1.
Een doorlopende leerlijn
voor Robotica
Robotica op school
Peter van Lith
5 November 2009
1

2.
Doelstelling
• Inzicht in de opbouw en didactische achtergronden van robotica
onderwijs in Nederland
– Basisschool
– Middelbaar onderwijs
– Hoger onderwijs
– Opleidingen van docenten
– Workshops voor leerlingen
– Begeleiding leerlingen projecten
• RoboCup Junior Nederland is op zoek naar docenten die meer
willen doen met robotica
2

3.
Inhoud
• Techniek in het Onderwijs
• Robotica op school
• Primair Onderwijs
• Voortgezet Onderwijs
• Hoger Onderwijs
• Universitair Onderwijs
3

4.
Keuze voor techniek
• In vrijwel alle Europese landen daalt de instroom van technische
studies.
• Dank zij veel maatregelen is de daling minder geworden
• We willen kinderen meer vertrouwd maken met wetenschap en
techniek
• RoboCup Junior doet dat door kinderen vertrouwd te maken met
het ontwerpen, bouwen en programmeren van robotjes
• Dat vinden ze leuk en interessant
• Maar leidt nog niet tot keuze voor een technisch vak
4

5.
Waarom Robotica
• Robotica is leuk en interessant
• Ontwerpen, Construeren en Programmeren
• Robotica breed vakgebied:
– Werken in Teamverband
– Toepassing van:
• Natuurkunde, Biologie, Psychologie
• Wiskunde, Informatica
• Een breed scala aan onderwerpen
– Mechanica & Engineering
– Elektronica & Control
– Sensoren & Communicatie
5

6.
Waarom Voetbal
• Schaken is lang het onderzoeksonderwerp voor
AI geweest
• We hebben meer nodig dan alleen redeneren
• Zoek een uitdagend probleem dat interactie met
de wereld, voortbewegen en redeneren
combineert:
– Win in 2050 met een team van
humanoïde robots van de
wereldkampioen voetbal
6

7.
Een doorlopende leerlijn
• Zorg dat leerlingen snel een eerste resultaat behalen
• Drie verschillende niveau’s
• Geleidelijke overgang van niveau’s
• Leren door te ontdekken
Simulator
Conceptueel Fysiek Programma
Code Generatie
7

8.
Geleidelijke toename complexiteit
• Conceptueel niveau Conceptueel
– WAT moet de robot doen
– Behaal snel eerste resultaat
– Volg een lijn, zoek de bal etc
• Fysieke niveau
– HOE werkt de robot Fysiek
– Technische uitleg, theorie komt later
– Besturen motoren, uitlezen sensoren, sensor eigenschappen
• Programma niveau
– UITLEG hoe een programma werkt Programma
– Voorbereiding op echt programmeren
– Tonen van onderliggende code op basis van geleerde technieken
8

9.
Gebruik van een simulator
• Testen zonder robot Simulator
• Laten zien wat de robot Conceptueel Fysiek Programma
zal doen
Code Generatie
• Snellere resultaten
• Ook thuis te gebruiken
9

10.
Verband met andere vakken
• Constructie
– Bouw je eigen robot
• Natuurkunde
– Ruis en onbetrouwbare
sensoren en motoren
– Kalibratie
• Wiskunde
– Beschrijf een spiraal
– Kinematica
• Biologie
– Reactief gedrag
10

11.
RoboCup Junior
• Drie niveaus
– Primary 9 – 14 jaar
– Secondary 15 – 18 jaar
– Profielwerkstuk 18 – 19 jaar
• Het motto van de wereldwijde RoboCup Junior Organisatie:
– Creating a learning environment for today
– Foresting understanding among human beings and
– Technology for tomorrow
Dansen Rescue Profielwerkstuk
Voetbal Voetbal
Basis Middelbaar Hoger
11

12.
Dansen - Start met patronen
• Ontwerp en bouw een robot
• Kies de muziek uit
• Maak een choreografie
• Ontwerp en maak kostuums
• Voer een show op van 2 minuten
• Maak een video clip
(optioneel)
12

13.
RoboCup Jr Dansen
• Zelf robotje bouwen
• Muziek kiezen
• Choreografie maken
• Kleding maken
• Show opvoeren van 2 minuten
• Veld is 6 x 4 m
• Robot mag niet
over de lijn heen
komen
13

14.
Rescue- Volg een lijn
Lijnvolgers
– Simple line follower
– Verander speed, angle en color
14

15.
Rescue- Volg een lijn
• Volg de zwarte weg
• Neem eventueel de gele
kortere weg
• Zoek het slachtoffer en duw
het naar de kant
• Totaal 1.5 minuut
15

16.
RoboCup Junior Rescue
• Moet het pad volgen
• Daarna het poppetje zoeken
en naar de kant duwen
• Record is 36 sec
16

17.
Voetbal- een uitdaging
• Bouw en programmeer twee robots
• Aanvaller en verdediger
• Actieve electronische bal
• Wedstrijd duurt 2 maal 10 minuten en 5 min rust
17

18.
RoboCup Junior Voetbal
• Zelf bouwen en programmeren
• Gebruik van kits
• Eenvoudig veld
• Actieve bal
• WK 2009 Vossius vs Wolfsbos
18

19.
Primair Onderwijs
• Techniek in het Onderwijs
• Robotica op school
• Primair Onderwijs
• Voortgezet Onderwijs
• Hoger Onderwijs
• Universitair Onderwijs
19

20.
Educatieve fasen
• Bouw de robot
– Basis niveau, hulp van docenten
– VO niveau, leerlingen doen het zelf
• De basis cursus
– Gebruik van de simulator
– Testen met de robot
• De Rescue cursus
– Gebruik van de simulator
– Verschillende velden
20

21.
Conceptueel - Wat is het probleem
• Concentratie op WAT gedaan moet worden
• Beginnen met Rescue / Dance
• Voetbal is volgende stap
• Dance is ook interessant voor leerlingen
met minder interesse in techniek
21

22.
Het Conceptuele Niveau
• Concentreren op WAT er gedaan moet worden
• Ook aantrekkelijk voor niet-beta leerlingen
• Beginnen met Rescue
• Whizzkids gaan snel naar het Fysieke niveau
• Andere leerlingen kunnen op het Conceptuele niveau blijven
• Voetbal is de volgende logische stap
• Dansen is ook aantrekkelijk voor leerlingen
die weinig interesse in technologie
hebben
22

23.
Lijnvolgers
• De lijnvolger doet bijna al het werk al
• Wat leer je dan nog ?
– De stop conditie
– Het instellen van de parameters
– De werking van de lijnvolger
• Hoek afbuiging
• Snelheid
• Acceleratie
23

24.
Kalibratie
• Het is belangrijk te begrijpen hoe de sensoren omgaan met de
overgang van groen naar zwart
24

25.
Voortgezet Onderwijs
• Techniek in het Onderwijs
• Robotica op school
• Primair Onderwijs
• Voortgezet Onderwijs
• Hoger Onderwijs
• Universitair Onderwijs
25

26.
Onderbouw VO
• Zelf een lijnvolger maken
– Sensoren uitlezen
– Motoren starten / stoppen
– Snelheid en hoek regelen
• Kennis uit conceptuele niveau gebruiken
26

27.
Fysiek – Hoe werkt het
1. Programmeren
2. Het gebruik van Variabelen
3. Het gebruik van Subroutines
4. Sensoren
Bouw je eigen lijnvolger
27

28.
Rescue - Fysiek
• De eerste lijnvolger
• Automatische kalibratie
• Handmatige kalibratie
28

29.
Hele School
29

30.
WK 2006
• 2 Scholen: Vossius
Amsterdam en Mendel
Haarlem
• Hadden geen
werkende robot
• Testen net als bij
volwassenen
• Veel hacken en op het
laatste moment nog
veranderen
• Werden na iedere
ronde beter
• Eindigden als tweede
30

31.
WK 2009
• 4 Scholen: Vossius Amsterdam en Mendel Haarlem, Cosmicus
Rotterdam en Wolfsbos Hogeveen
• Vossius eindigde als tweede
• Andere teams hadden veel problemen
31

32.
Voortgezet Onderwijs - Bovenbouw
• Techniek in het Onderwijs
• Robotica op school
• Primair Onderwijs
• Voortgezet Onderwijs Bovenbouw
• Hoger Onderwijs
• Universitair Onderwijs
32

33.
Programma Niveau
• Leerlingen willen zelf dingen gaan maken
• Geen Iconen meer maar ‘echt’ programmeren
– NQC/NXC of Java
• Liever ook geen Lego meer
33

34.
Programma niveau
• Programma geschreven in Java
• Simulator voert code uit
• Programmeer Rescue en Voetbal programmma’s
• Voorbereiding op écht programmeren
• Meer technische robot
34

35.
NLT Robotica
• Rescue is basis voor de lessen
– FleeBehavior en CuriousBehavior
– Parcours volgen via programma
– Lijnvolger
– Reactive Behavior
– Objecten zoeken
– Met een bal spelen
– Eindopdracht zelf een
heel programma maken
35

36.
ITSLab
• In het ITSLab projecten uitvoeren aan de Universiteit
– JoBot Junior
– JavaCam
– Lego NXTCam
– RoboNova
36

37.
Zelfbouw
• Dat smaakt naar meer
37

38.
Helpen van Leerlingen
• Meer ervaren leerlingen helpen de beginners
• Jan ten Bokkel en Bas van Ijzendoorn van MendelCollege in
Haarlem bouwden zelf een simulator voor NQC/NXC
• Deze simulator wordt nu op school gebruikt
38

39.
Profiel Werkstukken
• Met Lego zelf een plotter bouwen
• Geprogrammeerd in Java met de Java Simulator
39

40.
Hoger Onderwijs
• Techniek in het Onderwijs
• Robotica op school
• Primair Onderwijs
• Voortgezet Onderwijs
• Hoger onderwijs
• Universitair Onderwijs
40

41.
Gebruik van camera als sensor
• Is heel moeilijk
• Waar ben ik
• Waar is het doel en
de bal
• Waar zijn de spelers

42.
JavaCam Project
• JavaCam project met camera op robotje
• Java sofware in simulator
42

43.
JavaCam
• Beeldanalyse in Simulator
43

44.
Universitair Onderwijs
• Techniek in het Onderwijs
• Robotica op school
• Primair Onderwijs
• Voortgezet Onderwijs
• Universitair Onderwijs
44

45.
Docenten vs Leerlingen
• De meeste NLT docenten hebben
moeite met ICT
• Veel scholen hebben problemen
met het installeren van software en
hardware
• Leerlingen hebben hier vaak veel
minder problemen mee
• Gebruik ervaren leerlingen om
andere leerlingen te helpen
45

46.
Cursussen voor docenten
• RoboCup cursussen op Conceptueel en Fysiek niveau
• NLT Robotica module in Java / Eclipse
• Science Labs met hele klas
• MasterClass met heel team
46

47.
MasterClasses voor leerlingen
• Leerlingen die meer willen, kunnen een masterclass volgen
aan de Universiteit van Amsterdam
• Hulp bij speciale projecten
• Beschikbaarheid van materialen
• Verschillende soorten robots
47

48.
Speciale projecten
• Profielwerkstukken of eigen ontwerp
48

49.
Voetballende robotjes
• Kleinere robots zijn stabieler te maken

50.
Speciale opdrachten
• Ingooien van de bal
50

51.
Voetballende robots
• Doelpunten maken
51

52.
Mensen vs Robots
• De mensen krijgen het al moeilijker
52

53.
De workshop
• 8 lessen in 2 fasen
• Deel 1 – De simulator
– Rijd rechtuit
– Stop op de zwarte lijn
+ kalibratie
– Volg de zwarte weg
• Deel 2 – Het robotje
– Volg de zwarte weg
– Zoek het blikje
– Volg de gele weg

54.
De workshop
• Workshop met RoboPAL-4-NXT
• Conceptueel niveau
• In een uur tijd leer je de rescue
wedstrijd te programmeren
• Het rescueveld heeft een aantal
moeilijke punten
• Leerlingen hebben vaak niet door
wat er verkeerd gaat

55.
Doelstelling
• RoboCup Junior Nederland is op zoek naar docenten die meer
willen doen met robotica
• Regionale steunpunten en wedstrijden
• Organisatie nationale kampioenschappen
• Begeleiding leerlingen die zelf een robot willen bouwen
• Informatie:
peter@robocupjunior.nl
55

56.
Een doorlopende leerlijn
voor Robotica
Robotica op school
Peter van Lith
5 November 2009