Working with parents. Models for activities in science centres and museums

Transcriptie

1 Working with parents. Models for activities in science centres and museums FEAST Working with parents. Models for activities in science centres and museums 1

2 Index EEN ROBOT IN HET GEZIN - ROBOTICA Kort overzicht van de activiteiten in de workshop Doelstellingen Belangrijke methodologische principes die als beweegredenen en werkwijze van de workshop dienen Onderwerp Doelgroep en werving Tijdsverloop Volg de zwarte lijn (aanbevolen voor de leeftijdsgroep 9-13) Estafetterace (aanbevolen voor de leeftijdsgroep 7-9) Discussie 20 minuten Materiaal De rol van de begeleider Aandachtspunten wanneer de keuze valt op deze workshop Activiteiten en materiaal voor ouders om thuis te doen FEAST Working with parents. Models for activities in science centres and museums 2

3 FEAST workshop 5: EEN ROBOT IN HET GEZIN - ROBOTICA Ontwikkeld door het Nationale museum van wetenschap en technologie - Leonardo da Vinci, Milaan, Italië 1. Kort overzicht van de activiteiten in de workshop Deze workshop gaat over robotica als stimulans om samenwerking tussen volwassenen (ouders) en kinderen aan te moedigen. Het doel is om basiskennis van robotica te krijgen door zelf te bouwen en te programmeren. De workshop start met een plenaire bespreking over het idee van wat een robot is en met een demonstratie waarin duidelijk wordt dat het belangrijk is om een robot eenvoudige, duidelijke programmeerinstructies te geven. Ouders en kinderen worden gevraagd om speciaal ontworpen software en LEGO-dozen te gebruiken om een robot te bouwen die zo snel mogelijk een parcours kan afleggen. De publieksbegeleider geeft de groep een overzicht van de basis software-instructies, zodat alle gezinnen zelfstandig aan hun eigen robot en pc kunnen werken. Wanneer de robots klaar zijn, gaat de race van start; de snelste en efficiëntste robot wint. Twee verschillende races (met verschillende complexiteit) zijn ontwikkeld voor gezinnen met kinderen in de leeftijd van 7-9 en Tijdens het laatste gedeelte van de activiteit analyseren de groepen hun eigen werkwijze en vergelijken ze deze met de andere groepen.. 2. Doelstellingen Met de workshop willen we: Samenwerking tussen ouders en kinderen stimuleren op basis van een gezamenlijke taak; Basiskennis over robotica aanreiken met behulp van activiteiten op het gebied van gezamenlijk leren. Ouders bewuster maken van hoe zij en hun kinderen vaardigheden en kennis over wetenschap en techniek opbouwen. 3. Belangrijke methodologische principes die als beweegredenen en werkwijze van de workshop dienen Ondersteunen van de samenwerking tussen ouder en kind. De keuze van een onbekend (maar aantrekkelijk) onderwerp voor zowel ouders als kinderen helpt om activiteiten te starten waarbij volwassenen en kinderen hetzelfde kennisniveau hebben. Dit stimuleert de interactie tussen volwassenen en kinderen die nieuw is in de gezinsdynamiek, in tegenstelling tot de typische rol van de ouder als expert. Ouders en kinderen worden uitgenodigd om als team aan de competitie deel te nemen. Instructeurs zorgen ervoor dat de competitie niet tot frustratie leidt, maar gebruiken het als een element dat emotionele betrokkenheid stimuleert en een gevoel van verantwoordelijkheid creëert onder de deelnemers voor hun inspanningen en hun robot als uiteindelijke resultaat. FEAST Working with parents. Models for activities in science centres and museums 3

4 Werk stimuleren waarbij elk gezinslid zijn of haar eigen rol vindt. Publieksbegeleiders helpen ouders zich op hun gemak te voelen in hun rol als medeleerlingen. Dit wordt gedaan door ouders te suggereren om samen met hun kinderen aan de slag te gaan en open te staan voor suggesties van hun kinderen. De activiteit zorgt er hoe dan ook voor dat ouders spontaan de rol van opvoeder op zich nemen wanneer het op toepassen van logica en verfijnde bouwvaardigheden aankomt. De vaardigheden die zij als volwassenen hebben, zijn van essentieel belang voor het succes van de workshop. Het leren versterken door het aan het gezinsleven te koppelen. De keuze van een thema dat gerelateerd is aan huidig onderzoek en geavanceerde technologie kan als een moeilijke uitdaging klinken, maar zorgt er ook voor dat gezinnen het thema beter kunnen plaatsen in het dagelijkse nieuws in de kranten, op televisie, enz. Dit kan de gespreksstof op een hoger niveau brengen en leiden tot wetenschappelijke conversaties. De reeds aanwezige kennis van ouders en kinderen gebruiken als startpunt voor het doen van onderzoek. Om de voorgestelde uitdagingen aan te gaan en met deze deels onbekende materie geconfronteerd te worden, kunnen gezinnen putten uit de kennis die zij al hadden. De activiteit is heel interdisciplinair, waardoor elk gezinslid naar zijn of haar eigen interesses en kennis kan refereren. 4. Onderwerp Robotica. 5. Doelgroep en werving De doelgroep voor deze activiteiten zijn gezinnen met kinderen van 7 tot 9 en 9 tot 13 jaar oud met maximaal twee volwassenen per kind. De belangrijkste kanalen om mensen uit deze doelgroep te werven zijn: Website van het museum; Facebook-pagina van het museum; Blogs voor ouders (moeders); Nieuwsbrieven; Scholen. 6. Tijdsverloop Hier vind je twee versies van de activiteit voor twee verschillende doelgroepen. Een complexere versie (Volg de zwarte lijn) voor gezinnen met kinderen van 9-13 jaar en een eenvoudigere versie (estafetterace) voor gezinnen met kinderen van 7-9 jaar. FEAST Working with parents. Models for activities in science centres and museums 4

5 6.1 Volg de zwarte lijn (aanbevolen voor de leeftijdsgroep 9-13) Introductie 30 minuten De publieksbegeleider heet de groep welkom en vertelt over het FEAST-project en de doelstellingen. Er worden twee beginopdrachten gedaan om het thema robotica te introduceren en om bezoekers wegwijs te maken. De publieksbegeleider wijst een vrijwilliger aan die wordt geblinddoekt en die de rol van 'robot' op zich neemt, terwijl een van de andere deelnemers instructies geeft en de 'robot' vraagt van het ene naar het andere punt in het vertrek te gaan. Op deze manier verkent de publieksbegeleider de voor robotica erg belangrijke concepten van realtime controle (de mens geeft instructies en de machine volgt deze op) en automatische controle (de mens geeft instructies en de machine volgt deze op zonder dat de mens hierbij aanwezig is). (Alleen voor de activiteit Volg de zwarte lijn") Iedereen gebruikt een korte stok (zie afbeelding) en laat deze zo lang mogelijk rechtop op de palm van zijn hand balanceren. Het doel is bezoekers te laten zien en begrijpen welke lichaamsbewegingen er worden gebruikt om de stok in evenwicht te houden: o Let op de stok (neem de informatie uit de omgeving in je op). o Bekijk of de stok naar rechts of links beweegt ten opzichte van je doel (een verticale positie). o Bepaal de actie van mijn arm: beweeg naar rechts als de stok naar rechts valt en vice versa. De logica die in de twee beginopdrachten gebruikt wordt is dezelfde logica die achter het controleproces voor de robot zit, waarbij deze een zwarte lijn moet volgen. Dit is wat deelnemers tijdens de workshop moeten programmeren. De publieksbegeleider introduceert vervolgens de hoofdactiviteit en de taak: Iedere gezinsgroep moet met de LEGO-steentjes een robot bouwen bestaande uit de basismodule, een lichtsensor en een geluidssensor. FEAST Working with parents. Models for activities in science centres and museums 5

6 De groep overlegt en probeert de beste positie voor de sensoren te bepalen. Hier volgt een van de standaardoplossingen: Iedere groep gebruikt één laptop om de robot te programmeren. Een geluidssensor zorgt ervoor dat de robot start met bewegen. De robot moet zo snel mogelijk drie rondjes over de zwarte lijn (het parcours) op het witte race-oppervlak rijden. De publieksbegeleider legt de belangrijkste instructies van de software uit ('motoren activeren', de instructie om de robot een bocht te laten nemen, de instructie 'als' (oftewel, 'motor alleen activeren als') en de instructie 'herhaal') Activiteit 1 uur en 15 minuten Met behulp van de software moeten ouders en kinderen samen achter de variabelen zien te komen die het gedrag en de snelheid van de robot bepalen. Bijvoorbeeld: Hoe moeten we de sensoren en motoren gebruiken opdat de robot de juiste beweging maakt? Hoe zorgen we ervoor dat de robot de lijn volgt? Gezinnen moeten gezamenlijk de verschillende onderdelen van de robot in elkaar zetten, de gevoeligheid van het geluid en het licht in de twee sensoren meten en de robot zo programmeren dat deze de lijn van het parcours volgt. Voorbeelden van mogelijk correcte programma's: Instructie ALS.DAN... (schakelinstructie) FEAST Working with parents. Models for activities in science centres and museums 6

7 Instructie WACHT OP Instructie HERHALING TOTDAT Door dit werk moeten ze in staat zijn om na te denken over de volgende aspecten van het onderwerp: Wat is een robot Vaak denken we, voornamelijk op basis van onze kennis van science fiction, dat een robot een machine is met bovennatuurlijke capaciteiten. Maar eigenlijk is het een machine met een specifieke structuur en bepaalde eigenschappen. Een robot programmeren Een robot is een machine die alleen opdrachten uitvoert waarvoor hij is geprogrammeerd. Daarom is het belangrijk om de robot specifieke en gedetailleerde instructies te geven die stap voor stap aangeven hoe hij zich moet gedragen om het doel te bereiken. Een robot ontwerpen De robot moet de omgeving waarin hij opereert kunnen herkennen, en in staat zijn de omgevingskenmerken te onderscheiden en veranderingen op te merken. De ontwerper van een robot moet de juiste gegevens en de juiste sensoren uitkiezen die de robot moet gebruiken om het gestelde doel te verwezenlijken. Strategieën voor een robot die zelf nadenkt De robot is een machine die zichzelf kan besturen. Deze vaardigheid is gebaseerd op feedback, oftewel de handelswijzen die we gebruiken als we bijvoorbeeld een bal op één vinger willen balanceren of als we fietsen (hier moeten de deelnemers terugdenken aan wat ze met de stok hebben gedaan). Dit soort concepten moeten door de deelnemers worden ontwikkeld en langzaam tot ze doordringen met de hulp van de publieksbegeleiders. Ze vinden hun oorsprong in het proces van het in elkaar zetten van de robot en in de keuzes waardoor de robot de vereiste taak kan uitvoeren. FEAST Working with parents. Models for activities in science centres and museums 7

8 Gezinnen kunnen zoveel proefrondjes draaien als ze willen om te controleren of hun programmering werkt. Uiteindelijk moet de robot in staat zijn om op de grens tussen de zwarte lijn en het witte oppervlak te blijven en de weg van het parcours te volgen. De activiteit wordt afgesloten met een robotrace. De race is niet bedoeld om één winnaar en de rest als 'verliezer' uit te roepen. De race wordt beschouwd als het belangrijkste onderdeel van de uitdaging. Hij helpt bij het afronden van de activiteit, bij het weer bij elkaar krijgen van de hele groep voor een gezamenlijke taak en hij helpt deelnemers ook om hun eigen keuzes met die van andere deelnemers te vergelijken. Verder is het ook een leuk en lawaaierig moment waarop alle deelnemers hun deelnemende robot kunnen toejuichen, voordat het laatste moment voor discussie en reflectie aanbreekt Discussie 20 minuten De deelnemers aan de workshop komen na de activiteit samen voor het laatste gesprek over het thema en het proces. De publieksbegeleider vraagt deelnemers om hun definitie van een robot (op post-its) op te schrijven en tevens de verschillende dingen die ze hebben gedaan om tot een conclusie te komen. Als de deelnemers hiertoe in staat zijn, moeten ze de totstandkoming van hun leerproces benoemen, de zwakke en sterke punten en het gedrag van de verschillende groepsleden. De verschillende antwoorden worden vervolgens op de flipover geplakt: één vel voor iedere vraag. Als alle antwoorden zijn ingeleverd, bespreekt de publieksbegeleider eerst de definities van de belangrijkste eigenschappen van een robot. Het grootste deel van de discussie moet gaan over de opmerkingen van de volwassenen over hun leerproces, met als doel om ze na te laten denken over wat ze hebben gedaan en hoe ze met hun kinderen hebben gewerkt. Twijfels, nieuwsgierigheid, 'overwinningen' en ontwikkelingen moeten expliciet naar voren komen en een discussie stimuleren over hoe we leren, waar leren over gaat en wat de rol van ouders kan zijn in vergelijkbare situaties waarin gezamenlijk geleerd wordt. 6.2 Estafetterace (aanbevolen voor de leeftijdsgroep 7-9) FEAST Working with parents. Models for activities in science centres and museums 8

9 Het doel van deze activiteit is om een robot te programmeren die in een zo kort mogelijke tijd tijdens de estafetterace een bepaalde afstand kan afleggen Introductie 15 minuten De publieksbegeleider heet de groep welkom en vertelt over het FEAST-project en de doelstellingen. Zie paragraaf Introductie voor de inloopactiviteit De publieksbegeleider introduceert vervolgens de hoofdactiviteit en de taak: Hij legt de regels voor de race uit: De teams bestaan uit twee groepen gezinsleden, beide met een eigen robot die voorbereid moet worden om een gedeelte van de totale baan af te leggen. De eerste van de twee robots gaat van start als er iemand in z'n handen klapt en gaat via de baan naar de wisselplaats. Hier staat de tweede robot klaar en deze start zodra de eerste robot de plek bereikt. Vervolgens legt de tweede robot de rest van het parcours af. Hij legt uit dat iedere gezinsgroep een robot moet bouwen bestaande uit de basismodule, een afstandssensor en een geluidssensor en LEGO-steentjes. De groep moet de beste optie voor de twee sensoren bespreken en begrijpen en ook bespreken of er andere functies nodig zijn voor de robot. Hier volgt een van de standaardoplossingen: Vervolgens programmeren ze de robot met één laptop per groep. De publieksbegeleider legt de belangrijkste instructies van de software uit ('motoren activeren', de instructie om de robot een bocht te laten nemen, de instructie 'wachten op' (oftewel, 'wacht op een prikkel') en schakel vervolgens de motor in). Hij legt uit hoe het programma naar de robot gedownload kan worden. FEAST Working with parents. Models for activities in science centres and museums 9

10 6.2.2 Activiteit 1 uur en 20 minuten Met behulp van de software moeten ouders en kinderen samen achter de variabelen zien te komen die de baan en de snelheid van de robot bepalen. Bijvoorbeeld: Hoe kunnen we de geluidssensor gebruiken zodat de motor start als er iemand in z'n handen klapt? Hoe kunnen we de beste baan kiezen? Hoe zorgen we ervoor dat de tweede robot van start gaat als de eerst robot aankomt? Gezinnen moeten samen de verschillende onderdelen van de robots in elkaar zetten, de gevoeligheid voor afstand en geluid meten en de robot zo programmeren dat deze het juiste parcours volgt. Het programma wordt een reeks van bewegingsinstructies waarbij de deelnemers de juiste waarde moeten zien te vinden voor de duur van de beweging van de robot. Hieronder een voorbeeld van mogelijke programma's: Door dit werk moeten ze in staat zijn om na te denken over de volgende aspecten van het onderwerp: Wat is een robot Vaak denken we, voornamelijk op basis van onze kennis van science fiction, dat een robot een machine is met bovennatuurlijke mogelijkheden. Het is echter een machine met een specifieke structuur en bepaalde eigenschappen. Een robot programmeren Een robot is een machine die alleen opdrachten uitvoert waarvoor hij is geprogrammeerd. Daarom is het belangrijk om de robot specifieke en gedetailleerde instructies te geven die stap voor stap aangeven hoe hij zich moet gedragen om het doel te bereiken. Een robot ontwerpen De robot moet de omgeving waarin hij opereert kunnen herkennen, in staat zijn de omgevingskenmerken te onderscheiden en alle veranderingen op te merken. De ontwerper van een robot moet de juiste gegevens (en de juiste sensoren) selecteren die de robot moet gebruiken om zijn doel te verwezenlijken. FEAST Working with parents. Models for activities in science centres and museums 10

11 Dit soort ideeën moeten met behulp van de begeleider langzamerhand door de deelnemers worden ontwikkeld en begrepen, voornamelijk op basis van het proces van het in elkaar zetten van de robot en de keuzes die er moeten worden gemaakt zodat de robot de vereiste taak kan uitvoeren. Ze mogen zoveel proefrondjes draaien als ze willen om de effectiviteit van hun programmeringskeuzes te controleren. De activiteit wordt afgesloten met een race tussen de robots. De race is niet bedoeld om één winnaar en de rest als 'verliezer' uit te roepen. De race wordt beschouwd als het belangrijkste onderdeel van de uitdaging. Hij helpt bij het afronden van de activiteit, bij het weer bij elkaar krijgen van de hele groep voor een gezamenlijke taak en hij helpt deelnemers ook om hun eigen keuzes met die van andere deelnemers te vergelijken. Verder is het ook een leuk en lawaaierig moment waarop alle deelnemers hun deelnemende robot kunnen toejuichen, voordat het laatste moment voor discussie en reflectie aanbreekt Discussie 20 minuten Zie paragraaf Discussie. 7. Materiaal Voor deze activiteit wordt gebruikgemaakt van de LEGO-doos NXT Mindstorms. Iedere groep ontvangt een LEGO-doos. Activiteitendoos voor Volg de zwarte lijn: robot met drie wielen, twee motoren 1 lichtsensor en 1 geluidssensor NXT Mindstorms-legoblokken en kabels voor het aansluiten van sensoren Laptop met de software om de robot te programmeren Parcours met een zwarte lijn op een wit oppervlak (één per twee groepen) Chronometer Activiteitendoos voor estafetterace: robot met drie wielen, twee motoren 1 ultrasone sensor en 1 geluidssensor FEAST Working with parents. Models for activities in science centres and museums 11

12 NXT Mindstorms-legoblokken en kabels voor het aansluiten van sensoren Laptop met de software om de robot te programmeren Parcours met elektrische ronde leidingen of vergelijkbaar OPMERKING: de vorm van het parcours wordt bepaald door de persoon die de activiteit voorbereidt: de enige vereiste is dat het aantal bochten en rechte stukken waarmee iedere robot van het team mee te maken krijgt hetzelfde is. Chronometer De instructies voor het modelvoertuig zijn te vinden op: Of download het pdf-bestand met de naam CONSTRUCTOPEDIA 2.1 op: In dit document staan nog veel meer eenvoudige modellen. Opmerking 1. Er is een belangrijk punt om in gedachten te houden: de voertuigen moeten twee motoren (links en rechts) hebben, anders verandert de logica van de programma's. De linker sensor werkt goed als deze zich dicht bij de tafel bevindt, omdat hij dan nauwkeurigere gegevens ontvangt. De robot volgt de lijn beter als we hem programmeren om één motor in te schakelen en de andere uit te schakelen (zie voorbeelden). Opmerking 2. Er is meer dan één manier om de robot te programmeren voor hetzelfde resultaat. Bezoekers kunnen zelf met iets op de proppen komen dat net zo goed werkt: DAT IS GOED! 8. De rol van de begeleider De begeleider heeft de rol van facilitator. Tijdens de activiteit observeert hij/zij hoe het gezin de robot programmeert, hij/zij ondersteunt de teams, stelt de teams vragen en geeft ze eenvoudige voorbeelden ter illustratie zonder de oplossing te geven (meestal zijn er veel manieren om een taak te volbrengen, en niet maar één). Hij/zij noemt het concept 'robot' in het begin niet in bijzijn van de deelnemers. We verwachten dat dit vanzelf groeit door de dingen waar de groepen mee bezig zijn en ook door de uiteindelijke discussie. FEAST Working with parents. Models for activities in science centres and museums 12

13 9. Aandachtspunten wanneer de keuze valt op deze workshop Voor de workshop is het gebruik van NXT Mindstorms LEGO-dozen en pc's/laptops nodig. Publieksbegeleiders die de Lego-software en de robots willen gebruiken, moeten ook tijd vrijmaken voor zelftraining. De software is vrij intuïtief, maar hoe beter de begeleiders ermee bekend zijn, des te beter ze gezinnen kunnen helpen om deze software te gebruiken en persoonlijke oplossingen te vinden. Per gezin (2 tot 4 personen) is één LEGO-doos nodig. Per drie groepen is één begeleider nodig wanneer gewerkt wordt aan de complexere uitdaging en één begeleider per vijf groepen wanneer gewerkt wordt aan de wat eenvoudigere uitdaging. 10. Activiteiten en materiaal voor ouders om thuis te doen Aan het einde van de workshop vraagt de begeleider aan deelnemers om na te denken over hun dagelijks leven: Welke robots kom je tegen in het dagelijks leven? Welke sensoren gebruiken ze? Welke sensoren of processen die tijdens de activiteit gebruikt zijn, zie je ook in de natuur? We stimuleren deelnemers om de resultaten van hun constateringen naar het museum op te sturen. FEAST Working with parents. Models for activities in science centres and museums 13