Robótica educacional

A robótica educativa (RE) é um termo amplo que se refere a uma coleção de atividades, programas instrucionais, plataformas físicas, recursos educacionais e filosofia pedagógica. Existem muitas escolas que estão usando o professor de robô.

RE é um meio de aprendizagem em que as pessoas que são motivadas pelo design e construção de suas próprias criações participam. Essas criações são dadas primeiro mentalmente e depois na forma física e são construídas com diferentes tipos de materiais e controladas por um sistema de computador.

Definição
O principal objetivo da robótica educacional é fornecer um conjunto de experiências para facilitar o desenvolvimento do aluno de conhecimentos, habilidades e atitudes para o projeto, análise, aplicação e operação de robôs. O termo robô aqui é usado de forma bastante ampla e pode incluir robôs articulados, robôs móveis ou veículos autônomos de qualquer escala. O rigor da abordagem pode ser dimensionado com base no histórico do público-alvo e pode ser adequado para alunos de todo o espectro educacional – desde o ensino fundamental ou programas de pós-graduação.

Um objetivo alternativo, ou secundário, é usar a robótica como uma aplicação tangível e empolgante para motivar e facilitar a instrução de outros tópicos, freqüentemente fundamentais, como programação de computadores, inteligência artificial ou projeto de engenharia.

O objetivo da robótica pedagógica é explorar o desejo dos alunos de interagir com um robô para favorecer os processos cognitivos. Martial Vivet propõe a seguinte definição de robótica pedagógica:

É a atividade de concepção, criação e colocação em funcionamento, para fins pedagógicos, de objetos tecnológicos que são reproduções muito fiéis e significativas dos processos e ferramentas robóticos que são utilizados diariamente, especialmente no ambiente industrial.

As diferenças entre robótica educacional e robótica educacional são:

Robótica educacional: utiliza kits e materiais comerciais, que na maioria dos casos são caros, fazem uso extensivo de sensores e motores, focam na cibernética, consideram-se também integrativos, e permitem ir do concreto ao abstrato.

A robótica pedagógica: emprega materiais de baixo custo, incluindo materiais reciclados, e integra diferentes áreas de conhecimento com ênfase em matemática, ciências naturais e tecnologia. Você aprende sobre computadores mesmo sem um computador e, como a robótica educacional, vai do concreto ao abstrato.

Além disso, a robótica como recurso educacional permite que o conhecimento natural da Ciência e Tecnologia em geral seja desenvolvido. Em particular, se a metodologia STEM for utilizada (ciência, tecnologia, engenharia e matemática).

Metodologia de ensino
Um curso de robótica educacional começa com a abordagem do professor a um desafio para os alunos resolverem utilizando materiais didáticos como peças mecânicas, componentes eletrônicos e fixadores, que suportados por ferramentas computacionais, permitem a geração de protótipos programáveis ​​para atender tarefas que resolvam o problema Posicionado no desafio, o processo de concepção, desenho, montagem e start-up do protótipo enriquece o processo de aprendizagem do aluno.

Nesses cursos, os alunos são apresentados a desafios nos quais conceitos físicos, matemáticos e tecnológicos são incluídos. Desta forma, os alunos trabalham conceitos que estudaram em várias disciplinas do currículo oficial da escola de forma prática. Isso motiva os alunos no aprendizado desses sujeitos, uma vez que eles podem vivenciar as aplicações práticas do que eles estudaram teoricamente.

E durante todo o processo do curso, o nível de dificuldade dos desafios deve ser levantado. Este último permitirá o equilíbrio entre a dificuldade do desafio e a capacidade da criança de resolvê-lo para ser mantido. Isso impede que a criança seja frustrada por não ser capaz de resolver os desafios ou ficar entediada por ser muito simples para a sua capacidade.

Há novas tendências educacionais nas quais os alunos combinam materiais físicos com software que simplifica e leva a resultados que dão aos alunos uma compreensão do que aconteceu lá. Desta forma, os alunos são capazes de entender e extrapolar os conhecimentos adquiridos através desta metodologia e são capazes de aplicá-los em outras disciplinas.

Através da integração de diferentes áreas do conhecimento, é possível obter resultados consideráveis. A robótica é um exemplo da integração de diferentes áreas do conhecimento; Através desta disciplina, sistemas mecânicos, elétricos, eletrônicos, computador e comunicações são integrados.

A seguir, as principais áreas de trabalho da robótica pedagógica:

Apoio no ensino primário e secundário;
Adultos em formação profissional;
Robótica aplicada a pessoas com deficiência;
Robótica como ferramenta de laboratório;
A robótica pedagógica para facilitar o desenvolvimento de processos cognitivos e representação;
Análise e reflexões sobre Robótica Educativa e suas aplicações.

Origem
A robótica educativa se concentra principalmente na criação de um robô com o único propósito de desenvolver de forma muito mais prática e didática as habilidades motoras e cognitivas de quem as utiliza. Desta forma, pretende-se estimular o interesse pelas ciências exatas e motivar a atividade saudável. Faça também com que a criança atinja uma organização de grupo, discussões que permitam o desenvolvimento de habilidades sociais, respeitem a vez de cada um expor e aprendam a trabalhar em equipe.

A robótica educativa tem suas origens por volta dos anos 60, quando um grupo de pesquisadores do Laboratório de Mídia do Instituto de Tecnologia de Massachusetts propôs a construção de dispositivos tecnológicos que permitissem às crianças interagir e programá-las para realizar determinadas ações. É aqui que o grupo de pesquisa estabeleceu o acordo com a empresa LEGO para desenvolver o que era conhecido como LEGO / Logo, consistindo na integração de peças de construção lego com elementos de programação que poderiam ser executados a partir de um computador. Mais tarde, por volta dos anos 80, a empresa LEGO já havia espalhado esses equipamentos ou brinquedos em todo o mundo para fins educacionais.

Fases
Ele acha que um robô é construído usando cabos e equipamentos para fazer isso na vida real, mas este não é o caso, porque na Robótica Educacional, inicialmente, pretende-se criar um robô através de um computador. Isso é feito graças à ajuda de programas especiais como o xLogo (usando uma versão gratuita), onde um pequeno estudo é feito para ver se esse robô é viável ou não na realidade. Aqui, ao tê-lo no computador, a função que este robô irá cumprir é estabelecida, que é específica para realizar pequenas tarefas (como trazer objetos ou limpar coisas, por exemplo) e você pode ver na tela como este robô se parece . Posteriormente, eliminando e organizando, passamos a usar materiais para realizá-lo na realidade.

Neste ponto, vários materiais são usados, desde peças do sistema de construção, como Lego, Múltiplo ou Robo-Ed, até resíduos de materiais que não são usados ​​em casa (como caixas de papelão e circuitos desativados). No entanto, materiais de maior classe, como metais ou outros derivados, também são usados.

As fases que são divididas Robótica Educacional:

Análise do problema, em que o ambiente é investigado e explorado para propor o problema a ser resolvido.
Design, em que possíveis soluções para o problema são projetadas usando o kit de robótica.
Construção, em que o modelo é construído com as peças e materiais necessários para lhe dar movimento. Para isso, o kit de robótica é usado.
Programação, na qual os movimentos e comportamentos do protótipo são programados através do software.
Teste, no qual o modelo é construído usando o kit de robótica com as peças necessárias para dar movimento.
Documentação, em que são coletadas evidências que comprovam a funcionalidade do design.
Apresentação, na qual o protótipo criado é exposto como uma solução alternativa ao problema que ficou evidente no ambiente.

E antes de começar a desenvolver as fases, deve-se levar em conta que uma situação desafiadora deve ser imposta aos alunos; que a sala de aula deve ser organizada em equipes de acordo com o desenvolvimento de competências e capacidades; e que deve ser fornecida uma folha na qual cada grupo possa fazer um inventário dos materiais.

Objetivos
Alguns objetivos da educação robótica são:

Faça os alunos mais ordenados.
Promova experimentos, onde os erros são parte do aprendizado e da autodescoberta.
Seja mais responsável com suas coisas.
Desenvolva maior mobilidade em suas mãos.
Desenvolva seu conhecimento
Desenvolver habilidades de grupo, permitindo a socialização das pessoas.
Desenvolva suas habilidades criativas.
Ser capaz de observar todos os detalhes.
Conheça o funcionamento da linguagem de programação.
Desenvolva a aprendizagem de uma maneira divertida.
Adaptar os alunos nos processos de produção atuais, nos quais a automação desempenha um papel muito importante.

Especificamente em objetivos de educação infantil são os seguintes:

Desenvolva habilidades e habilidades importantes para o seu futuro.
Resolva os desafios levantados pelo jogo.
Promover criatividade e inovação.
Estabelecer relações entre objetos no espaço.
Construa progressivamente relações espaço-temporais.

E os objetivos da Robótica Educacional com alunos com deficiência são:

Seja educativo e / ou terapêutico.
Ajude a obter uma atividade paga.
Seja auxiliar na realização de atividades da vida cotidiana.

Materiais utilizados em robótica educacional
Em ambientes de robótica educacional e de lazer, frequentemente são usados ​​dispositivos chamados de interfaces de controle, ou controladores mais coloquialmente, cuja missão é reunir em um único elemento todos os sistemas de conversão e condicionamento necessários para um PC pessoal funcionar como cérebro de um controle automático. sistema ou um robô. As interfaces de controle poderiam, assim, ser definidas como placas de E / S multifunção (entrada / saída), que são conectadas ao computador através de uma das portas de comunicação do mesmo e servem como uma interface entre ele e os sensores e atuadores de um sistema de controle. .

As interfaces fornecem, em geral, uma ou mais das seguintes funções:

Entradas analógicas, que convertem os níveis analógicos de tensão ou corrente em informação digital processável pelo computador. Diferentes sensores analógicos podem ser conectados a este tipo de entradas, como um LDR (resistência dependente de luz).

Saídas analógicas, que convertem informações digitais em corrente ou tensão analógica, de modo que o computador possa controlar eventos do “mundo real”. Sua principal missão é operar diferentes equipamentos de controle: válvulas, motores, servomecanismos, etc.

Entradas e saídas digitais, usadas em aplicações onde o sistema de controle só precisa discriminar o estado de uma grandeza digital (por exemplo, um sensor de contato) e decidir se deve ou não atuar em um elemento em um determinado processo, por exemplo, ativação / desativação de uma válvula solenóide.

Contando e cronometrando, alguns cartões incluem este tipo de circuitos que são úteis na contagem de eventos, a medida de freqüência e amplitude de pulsos, a geração de sinais e pulsos de onda quadrada, e para a captura de sinais no momento preciso.

Algumas das interfaces de controle mais avançadas também possuem a eletrônica precisa para o condicionamento e conversão dos sinais, com seu próprio microprocessador e memória. Assim, eles são capazes de armazenar pequenos programas de controle transmitidos de um computador, que podem ser executados mesmo se não estiverem mais conectados a ele.

Alguns também apresentam bibliotecas de programação I / S para permitir o uso com diferentes linguagens de uso geral, incluindo: LOGO, JAVA, BASIC e C. Outra linguagem de programação comumente usada em robótica educacional é Scratch, que é um projeto de software livre voltado para o desenvolvimento de simples aplicações e serve como um link para adquirir outros tipos de habilidades e habilidades que os alunos precisam em seu desenvolvimento através de seus respectivos itinerários curriculares. Scratch é uma linguagem de programação visual que permite criar animações de forma simples e que pode servir como um trampolim para o mundo mais avançado de programação.

Existem também kits de robótica educacional como o Acer CloudProfessor, o Neulog Sense, o Panda Painter Kit da Flexbot, o Next, o Makeblock, o LEGO WeDo, o Zum Kit da bQ, o LittleBits, o LEGO Mindstorms EV3, o Beebot, o OzobotBit ou o Aisoy1.

Os principais materiais trabalhavam de acordo com a idade dos usuários.
Dependendo da idade do usuário a quem a robótica educacional é direcionada, existem diferentes tipos de materiais. De acordo com a idade:

Estágio escolar: na etapa educacional, a robótica educacional é geralmente trabalhada através de kits de fabricação de robôs que possuem todas as partes necessárias para poder fabricá-la. Eles possuem componentes modulares e outros componentes eletrônicos e de movimento do kit, como motores, sensores, etc. A programação é feita a partir de programas fechados com blocos. Algumas das marcas mais relevantes neste estágio são LEGO, Fisher Technik ou BQ.

Estágio adulto: neste estágio, a robótica educacional é baseada no trabalho através de protótipos com placas de hardware gratuitas (Arduino e Framboesa) e outros componentes genéricos, tanto eletrônicos quanto de movimento. Os produtos geralmente não são de marca específica, exceto as placas de hardware gratuitas mencionadas anteriormente, como Arduino e Framboesa.