Posláním předmětu je přiblížit studentům problematiku využití automatizace, robotizace a počítačového řízení procedur v každodenní praxi. Hlavním cílem předmětu je seznámit studenty s oblastí robotiky a nastínit jim možnosti implementace konkrétních nástrojů a systémů podporujících výuku robotizace na školách. Během výuky předmětu se předpokládá funkční propojení teoretické roviny s praktickou. Studenti budou seznámeni s klíčovými poznatky z oblastí robotizace, automatizace a řízení procesů v kontextu jejich využití ve sférách vědy, výzkumu, vzdělávání a průmyslu. Současně bude vytvořen dostatečný prostor pro ukázky a nácvik praktických a tvůrčích činností s technologickými prostředky určenými k podpoře realizace robotických aktivit. Výuka předmětu se zaměří rovněž na rozvíjení programátorských technik v grafických vývojových prostředích, jež jsou určena pro programování robotických programovatelných hraček a robotů, a která plnohodnotně disponují standardními programovacími prvky, jako jsou např. cykly, podmínky, práce s řetězci, rozsáhlým matematickým aparátem a silnou podporou grafických prezentací výsledků.
Poslední úprava: Tocháček Daniel, PhDr. (10.10.2024)
The mission of the course is to introduce students to the issue of the use of automation, robotization and computer control of procedures in everyday practice. The main goal of the course is to familiarize students with the field of robotics and outline the possibilities of implementing specific tools and systems supporting the teaching of robotics in schools. During the teaching of the subject, a functional connection of the theoretical level with the practical is assumed. Students will be introduced to key findings from the fields of robotics, automation and process control in the context of their use in the spheres of science, research, education and industry. 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 robotic activities. The teaching of the subject will also focus on the development of programming techniques in graphic development environments, which are intended for programming robotically programmable toys and robots, and which have full use of standard programming elements, such as cycles, conditions, working with chains, extensive mathematical apparatus and strong support for graphical presentations of results.
Poslední úprava: Tocháček Daniel, PhDr. (12.09.2024)
Deskriptory
Příprava na výuku
Doba očekávané přípravy na 1 hodinu přednášky
20 minut
Doba očekávané přípravy na 1 cvičení
40 minut
Samostudium literatury (za semestr)
10 hodin
Práce se studijními materiály (za semestr)
10 hodin
Plnění průběžných úkolů (za semestr)
30 hodin
Plnění předmětu
Seminární práce
10 hodin
Příprava na zápočet
20 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 se zaměřením na robotické systémy), vypracování úkolů daných moodle kurzem
Vypracování a obhájení dvou závěrečných prací (v grafickém a textovém programovacím prostředí)
Pro úspěšné absolvování kurzu je zapotřebí získat min. 75 % úspěšnosti v rámci Moodle kurzu.
Poslední úprava: Tocháček Daniel, PhDr. (12.09.2024)
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.
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.
VAŇKOVÁ, P. Robotické programovatelné hračky ve výuce. Univerzita Karlova Pedagogická fakulta. 2019.
VAŇKOVÁ, P. Robotické programovatelné hračky ve výuce II. Univerzita Karlova Pedagogická fakulta. 2022.
Další zdroje, materiály a odkazy jsou dostupné v elektronické podpoře kurzu v prostředí Moodle. Dostupné na:
Poslední úprava: Tocháček Daniel, PhDr. (12.09.2024)
Sylabus
Základní pojmy a obecné principy kybernetiky, robotechniky a automatizace;
Vztahy mezi konstrukčním řešením robotů a jejich užitnými vlastnostmi;
Možnosti a význam využití robotiky ve vzdělávání;
Rozvíjení informatického myšlení s využitím a prostřednictvím robotických systémů
Možnosti programování robotických systémů (např. MakeCode, Scratch, Java, C#, C++, Python);
Seznámení s konkrétními robotickým programovatelnými hračkami a edukační robotikou:
Robotické programovatelné hračky jako součást vzdělávání na základní a střední škole (základní charakteristika, popis, vlastnosti)
Modelování činností robotických programovatelných hraček v různých programovacích prostředí (např. ozobot, iRobot Root, Micro:bit)
LEGO
Hardwarová a softwarová podpora LEGO robotiky;
Přehled, základní charakteristika a srovnání nejčastěji používaných robotických systémů, sad a dalších HW prostředků určených pro podporu robotiky (např.: Robolab, Mindstorms);
Modelování činnosti robotů využitím systému LEGO Mindstorms + doplňkových souprav a senzorů; Stavba, programování a provoz sestavených robotů (od jednoduché práce s robotickými sadami po pokročilé činnosti s možným interdisciplinárním přesahem).
Poslední úprava: Tocháček Daniel, PhDr. (12.09.2024)
Studijní opory
Další studijní opory budou poskytnuty v rámci Moodle kurzu. Přístup do Moodle kurzu bude účastníkům poskytnut na začátku semestru na první hodině. 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)
