Učíme (se) programovat roboty

Vítejte na stránkách věnovaných praktické výuce moderních technologií, robotiky a digitálních dovedností na základní škole. Najdete zde inspiraci, ověřené návody a zkušenosti z projektových dnů i běžných vyučovacích hodin – od programování stavebnic Lego Spike Prime a mikropočítačů BBC micro:bit až po 3D modelování, 3D tisk a práci s laserovou řezačkou.

Žáci si vytvoří vlastní stroj na tvorbu spirografů, kruhových geometrických obrazců.

Návod na sestavení robota vychází z projektu na platformě Rebrickable, kde je k dispozici i prezentace s navrhovaným programem. Programování je v tomto případě snadné, nastavuje se pouze rychlost dvou motorů.

K práci se nejlépe hodí tenčí fixy, které dávají možnost vykreslit přesnější detaily. Fixy se k robotovi upevňují gumičkami, jež jsou součástí sady Lego Spike.

Jako podkladový papír se osvědčil lesklý papír s vyšší gramáží, vhodný pro barevný tisk. Je důležité papír pevně připevnit k podkladu – lze jej propíchnout kolíčky z Lega nebo přilepit lepicí páskou.

Projektové dny, kterým říkáme ateliéry, jsou na škole vypsané na dva po sobě následující dny, vždy po pěti vyučovacích hodinách. Žáci si přes elektronickou třídnici sami vybírají, na jaký ateliér se zapíšou.

V ateliéru Deskové hry a design jsme prozkoumali pestrou škálu moderních společenských her a jejich herních principů:

Po představení účastníků žáci volně procházeli mezi hrami a přiřazovali k nim jednotlivé principy rozložené po třídě. Na konci aktivity jsme společně zkontrolovali správné odpovědi a spustili kvíz v aplikaci Blooket s podobnými otázkami.

Dle výsledků kvízu se žáci rozřadili na první kolo hraní a vysvětlování her. Měli za úkol zvolenou hru pečlivě prozkoumat, na flipchart vypsat nejdůležitější principy a připravit dvě kontrolní otázky pro posluchače. Skupiny měly rozdělené role: mluvčí, zapisovatel poznámek, projektant a kontrolor správnosti pravidel. Po prezentacích následovalo další kolo hraní, kde si žáci sami zvolili, jakou hru se chtějí naučit.

V závěrečné části dne proběhlo finální kolo deskohraní s vyrovnanou nabídkou her podle časové náročnosti a obtížnosti pravidel.

V rámci školních projektových dnů vzniklo malé vrstvené diorama. V zásadě se jedná o prostorový obrázek složený ze dvou a více vrstev, které se překrývají a navzájem doplňují, čímž vzniká působivý 3D efekt.

Práce začala náčrtem na papír s využitím pravítka podle zadaných rozměrů plochy v milimetrech (přibližně dvě třetiny formátu A4). Většina žáků si nejprve narýsovala rámeček – kulatý, obdélníkový i nepravidelný – a následně jednotlivé rámečky vyplnila vlastním motivem. Projekty pracovaly se třemi rámečky.

Návrh byl následně přenesen do modelovacího programu TinkerCAD. Žáci využívali zarovnávání, prolínání těles a děr i nástroj volného kreslení (scribble). Důležitá byla kontrola stejné výškové úrovně objektů a celistvosti hranic.

Druhý den žáci své díly začistili brusným papírem, zkompletovali pomocí tavné pistole a případně domalovali temperovými barvami.

V rámci projektové výuky jsme se pustili do tvorby vlastní originální stavebnice z překližky s využitím laserové řezačky a 3D tiskárny.

Inspirace pro stavebnici

Inspirací pro vlastní stavebnici byly klasické dřevěné skládačky z překližky, do kterých jednotlivé dílky pevně zapadají, a koncept modulárních spojovacích stavebnic. Cílem bylo nechat žáky vytvořit originální tvary bez svazování konkrétní předlohou, aby měli plný prostor pro vlastní kreativitu.

Příprava materiálů a spojek

Před samotnou výukou byly na 3D tiskárně vytištěny spojky navržené v prostředí TinkerCAD. Klíčovým parametrem byla přesná šířka a délka zobáčků, aby díly pevně držely pohromadě. Pro 5mm překližku vznikly držáky s různým počtem úchytů.

Základním materiálem byly překližkové desky nařezané na formát 30 × 30 cm o tloušťce 5 mm (případně 25 × 25 cm a tloušťce 4 mm). Pro barevnou úpravu posloužily akrylové barvy s bílou podkladovou bází.

Realizace v projektovém dnu

Projekt proběhl během dvou dnů po pěti vyučovacích hodinách. Žáci nejprve navrhli díly na papír, vystřihli je a rozvrhli na plochu. Poté tvary převedli do 3D prostředí TinkerCAD v rámci virtuální třídy. Modely byly vyexportovány do SVG a vyřezány programem LaserGRBL na 20W laserové řezačce.

Vyřezání jedné sady trvalo 11 až 15 minut. Následovalo barvení dílů akrylovými barvami s krycí bílou vrstvou a schnutí povrchu, aby se barva při spojování neodřela.

Děti si ze stavebnice poskládaly vlastní prostorové modely a odnesly si hotový fyzický výrobek domů.

Tvorba obrázků metodou pixel art představuje efektivní propojení výtvarné kreativity, souřadnicového systému a základů algoritmizace. Obrázky složené z pixelů fungují podobně jako kostky stavebnice – dají se snadno rozebrat, analyzovat i sestavit.

Žáci dostali čtverečkovaný papír s mřížkou o maximální velikosti 16 × 16 čtverečků. Pracovali se třemi barvami a navrhovali motivy nezávislé na konkrétních odstínech filamentu. Výška jednotlivých vrstev určovala změnu barvy při 3D tisku.

V prostředí TinkerCAD byla připravena šablona se čtverečky o různých výškách a podložkou. Žáci skládali kostičky s mezerou 1 mm, aby byl zachován pixelový rastr.

Výsledkem byly plastické vícebarevné destičky vytištěné na 3D tiskárně. Úkol rozvíjí přesnost při práci s myší, prostorovou představivost a porozumění vrstvení materiálu.

Při seznamování s deskou BBC micro:bit žáci po úvodních animacích zkoumají programovatelné vstupy: hardwarová tlačítka, akcelerometr (naklonění, zatřesení), světelný senzor i teplotní čidlo.

Žáci pracovali ve dvojicích. Jejich úkolem bylo naprogramovat alespoň pět různých vstupů, které na displeji spustí animaci nebo přehrají zvuk, a zároveň vytvořit přehledný manuál ve formě plakátu. Každá dvojice svůj micro:bit i plakát označila shodným číslem.

V další fázi byly plakáty vyvěšeny na tabuli a micro:bity vystaveny v improvizované galerii ve třídě. Žáci obdrželi pracovní list a samostatně testovali cizí zařízení: zkoumali reakce desek, odhadovali použité senzory a své závěry ověřovali s manuálem.

Úkol zaměřený na prostorové modelování pro začátečníky i pokročilé spočívá ve vytvoření rozebíratelné skládačky z plochých dílků o tloušťce 2 mm, které do sebe přesně zapadají.

Před prací na počítači žáci vytvořili prototyp z kartonu, čímž si prakticky vyzkoušeli rozměrové poměry a stabilitu konstrukce.

Po doladění tvarů byly dílky vymodelovány v TinkerCADu a vytištěny na 3D tiskárně. Obtížnost lze jednoduše přizpůsobit počtem dílů – od jednoduchých zvířátek až po členité prostorové figurky.

V rámci školních vánočních dílen vzniklo svítící přáníčko kombinující papírové tvoření se základy elektrotechniky.

Základem jsou dva stejně velké papíry, barevná LED dioda, knoflíková baterie, hliníková fólie (alobal) a pružná obalová pěna.

Žáci při návrhu promýšlejí kompozici obrázku tak, aby umístění diody dávalo smysl a uživatel intuitivně poznal, kde přání stisknout.

Praktické seznámení se základními elektrickými obvody v hodinách informatiky pro mladší žáky. Děti si vyzkoušely sestavit funkční elektrický obvod a vyrobit vlastní mechanické tlačítko.

Jako bezpečný zdroj stejnosměrného napětí posloužil micro:bit s napájecím pinem 3V. Žáci sestavili obvod pomocí krokosvorek a zapojili ochranný rezistor pro LED diodu.

Tlačítko vyrobily děti z přehnutého papíru a hliníkové fólie. Po stisknutí kontaktu se obvod propojí a dioda umístěná v dětské kresbě se okamžitě rozsvítí.