Edukační robotika I - OPBI3I043A
Anglický název: Robotics and Process Control in Education I
Zajišťuje: Katedra informačních technologií a technické výchovy (41-KITTV)
Fakulta: Pedagogická fakulta
Platnost: od 2022
Semestr: letní
E-Kredity: 3
Způsob provedení zkoušky: letní s.:
Rozsah, examinace: letní s.:1/1, Z [HT]
Rozsah za akademický rok: 0 [hodiny]
Počet míst: 11 / neurčen (neurčen)
Minimální obsazenost: neomezen
4EU+: ne
Virtuální mobilita / počet míst pro virtuální mobilitu: ne
Stav předmětu: vyučován
Jazyk výuky: čeština
Způsob výuky: prezenční
Poznámka: předmět je možno zapsat mimo plán
povolen pro zápis po webu
při zápisu přednost, je-li ve stud. plánu
Garant: PhDr. Petra Vaňková, Ph.D.
Vyučující: Ing. Jaroslav Novák, Ph.D.
PhDr. Daniel Tocháček
Prerekvizity : OPBI3I033A
Je prerekvizitou pro: OPBI3I061A, OPBI3I053A
Výsledky anket   Termíny zkoušek   Nástěnka   
Anotace -
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 podporujícími výuku robotizace - edukační robotiku, včetně souvisejících teoretických poznatků. Výuka předmětu se zaměří na rozvíjení programátorských technik v příslušných vývojových prostředích určených pro konkrétní systémy, stavbu vlastních robotických modelů a aplikace prvků informatického myšlení do praxe edukační robotiky.
Poslední úprava: Novák Jaroslav, Ing., Ph.D. (04.02.2025)
Deskriptory

příprava na hodinu (za semestr): 9h

plnění úkolů (za semestr): 30h

samostudium a práce se stud. materiály (za semestr): 7h

plnění předmětu (seminární práce, příprava na zápočet): 20h

Poslední úprava: Novák Jaroslav, Ing., Ph.D. (04.02.2025)
Podmínky zakončení předmětu
  • Aktivní práce v seminářích (průběžné řešení úloh reflektujících probíraná témata se zaměřením na robotické systémy, resp. robotické programovatelné hračky)
  • Vypracování úkolů daných moodle kurzem (5 hodnocených úkolů)

Pro úspěšné absolvování kurzu je zapotřebí získat min. 75 % úspěšnosti v rámci Moodle kurzu. Pro získání zápočtu je stanoven 1 termín a vymezen 1 pokus (nedohodne-li se vyučující prokazatelně v konkrétním případě se studujícím jinak).

Poslední úprava: Tocháček Daniel, PhDr. (06.02.2025)
Literatura

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

BAUM, D. et al. Extreme Mindstorms: an Advanced Guide to Lego Mindstorms. Berkeley : APress, 2000.

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

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

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

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

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

SENN, J. A. Information Technology: Principles, Practices, and Opportunities. 3rd Edition. New Delhi, Prentice Hall, 2003.

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 Moodle. Dostupné na:

 

 

Poslední úprava: Tocháček Daniel, PhDr. (06.02.2025)
Sylabus

 V rámci výuky předmětu budou řešeny zejména tyto tematické celky:

  • Vymezení edukační robotiky; Základní pojmy a obecné principy robotechniky; vztah robotiky a imformatického myšlení;
  • Vztahy mezi konstrukčním řešením robotů a jejich užitnými vlastnostmi;
  • Modelování činnosti robotů využitím (školních) robotických systémů;
  • Možnosti programování robotických systémů (např. BeeBot/BlueBot, Ozobot, inO-Bot, Edison, Lego WeDo, Lego Mindtorms, Micro:bit, Hummingbird, Merkur,…);
  • 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 přístup - jazyky Java, C aj.).
Poslední úprava: Novák Jaroslav, Ing., Ph.D. (15.02.2024)
Studijní opory

Pro podporu výuky bude využito VLE Moodle / Google Classroom (virtuální vzdělávací prostředí). Odkaz na kurz a klíč k zápisu budou sděleny na první výuce.

Poslední úprava: Novák Jaroslav, Ing., Ph.D. (05.02.2025)
Výsledky učení

Student:

  • uvede souvislosti užití robotických hraček s konceptem STEM/STEAM a vysvětlí technologické a základní edukační možnosti aplikace
  • vysvětlí a ukáže na příkladech možnosti ovládání vybraných robotických hraček - BeeBot/BlueBot, Ozobot aj.
  • uvede příklady užití tabletů a smartphonů a osoboních počítačů (iPadOS, iOS, OS Windows, Android) pro ovládání robotických hraček, ovládá vybrané robotické systémy online a vytvoří pro ovládání aplikační program
  • zná simulační aplikace a ovládá vybrané z nich
  • posoudí možnosti užití vstupních a výstupních členů k robotickým stavebnicím z pohledu fyzikálního a praktického užití, dále s ohledem na aplikace ve školním prostředí jak pro vzdělávací obor Informatika, tak pro rozvoj digitální kompetence
  • uvede příklady unplugged úloh pro propedeutiku ER
  • uvede příklad problémových úloh a badatelsky orientované výuky s využitím technologií edukační robotiky

Dále 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. (06.02.2025)