A robotika népszerűsítése és innovatív oktatása a 6-18 korosztály körében

Átírás

1 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Gépészmérnöki Kar Műszaki Mechanikai Tanszék Műegyetem rkp. 3., Budapest, H-1111, Hungary Tel: , Fax: A robotika népszerűsítése és innovatív oktatása a 6-18 éves korosztály körében Irodalmi összefoglaló tanulmány A Pallas Athéné Domus Innovationis Alapítvány megrendeléséből A Műszaki Mechanikai Tanszék számára készítették: Dr. Zelei Ambrus Tudományos munkatárs Bencsik László Tudományos segédmunkatárs Ellenőrizte: Dr. Stépán Gábor Tanszékvezető, egyetemi tanár november 30.

2 Tartalomjegyzék Tartalomjegyzék Bevezető A tanulmány célja és létjogosultsága Pár fogalom, ami a robotikaoktatás kapcsán felmerül Mi a robot? Robotikai ismeretek építőelemei STEM (természettudományos ismeretek) Az innovatív robotikaoktatás eszközei A robotikaoktatási eszközök áttekintésének célja Kulcsszavak A piac változékonysága A fejleszteni kívánt kompetenciák előzetes áttekintése Az innovatív robotikaoktatás hardver eszközei Csoportosítás Mechanikai építőkészletek Analóg elektronikai eszközök Programozható és digitális elektronikai eszközök Fix felépítésű robotikai eszközök Robotikai építőkészletek Az innovatív robotikaoktatás szoftverei Programozási nyelvek Számítógépes játékok és oktató programok Összegzés Korszerű módszerek a robotikaoktatásban Az innovatív a robotika oktatás jellemző elemei Computational thinking (céltudatos, problémamegoldó gondolkodás) Tudatos, tervszerű tanulás (learning by design) Tapasztalati tanulás (experiential learning, learning by doing) Deduktív okfejtés (deductive reasoning) Vizuális, audio és kinesztetikus tanulás (kinaesthetic learning) Tematikus tanulás (theme-based learning, thematic learning) Projekt alapú oktatás (project based learning) Probléma alapú tanulás (problem based learning) Problémák és ismeretek egyszerűsítése A dokumentáció, prezentáció és összefoglalás készsége Csapatmunka és egyedi értékelés Az otthoni munka kérdése Kids react to old technology gyerekek viszonyulása a régi technológiához A csoportmunka szerepe az oktatásban A csoportos tanulás kedvezőtlen hatásai A csoportszervezés fontos tényezői A tanár szerepe A csoportmunka tartalma Kooperatív munkaszervezési formák az oktatásban Összegzés Gyerekek robotikai oktatásával foglalkozó szervezetek Magyarországi szervezetek

3 4.1.1 H-Didakt National Instruments Magyarországon Bányai Júlia, Bocskai István és Széchenyi István Gimnáziumok Óbudai Egyetem, Bejczy Antal irobottechnikai Központ Nemzetközi szervezetek FIRST Robotics VEX Robotics Carnegie Mellon Robotics Academy PLTW (Project Lead the Way) Zebra Robotics Robotix Institute Tribotix RoboTerra TETRIX Robotics KinderLab Robotics Összegzés Iskolán kívüli oktatási formák Rövid kurzusok, szemináriumok, pár napos szakkörök Kísérletek, amelyeket látni kell Vegyes fejezetek a műszaki és természettudományokból Tudományfesztivál Skool workshopok Táborok ROBOKTAT nyári tábor HelloWorld robotprogramozó tábor Matematikai Mulatságok Tábora (MaMuT) Gyerekegyetem Robotika tábor Tehetséggondozó Tábor Szakkörök Pár hetes kurzusok Hosszú távú szakkörök Magyarországon Hosszú távú szakkörök külföldön Nyitott ház működése Jó gyakorlatok On-line anyagok A Carnegie Mellon Robotics Academy VEX IQ és a LEGO EV3 on-line tananyaga BME Szilárdságtani és Tartószerkezeti Tanszék tananyagfejlesztése BME Lakóépülettervezési Tanszék TÁMOP tananyag fejlesztési pályázata Javaslat saját tananyag struktúrára Webinárium Összegzés Robotikai versenyek Külföldi jó gyakorlatok A VEX robotikai cég különböző szintű versenyei A FIRST által szervezett versenyek WRO - World Robot Olympiad és a robotfoci Micromouse contest DARPA humanoid verseny Arliss projekt

4 6.1.7 Magyar részvétel nemzetközi versenyeken Hazai versenyek és lehetőségek Robot és mobilrobot programozó országos csapatversenyek Kecskemét Open LEGO Sumo Robotverseny Robot Race országos középiskolai robotverseny RobonAUT - önműködő elektromos autók versenye Versenyfeladatok Már ismert versenyfeladatok Új versenyfeladat javaslatok Összegzés Korszerű robotikai tananyag A kulcskompetenciákról Anyanyelvi kommunikáció Idegen nyelvi kommunikáció Matematikai, természettudományi és technológiai kompetenciák Digitális kompetencia A tanulás tanulása Személyközi és állampolgári kompetenciák Vállalkozói kompetencia Kulturális kompetencia Tananyagelemek a tervezett új, innovatív robotikaoktatásban A robotikai ismeretek építőelemeinek csoportosítása Nemzetközileg elismert jó gyakorlatok tananyagelemei Javasolt elemek a kerettantervek és a robotikaoktatás jó gyakorlatai alapján Észrevételek és következtetések Ismeretek elosztása az egyes korcsoportok és érdeklődési szintek között Kiválasztott kompetenciák az 1-2. évfolyamosok számára Kiválasztott kompetenciák a 3-4. évfolyamosok számára Kiválasztott kompetenciák az 5-6. évfolyamosok számára Kiválasztott kompetenciák a 7-8. évfolyamosok számára Kiválasztott kompetenciák a évfolyamosok számára Kiválasztott kompetenciák a évfolyamosok számára Kiválasztott eszközök LEGO Technic mechanikai építőkészlet Meccano mechanikai építőkészlet LEGO Mindstorms robotikai készlet PicoCricket vagy alternatívái Poppy Ergo Jr robotkar DIY Electro Dough Kit elektromos tészta Snap Circuits SC-300 elektronikai fejlesztőkészlet Sparkle Labs Discover Electronics elektronikai építőkészlet Duinokit Arduino prototípusépítő és tanuló környezet Raspberry PI 2 kezdőcsomag D nyomtatók ScratchJr grafikus programfejlesztő környezet Scratch grafikus programfejlesztő környezet ROBOTC és ROBOTC Graphical programfejlesztő környezet Konkrét javaslatok projektszerű feladatok létrehozására Feladatok az 1-2. évfolyam számára Feladatok a 3-4. évfolyam számára

5 7.5.3 Feladatok az 5-6. évfolyam számára Feladatok a 7-8. évfolyam számára Feladatok a évfolyam számára Feladatok a évfolyam számára Újonnan, részletesen kidolgozott projektfeladatok Automatikus gólszámláló (3-4. évfolyam) Síkbeli toronydaru (7-8. évfolyam) Összegzés A motiváció fenntartásának eszközei Elméleti áttekintés a motivációval kapcsolatban A motiváció fogalma A tanulási motiváció Az önszabályozás szerepe a tanulási folyamat során A motiváció típusai Az intrinzik motiváció fenntartásának eszközei Az extrinzik motiváció szintjei Az intrinzik és extrinzik motiváció interakciója A motiváció fenntartásának lehetséges nehézségei A célorientációs elmélet Az érdeklődésorientált megközelítés: a flow élmény Az elméleti áttekintés összegzése Motivációs elemek a ma népszerű telefonos és videojátékokban Telefonos alkalmazások Videojátékok Következtetések Motivációs eszközök a Carnegie Mellon Robotics Academy tananyagában A tanulók rálátása a tananyag szerkezetére Ismerős tartalom A tananyag tartalom valós kontextusba helyezése Érthető problémafelvetés Játékos kihívások, gamifikáció Több csatornás információátadás Megfelelő szintű kihívások, állandó sikerélmény A tananyagot végigkísérő karakterek A Robomatter Socket figurája STEM szuperhősök Több szereplő fúziója egy magasabb szint elérésére Egy javaslat új szereplőkre A robotikát népszerűsítő társasjátékok lehetősége Hotel, Capitaly és Gazdálkodj okosan mintájára épülő társasjáték javaslat Bűvös ösvény logikai játék Összegzés Életkori sajátosságok Kisiskoláskor éves korosztály (7-12. évfolyam) Mediatizáció és a közösségformálás lehetőségei A természettudományt népszerűsítő televíziós műsorok Természettudományos ismeretek tartalmazó és azokra építő filmek, sorozatok Tudományos témájú magazinműsorok Javaslatok a mediatizáció gyakorlati megvalósítására

6 Internetes információterjesztés Televíziós programok Reklámmarketing A közösségformálás lehetőségei Összegzés PADI Robotika Modell és gyakorlati megvalósítása A PADI Robotika Modell kiindulópontja Miben lehet egyedülálló a PADI Robotika Modell? PADI Robotika Modell A gyakorlati megvalósításra vonatkozó tervek Integráció egy leendő Tudásközpontba Regionális robotikai központok létrehozása Település szintű megvalósítás Mozgó robotikai bemutató laboratórium a népszerűsítés céljára Webes platform létrehozása Gyakorlati kérdések Lehetséges együttműködési pontok a PADI Alapítvánnyal Összegzés A szeptember 22-én elhangzott összefoglaló prezentáció anyaga Referenciák