Working with parents. Models for activities in science centres and museums

Working with parents. Models for activities in science centres and museums 1

Index EN ROBOT I FAMILJEN ROBOTIK... 3 1. Kort överblick över workshopens aktiviteter... 3 2. Mål och syfte... 3 3. Viktiga metodiska principer som styr workshopens bakgrund och övningar... 3 4. Ämne... 4 5. Målgrupp och rekrytering... 4 6. Tidsskala... 4 6.1 Följa den svarta linjen (rekommenderas för åldrarna 9-13)... 4 6.2 Stafettlopp (rekommenderas för åldrarna 7 till 9 år)... 8 6.2.3 Diskussion 20 min... 11 7. Material... 11 8. Rollen förklarare... 12 9. Saker att tänka på vid arrangerandet av denna workshop... 12 10. Hemaktiviteter och material till föräldrar... 13 2

FEAST workshop 5: EN ROBOT I FAMILJEN ROBOTIK Utvecklat av National Museum of Science and TechnologyLeonardo da Vinci, Milano, Italien 1. Kort överblick över workshopens aktiviteter Den här workshopen använder temat robotik som en sporre för att uppmuntra vuxna (föräldrar) och barn till samarbete. Syftet är att ge grundkunskaper om robotik genom en praktisk byggoch programmeringsupplevelse. Workshopen börjar med en gruppdiskussion om robotidén, och med en demonstration om vikten av enkla och tydliga programmeringsinstruktioner. Familjegrupper ombeds att bygga en robot som kan förflyttas längs en bana så snabbt som möjligt med hjälp av specialutvecklad programvara och legobitar. "Förklararen" ger gruppen en översikt över de grundläggande kommandona i programvaran, så att alla deltagande familjer kan arbeta självständigt med deras egna robot och dator. När robotarna är klara börjar tävlingen den snabbaste och mest effektiva roboten vinner. Två olika tävlingar (med olika svårighetsnivåer) har tagits fram för familjer med barn mellan 7-9 och 9-11 år. Under aktivitetens sista del analyserar och jämför grupperna sina olika sätt att klara av uppgiften. 2. Mål och syfte Workshopens målsättningar är att: uppmuntra samarbetet mellan föräldrar och barn med hjälp av en gemensam uppgift; ge grundläggande kunskap om robotik genom aktiviteter där deltagare lär sig tillsammans; hjälpa föräldrar att bli mer medvetna om hur de och deras barn odlar naturvetenskapsrelaterad kompetens och kunskap. 3. Viktiga metodiska principer som styr workshopens bakgrund och övningar Stöd samarbetet mellan förälder och barn Valet av ett ämne som är obekant (men attraktivt) för både föräldrar och barn hjälper till att dra igång aktiviteterna med liknande kunskapsnivå hos både vuxna och barn. Detta uppmuntrar det samspel mellan vuxen och barn som inte funnits i familjerutinerna tidigare, i motsats till förälderns typiska roll som "expert". Föräldrar och barn bjuds in till att bilda ett lag för att delta i tävlingen. "Förklararna" ser till att tävlingen inte orsakar frustration, utan ser den istället som ett sätt att skapa emotionellt engagemang. Den skapar också en känsla av deltagarna äger både sina ansträngningar och den färdiga roboten. Uppmuntra arbete där varje familjemedlem kan hitta sin egen roll. "Förklararna" vägleder föräldrarna så att de känner sig bekväma i sin roll som "klasskamrat". Detta sker genom att föreslå att de "spelar med" tillsammans med sina barn, och att de är öppna för att ta emot förslag från dem. Hur som helst leder aktiviteten till att föräldrarna spontant tar på sig rollen som lärare när det handlar om att använda logik och att förfina byggkompetensen. Deras vuxenkompetens är viktig för att workshopen ska bli lyckad. 3

Förbättra inlärningen genom att sammankoppla den med familjelivet. Valet av tema i relation till nutida forskning och högteknologi kan låta utmanande, men det låter också familjerna relatera till de vardagliga nyheterna i tidningar, på tv och så vidare. Detta kan förstärka dialogen och uppkomsten av "vetenskapskonversationer". Använd föräldrarnas och barnens befintliga kunskap som en utgångspunkt för undersökningar. För att lösa de föreslagna utmaningarna, och för att ge sig in på denna delvis okända mark, kan familjerna utnyttja sin redan befintliga kunskap. Aktiviteten är genomgående tvärvetenskaplig, vilket säkerställer att varje familjemedlem kan referera till sina egna intressen och kunskaper. 4. Ämne Robotik. 5. Målgrupp och rekrytering Aktiviteternas målgrupp är familjer med barn från 7 till 9 och från 9 till 13 år gamla med högst två vuxna per barn. De huvudsakliga kanalerna för rekrytering är: museets webbplats museets Facebook-sida föräldrabloggar dagstidningar skolor. 6. Tidsskala Det finns två versioner av aktiviteten för två olika målgrupper. En mer avancerad version (följa den svarta linjen) för familjer med barn 9 13 år gamla och en enklare version (stafettlopp) för familjer med barn i åldrarna 7 9. 6.1 Följa den svarta linjen (rekommenderas för åldrarna 9-13) 6.1.1 Introduktion 30 min "Förklararen" välkomnar gruppen och presenterar FEAST-projektet och dess mål. Temat robotik presenteras och besökarna får en orientering genom två uppvärmningsaktiviteter: "Förklararen" hittar en frivillig som får ögonen förbundna och som spelar rollen som robot. En av de andra deltagarna ger instruktioner och ber "roboten" att gå från en punkt till en annan. På det här sättet presenterar "förklararen" de viktiga begreppen robotik, realtidsstyrning (människan ger instruktioner och maskinen utför dem) och automatisering (människan ger instruktioner och maskinen utför dem utan människans närvaro). 4

(Endast för aktiviteten Följa den svarta linjen) Varje person använder en kort pinne (se bild) och ska få den att balansera så länge som möjligt på handflatan. Målet är att hjälpa besökarna att observera och förstå vilka kroppsrörelser som krävs för att hålla pinnen lodrätt: o observera pinnen (registrera information från omgivningen), o förstå om pinnen rör sig till vänster eller höger om mitt mål (vertikal position), o avgöra armens rörelser, förflytta kroppen till höger om pinnen faller mot höger och omvänt. Det här är samma logik i styrprocessen för en robot som ska röra sig längs en svart linje, vilket är det problem deltagarna ska lösa under workshopen. "Förklararen" presenterar sedan huvudaktiviteten oh uppgiften som följer: Varje familjegrupp ska bygga en robot av en grundläggande modul, en ljussensor och en ljudsensor med legobitarna. Gruppen diskuterar och försöker att förstå den bästa placeringen avensorerna. En grundläggande lösning kan vara som följer: 5

De programmerar roboten med den bärbara datorn varje grupp har tilldlats. Robotens rörelse ska initieras med ett ljudstimulus. Den ska så snabbt som möjligt tillryggalägga tre varv längs den svarta linjen på den vita banan. "Förklararen" presenterar programvarans viktigaste kommandon ( aktivera motorer, kommandot som vrider roboten i en kurva, kommandot om (vilket innebär aktivera endast motor om ) och kommandot upprepa ). 6.1.2 Aktivitet 1 timme och 15 minuter Med hjälp av programvaran måste föräldrar och barn tillsammans resonera om de variabler som påverkar robotens beteende och hastighet. Till exempel: Hur ska vi använda sensorer och motorer för att få roboten att utföra rätt rörelse? Hur kan vi få roboten att följa linjen? Familjerna ska sätta samman robotens olika komponenter, mäta två sensorers ljus- och ljudkänslighet och programmera roboten att följa linjen. Exempel på möjliga rätta program: Kommando OM... SÅ... (byt kommando) Kommando VÄNTA PÅ Kommando UPPREPA TILLS 6

Under arbetet ska de kunna reflektera över följande aspekter av temat: Vad är en robot? Vi tänker ofta på en robot som en maskin med övernaturliga förmågor, vilket är en bild som till största delen kommer från science fiction. I själva verket är en robot en maskin med specifik struktur och specifika karaktärsdrag. Programmera en robot Roboten är en maskin som endast utför de åtgärder den har programmerats för. Därför är det viktigt att ge roboten specifika och detaljerade stegvisa instruktioner som indikerar hur den ska bete sig för att lösa sin uppgift. Designa en robot Roboten ska känna till sin miljö. Den ska kunna verifiera omgivningens egenskaper och förutsäga förändringar. Den som designar en robot ska välja rätt information, och lämpliga sensorer, som roboten ska använda för att lösa sin uppgift. Strategier för självstyre Roboten är en maskin som är kapabel till självstyrning. Den här egenskapen baseras på feedback, det vill säga hur vi agerar när vi till exempel vill balansera en boll på ett finger eller cykla (här bör deltagarna minnas vad de gjorde med pinnen). Strategie autonomie Robot je stroj schopný řřízení sama sebe. Tato dovednost se zakládá na zpěětné vazběě, tj. na způůsobu jednání, které používáme, napřříklad když chceme jedním prstem udržet míčč nebo když jedeme na kole (na tomto místěě si musí vzpomenout, co děělali s hůůlkou). 7

Den här typen av begrepp ska utvecklas och förstås gradvis av deltagarna med hjälp av "förklararna". De utgår från processen att sätta samman roboten och de val som gör att roboten kan utföra sin uppgift. Familjerna kan göra så många provomgångar de vill och kontrollera effektiviteten i sina programmeringsval. I slutänden ska roboten kunna stanna på gränsen mellan den svarta linjen och den vita ytan och följa banans lopp. Aktiviteten avslutas med en robottävling. Tävlingens mål är inte att utse en vinnare och många förlorare. Det är bara en del av utmaningen. Tävlingen ger aktiviteten ett naturligt avslut. Hela gruppen samlas igen i en gemensam uppgift och deltagarna får dessutom ett tillfälle att jämföra sina egna val med andras. Det är också ett roligt och spännande moment, där alla deltagare kan heja på sin robot under loppet innan det blir tid för det sista momentet diskussion och reflektion. 6.1.3 Diskussion 20 min Efter aktiviteten samlas workshopens deltagare för en avslutande diskussion om temat och processen. Förklararen ber deltagarna om att skriva ned (på papperslappar) sin definition av en robot och hur de olika arbetsfaserna fungerade, så att de kan komma fram till en slutsats och, om de kan, definiera utvecklingen av inlärningsprocessen, svaga och starka punkter och hur olika medlemmar i gruppen betedde sig. De olika svaren sätts sedan upp på blädderblocket, med ett ark för varje diskussion. När alla svar sitter på blocket kommenterar först förklararen de definitioner som rör en robots huvudsakliga kännetecken. Den största delen av diskussionen ska fokusera på de vuxnas kommentarer om inlärningsprocessen, med målet att få dem att reflektera över vad de gjorde och hur de samarbetade med sina barn. Förhoppningsvis skapar diskussionen både nyfikenhet och frågetecken samt erövringar och utvecklingssteg, och diskussionen bygger på hur vi lärde oss, vad vi lärde oss och vad föräldrarnas roll kan vara i liknande situationer med gemensam inlärning. 6.2 Stafettlopp (rekommenderas för åldrarna 7 till 9 år) Målet för denna aktivitet är att förbereda en robot för att klara en sträcka på kortast möjliga tid i stafettloppet. 6.2.1 Introduktion 15 min "Förklararen" välkomnar gruppen och presenterar FEAST-projektet och dess mål. Se paragraf 6.1.1 "Introduktion" för information om uppvärmningsaktiviteten "Förklararen" presenterar sedan huvudaktiviteten och uppgiften som följer: Förklararen berättar om loppets regler: Varje lag består av två familjegrupper, varje grupp har en egen robot som ska förberedas inför att färdas en del av den totala sträckan. Den första av de två robotarna ska startas med en handklappning och sedan färdas till växlingsområdet. I det här området står den andra roboten som startar så snart den första kommer in i området. Roboten ska sedan fortsätta resten av sträckan. Förklararen informerar varje familjegrupp om hur du sätter ihop den grundläggande modulen, en avståndssensor och en ljudsensor med legobitarna. 8

Gruppen måste diskutera och förstå de två sensorernas bästa placering och om roboten behöver andra funktioner. En grundläggande lösning kan vara som följer: De programmerar sedan roboten med den bärbara datorn varje grupp har tilldelats. "Förklararen" presenterar programvarans viktigaste kommandon ( tivera motorer, kommandot som vrider roboten i en kurva, kommandot vänta på (d.v.s vänta på stimulans och aktivera sedan motorn). Förklararen presenterar sedan hur robotprogramvaran hämtas. 6.2.2 Aktivitet 1 timme och 20 minuter Med hjälp av programvaran måste föräldrar och barn tillsammans resonera om de variabler som påverkar robotens bana och hastighet. Till exempel: Hur ska vi använda ljudsensorn så att roboten startar vid handklappning? Hur väljer vi bästa bana? Hur kan vi vara säkra på att den andra roboten startar när den första kommer fram? Familjerna sätter ihop robotens olika komponenter, mäter ljud- och avståndskänslighet och programmerar roboten till att följa rätt bana. Programmet är en sekvens av rörelseinstruktioner där deltagarna måste hitta rätt värde för robotrörelsens varaktighet. Här följer ett exempel på möjliga program: 9

Under arbetet ska de kunna reflektera över följande aspekter av temat: Vad är en robot? Vi tänker ofta på en robot som en maskin med övernaturliga förmågor, vilket är en bild som till största delen kommer från science fiction. I själva verket är det en maskin med specifik struktur och specifika karaktärsdrag. Programmera en robot Roboten är en maskin som endast utför de åtgärder den har programmerats för. Därför är det viktigt att ge roboten specifika och detaljerade stegvisa instruktioner som indikerar hur den ska bete sig för att lösa sin uppgift. Designa en robot Roboten ska känna till sin miljö. Den ska kunna verifiera omgivningens egenskaper och förutsäga förändringar. Den som utvecklar roboten ska välja rätt information, och lämpliga sensorer, som hjälper roboten att nå målet. De här begreppen ska utvecklas och förstås gradvis av deltagaren med hjälp av förklararen, och ska huvudsakligen bygga på sammansättningen av roboten och de val som får roboten att utföra uppgiften. De kan kontrollera programmeringens effektivitet genom att köra så många provlopp de vill. Aktiviteten avslutas med ett lopp mellan robotarna. Tävlingens mål är inte att utse en vinnare och många förlorare. Det är bara en del av utmaningen. Loppet ger aktiviteten ett avslut. Hela gruppen samlas igen i en gemensam uppgift och deltagarna får dessutom ett tillfälle att jämföra sina egna val med andras. Det är också ett roligt och högljutt moment, där alla deltagare kan heja på sin robot under loppet innan det blir tid för det sista momentet diskussion och reflektion. 10

6.2.3 Diskussion 20 min Se paragraf 6.1.3 - Diskussion. 7. Material Under aktiviteten används legopaketet NXT Mindstorms. Ett paket ges till varje grupp. Aktivitetspaket för Följa den svarta linjen: robot med tre hjul och två motorer 1 ljussensor och 1 ljudsensor NXT Mindstorm-legobitar och kablar för att koppla in sensorerna bärbar dator, innehållandes en programvara för att programmera roboten tävlingsbana med en svart linje på vit bakgrund (en per två grupper) kronometer Aktivitetspaket för stafettlopp: robot med tre hjul och två motorer 1 ultraljudsensor och 1 ljudsensor NXT Mindstorm-legobitar och kablar för att koppla in sensorerna bärbar dator, innehållandes en programvara för att programmera roboten bana byggd av runda elektriska ledningar eller liknande Obs! banans form är upp till den eller de som förbereder aktiviteten: det enda kravet är att antalet kurvor och raka sträckor som de båda robotarna ska hantera är samma för båda lagen. kronometer 11

Anvisningar för modellen finns på: http://www.nxtprograms.com/castor_bot/steps.html Eller ladda hem PDF-dokumentet CONSTRUCTOPEDIA 2.1 på: http://legoengineering.com/library/cat_view/30-building-instructions/38-nxt-basedcreations.html?start=10 I det här dokumentet finns det många fler enkla modeller. Obs! Det finns en viktig sak att ha i åtanke: fordonen måste ha två motorer (vänster och höger), annars förändras programmets logik. Ljussensorn fungerar bra om den är nära bordsytan eftersom den då får mer precisa ingångsdata. Roboten följer linjen bättre om vi programmerar den till att sätta igång en motor och stänga av den andra (se programexempel). Obs! Det finns inget specifikt sätt att programmera roboten med samma resultat. Besökare kan komma på en annan lösning som fungerar lika bra. Det här är en av fördelarna med aktiviteten. 8. Rollen förklarare "Förklararen" har rollen som underlättare. Under aktiviteten ska han eller hon övervaka hur familjerna programmerar robotarna, hjälpa lagen, ställa frågor och ge dem enkla exempel utan att ge dem färdiga lösningar (det finns generellt sett flera lösningar på uppgiften, inte bara en). Han eller hon nämner inte begreppet robot för deltagarna i början. Vi förväntar oss att det ska komma från vad grupperna gör samt i den avslutande diskussionen. 9. Saker att tänka på vid arrangerandet av denna workshop Workshopen kräver NXT Mindstorm-legopaket och datorer. "Förklarare" som vill använda lego-programvaran och robotar måste se till att få tid för att träna på egen hand. Programvaran är ganska intuitiv, men ju mer bekanta "förklararna" är med det, desto mer kan de hjälpa familjerna att lära sig den, och att hitta personliga lösningar. Det behövs ett legopaket för varje familjegrupp (2-4 personer). Det behövs 1 "förklarare" per 3 grupper när de arbetar med den lite svårare utmaningen, och 1 "förklarare" per 5 grupper i den lite enklare utmaningen. 12

10. Hemaktiviteter och material till föräldrar Vid slutet av workshopen ber förklararen deltagarna om att observera sin vardag: Vilka typer av robotar finns i vardagen? Vilka typer av sensorer använder de? Vilka sensorer eller processer som du har sett under aktiviteten kan finnas i naturen? Deltagarna inbjuds till att skriva ned resultatet av sina observationer och skicka in dem till museet. 13