Team van maximaal 4 leerlingen. Uitdaging

Transcriptie

1

2 Groep 7 & 8 Team van maximaal 4 leerlingen Lesbrief voor leerkracht Uitdaging Ontwerp en bouw een zo moeilijk mogelijk doolhof én los op het Techniek Toernooi een moeilijk doolhof op de computer op door middel van programmeren in zo min mogelijk stappen. Inleiding Het thema van het Techniek Toernooi 2014 is Transport en Logistiek. In deze uitdaging staat logistiek centraal. Hoe breng je een robot zo efficiënt mogelijk naar de uitgang van een doolhof? De leerlingen krijgen de opdracht om met behulp van de methode van Robomind te programmeren. In het echte leven is het ook makkelijk om de snelste weg te kunnen vinden. Tijdens het Techniek Toernooi is het de uitdaging om een onbekend doolhof op de computer in zo weinig mogelijk stapjes van de robot op te lossen. Daarnaast wordt gevraagd om een zo moeilijk mogelijk doolhof zelf te bouwen. Dit doolhof wordt naar het Techniek Toernooi meegenomen en wordt aan de hand van een speciale rekenmethode door de jury beoordeeld. De basismaterialen zijn een vloeroppervlak, waarna een vrije keuze gemaakt kan worden in materiaal waar het doolhof uit bestaat. De lesbrief bevat alle informatie die je nodig hebt om de uitdaging in de klas aan te gaan. Achter deze lesbrief tref je aanwijzingen aan die van belang zijn voor deelname aan het Techniek Toernooi. Hier lees je onder andere aan welke voorwaarden het doolhof en de programmeeruitdaging moeten voldoen. Doelstellingen De leerlingen Experimenteren met ruimte waardoor ruimtelijk inzicht verkregen wordt. Leren wat wendbaarheid is. Leren programmeren en programmeertaal. Weten wat een zoekstrategie is. Leren experimenteren met verschillende elementen om de robot zo efficiënt mogelijk te laten bewegen door een doolhof. Presenteren hun ontwerp en demonstreren de werking ervan. Handige materialen Computer met internetverbinding. Een inlogcode voor de website (elke leerkracht die zich met de klas inschrijft voor deze uitdaging krijgt een inlogcode voor het systeem van Robomind). Een stevige plaat van MDF (afmeting 122 x 122 x 8 mm) om een doolhof op te bouwen. Blokken uit de bouwhoek. Materiaal om het doolhof van te bouwen. Dit is vrij in te vullen (lego, blokken, suikerklontjes, dominostenen, ). Het mag ook een combinatie van verschillende materialen zijn. Voor de presentatie: Alles is toegestaan. Zorg bij de wedstrijd zelf voor de presentatiemiddelen (fotoverslag, digitale presentatie etc.) maar houd er rekening mee dat er geen elektriciteit en internet beschikbaar zijn tijdens de wedstrijd. Een digitale camera en ander materiaal voor het maken van het fotoverslag. 2

3 Voorbereiding Lees de lesbrief en de achtergrondinformatie goed door. Je vindt de achtergrondinformatie, tips en antwoorden op veel gestelde vragen op Verbreed en verdiep je kennis van de sleutelwoorden, bijvoorbeeld met behulp van informatie op internet ( Zoek afbeeldingen en filmpjes over doolhoven en programmeren. Op vind je links naar geschikte filmpjes voor groep 7-8. Verzamel de bovengenoemde materialen. Sleutelwoorden De constructie: Een constructie is de manier waarop twee of meer (onder)delen zijn samengevoegd. Een houten klomp is dus geen constructie, een simpel kruis al wel. Efficiënt: Efficiënt werken betekent dat je op een handige en snelle manier werkt aan een goed resultaat. Programmeren: Programmeren is het schrijven van een computerprogramma met instructies voor de computer. De programmeertaal: Een programmeertaal is een taal waarin de opdrachten die een computer moet uitvoeren, worden geschreven. Deze taal bestaat vaak uit codes. Code die in een programmeertaal geschreven is, mag maar op één manier begrepen worden door de computer. De robot: Een robot is een programmeerbare machine, die verschillende taken uit kan voeren. Een computer zorgt ervoor dat de robot doet wat hij moet doen. De robotica: De robotica is de tak van de wetenschap die zich met het ontwikkelen en bestuderen van robots bezighoudt. Het ruimtelijk inzicht: Ruimtelijk inzicht is een vaardigheid die bij ieder mens of dier aanwezig is. Je gebruikt ruimtelijk inzicht om je te kunnen oriënteren in een bepaalde omgeving. Het ruimtelijk voorstellingsvermogen: Ruimtelijk voorstellingsvermogen is het vermogen om je iets in drie dimensies voor te stellen (te visualiseren) als je er alleen maar een beschrijving of een tekening van hebt. De wendbaarheid: Iets is wendbaar als iets makkelijk aangepast of van richting veranderd kan worden. Wendbaarheid is de mate waarin iets wendbaar is. Activiteiten op school Een techniekles bestaat uit verschillende fasen. De leerlingen maken kennis met de uitdaging (Introductie), verkennen/onderzoeken deze uitdaging en bedenken verschillende oplossingen (Ontdek en onderzoek), kiezen de beste oplossing, testen en verfijnen deze (Ontwerp, maak en test) en presenteren de oplossing (Presenteer). Onderstaande lesopbouw zorgt voor een gedegen voorbereiding op het Techniek Toernooi. Introductie Vertel dat de leerlingen gaan deelnemen aan het Techniek Toernooi met de uitdaging De dwalende Robot en leg de opdracht aan de hand van bovenstaande inleiding uit. Vraag de leerlingen of zij weten wat een robot is en of zij robots wel eens aan het werk hebben gezien. Toon een filmpje over robots ( Een robot krijgt instructies via een programma dat voor de robot is geschreven. Bespreek aan de hand van het filmpje de sleutelwoorden de robot, de robotica, programmeren en de programmeertaal. 3

4 Naast het werken met een robot, gaan de leerlingen ook alles ontdekken over doolhoven. Zijn ze zelf wel eens verdwaald in een doolhof? Maak een woordweb over het doolhof. Wat zit er allemaal in? Waar kan een doolhof uit bestaan? Leg de sleutelbegrippen de constructie en het ruimtelijk inzicht / het ruimtelijk voorstellingsvermogen uit. Pak nu blokken uit de bouwhoek en maak met een paar leerlingen voor de groep een klein doolhof op tafel. Zijn er nog andere begrippen die nog niet in het woordweb staan? Sluit de introductie af met de onderzoeksvragen: 1) Hoe kan een robot geprogrammeerd worden zodat hij altijd de uitgang van een doolhof kan vinden? En 2) Wat is een moeilijk doolhof? Ontdek en onderzoek Verdeel de klas in twee groepen. De ene groep gaat achter de computer met het programma Robomind de antwoorden op de eerste onderzoeksvraag vinden. De tweede groep gaat aan de slag met het ontdekken van moeilijke doolhoven. Groep 1: Robomind Alle leerlingen van groep 1 loggen in op de website van Robomind. Hier zijn een aantal eerste opdrachten om commando s te leren geven aan een robot. De leerlingen gaan aan de slag met de onderdelen Aan de slag, Cursus 1: navigeren en Cursus 1: spoorzoeken. Ze ontdekken wat de robot allemaal kan. Maak na deze eerste opdrachten groepjes van maximaal vier leerlingen. Verdeel de taken: De programmeur weet de juiste knoppen te vinden De creatieveling bedenkt nieuwe oplossingen voor opdrachten. De denker en verslaggever onderzoekt of de oplossingen die de creatieveling aandraagt wel in de ruimte kunnen (ruimtelijk voorstellingsvermogen). Schrijft alles op wat besproken wordt en denkt er over na. De fotograaf en tijdbewaker legt het proces van ontdekken en onderzoeken vast en bewaakt de tijd. De leerlingen verkennen de onderzoeksvraag (het probleem) en bedenken deelvragen. Denk hierbij aan vragen als: Welke soort commando s zijn er? Welke zijn handig en welke niet? Hoe kunnen we zo samenwerken dat we snel tot een oplossing komen van allerlei soorten doolhoven? De leerlingen bedenken een testopzet: Wat hebben ze allemaal nodig om de deelvragen te kunnen beantwoorden? Hoe meten ze de werkbaarheid? De leerlingen bedenken verschillende oplossingen. In deze aanrommel fase opperen ze ideeën, proberen deze uit en bespreken de voor- en nadelen. Ze doen voorspellingen en formuleren verwachtingen. Hierbij maken ze gebruik van de achtergrondinformatie die in de introductiefase is aangeboden. Stimuleer de leerlingen om verder onderzoek te doen, bijvoorbeeld op internet (zie voor een overzicht van geschikte websites). Groep 2: Doolhof Verdeel groep 2 in groepjes van maximaal vier leerlingen. Elk groepje gaat aan de slag met het vinden van een oplossing voor het probleem. De leerlingen bedenken, ontdekken en onderzoeken waarvan een doolhof gemaakt kan worden en maken eerste schetsen van een moeilijk doolhof. Geef elk groepje een tafel en los materiaal (denk aan lego, blokken, suikerklontjes, dominostenen) waarvan een doolhof gemaakt kan worden. Verdeel in elke groep de rollen. De leerlingen denken allemaal na over de oplossingen. Om dit proces goed te laten verlopen, is het handig om te werken met de volgende rollen: De voorzitter zorgt ervoor dat iedereen aan het woord komt. De tijdbewaker bewaakt de tijd. De verslaggever schrijft op wat er besproken wordt. 4

5 De fotograaf legt het proces van ontdekken en onderzoeken vast. De leerlingen verkennen de onderzoeksvraag (het probleem) en bedenken deelvragen. Denk hierbij aan vragen als: Maakt het uit welk materiaal we kiezen voor de moeilijkheid van het doolhof? Wat zijn de voor- en nadelen van elk materiaal? Passen er met klein materiaal meer of minder bochten in het doolhof? De leerlingen bedenken een testopzet: Wat hebben ze allemaal nodig om de deelvragen te kunnen beantwoorden? Hoe meten ze de moeilijkheid? Ze verzamelen de materialen en de meetinstrumenten. De leerlingen bedenken verschillende oplossingen. In deze aanrommel fase opperen ze ideeën, proberen deze uit en bespreken de voor- en nadelen. Ze doen voorspellingen en formuleren verwachtingen. Hierbij maken ze gebruik van de achtergrondinformatie die in de introductiefase is aangeboden. Stimuleer de leerlingen om verder onderzoek te doen, bijvoorbeeld op internet (zie voor een overzicht van geschikte websites). Om alle leerlingen met de verschillende onderdelen van de uitdaging in contact te laten komen, kun je de twee groepen laten wisselen na afronding van deze fase. Ontwerp, maak en test Robomind In deze fase wordt de werkbaarheid getest. Dit deel van de opdracht heeft geen maakfase zoals techniek met je handen vaak heeft. Wel gaan de leerlingen moeilijkere opdrachten maken en hun kennis testen door verder te werken met de opdrachten Cursus 2: zoeken in doolhoven en de opdrachten uit de losse kaartenbak premaze 3, maze 1, maze 2, big maze. De leerlingen ontdekken wie uit de groep goed is in de verschillende taken, zoals in de fase Ontdek en onderzoek zijn beschreven. Ontwerp gezamenlijk in het team een oplossing voor een van de doolhoven uit het programma. Welke oplossing werkt altijd? (Dan weet je zeker dat je een oplossing vindt tijdens het Techniek Toernooi). Kan deze oplossing makkelijker? Maak een ontwerp dat efficiënt is en waarmee elk doolhof altijd opgelost kan worden. Nu zijn de leerlingen optimaal voorbereid op de opdracht die zij krijgen op het Techniek Toernooi. Let wel op: een oplossing die altijd werkt is makkelijk, maar misschien niet met de minste stappen? Doolhof Het beste idee van het maken van een echt doolhof wordt uitgewerkt. Eerst maken de leerlingen een ontwerp (schets) van het doolhof. In hun ontwerp nemen ze de resultaten mee uit de ontdek- en onderzoekfase. Vervolgens werken ze de schets uit in een werkend prototype. De leerlingen testen het doolhof en meten de moeilijkheid, noteren de waarnemingen en trekken conclusies. Ze verbeteren het doolhof indien nodig. Het is mogelijk dat er daarbij teruggegaan wordt naar de fase Ontdek en onderzoek. Herhaal het testen en verbeteren net zo lang tot de meest ideale oplossing ontwikkeld is. Deze oplossing wordt gepresenteerd tijdens het Techniek Toernooi. 5

6 Presenteer Tijdens alle fasen is door de verslaggever en de fotograaf vastgelegd wat er gebeurd is, wat er besproken is, waarom bepaalde ideeën wel of niet werkten. De leerlingen verwerken dit in een presentatie van maximaal 3 minuten. Deze presentatie gaat over beide delen van de uitdaging. De presentatie kan verschillende vormen hebben, zowel digitaal (PowerPoint, Prezi, filmpje, digitaal fotoverslag, ) als op papier (poster, fotocollage, fotoboek, ). Let op, er is geen elektriciteit en internet beschikbaar tijdens de wedstrijd (bij de presentaties). Indien een computer nodig is voor de presentatie, moet het team zelf een opgeladen laptop meenemen naar de wedstrijddag. Gebruik deze presentatie als middel om terug te kijken op het proces. Tijdens het Techniek Toernooi gaat het om het inzicht geven in het proces van ontdekken, onderzoeken, ontwerpen en maken. In de klas kan ook aandacht worden besteed aan de samenwerking in de groepjes. Tip: tijdens het proces hebben de leerlingen vaak zeer rijke en inspirerende gesprekken. Verwerk mooie quotes en bijzondere leerervaringen in de presentatie en gebruik deze tijdens de reflectie op het proces. De presentatie kan tevens worden ingezet als middel om de leerstof te verdiepen. Hoe hebben echte wetenschappers en ontwerpers het probleem aangepakt? 6

7 Ga de uitdaging aan op het Techniek Toernooi! De wedstrijd De uitdaging De dwalende robot bestaat uit twee delen. Deel 1: Programmeer een robot op de computer met behulp van het programma Robomind. Je krijgt op het Techniek Toernooi een doolhofopdracht waarbij een robot in zo min mogelijk stapjes uit het doolhof moet komen. Deel 2: Maak een echt doolhof. Maak dit zo moeilijk mogelijk en presenteer dit op het Techniek Toernooi. De opstelling Er is een ruimte waar de gemaakte doolhoven worden verzameld en waar de leerlingen de presentatie van de hele uitdaging houden voor de jury. In een andere ruimte staan computers opgesteld waar de leerlingen de programmeeropdracht gaan uitvoeren. Na de uitvoering van de opdracht worden in dezelfde computerruimte de verschillende oplossingen getoond op grote schermen en direct beoordeeld door de computer. Het verloop van de wedstrijd Bij binnenkomst gaat ieder team naar de tafel waar zijn teamnummer bij staat. Achter deze tafel wordt de laatste hand gelegd aan het doolhof. Eventueel tijdens de reis opgelopen schade kan in deze voorbereidingstijd hersteld worden. De tafel is ook bedoeld om het proces te presenteren aan de jury. De organisatie maakt een foto van de opstelling. Een deel van de teams gaat direct hierna naar de wedstrijdarena. Dit wordt aangegeven door de organisatie. Andere teams geven in deze tijd de presentatie van het proces aan de jury. Houd er rekening mee dat het laatste team ongeveer een half uur moet wachten. Nadat alle teams klaar zijn, wordt gewisseld tussen presentatie en wedstrijdarena. Presentatie van het doolhof en het proces De jury komt langs om de presentatie te beoordelen. De presentatie mag niet langer duren dan 3 minuten. Hierna mogen alle teamleden genieten van alle andere activiteiten tijdens het Techniek Toernooi. Wedstrijdarena De teams worden uitgenodigd om naar de wedstrijdarena te komen. In de wedstrijdarena staan computers opgesteld, een voor elk team. Er kunnen dus meerdere teams tegelijk deelnemen. Begeleiders zijn niet toegestaan in de wedstrijdarena. Ieder team krijgt 45 minuten de tijd om de opdracht (het oplossen van een moeilijk doolhof) uit te voeren. De robot zal in zo min mogelijk stapjes naar de uitgang/het baken moeten komen. Na deze tijd wordt het eindresultaat opgeslagen. Op grote schermen wordt het eindresultaat per twee teams getoond. Hierbij telt de computer het aantal stapjes. Het team met het minst aantal stappen naar de uitgang/het baken van het doolhof wint dit onderdeel. Wat heb je op school nodig? Zie bij Handige materialen in de lesbrief. 7

8 Wat neemt de school mee naar de wedstrijd? Het doolhof. De presentatie. De organisatie zorgt voor Een ruimte voor elk team om het doolhof neer te zetten en de presentatie te houden. Een ruimte met voldoende computers met internetverbinding. Twee grote schermen om de oplossingen live te volgen. Wat mag wel en wat mag niet? Het doolhof mag niet groter zijn dan 122 x 122 mm. Het doolhof mag niet onoplosbaar zijn. De gangen in het doolhof mogen niet smaller zijn dan 5 cm breed. Een zelfgekozen voertuig (bijvoorbeeld een speelgoedauto) mag de uitgang van het doolhof wijzen aan de jury. De jury moet kunnen zien dat het doolhof opgelost kan worden. De leerlingen mogen ook op papier de route naar de uitgang laten zien aan de jury. Het doolhof mag geen verdiepingen hebben, omdat dan de beoordeling lastig wordt. Bij de programmeeropdracht mogen de leerlingen ook sneller dan in 45 minuten de oplossing vinden. Op de computer wordt de opdracht opgeslagen. Je hoeft de tijd niet uit te zitten. Tijdens de wedstrijd mogen de leerlingen niet door hun begeleiders worden geholpen. Kijk voor meer informatie regelmatig op de website bij de rubriek Vraag & Antwoord. Wat doet de jury? Waar let de jury op? Is aan alle voorwaarden voldaan? Wat hebben de leerlingen zelf gedaan, en waarbij zijn ze geholpen door volwassenen? Hulp van volwassenen bij het ontwerpen en oefenen op school is niet verboden, maar als naar het oordeel van de jury de leerlingen te weinig eigen inbreng hebben gehad, zal een team niet voor een prijs in aanmerking komen. Houd daar rekening mee bij het ontwerp- en bouwproces. Hoe moeilijk is het doolhof dat het team gemaakt heeft? Het aantal kruispunten en aantal doodlopende wegen wordt geteld. Degene met de meeste kruispunten en doodlopende wegen, heeft het moeilijkste doolhof. Maar let op, er moet wel een toonbare oplossing zijn en een zelfgekozen voertuig moet de route af kunnen leggen. Hoeveel stapjes neemt de robot bij de moeilijke doolhofopdracht op de computer? Dit wordt gemeten door de computer. Hoe creatief is het team in het vinden van oplossingen? De jury zal het fotoverslag of de presentatie van de voorbereidingen op de wedstrijd in de beoordeling betrekken. Neem de presentatie dus mee naar de wedstrijd. De jury vindt het belangrijk om inzicht te krijgen in het proces van idee naar ontwerp naar uitvoering en gebruikt het verslag onder andere om de voorbereiding en de eigen inbreng van de leerlingen te beoordelen. Wie wint? De resultaten van de twee opdrachten samen, bepalen de winnaar. Er worden punten gegeven voor het maken van het moeilijkste doolhof en het oplossen van het doolhof op het Techniek Toernooi zelf. De programmeeropdracht wordt beoordeeld door de computer en telt voor 60% mee. Het moeilijke doolhof telt voor 40% mee. Hierbij wordt de rangschikking van winnende teams geteld. Het team met het minste aantal punten wint. Er is een eerst, tweede en derde prijs. 8

9 Het team dat de meest originele oplossing heeft bedacht, wordt beloond met de creativiteitsprijs. Per team kan maar één prijs worden gewonnen. Een aantal voorbeelden als uitleg van de puntentelling: Doolhof 2 e plaats in de ranglijst: 2 x 40 = 80 Robot 1 e plaats in de ranglijst: 1 x 60 = 60 Totaal: 140 punten Doolhof 1 e plaats: 1 x 40 = 40 Robot 2 e plaats: 2 x 60 = 120 Totaal 160 punten Doolhof 3 e plaats: 3 x 40 = 120 Robot 1 e plaats: 1 x 60= 60 Totaal 180 punten Doolhof 1 e plaats: 1 x 40= 40 Robot 3 e plaats: 3 x 60= 180 Totaal 220 punten Belangrijk! Zowel in de computerruimte als de opstellingsruimte voor de doolhoven zullen de teams naast elkaar werken. Instrueer de leerlingen rekening te houden met de andere teams (sportiviteit!). De leerlingen moeten wachten tot de jury langskomt. Houd er rekening mee dat het laatste team ongeveer een half uur moet wachten. Bereid de leerlingen daarop voor en zorg voor iets waarmee ze zich kunnen bezighouden gedurende de wachttijd zonder anderen te storen. Eventuele kleine wijzigingen in de regels en randvoorwaarden in de lesbrief worden gepubliceerd op de website van het Techniek Toernooi ( onder Vraag & Antwoord en eventueel per gecommuniceerd aan de teams die zich voor de desbetreffende uitdaging hebben aangemeld. Neem in geval van twijfel over de regels en voorwaarden contact op met de organisatie van het Techniek Toernooi (techniek@techniektoernooi.nl). Voorkom teleurstellingen op de wedstrijddag! Veel succes! Techniek Toernooi