle programm – meie näites kasutame programmeerimiseks LEGO EV3 Classroomi rakendust. Programmeerimine on lihtne, kuna rakendus põhineb populaarsel programmeerimiskeelel Scratch, mille sihtrühm on 8–16 aastased.  Toodud näidet on võimalik realiseerida teiste õpperobotitega, kasvõi lasteaia tasemel robotiga Bee-Bot. Sellistel juhtudel tuleks programme lihtsustada ja kohandada vastavate programmeerimiskeelte nõuetele (näiteks Bee-Boti robotit tuleb programmeerida selle nuppudega).

Tegevuse lahenduskäik

Programm koosneb kolmest loogilisest plokist, mis algavad programmi käivitamisel korraga. Programmi koostamisel järgige näidet ja paigutage kõik kolm plokki samale programmilehele. Näidisprogrammi rakendamisel robot (1) sõidab neli rattapööret (standardse 56 mm läbimõõduga rattaga on see ligikaudu 70 cm); (2) pöörab ümber; (3) sõidab tagasi 70 cm; (4) pöörab ümber; ja (5) peatub oma algasendis. Robot jälgib sõidu ajal enda ees olevat ala. Jalakäija tuvastamisel robot peatub ja piiksub, kuni tee on taas vaba – siis jätkab robot oma esialgset ülesannet

Demonstratsioonivideo

[size=100]Pildi autor: Janika Leoste[/size]
Pildi autor: Janika Leoste

Tegevuse täiendamine

Proovige programmi muuta, et see oleks teie eesmärkide jaoks huvitavam või tähendusrikkam. Kasutage teisi andureid ja roboti funktsioone (nt proovige joone järgimist, muutke roboti LED-tulede värvi, laske robotil pilti näidata või erinevaid helisid teha). Lisaks võite lasta õpilastel robotit mõnevõrra kontrollida puutetundliku anduri abil (nt „isejuhtiv buss“ peatub, kui kasutaja vajutab peatumise nuppu ja jätkab sõitu kas automaatselt või kui nuppu uuesti vajutatakse).

Teadmiste test

Millal isejuhtivate autode idee esmakordselt kasutusele võeti?

Select all that apply
  • A
  • B
  • C
Check my answer (3)

Millised tehnoloogiad on tänapäevaste isejuhtivate busside jaoks olulised?

Select all that apply
  • A
  • B
  • C
  • D
Check my answer (3)

LEGO Mindstorms EV3 on…

Select all that apply
  • A
  • B
  • C
Check my answer (3)

Töötoa läbiviimine

See MATIK-õppe töötuba on mõeldud selleks, et tutvustada tööeelses õppes ja täiendõppes keskkooliõpetajatele õpperoboteid (ÕR) kui didaktilisi vahendeid. Eelkõige tutvustab see tegevus riist- ja tarkvara valdkonna õppeuuringutega seotud kontseptsioone varasema robootikakogemuseta õpetajatele, pakkudes neile näiteid ja arutelusid tegelike klassiruumi tegevuste jaoks.  Osalejad ehitavad ja programmeerivad selles töötoas LEGO Mindstorms EV3 robotil põhineva isejuhtiva bussi prototüübi. Järelikult on osalejate ülesanne panna oma robot ühest sihtkohast teise liikuma, tuvastades samal ajal teel olevaid jalakäijaid. Nagu ülalpool mainitud, ei eeldata osalejatelt eelnevaid teadmisi programmeerimise või robotitega töötamise kohta. Töötoa raames tutvutakse aga robotite ja robotite programmeerimise põhimõtetega, kasutades lihtsaid matemaatilisi mõõtmisi ja arvutusi, et luua erinevatele robotitele koodi. Kasutatakse koostööl põhinevat meeskonnatööd, probleemide lahendamise oskusi, digioskusi, omas tempos õppimist ja kaaslaste juhendamist. Selles töötoas kasutatav robot on LEGO Mindstorms EV3.

Töötuba

Töötoa alguses anname osalejatele haridusroboti kasutamiseks vajaliku sõnavara, terminid ja mõisted. Seejärel selgitame haridusrobotite rolli köitvate õppevahenditena ja seda, kuidas nende kasutamist erinevate õppeainetega siduda. Siis käsitleme robotite eakohasuse teemat. Kirjeldame ka plokipõhise programmeerimise põhimõtteid, kasutades analoogiaid keeleõppega ja lausete moodustamisega. Siis arutleme mõne minuti jooksul töötoas kasutatud robotite sisendite ja väljundite kontseptsioonide üle ning kirjeldame üksikasjalikult, kuidas kõiki neid roboteid liikuma panna ja mida ahela (korduste) plokk tähistab. Viimasena jagame teoreetilises osas oma teaduspõhist arusaama sellest, miks õpetajad roboteid ja muid MATIK-õppe komplekte endiselt laialdaselt ei kasuta. Järgmisena moodustame kolm robotipõhist meeskonda (üks meeskond roboti tüübi kohta) ja jätkame ülesande lahendamisega. Meeskonnad peavad kokku leppima tees, mida nende robot peaks läbima, ja andurites, mida robot kasutab ümbritseva keskkonna tajumiseks. Järgmiseks peavad meeskonnad tutvuma enda valitud robotiga ja programmeerima roboti selliselt, et see toimiks isejuhtiva bussina. Seejuures aitavad matemaatilised arvutused koos loogika ja uurimisele orienteeritud mõtteviisiga osalejatel saavutada parima võimaliku lahenduse. Meeskonnad tutvustavad oma lahendusi teistele meeskondadele. Lõpuks toimub rühmas arutelu, kus meeskonnaliikmed arutavad esmalt omavahel ja seejärel jagavad kõigile oma mõtteid töötoa tegevuse ja selle pedagoogiliste eeliste kohta interdistsiplinaarses õppes, milles on pandud rõhk matemaatikale, kunstidele, robootikale ja kodeerimisele. Osalejate õppeväljundid on loetletud allpool. Iga osaleja on võimeline
  • nägema haridusrobotite kasutamise võimalusi motiveerivate vahenditena matemaatika- ja kunstitundides;
  • programmeerima samm-sammult juhiste abil LEGO Mindstorms EV3 robotiga lihtsaid liigutusi;
  • kasutama GeoGebras loodud digitaalseid interaktiivseid õppematerjale;
  • hindama kriitiliselt digitaalse õppevahendi kvaliteeti ja rakendatavust.
90-minutiline töötuba pakub õpetajatele praktilisi kogemusi ja emotsioone selle kohta, kuidas nad saaksid kasu robotite kasutamisest tavalistes matemaatikatundides õppevahenditena. Loodame, et meil tekib töötoas osalejatega viljakas arutelu selliste lühikeste töötubade tõhususe üle. Arutelu mõte on välja selgitada, kas neid töötubasid saab kasutada teadlikkuse tõstmiseks MATIK-õppe komplektide, eriti robotite eeliste kohta, et vähendada ärevust seoses MATIK-õppe kasutamisega õpetamispraktikas.

Erivajadustega õppijatele

Helitundlikud õpilased võiksid kasutada kõrvaklappe, et roboti heli vaigistada. Värvitundlikud õpilased võiksid kasutada oma lemmikvärvi LEGO klotse ja/või LED-tulesid. Vilkuvate tulede suhtes tundlikud õpilased (epilepsia) peaksid saama kasutada pidevat valgust. Nägemisprobleemidega õpilaste toetamiseks tuleks tagada, et ruum on piisavalt valgustatud. ATH-õpilastel on mõnikord raske teha valikuid ja/või lahendada loovaid ülesandeid – neid tuleks konkreetse ülesande lahendamisel leebelt suunata. Õpiraskustega ja/või väiksemate kognitiivsete võimetega õpilased peaksid enne rühmategevuste sooritamist robotit individuaalselt tundma õppima – see aitab ülesannet paremini mõista ja võimaldab olla ühistegevuses edukas.

Alternatiivne tegevus

Kui teil pole ligipääsu päris robotitele, on Internetis ohtralt virtuaalseid robotite programmeerimiskeskkondi. Selles videos https://youtu.be/xrcPw_Mspu0 tutvustame keskkonda. GearsBot, kus saab roboteid disainida, programmeerida ja testida: https://gears.aposteriori.com.sg/. Failid on saadaval sellel lingil:
  • link_to_gearsbot_website.url on link GearsBoti veebisaidile.
  • gearsbot-robot.json on virtuaalse roboti kirjeldus. Avage see käsuga „Load world“ („Laadi maailm“).
  • program.xml on virtuaalse roboti programm. Avage programm käsuga „Load program“ („Laadi programm“).
  • self-driving-bus-program.PNG on programmi kuvatõmmis. Selline peaks teie programm välja nägema.

Viited

Loomise autor

Janika Leoste, Maire Tuul, Sirly Väät and Tiiu Tammemäe - Tallinn University

New Resources

Discover Resources

Discover Topics