Θεάσεις: 5.030
του Νίκου Δαπόντε
Εισαγωγή
α) Προτού αναφερθώ στο κυρίως θέμα, όπως αυτό αναγράφεται στον τίτλο της ανάρτησης, υπενθυμίζω τα τεκταινόμενα στην οθόνη του υπολογιστή μας, καθώς φτιάχνουμε ένα project στο γνωστό και φιλικό περιβάλλον του Scratch:
Αν στην παραπάνω κλασική εικόνα προγραμματισμού στο περιβάλλον του Scratch προσθέσουμε και τα χαρακτηριστικά του ρομπότ, τότε, το αποτέλεσμα είναι πολύ πιο ενδιαφέρον για την εξοικείωση μας στην «Εκπαιδευτική Ρομποτική» με οποιοδήποτε σύστημα συνδεόμενο με το Scratch 3.0.
Ας ξεκινήσουμε με μια υπενθύμιση:
Το ασύρματο ρομποτάκι Thymio (https://www.thymio.org/) δεν είναι αποκλειστικά και μόνο ένα «κινητό ρομποτάκι εδάφους», όπως μπορεί κάποιος να παρασυρθεί από τη μορφή του και τους δύο τροχούς – κινητήρες.
Και αυτό προκύπτει, τόσο από τον πίνακα με τα βασικά μόνιμα χαρακτηριστικά του ως ρομποτάκι κατάλληλο για την εκπαίδευση, όσο και από τις ποικίλες εφαρμογές αξιοποίησής του, όπως παρατίθενται αμέσως παρακάτω:
Επειδή αυτός ο πίνακας είναι σύντομος και περιεκτικός θα χρειαστεί να τον συνοδεύσουμε με κάποιες απαραίτητες διευκρινήσεις:
Σημείωση 1: Πληροφορίες για τα χαρακτηριστικά του Thymio
α) Το ρομποτάκι μας τροφοδοτείται από μια μπαταρία 1500 mAh, 3.7 V και η οποία φορτίζεται κάθε φορά που αυτό συνδέεται με τον υπολογιστή μας.
β) Διαθέτει μια κατάλληλη υποδοχή που δέχεται έναν κοινό μαρκαδόρο για τη χάραξη γραμμών πάνω στην επιφάνεια που κινείται.
γ) Διαθέτει μια υποδοχή μικρής κάρτας μνήμης SD (2 GB κατά προτίμηση)
δ) Λειτουργεί με σύνδεση USB ή ασύρματα Wifi (2.4 GHz)
ε) Τα προγραμματιστικά περιβάλλοντα απευθύνονται σε παιδιά με ηλικίες από 6+ (VPL), 8+ (Scratch), 9+ (BLOCKLY), 12+ (Aseba Studio, Text Programming).
ζ) Είναι δυνατή η επικοινωνία μεταξύ δύο Thymio αρκεί να είναι ασύρματα.
η) Μόλις το ρομποτάκι «βγει από το κουτί» του είναι «φορτωμένο» με 6 προ-προγραμματισμένες συμπεριφορές, όπως φαίνεται στον πίνακα:
θ) Χρήσιμο μπορεί να φανεί το project https://scratch.mit.edu/projects/64533606/ αναφορικά με την ανάμιξη (RGB) των χρωμάτων.
ι) Διαθέτει δέκτη μηνυμάτων τηλεχειριστηρίου (telecontrol)
Σημείωση 2: Το Thymio «ανοιχτό σε όλα» και με υποδοχές συμβατές με τα «τουβλάκια της LEGO»
Πέρα από το γεγονός ότι το Thymio είναι ένα ρομποτάκι «ανοιχτό σε όλα» (υλικό, πρόγραμμα, ντοκουμέντα https://www.thymio.org/) προσωπικά, θεωρώ πολύ καλή την ιδέα να είναι εφοδιασμένο, από τη …μάνα του, με ένα τόσο μεγάλο αριθμό αισθητήρων, LEDs, κουμπιών αφής, τηλεκοντρόλ, προγραμματιστικών περιβαλλόντων, όπως δείχνει και ο πίνακας των χαρακτηριστικών του. Επιπλέον, αξίζει να τονιστεί και η πρόβλεψη συμβατότητας για χρήση των κομματιών της Lego με κατασκευές πάνω σε κατάλληλα σχεδιασμένες υποδοχές του Thymio.
Έτσι, ανάλογα με το πρόβλημα που κάθε φορά αντιμετωπίζω, αξιοποιώ μόνο ότι μου χρειάζεται για τη λύση του, σύμφωνα με τις απαιτήσεις του προβλήματος.
Για παράδειγμα, μπορώ να προγραμματίσω το ρομποτάκι να ακολουθεί μια μαύρη λωρίδα στο δάπεδο με έναν μόνο αισθητήρα εδάφους. Εφόσον δεν με ικανοποιεί το αποτέλεσμα, δεν έχω παρά να πειραματιστώ αμέσως και με τους δύο διαθέσιμους αισθητήρες εδάφους. Το ίδιο ακριβώς μπορεί να συμβεί και με τη γνωστή ανίχνευση εμποδίων: μπορώ να χρησιμοποιώ όχι μόνο έναν ή δύο αισθητήρες αλλά και όλους τους διαθέσιμους άμεσα αισθητήρες. Από την άλλη, προκειμένου να πειραματιστώ με ρομποτάκι που κινείται σε ένα διάδρομο ή λαβύρινθο με εμπόδια, δεν θεωρώ απαραίτητα τα «τουβλάκια» της LEGO, από τη στιγμή που υπάρχουν πολλοί τρόποι και υλικά για να τους φτιάξω εύκολα και γρήγορα. Αν όμως θέλω να πειραματιστώ με ανίχνευση εμποδίων διαφορετικού χρώματος, τότε, τα κομμάτια της LEGO είναι ότι πρέπει μια και έτσι διευκολύνεται η επανάληψη του πειράματος και οι μετρήσεις από άλλους.
Σημείωση 3: Γενικές παρατηρήσεις και σκέψεις
Εκτός των άλλων, οδηγός μας πάντα εξακολουθεί να είναι και ο ορισμός του ρομπότ:
«Ως ρομπότ ορίζεται μια μηχανή ικανή να εκτελεί, αυτόματα και με τη βοήθεια ποικίλων αισθητήρων , μια πολύπλοκη σειρά δράσεων για την οποία έχει προγραμματιστεί με υπολογιστή»
Προσωπικά συμφωνώ με την παιδαγωγική κατεύθυνση που υποστηρίζει ότι η εξοικείωση των παιδιών και των αρχαρίων με τις βασικές έννοιες της ρομποτικής μπορούν να επιτευχθούν, ως ένα βαθμό πάντα, με συστήματα τύπου Thymio.
Ισχυρίστηκα όλα τα παραπάνω με την προϋπόθεση ότι δεν αναφέρομαι διόλου στη διδασκαλία ρομποτικής με προσανατολισμό την επαγγελματική εκπαίδευση σε ψηλότερες βαθμίδες. Σ΄ αυτήν την περίπτωση θεωρώ ότι τα συστήματα ρομποτικής τύπου Arduino είναι όχι μόνο φτηνά αλλά και πιο ενδιαφέροντα για μαθητές Λυκείων, ιδιαίτερα της Επαγγελματικής κατεύθυνσης.
Όσον αφορά τα ρομποτάκια τύπου Thymio, μελλοντικά, θα ήθελα να δινόταν και μια ευκαιρία επέκτασης του από τους ίδιους τους χρήστες και με άλλους 2-3 αισθητήρες ή ενεργοποιητές που να εξυπηρετούν περισσότερες θεματικές ενότητες από τις Φυσικές επιστήμες.
Σημείωση 5: Η διαισθητική πρότασή μας για την παιδαγωγική αξία της μετάβασης από ένα προγραμματιστικό περιβάλλον σε άλλο
Στη δραστηριότητα με το carousel, όπως και σε άλλες, μας δόθηκε η ευκαιρία να δούμε στην πράξη την πρότασή μας (βλέπε στο Eduportal https://www.eduportal.gr/thymio-5/ ):
β) Οι εκπαιδευτικές εφαρμογές στο περιβάλλον «Thymio+Scratch 3.0» είναι ….. ατέλειωτες!
Στον παρακάτω πίνακα συνοψίζω μερικές εφαρμογές του Thymio, ενδεικτικές του φάσματος αξιοποίησής του, μιλώντας πάντα για «εκπαιδευτική ρομποτική» και όχι επαγγελματική κατάρτιση.
Ας δούμε ορισμένες χαρακτηριστικές εφαρμογές μέσα από λίαν σύντομες παρουσιάσεις:
- Το Thymio μετατρέπεται σε πομπό μηνυμάτων Morse
Το ρομποτάκι Thymio διαθέτει ένα μεγάφωνο ως ενεργοποιητή, οπότε προγραμματίζεται έτσι ώστε να μεταδίδει μηνύματα με τον κώδικα Morse (βλέπε την ανάρτηση https://www.eduportal.gr/thymio-morse-22/ )
- Το Thymio μετατρέπεται σε ……τηλεχειριστήριο με προγραμματισμό των αισθητήρων του
α)Το ίδιο το ρομποτάκι Thymio μπορεί να παίξει το ρόλο ενός τηλεχειριστήριου εφόσον το στρέφουμε κατάλληλα με τα χέρια μας. Μάλιστα, με προγραμματισμό του επιταχυνσιομέτρου μπορώ να πετύχω θετικές ή αρνητικές γωνίες κλίσης (0 ως 90 ή -90 μοίρες), τόσο του Thymio όσο και του αντίστοιχου συνδεδεμένου sprite – Thymio στην οθόνη.
β) Εννοείται ότι θα έχουμε παρόμοια αποτελέσματα αν προγραμματίσουμε κατάλληλα τους επτά οριζόντιους αισθητήρες ή τα πέντε κουμπιά αφής που διαθέτει το ρομποτάκι Thymio.
- To Thymio μετατρέπεται σε μουσικό όργανο
Επισκεφτείτε το παρακάτω βίντεο στο YouTube και θα διαπιστώσετε ότι: Επιτρέπεται στο νεαρό να παίζει μια σειρά μουσικών ήχων με την ανίχνευση των δακτύλων που πλησιάζουν μπροστά στους 5 οριζόντιους αισθητήρες του Thymio https://youtu.be/AR49kBgKLzI
(Όποιος ενδιαφέρεται για τον κώδικα του προγράμματος, σε Text Programming, μπορεί να συμβουλευτεί το επίσημο site του Thymio https://www.thymio.org/en:thymiomusic ).
Για περισσότερες πληροφορίες, σχετικά με τις μουσικές νότες και τις συχνότητες τους, δείτε τις δύο αναρτήσεις στο Eduportal https://www.eduportal.gr/thymio6/ και https://www.eduportal.gr/thymio14/
Επιπλέον, διαπιστώνουμε ότι στο περιβάλλον διασύνδεσης «Thymio+Scratch 3.0» εύκολα οικοδομείται μια διαδικασία που να μας επιτρέπει να «παίζουμε» νότες, πλησιάζοντας ένα αντικείμενο μπροστά από τους αισθητήρες, όπως φαίνεται στην παρακάτω απλή διαδικασία για τις 4 πρώτες νότες ντο – ρε – μι – φα.
(με τον ίδιο τρόπο προγραμματισμού, μπορούμε να συμπληρώσουμε τις ανιχνεύσεις των οριζόντιων αισθητήρων και για τις υπόλοιπες νότες: σολ, λα, σι).
- Με τo Thymio προγραμματίζουμε ένα carousel (καρουζέλ)
Πριν από δύο χρόνια περίπου ανάρτησα στο Eduportal μια εργασία (5η Δραστηριότητα https://www.eduportal.gr/thymio-5/ ) με θέμα τη «λιτή κι απέριττη» κατασκευή και τον προγραμματισμό του carousel με το ρομποτάκι Thymio:
και το link για το βίντεο
https://www.facebook.com/salonikidisioannis/videos/10209014814634997/
5. Μέτρηση κλίσης επιπέδου με επιταχυνσιόμετρο τριών αξόνων (Χ, Υ, Ζ)
Ακουμπάμε το ρομποτάκι Thymio πάνω σε επιφάνειες που σχηματίζουν διαφορετικές γωνίες κλίσης ως προς το οριζόντιο επίπεδο. Σ’ αυτές τις περιπτώσεις το ρομποτάκι Thymio μπορεί να προγραμματιστεί έτσι ώστε να μας στέλνει μήνυμα με τη τιμή της γωνίας κλίσης του επιπέδου που κάθε φορά βρίσκεται.
Έτσι, αν το Thymio είναι πάνω σε κεκλιμένο επίπεδο, τότε, με τον αισθητήρα κλίσης (επιταχυνσιόμετρο) που διαθέτει, μας επιτρέπει να μετράμε τη γωνία του κεκλιμένου επιπέδου, σε μοίρες.
(βλέπε τα links https://www.eduportal.gr/thymio-scratch3-tilt/ https://www.eduportal.gr/thymio-21/)
- Το ρομποτάκι Thymio παίζει πινγκ-πονγκ με μια …. ρακέτα!
Ασχολήθηκα, με το θέμα για πρώτη φορά, σε μια δραστηριότητα https://www.eduportal.gr/thymio18/ με σκοπό να πειραματιστώ με το Thymio ως τηλεχειριστήριο …. μιας ρακέτας με μορφή sprite στην οθόνη του υπολογιστή, όπως μπορείτε να δείτε στο βίντεο https://www.youtube.com/watch?v=wy6Y46aKdck
- Αλλάζοντας μια Γραφική Παράσταση στην οθόνη του υπολογιστή «πιλοτάρουμε» το κινητό ρομποτάκι Thymio
Με αυτό το ενδιαφέρον θέμα ασχολήθηκα, επίσης για πρώτη φορά, σε μια ανάρτησή μου στο Eduportal (17η Δραστηριότητα, https://www.eduportal.gr/thymio-scratch-17/ ).
Ιδιαίτερα δείτε το βίντεο ενός μόνο λεπτού και θα γίνει κατανοητή η διαμόρφωση της κίνησης του sprite στην οθόνη με τη διαμόρφωση της γραφικής παράστασης (θέσης χ, χρόνου t):
https://www.youtube.com/watch?v=_gI8JcCfcN0&feature=youtu.be&t=11
(Αυτή η ιδέα μου ήρθε από μια προσομοίωση που είχα φτιάξει παλιότερα για την «Κοινότητα του Scratch» https://scratch.mit.edu/projects/2202942/. Μπορούμε να διαμορφώσουμε τη μορφή των γραφικών παραστάσεων, μετακινώντας τα κυκλάκια στην οθόνη με το δείκτη του ποντικιού, όπως φαίνεται παρακάτω. Στη συνέχεια, με κλικ στο πράσινο βέλος βλέπουμε το κοριτσάκι να κινείται με περίπου σταθερή επιτάχυνση στην πρώτη εικόνα αριστερά και με περίπου σταθερή ταχύτητα στη δεύτερη). Ταυτόχρονα, βλέπουμε και τις τιμές της ταχύτητας στα διαστήματα μεταξύ των κουκίδων, σε μια λίστα
- Πώς να κάνουμε Γεωμετρία και να σχεδιάζουμε με τη βοήθεια του Thymio;
Πρόκειται για το προνομιούχο πεδίο εφαρμογών του κινητού ρομπότ εδάφους που είναι εφοδιασμένο με ένα μαρκαδόρο. https://www.eduportal.gr/thymio-19/
Τώρα, ήρθε η σειρά της γεωμετρικής σχεδίασης με τη διασύνδεση «Thymio+ Scratch 3.0» οπότε έφτιαξα το μικρό πρόγραμμα με τους τέσσερις τεμνόμενους κύκλους. Σ’ αυτήν την περίπτωση, οι εντολές σχεδίασης δίνονται στο ρομποτάκι Thymio που φτιάχνει με το μαρκαδόρο τους κύκλους και στη συνέχεια από αυτό μεταδίδονται στο sprite που σχεδιάζει στην οθόνη το ίδιο σχήμα.
Τώρα, χρειαζόμαστε δύο νέα βασικά «πλακίδια»:
Έχουμε τις τρεις διαδικασίες:
- Η πρώτη αφορά τη σχεδίαση των τεσσάρων κύκλων από το ρομποτάκι Thymio
- Η δεύτερη και πιο σημαντική αναφέρεται στη διασύνδεση «Thymio+Scratch0» με τη χρήση της εντολής οδομέτρου έτσι ώστε να έχουμε ταυτόχρονη σχεδίαση στην οθόνη των τεσσάρων κύκλων από το αντίστοιχο sprite. Ο κεντρικός πυρήνας αυτής της διαδικασίας μπορεί να αποτελέσει ένα νέο δικός σας «πλακίδιο» και να το χρησιμοποιείτε όποτε χρειάζεται.
- Η τρίτη αναλαμβάνει το σταμάτημα της σχεδίασης συνολικά.
9. Τηλεχειρισμός μιας interactive προσομοίωσης με τα κουμπιά αφής του Thymio
Σε μια προσπάθεια μου να ελέγξω τη συμβατότητα ενός project που είχα αναρτήσει στο Scratch 2.0 στη νέα έκδοση του Scratch 3.0, με θέμα το «κωνικό εκκρεμές», σκέφτηκα να χρησιμοποιήσω τα δύο από τα πέντε κουμπιά αφής του Thymio για την αλλαγή της τιμής του πεδίου βαρύτητας g.
Μετά από ένα τεστ, επαληθεύτηκε ότι μπορούμε να χειριζόμαστε την προσομοίωση με τα δύο κουμπιά αφής <μπροστά> , <πίσω> για την αύξηση και ελάττωση του g, αντίστοιχα. Παρόμοιες αλλαγές μπορώ να πετύχω και με τους άλλους διαθέσιμους αισθητήρες.
(Δείτε το αρχικό project από εδώ https://scratch.mit.edu/projects/24312336/ )
10. Το ρομποτάκι Thymio δημιουργεί όμορφες «Φωτεινές Ζωγραφικές»
Το Thymio, μετά από τον προγραμματισμό των 39 LEDs που διαθέτει και την απαραίτητη κίνηση οφείλει να υποστεί την κατάλληλη φωτογραφική έκθεση. Τα αποτελέσματα είναι εντυπωσιακά! Με προγραμματισμό των χρωματιστών φωτεινών LEDs, σε ένα κινούμενο ρομποτάκι στο σκοτάδι και με μια φωτογραφική μηχανή, τα παιδιά μπορούν να επιχειρήσουν τη δημιουργία «έργων τέχνης».
γ) Το ρομποτάκι Thymio και τα sprites στην οθόνη Scratch
Μετά τη διασύνδεση του Thymio και άλλων ρομποτικών συστημάτων με το νέο Scratch 3.0 (beta έκδοση) είμαστε υποχρεωμένοι να ξανασκεφτούμε τη δομή και το περιεχόμενο των δραστηριοτήτων της αναδυόμενης «Εκπαιδευτικής Ρομποτικής», ακολουθώντας μια διαδικασία πειραματισμού και διάδοσης τους στην εκπαιδευτική κοινότητα (Φαντάζομαι – Δημιουργώ – Ελέγχω – Διορθώνω – Μοιράζομαι – Στοχάζομαι……..- συμπληρώνω και το Αναστοχάζομαι!)
Ένας από τους ενδιαφέροντες τομείς που ενισχύεται ιδιαίτερα από αυτήν τη διασύνδεση δεν είναι άλλος από την περιγραφή της κίνησης, με άλλα λόγια της «Κινηματικής» ως τομέα της Φυσικής. Έτσι, οι εντολές, οι διαδικασίες, οι μέθοδοι και οι τεχνικές που αναφέρονται τόσο στον προγραμματισμό του περιβάλλοντος Scratch 3.0 όσο και των αντίστοιχων νέων της διασύνδεσης «Thymio+Scratch 3.0» θα μπορούσαν να εισαχθούν διαμέσου «ανοιχτών» πειραματικών δραστηριοτήτων Κινηματικής. Με την ίδια λογική μπορούμε να αναζητήσουμε αντίστοιχες πειραματικές δραστηριότητες και από άλλους τομείς που προσφέρουν τα μέγιστα στη διαμόρφωση της Εκπαιδευτικής ρομποτικής, όπως για παράδειγμα η Μηχανολογία, η Ηλεκτρολογία, τα Μαθηματικά, οι Τέχνες κ.α.
Επιπλέον, με αυτήν τη διασύνδεση, έχουμε στη διάθεσή μας και τα sprites, δηλαδή τα «ψηφιακά αντικείμενα» – σύμβολα, όπως η γάτα του Scratch ή η χελώνα της LOGO ή ακόμα ένα ρομποτάκι, που δημιουργούμε στην οθόνη του υπολογιστή.
Σ’ αυτήν την περίπτωση, το κινητό ρομποτάκι Thymio μπορεί κάλλιστα να εκτελεί ποικίλες κινήσεις και ταυτόχρονα να κάνει το ίδιο και το αντίστοιχο «ψηφιακό Thymio» στην οθόνη. Στη συνέχεια, με φυσιολογικό τρόπο οι αλλαγές του ψηφιακού μπορεί να επηρεάζουν, προγραμματιστικά βέβαια, τη συμπεριφορά του ρομπότ Thymio.
Οι δύο «κόσμοι» Thymio και Scratch 3.0 και η διασύνδεσή τους
Πριν από ενάμιση χρόνο ασχολήθηκα ιδιαίτερα με τη διασύνδεση του ρομπότ Thymio με το αντίστοιχο sprite του στην οθόνη του υπολογιστή με το Scratch 2.0 και διέκρινα την ύπαρξη δύο «κόσμων και της διασύνδεσής τους (βλέπε τη σχετική ανάρτηση στο Eduportal https://www.eduportal.gr/thymio-15/. )
Σήμερα, με την έλευση του Scratch 3.0 πειραματίζομαι ξανά με αυτούς τους «κόσμους» και τη διασύνδεσή τους:
Ο «πρώτος κόσμος» δεν είναι άλλος από αυτόν του «πραγματικού Thymio» που «ζει» και κινείται μέσα σε ένα περιβάλλον με πραγματικά αντικείμενα (τραπέζι, δάπεδο, κεκλιμένο επίπεδο, επιφάνεια σφαίρας ή κυλίνδρου, μαύρες ή χρωματιστές πλαστικές λωρίδες, μπάρες κυκλοφοριακού ελέγχου, μηχανισμών κ.λ.π.).
Δεν πρέπει να ξεχνάμε τη διάκριση: αισθητήρων και ενεργοποιητών καθώς και τις βασικότερες εντολές προγραμματισμού του Scratch 3.0:
Από το ρομπότ μπορούμε να ζητάμε και να παίρνουμε πληροφορίες αναφορικά με την κατεύθυνσή του, την ταχύτητα καθενός εκ των δύο τροχών του, τις τιμές των αισθητήρων εγγύτητας και της κλίσης του καθώς και άλλων μεταβλητών που οι ίδιοι ορίζουμε.
Ο «δεύτερος κόσμος» περιλαμβάνει το σύνολο των διάφορων sprites ή «ψηφιακών αντικειμένων» τα οποία «ζουν» στην οθόνη του υπολογιστή μας, όπως το προσομοιάσαμε με το θέατρο στην αρχή του άρθρου, και επιπλέον επιτελούν ποικίλα καθήκοντα που εμείς ορίζουμε προγραμματιστικά.
Το «ενισχυμένο» περιβάλλον της διασύνδεσης «Thymio+Scratch 3.0» εμπλουτίζει, κυρίως, την επικοινωνία των χρηστών με το ρομποτάκι, συγκριτικά πάντα, με τα αυτόνομα περιβάλλοντα «Οπτικού Προγραμματισμού» και BLOCKLY. Έτσι, θα μπορούμε να αξιοποιούμε ολόκληρο το «οπλοστάσιο» του περιβάλλοντος του Scratch 3.0 (χρονόμετρο, λίστες, blocks, βίντεο, τη μετάδοση μηνυμάτων, τις εντολές και λειτουργίες μαθηματικών κ.λ.π. Όμως, το πιο σημαντικό είναι τόσο η εντολή οδόμετρου (odomètre) όσο και η νέα διαδικασία της διασύνδεσης «Thymio+Scratch 3.0» που παρουσιάσαμε, λίγο παραπάνω, στην όγδοη (8) εφαρμογή. Για παράδειγμα, ένα από αυτά μπορεί να αναπαριστάνει το ρομποτάκι Thymio και τις συμπεριφορές του, ένα άλλο να παρουσιάζει το γράφημα μιας μεταβλητής με το χρόνο κ.λ.π.
Επίλογος: Είμαστε ακόμα στην αρχή
Χρειάζεται πληρέστερη πειραματική μελέτη για να ανακαλύψει κανείς το πλήθος των εκπαιδευτικών δραστηριοτήτων με τη διασύνδεση του Thymio με το λογισμικό Scratch 3.0 και των νέων επεκτάσεων του, παίρνοντας υπόψη όλες τις νέες δυνατότητες που μας προσφέρουν οι δύο κόσμοι. Είμαστε ακόμα στην αρχή.
Αυτές οι πρώτες σκέψεις συνοψίζονται στην πρόταση και στο πρώτο ατελές διάγραμμα της διασύνδεσης των δύο κόσμων:
Σχετικά
Φορτώνει...
Δεκ 8 2018
Η διασύνδεση «Thymio+Scratch 3.0»: Ευκαιρία για να ανοίξει ο δρόμος προς τη δημιουργία νέων εκπαιδευτικών σεναρίων και παιχνιδιών
του Νίκου Δαπόντε
Εισαγωγή
α) Προτού αναφερθώ στο κυρίως θέμα, όπως αυτό αναγράφεται στον τίτλο της ανάρτησης, υπενθυμίζω τα τεκταινόμενα στην οθόνη του υπολογιστή μας, καθώς φτιάχνουμε ένα project στο γνωστό και φιλικό περιβάλλον του Scratch:
Αν στην παραπάνω κλασική εικόνα προγραμματισμού στο περιβάλλον του Scratch προσθέσουμε και τα χαρακτηριστικά του ρομπότ, τότε, το αποτέλεσμα είναι πολύ πιο ενδιαφέρον για την εξοικείωση μας στην «Εκπαιδευτική Ρομποτική» με οποιοδήποτε σύστημα συνδεόμενο με το Scratch 3.0.
Ας ξεκινήσουμε με μια υπενθύμιση:
Το ασύρματο ρομποτάκι Thymio (https://www.thymio.org/) δεν είναι αποκλειστικά και μόνο ένα «κινητό ρομποτάκι εδάφους», όπως μπορεί κάποιος να παρασυρθεί από τη μορφή του και τους δύο τροχούς – κινητήρες.
Και αυτό προκύπτει, τόσο από τον πίνακα με τα βασικά μόνιμα χαρακτηριστικά του ως ρομποτάκι κατάλληλο για την εκπαίδευση, όσο και από τις ποικίλες εφαρμογές αξιοποίησής του, όπως παρατίθενται αμέσως παρακάτω:
Επειδή αυτός ο πίνακας είναι σύντομος και περιεκτικός θα χρειαστεί να τον συνοδεύσουμε με κάποιες απαραίτητες διευκρινήσεις:
Σημείωση 1: Πληροφορίες για τα χαρακτηριστικά του Thymio
α) Το ρομποτάκι μας τροφοδοτείται από μια μπαταρία 1500 mAh, 3.7 V και η οποία φορτίζεται κάθε φορά που αυτό συνδέεται με τον υπολογιστή μας.
β) Διαθέτει μια κατάλληλη υποδοχή που δέχεται έναν κοινό μαρκαδόρο για τη χάραξη γραμμών πάνω στην επιφάνεια που κινείται.
γ) Διαθέτει μια υποδοχή μικρής κάρτας μνήμης SD (2 GB κατά προτίμηση)
δ) Λειτουργεί με σύνδεση USB ή ασύρματα Wifi (2.4 GHz)
ε) Τα προγραμματιστικά περιβάλλοντα απευθύνονται σε παιδιά με ηλικίες από 6+ (VPL), 8+ (Scratch), 9+ (BLOCKLY), 12+ (Aseba Studio, Text Programming).
ζ) Είναι δυνατή η επικοινωνία μεταξύ δύο Thymio αρκεί να είναι ασύρματα.
η) Μόλις το ρομποτάκι «βγει από το κουτί» του είναι «φορτωμένο» με 6 προ-προγραμματισμένες συμπεριφορές, όπως φαίνεται στον πίνακα:
θ) Χρήσιμο μπορεί να φανεί το project https://scratch.mit.edu/projects/64533606/ αναφορικά με την ανάμιξη (RGB) των χρωμάτων.
ι) Διαθέτει δέκτη μηνυμάτων τηλεχειριστηρίου (telecontrol)
Σημείωση 2: Το Thymio «ανοιχτό σε όλα» και με υποδοχές συμβατές με τα «τουβλάκια της LEGO»
Πέρα από το γεγονός ότι το Thymio είναι ένα ρομποτάκι «ανοιχτό σε όλα» (υλικό, πρόγραμμα, ντοκουμέντα https://www.thymio.org/) προσωπικά, θεωρώ πολύ καλή την ιδέα να είναι εφοδιασμένο, από τη …μάνα του, με ένα τόσο μεγάλο αριθμό αισθητήρων, LEDs, κουμπιών αφής, τηλεκοντρόλ, προγραμματιστικών περιβαλλόντων, όπως δείχνει και ο πίνακας των χαρακτηριστικών του. Επιπλέον, αξίζει να τονιστεί και η πρόβλεψη συμβατότητας για χρήση των κομματιών της Lego με κατασκευές πάνω σε κατάλληλα σχεδιασμένες υποδοχές του Thymio.
Έτσι, ανάλογα με το πρόβλημα που κάθε φορά αντιμετωπίζω, αξιοποιώ μόνο ότι μου χρειάζεται για τη λύση του, σύμφωνα με τις απαιτήσεις του προβλήματος.
Για παράδειγμα, μπορώ να προγραμματίσω το ρομποτάκι να ακολουθεί μια μαύρη λωρίδα στο δάπεδο με έναν μόνο αισθητήρα εδάφους. Εφόσον δεν με ικανοποιεί το αποτέλεσμα, δεν έχω παρά να πειραματιστώ αμέσως και με τους δύο διαθέσιμους αισθητήρες εδάφους. Το ίδιο ακριβώς μπορεί να συμβεί και με τη γνωστή ανίχνευση εμποδίων: μπορώ να χρησιμοποιώ όχι μόνο έναν ή δύο αισθητήρες αλλά και όλους τους διαθέσιμους άμεσα αισθητήρες. Από την άλλη, προκειμένου να πειραματιστώ με ρομποτάκι που κινείται σε ένα διάδρομο ή λαβύρινθο με εμπόδια, δεν θεωρώ απαραίτητα τα «τουβλάκια» της LEGO, από τη στιγμή που υπάρχουν πολλοί τρόποι και υλικά για να τους φτιάξω εύκολα και γρήγορα. Αν όμως θέλω να πειραματιστώ με ανίχνευση εμποδίων διαφορετικού χρώματος, τότε, τα κομμάτια της LEGO είναι ότι πρέπει μια και έτσι διευκολύνεται η επανάληψη του πειράματος και οι μετρήσεις από άλλους.
Σημείωση 3: Γενικές παρατηρήσεις και σκέψεις
Εκτός των άλλων, οδηγός μας πάντα εξακολουθεί να είναι και ο ορισμός του ρομπότ:
«Ως ρομπότ ορίζεται μια μηχανή ικανή να εκτελεί, αυτόματα και με τη βοήθεια ποικίλων αισθητήρων , μια πολύπλοκη σειρά δράσεων για την οποία έχει προγραμματιστεί με υπολογιστή»
Προσωπικά συμφωνώ με την παιδαγωγική κατεύθυνση που υποστηρίζει ότι η εξοικείωση των παιδιών και των αρχαρίων με τις βασικές έννοιες της ρομποτικής μπορούν να επιτευχθούν, ως ένα βαθμό πάντα, με συστήματα τύπου Thymio.
Ισχυρίστηκα όλα τα παραπάνω με την προϋπόθεση ότι δεν αναφέρομαι διόλου στη διδασκαλία ρομποτικής με προσανατολισμό την επαγγελματική εκπαίδευση σε ψηλότερες βαθμίδες. Σ΄ αυτήν την περίπτωση θεωρώ ότι τα συστήματα ρομποτικής τύπου Arduino είναι όχι μόνο φτηνά αλλά και πιο ενδιαφέροντα για μαθητές Λυκείων, ιδιαίτερα της Επαγγελματικής κατεύθυνσης.
Όσον αφορά τα ρομποτάκια τύπου Thymio, μελλοντικά, θα ήθελα να δινόταν και μια ευκαιρία επέκτασης του από τους ίδιους τους χρήστες και με άλλους 2-3 αισθητήρες ή ενεργοποιητές που να εξυπηρετούν περισσότερες θεματικές ενότητες από τις Φυσικές επιστήμες.
Σημείωση 5: Η διαισθητική πρότασή μας για την παιδαγωγική αξία της μετάβασης από ένα προγραμματιστικό περιβάλλον σε άλλο
Στη δραστηριότητα με το carousel, όπως και σε άλλες, μας δόθηκε η ευκαιρία να δούμε στην πράξη την πρότασή μας (βλέπε στο Eduportal https://www.eduportal.gr/thymio-5/ ):
β) Οι εκπαιδευτικές εφαρμογές στο περιβάλλον «Thymio+Scratch 3.0» είναι ….. ατέλειωτες!
Στον παρακάτω πίνακα συνοψίζω μερικές εφαρμογές του Thymio, ενδεικτικές του φάσματος αξιοποίησής του, μιλώντας πάντα για «εκπαιδευτική ρομποτική» και όχι επαγγελματική κατάρτιση.
Ας δούμε ορισμένες χαρακτηριστικές εφαρμογές μέσα από λίαν σύντομες παρουσιάσεις:
Το ρομποτάκι Thymio διαθέτει ένα μεγάφωνο ως ενεργοποιητή, οπότε προγραμματίζεται έτσι ώστε να μεταδίδει μηνύματα με τον κώδικα Morse (βλέπε την ανάρτηση https://www.eduportal.gr/thymio-morse-22/ )
α)Το ίδιο το ρομποτάκι Thymio μπορεί να παίξει το ρόλο ενός τηλεχειριστήριου εφόσον το στρέφουμε κατάλληλα με τα χέρια μας. Μάλιστα, με προγραμματισμό του επιταχυνσιομέτρου μπορώ να πετύχω θετικές ή αρνητικές γωνίες κλίσης (0 ως 90 ή -90 μοίρες), τόσο του Thymio όσο και του αντίστοιχου συνδεδεμένου sprite – Thymio στην οθόνη.
β) Εννοείται ότι θα έχουμε παρόμοια αποτελέσματα αν προγραμματίσουμε κατάλληλα τους επτά οριζόντιους αισθητήρες ή τα πέντε κουμπιά αφής που διαθέτει το ρομποτάκι Thymio.
Επισκεφτείτε το παρακάτω βίντεο στο YouTube και θα διαπιστώσετε ότι: Επιτρέπεται στο νεαρό να παίζει μια σειρά μουσικών ήχων με την ανίχνευση των δακτύλων που πλησιάζουν μπροστά στους 5 οριζόντιους αισθητήρες του Thymio https://youtu.be/AR49kBgKLzI
(Όποιος ενδιαφέρεται για τον κώδικα του προγράμματος, σε Text Programming, μπορεί να συμβουλευτεί το επίσημο site του Thymio https://www.thymio.org/en:thymiomusic ).
Για περισσότερες πληροφορίες, σχετικά με τις μουσικές νότες και τις συχνότητες τους, δείτε τις δύο αναρτήσεις στο Eduportal https://www.eduportal.gr/thymio6/ και https://www.eduportal.gr/thymio14/
Επιπλέον, διαπιστώνουμε ότι στο περιβάλλον διασύνδεσης «Thymio+Scratch 3.0» εύκολα οικοδομείται μια διαδικασία που να μας επιτρέπει να «παίζουμε» νότες, πλησιάζοντας ένα αντικείμενο μπροστά από τους αισθητήρες, όπως φαίνεται στην παρακάτω απλή διαδικασία για τις 4 πρώτες νότες ντο – ρε – μι – φα.
(με τον ίδιο τρόπο προγραμματισμού, μπορούμε να συμπληρώσουμε τις ανιχνεύσεις των οριζόντιων αισθητήρων και για τις υπόλοιπες νότες: σολ, λα, σι).
Πριν από δύο χρόνια περίπου ανάρτησα στο Eduportal μια εργασία (5η Δραστηριότητα https://www.eduportal.gr/thymio-5/ ) με θέμα τη «λιτή κι απέριττη» κατασκευή και τον προγραμματισμό του carousel με το ρομποτάκι Thymio:
και το link για το βίντεο
https://www.facebook.com/salonikidisioannis/videos/10209014814634997/
5. Μέτρηση κλίσης επιπέδου με επιταχυνσιόμετρο τριών αξόνων (Χ, Υ, Ζ)
Ακουμπάμε το ρομποτάκι Thymio πάνω σε επιφάνειες που σχηματίζουν διαφορετικές γωνίες κλίσης ως προς το οριζόντιο επίπεδο. Σ’ αυτές τις περιπτώσεις το ρομποτάκι Thymio μπορεί να προγραμματιστεί έτσι ώστε να μας στέλνει μήνυμα με τη τιμή της γωνίας κλίσης του επιπέδου που κάθε φορά βρίσκεται.
Έτσι, αν το Thymio είναι πάνω σε κεκλιμένο επίπεδο, τότε, με τον αισθητήρα κλίσης (επιταχυνσιόμετρο) που διαθέτει, μας επιτρέπει να μετράμε τη γωνία του κεκλιμένου επιπέδου, σε μοίρες.
(βλέπε τα links https://www.eduportal.gr/thymio-scratch3-tilt/ https://www.eduportal.gr/thymio-21/)
Ασχολήθηκα, με το θέμα για πρώτη φορά, σε μια δραστηριότητα https://www.eduportal.gr/thymio18/ με σκοπό να πειραματιστώ με το Thymio ως τηλεχειριστήριο …. μιας ρακέτας με μορφή sprite στην οθόνη του υπολογιστή, όπως μπορείτε να δείτε στο βίντεο https://www.youtube.com/watch?v=wy6Y46aKdck
Με αυτό το ενδιαφέρον θέμα ασχολήθηκα, επίσης για πρώτη φορά, σε μια ανάρτησή μου στο Eduportal (17η Δραστηριότητα, https://www.eduportal.gr/thymio-scratch-17/ ).
Ιδιαίτερα δείτε το βίντεο ενός μόνο λεπτού και θα γίνει κατανοητή η διαμόρφωση της κίνησης του sprite στην οθόνη με τη διαμόρφωση της γραφικής παράστασης (θέσης χ, χρόνου t):
https://www.youtube.com/watch?v=_gI8JcCfcN0&feature=youtu.be&t=11
(Αυτή η ιδέα μου ήρθε από μια προσομοίωση που είχα φτιάξει παλιότερα για την «Κοινότητα του Scratch» https://scratch.mit.edu/projects/2202942/. Μπορούμε να διαμορφώσουμε τη μορφή των γραφικών παραστάσεων, μετακινώντας τα κυκλάκια στην οθόνη με το δείκτη του ποντικιού, όπως φαίνεται παρακάτω. Στη συνέχεια, με κλικ στο πράσινο βέλος βλέπουμε το κοριτσάκι να κινείται με περίπου σταθερή επιτάχυνση στην πρώτη εικόνα αριστερά και με περίπου σταθερή ταχύτητα στη δεύτερη). Ταυτόχρονα, βλέπουμε και τις τιμές της ταχύτητας στα διαστήματα μεταξύ των κουκίδων, σε μια λίστα
Πρόκειται για το προνομιούχο πεδίο εφαρμογών του κινητού ρομπότ εδάφους που είναι εφοδιασμένο με ένα μαρκαδόρο. https://www.eduportal.gr/thymio-19/
Τώρα, ήρθε η σειρά της γεωμετρικής σχεδίασης με τη διασύνδεση «Thymio+ Scratch 3.0» οπότε έφτιαξα το μικρό πρόγραμμα με τους τέσσερις τεμνόμενους κύκλους. Σ’ αυτήν την περίπτωση, οι εντολές σχεδίασης δίνονται στο ρομποτάκι Thymio που φτιάχνει με το μαρκαδόρο τους κύκλους και στη συνέχεια από αυτό μεταδίδονται στο sprite που σχεδιάζει στην οθόνη το ίδιο σχήμα.
Τώρα, χρειαζόμαστε δύο νέα βασικά «πλακίδια»:
Έχουμε τις τρεις διαδικασίες:
9. Τηλεχειρισμός μιας interactive προσομοίωσης με τα κουμπιά αφής του Thymio
Σε μια προσπάθεια μου να ελέγξω τη συμβατότητα ενός project που είχα αναρτήσει στο Scratch 2.0 στη νέα έκδοση του Scratch 3.0, με θέμα το «κωνικό εκκρεμές», σκέφτηκα να χρησιμοποιήσω τα δύο από τα πέντε κουμπιά αφής του Thymio για την αλλαγή της τιμής του πεδίου βαρύτητας g.
Μετά από ένα τεστ, επαληθεύτηκε ότι μπορούμε να χειριζόμαστε την προσομοίωση με τα δύο κουμπιά αφής <μπροστά> , <πίσω> για την αύξηση και ελάττωση του g, αντίστοιχα. Παρόμοιες αλλαγές μπορώ να πετύχω και με τους άλλους διαθέσιμους αισθητήρες.
(Δείτε το αρχικό project από εδώ https://scratch.mit.edu/projects/24312336/ )
10. Το ρομποτάκι Thymio δημιουργεί όμορφες «Φωτεινές Ζωγραφικές»
Το Thymio, μετά από τον προγραμματισμό των 39 LEDs που διαθέτει και την απαραίτητη κίνηση οφείλει να υποστεί την κατάλληλη φωτογραφική έκθεση. Τα αποτελέσματα είναι εντυπωσιακά! Με προγραμματισμό των χρωματιστών φωτεινών LEDs, σε ένα κινούμενο ρομποτάκι στο σκοτάδι και με μια φωτογραφική μηχανή, τα παιδιά μπορούν να επιχειρήσουν τη δημιουργία «έργων τέχνης».
γ) Το ρομποτάκι Thymio και τα sprites στην οθόνη Scratch
Μετά τη διασύνδεση του Thymio και άλλων ρομποτικών συστημάτων με το νέο Scratch 3.0 (beta έκδοση) είμαστε υποχρεωμένοι να ξανασκεφτούμε τη δομή και το περιεχόμενο των δραστηριοτήτων της αναδυόμενης «Εκπαιδευτικής Ρομποτικής», ακολουθώντας μια διαδικασία πειραματισμού και διάδοσης τους στην εκπαιδευτική κοινότητα (Φαντάζομαι – Δημιουργώ – Ελέγχω – Διορθώνω – Μοιράζομαι – Στοχάζομαι……..- συμπληρώνω και το Αναστοχάζομαι!)
Ένας από τους ενδιαφέροντες τομείς που ενισχύεται ιδιαίτερα από αυτήν τη διασύνδεση δεν είναι άλλος από την περιγραφή της κίνησης, με άλλα λόγια της «Κινηματικής» ως τομέα της Φυσικής. Έτσι, οι εντολές, οι διαδικασίες, οι μέθοδοι και οι τεχνικές που αναφέρονται τόσο στον προγραμματισμό του περιβάλλοντος Scratch 3.0 όσο και των αντίστοιχων νέων της διασύνδεσης «Thymio+Scratch 3.0» θα μπορούσαν να εισαχθούν διαμέσου «ανοιχτών» πειραματικών δραστηριοτήτων Κινηματικής. Με την ίδια λογική μπορούμε να αναζητήσουμε αντίστοιχες πειραματικές δραστηριότητες και από άλλους τομείς που προσφέρουν τα μέγιστα στη διαμόρφωση της Εκπαιδευτικής ρομποτικής, όπως για παράδειγμα η Μηχανολογία, η Ηλεκτρολογία, τα Μαθηματικά, οι Τέχνες κ.α.
Επιπλέον, με αυτήν τη διασύνδεση, έχουμε στη διάθεσή μας και τα sprites, δηλαδή τα «ψηφιακά αντικείμενα» – σύμβολα, όπως η γάτα του Scratch ή η χελώνα της LOGO ή ακόμα ένα ρομποτάκι, που δημιουργούμε στην οθόνη του υπολογιστή.
Σ’ αυτήν την περίπτωση, το κινητό ρομποτάκι Thymio μπορεί κάλλιστα να εκτελεί ποικίλες κινήσεις και ταυτόχρονα να κάνει το ίδιο και το αντίστοιχο «ψηφιακό Thymio» στην οθόνη. Στη συνέχεια, με φυσιολογικό τρόπο οι αλλαγές του ψηφιακού μπορεί να επηρεάζουν, προγραμματιστικά βέβαια, τη συμπεριφορά του ρομπότ Thymio.
Οι δύο «κόσμοι» Thymio και Scratch 3.0 και η διασύνδεσή τους
Πριν από ενάμιση χρόνο ασχολήθηκα ιδιαίτερα με τη διασύνδεση του ρομπότ Thymio με το αντίστοιχο sprite του στην οθόνη του υπολογιστή με το Scratch 2.0 και διέκρινα την ύπαρξη δύο «κόσμων και της διασύνδεσής τους (βλέπε τη σχετική ανάρτηση στο Eduportal https://www.eduportal.gr/thymio-15/. )
Σήμερα, με την έλευση του Scratch 3.0 πειραματίζομαι ξανά με αυτούς τους «κόσμους» και τη διασύνδεσή τους:
Ο «πρώτος κόσμος» δεν είναι άλλος από αυτόν του «πραγματικού Thymio» που «ζει» και κινείται μέσα σε ένα περιβάλλον με πραγματικά αντικείμενα (τραπέζι, δάπεδο, κεκλιμένο επίπεδο, επιφάνεια σφαίρας ή κυλίνδρου, μαύρες ή χρωματιστές πλαστικές λωρίδες, μπάρες κυκλοφοριακού ελέγχου, μηχανισμών κ.λ.π.).
Δεν πρέπει να ξεχνάμε τη διάκριση: αισθητήρων και ενεργοποιητών καθώς και τις βασικότερες εντολές προγραμματισμού του Scratch 3.0:
Από το ρομπότ μπορούμε να ζητάμε και να παίρνουμε πληροφορίες αναφορικά με την κατεύθυνσή του, την ταχύτητα καθενός εκ των δύο τροχών του, τις τιμές των αισθητήρων εγγύτητας και της κλίσης του καθώς και άλλων μεταβλητών που οι ίδιοι ορίζουμε.
Ο «δεύτερος κόσμος» περιλαμβάνει το σύνολο των διάφορων sprites ή «ψηφιακών αντικειμένων» τα οποία «ζουν» στην οθόνη του υπολογιστή μας, όπως το προσομοιάσαμε με το θέατρο στην αρχή του άρθρου, και επιπλέον επιτελούν ποικίλα καθήκοντα που εμείς ορίζουμε προγραμματιστικά.
Το «ενισχυμένο» περιβάλλον της διασύνδεσης «Thymio+Scratch 3.0» εμπλουτίζει, κυρίως, την επικοινωνία των χρηστών με το ρομποτάκι, συγκριτικά πάντα, με τα αυτόνομα περιβάλλοντα «Οπτικού Προγραμματισμού» και BLOCKLY. Έτσι, θα μπορούμε να αξιοποιούμε ολόκληρο το «οπλοστάσιο» του περιβάλλοντος του Scratch 3.0 (χρονόμετρο, λίστες, blocks, βίντεο, τη μετάδοση μηνυμάτων, τις εντολές και λειτουργίες μαθηματικών κ.λ.π. Όμως, το πιο σημαντικό είναι τόσο η εντολή οδόμετρου (odomètre) όσο και η νέα διαδικασία της διασύνδεσης «Thymio+Scratch 3.0» που παρουσιάσαμε, λίγο παραπάνω, στην όγδοη (8) εφαρμογή. Για παράδειγμα, ένα από αυτά μπορεί να αναπαριστάνει το ρομποτάκι Thymio και τις συμπεριφορές του, ένα άλλο να παρουσιάζει το γράφημα μιας μεταβλητής με το χρόνο κ.λ.π.
Επίλογος: Είμαστε ακόμα στην αρχή
Χρειάζεται πληρέστερη πειραματική μελέτη για να ανακαλύψει κανείς το πλήθος των εκπαιδευτικών δραστηριοτήτων με τη διασύνδεση του Thymio με το λογισμικό Scratch 3.0 και των νέων επεκτάσεων του, παίρνοντας υπόψη όλες τις νέες δυνατότητες που μας προσφέρουν οι δύο κόσμοι. Είμαστε ακόμα στην αρχή.
Αυτές οι πρώτες σκέψεις συνοψίζονται στην πρόταση και στο πρώτο ατελές διάγραμμα της διασύνδεσης των δύο κόσμων:
Κοινοποιήστε:
Σχετικά
By eduportal • Εκπαιδευτικό Λογισμικό • 0 • Tags: Scratch 3.0, thymio, Νίκος Δαπόντες