Edukační robotika - OKNI3I035A

• Anglický název: Robotics and Process Control in Education
• Zajišťuje: Katedra informačních technologií a technické výchovy (41-KITTV)
• Fakulta: Pedagogická fakulta
• Platnost: od 2022
• Semestr: zimní
• E-Kredity: 3
• Způsob provedení zkoušky: zimní s.:
• Rozsah, examinace: zimní s.:0/0, KZ [HS]
• Rozsah za akademický rok: 10 [hodiny]
• Počet míst: neurčen / neurčen (neurčen)
• Minimální obsazenost: neomezen
• 4EU+: ne
• Virtuální mobilita / počet míst pro virtuální mobilitu: ne
• Stav předmětu: vyučován
• Jazyk výuky: čeština
• Způsob výuky: kombinovaný
• Poznámka: předmět je možno zapsat mimo plán; povolen pro zápis po webu; při zápisu přednost, je-li ve stud. plánu
• Garant: doc. RNDr. Miroslava Černochová, CSc.
• Vyučující: PhDr. Daniel Tocháček
• Prerekvizity : OKNI3I024A

Anotace

čeština

Posláním předmětu je přiblížit studentům soudobé možnosti robotických systémů a stavebnic určených do edukačního procesu, a to jak v preprimárním vzdělávání (MŠ), 1. a 2. st. ZŠ, tak i SŠ. Základním cílem předmětu je praktické seznámení se školními systémy podporujících výuku robotizace. Výuka předmětu je orientována didakticky, projektově a zároveň se zaměřuje na rozvíjení programátorských technik v ikonografických vývojových prostředích určených pro příslušné systémy a stavbu vlastního robotického modelu. Během výuky předmětu se předpokládá funkční propojení teoretické roviny s praktickou. Současně bude vytvořen dostatečný prostor pro ukázky a nácvik praktických a tvůrčích činností s technologickými prostředky určenými k podpoře realizace aktivit edukační robotiky. V rámci výuky předmětu budou řešeny zejména tyto tematické celky: Edukační robotika; Základní pojmy a obecné principy robotechniky; Vztahy mezi konstrukčním řešením robotů a jejich užitnými vlastnostmi; Hardwarová a softwarová podpora edukační robotiky; Modelování činnosti robotů využitím (školních) robotických systémů; Možnosti programování robotických systémů; Alternativní možnosti programování robotických systémů; Stavba, programování a provoz sestavených robotů, pokročilé činnosti s interdisciplinárním přesahem nebo laboratorním zaměřením; Projektové možnosti edukační robotiky ve vzdělávacím procesu v MŠ, ZŠ, SŠ; Možnosti rozšiřujících a doplňkových systémů pro robotechniku.

Poslední úprava: Tocháček Daniel, PhDr. (12.09.2024)

angličtina

The goal of the course is to introduce students to the contemporary possibilities of robotic systems and kits intended for the educational process, both in pre-primary education (kindergarten), 1st and 2nd grade. Primary and secondary schools. The basic goal of the course is a practical introduction to school systems supporting the teaching of robotics. The teaching of the subject is didactically, project-oriented, and at the same time focuses on the development of programming techniques in iconographic development environments intended for the respective systems and the construction of your own robotic model. During the teaching of the subject, a functional connection of the theoretical level with the practical is assumed. At the same time, sufficient space will be created for demonstrations and training of practical and creative activities with technological means designed to support the implementation of educational robotics activities. As part of teaching the subject, the following thematic units will be addressed in particular: Educational robotics; Basic concepts and general principles of robotics; Relationships between the design solution of robots and their useful properties; Hardware and software support of educational robotics; Modeling the activity of robots using (school) robotic systems; Possibilities of programming robotic systems; Alternative options for programming robotic systems; Construction, programming and operation of assembled robots, advanced activities with an interdisciplinary overlap or laboratory focus; Project possibilities of educational robotics in the educational process in kindergarten, primary school, secondary school; Possibilities of expansion and additional systems for robotics.

Poslední úprava: Tocháček Daniel, PhDr. (12.09.2024)

Deskriptory

Příprava na výuku

Doba očekávané přípravy na 1 hodinu přednášky – 0 minut

Doba očekávané přípravy na 1 cvičení – 30 minut

Doba očekávané přípravy na 1 hodinu praxe – 0 hodin

Samostudium literatury (za semestr) – 10 hodin

Práce se studijními materiály (za semestr) – 10 hodin

Plnění průběžných úkolů (za semestr) – 10 hodin

 

Plnění předmětu

Seminární práce – 10 hodin

Příprava na zápočet – 5 hodin

Příprava na zkoušku a zkouška –  0 hodin

Poslední úprava: Tocháček Daniel, PhDr. (12.09.2024)

Podmínky zakončení předmětu

• Aktivní práce v seminářích; průběžné řešení úloh reflektujících probíraná témata; závěrečná kompletace v kurzu využívané robotické sady do původního stavu.
• Vytvoření, prezentace a obhajoba komplexní práce - vlastního tvůrčího projektu z oblasti edukační robotiky - s využitím robotických sad Lego.
• Požadavky na projekt a další informace:
• Práce bude mít podobu komplexního praktického projektu z oblasti edukační robotiky zahrnujícího etapy plánování (návrhu), přípravy, stavby a programování robota a současně též prezentaci celého projektu ostatním účastníkům kurzu.
• Podmínkou udělení KZ je rovněž zhotovení elektronické dokumentace k projektu (v Moodle kurzu bude k dispozici vzorový standardizovaný dokument obsahující vyžadované položky dokumentace projektu). Povinnou část dokumentace projektu je případně možné a žádoucí rozšířit o další doprovodné materiály (např. prezentace, fotografie, video, elektronické výukové objekty pro IWB apod.).
• Pro projekt lze využít robotické sady Mindstorms EV3, Lego WeDo nebo Lego SPIKE, ev. s variantní nadstavbou v podobě sady Lego eLab.
• Jediným tematickým omezením projektu je jeho využitelnost při výuce na ZŠ nebo SŠ s primárním zacílením do oblasti ICT nebo přírodovědných předmětů. Vítaný je multidisciplinární přesah.
• Pro získání zápočtu je stanoven 1 termín a vymezen 1 pokus (nedohodne-li se vyučující prokazatelně v konkrétním případě se studujícím jinak).

• Prokázání příslušné úrovně vědomostí při obhajobě projektu a související rozpravě tematicky orientované do oblasti zaměření předmětu.
• Prokázání odpovídajících znalostí a dovedností při řešení praktické úlohy z oblasti edukační robotiky.

Poslední úprava: Tocháček Daniel, PhDr. (12.09.2024)

Literatura

1.       TOCHÁČEK, D. (2009). Experiences from the TERECoP course at the Charles University in Prague. In: Aliminis, D. (ed.), Teacher Education on Robotics – Enhanced Constructivist Pedagogical Methods, pp. 206-210. Athens: ASPETE.

2.       TOCHÁČEK, D., LAPEŠ, J. (2012). The project of integration the educational robotics into the training programme of future ICT teachers. Procedia - Social and Behavioral Sciences, Vol. 69, pp. 595–599.

3.       TOCHÁČEK, D., LAPEŠ, J. PEDF UK V PRAZE, KITTV. Edukační robotika. 1. vyd. Daniel Tocháček. Jakub Lapeš. Praha: PedF UK, 2012, 52 s. ISBN 978-80-7290-577-5.

4.       BAUM, D. Definitive Guide to LEGO MINDSTORMS. 2nd Edition. Berkeley : Apress, 2002.

5.       ERWIN, B. Creative projects with LEGO Mindstorms. Boston : Addison-Wesley, 2001.

6.       FERRARI, M. et al. Building Robots With Lego Mindstorms : The Ultimate Tool for Mindstorms Maniacs. Osborne : Syngress, 2001.

7.       FERRARI, M. et al. LEGO Mindstorms Masterpieces: Building Advanced Robots. Osborne : Syngress, 2003.

8.       HÄBERLE, H. a kol. Průmyslová elektronika a informační technologie. Praha : Sobotáles, 2003.

9.       HILL, T. Production / Operations Management. Cambridge : McGraw-Hill, 1991.

10.   WILCHER, D. LEGO Mindstorms Mechatronics : Using Systems and Controls to Build Sophisticed Robots. New York : McGraw-Hill/TAB Electronics, 2003.

Další zdroje, materiály a odkazy jsou dostupné v elektronické podpoře kurzu v prostředí Google Classroom: https://classroom.google.com/c/NTU0NjU2NTE5MjYy?cjc=ntpx7ax

Poslední úprava: Tocháček Daniel, PhDr. (12.09.2024)

Sylabus

Vymezení edukační robotiky

Základní pojmy a obecné principy robotechniky

Vztahy mezi konstrukčním řešením robotů a jejich užitnými vlastnostmi

Modelování činnosti robotů využitím (školních) robotických systémů

Možnosti programování robotických systémů (např. BeeBot, Ozobot, Lego WeDo, Lego Mindtorms EV3, Lego SPIKE)

Projektové možnosti edukační robotiky ve vzdělávacím procesu v MŠ, ZŠ a SŠ

Možnosti rozšiřujících a doplňkových systémů/sad pro robotechniku (např. laboratorní experimenty)

Alternativní možnosti programování robotických systémů (např. Scratch; komunitní jazyky - Java, C)

Poslední úprava: Tocháček Daniel, PhDr. (12.09.2024)

Studijní opory

kurz v LMS Moodle - konkrétní odkaz bude studujícím předán na 1. výukovém setkání a s příslušnými údaji pro vstup bude přístupný v SISu nejpozději se zahájením semestru (URL pro ZS 2024/2025: https://moodle.it.pedf.cuni.cz/course/view.php?id=2353)

Poslední úprava: Tocháček Daniel, PhDr. (03.10.2024)

Výsledky učení

Po úspěšném absolvování tohoto předmětu bude student schopen:

• Definovat základní pojmy z oblasti robotiky, umělé inteligence a pedagogiky, které jsou relevantní pro využití robotů ve vzdělávání.
• Klasifikovat různé typy edukčních robotů podle jejich funkčnosti, určení a způsobu použití ve výuce.
• Vybrat vhodný typ edukčního robota pro konkrétní vzdělávací cíl a věkovou kategorii žáků.
• Navrhnout jednoduché programy pro edukční roboty s využitím dostupných programovacích prostředí.
• Implementovat navržené programy do edukčního robota a ověřit jejich funkčnost.
• Vyhodnotit vzdělávací potenciál využití robotů ve výuce a identifikovat jejich výhody a omezení.
• Vytvořit jednoduché výukové scénáře, ve kterých budou edukční roboti využíváni jako nástroj pro aktivní zapojení žáků do výuky.
• Kriticky zhodnotit existující výzkumy a studie zaměřené na využití robotů ve vzdělávání.
• Komunikovat o tématech souvisejících s edukční robotikou s odborníky z oblasti pedagogiky, informatiky a robotik

• Praktické dovednosti:
  • Konstrukce: Sestavování složitějších modelů robotů s využitím různých senzorů a aktuátorů na platformách jako LEGO Mindstorms nebo Spike.
  • Programování: Psaní pokročilejších programů pro roboty, včetně využívání podmínek, smyček a funkcí v prostředí jako Scratch, Python nebo EV3.
  • Ladění: Odstraňování chyb v programech a optimalizace chování robotů
  • Integrace: Kombinaci různých stavebnic pro vytvoření komplexnějších systémů.
  • Kreativní aplikace:
    • Návrh: Vytváření vlastních projektů s využitím robotických stavebnic, např. autonomních vozidel, robotických rukou, line-followerů.
    • Řešení problémů: Aplikace znalostí z robotiky na řešení reálných problémů, např. navrhování robotů pro asistenci osobám se zdravotním postižením.
    • Týmová spolupráce: Práce ve skupinách na společných projektech.
  • Mezipředmětové vazby:
    • Matematika: Využití matematických konceptů při programování pohybů robotů, výpočtu trajektorií a analýze dat ze senzorů.
    • Fyzika: Aplikace fyzikálních zákonů při návrhu mechanismů a analýze pohybu robotů.
    • Informatika: Prohloubení znalostí algoritmů a datových struktur při programování robotů.
• Teoretické znalosti:
  • Seznámení s etickými aspekty využití robotů ve vzdělávání.
  • Znalost aktuálních trendů ve vývoji edukčních robotů.

Poslední úprava: Tocháček Daniel, PhDr. (19.09.2024)