Robootika Kodulabor: 10., 11. ja 12. klass, robootika valikaine

el_sotsiaalfond_horisontaalne

Õpilugu „Robootika valikaine Robootika Kodulaboriga
Andres Mihkelson, Nõo Reaalgümnaasiumi robootikaõpetaja ja süsteemiadministraatorprogetiiger_logo_horisontaal_est_web

Robootika Kodulabor on riist- ja tarkvaraplatvorm robootika õppimiseks. See on üks vähestest robootika õppevahenditest, mida toodetakse Eestis. Komplektis on kõik vahendid, et õppida robootika põhitõdesid: mis on andur, mis on täitur, katsetada kohe, kuidas neid kasutada. Komplekt on kokku pandud nii, et õpilane ise ei peaks elektroonikalahenduse loomisega tegelema, vaid saabki valmis asja kätte, kus on vaja paar juhet ühendada ja kõik toimibki. Põhirõhk on seetõttu just programmeerimisel. Robootika Kodulabori erinevaid komplekte on käesolevalt kolm generatsiooni, esimene tuli välja 2007-2008, viimane paar aastat tagasi.

Nõo Reaalgümnaasiumis on esimese ja teise generatsiooni komplektid, kokku kaheksa komplekti. Need on üsna kallid, ja see on üks põhjus, miks me neid enam väga laialdaselt ei kasuta. Aga ennekõike on Robootika Kodulabor olnud meie robootikaõppe esmane platvorm.

Ma ei ole valikaines seadnud piirangut, mitmes klass sinna tulla võib, ongi huvilised 10. kuni 12. klassini. Võib-olla edaspidi keskendub valikkursus 11. klassile, sest 10. klassis tehakse programmeerimise baaskursust ja siis on kõigil valikainesse tulles ühtlasem taust. Robootika Kodulabor eeldab teksti kirjutamisel põhineva programmeerimise õppimist või varasemat oskust, graafilisi keskkondi selleks tarbeks seni loodud ei ole.

Robootika Kodulabori kasutamine praktikas

Mina olen mistahes tehnoloogiakomplekti puhul aru saanud, et üle kahe õpilase ühe arvuti taha panna on keeruline. Samas iga õpilase jaoks oma Robootika Kodulabori komplekt osta on liiga kallis. Nii ongi valikaines olnud tavaliselt kuni 16 õpilast, töötatakse paaris 8 komplektiga. Ja ega rohkematele korraga sellist asja õpetada ei saagi, lihtsalt ei jõua kõiki juhendada.

Komplektid tulevad esialgu kohvrites, kuid kuna kasutame täiendavaid vahendeid ning ribakaablite pidev kokku- ja lahtiühendamine kulutaks neid liigselt, hoiustame komplekte kokku ühendatuna kapis riiulitel. Õpilased saavad tunni alguses sealt komplekti ise võtta, arvutiga ühendada ja toimetama hakata. Tunnis on alati konkreetne teema, näiteks räägime mõnda tüüpi anduritest või hoopiski servomootoritest. Alati teeme teoreetilise sissejuhatuse, kuidas asi töötab, missugune on seos füüsika ja matemaatikaga. Seejärel toimub praktiline programmeerimise pool, kuidas vahendit programmeerida ja kasutada.

Kolm intensiivset tundi korraga

Kuidas valikaine õppeaasta peale ära jaotada, oleme katsetanud nii ja naa. Eelmisel aastal jõudsime senise parima mudelini, robootika valikaine toimus kolmandiku õppeaasta jooksul. Tunnid olid kord nädalas. 45 minutit enne õhtusööki (Nõo Reaalgümnaasiumis on valdavalt õpilaskodus elavad õpilased) tegin teoreetilise ülevaate, pärast õhtusööki toimus 2x45 minutit praktiline osa. Kokku kolm intensiivset tundi korraga ühel päeval. See toimis hästi, sest kui on korraga ainult 45 minutit, kulub suur osa komplekti välja võtmisele ja tagasi panemisele. Ka ei tohiks tundidele väga pikad vahed sisse jääda, sest programmeerimise osa kipub muidu meelest minema, väljaspool tunde õpilased sellega enamasti kokku ei puutu.

Nõue õpilastele on, et nad peavad kõikide teemadega tutvuma ning neid ka praktikas rakendama ja oma tulemused ette näitama. Valikaine on arvestuslik ja eeldab edukaks läbimiseks kõigi praktiliste tööde juhendajale esitamist. Kõige paremini õpibki nii, et robot lõpuks tõesti liikuma saadakse ja tekib teatav eduelamus. Saad pooleldi liikuma, saad kolme – sellist hindamismudelit ma ei rakenda. Pigem tuleb suunata õpilased ikka murekohtadest õppima ja lõpuni välja minema.

Probleemid Robootika Kodulabori kasutamisel

Robootika Kodulabori programmeerimiskeelena kasutatakse C-keelt, mis oma olemuselt on keerulisem kui meil tavatundides õpitav Python. Suuremad raskused õpilaste jaoks tulenevadki sellest, et robootikatunni keel erineb teiste tundide keelest. Ideaalse lahendusena peaks enne robootikat tegema eraldi lühikese C-keele kursuse, kuid selleks kahjuks ressurss puudub.

Kaheksa komplekti on seni enam-vähem terveks jäänud, isegi valesti ühendamiste ja lühiste peale on komplektid jätkuvalt elus. Suur probleem on sellega, et Kodulabori ametlik tarkvaralahendus ei ole kuigi stabiilne. Oleme kurja vaeva näinud, et loodud programme komplektile peale laadida. Lõpuks koostasin ise arenduskeskkonna, millega programme kirjutada ja neid mikrokontrollerile laadida ja olemegi selle juurde jäänud. Olukord on läinud siiski paremaks ka ametliku tarkvaraga, mõned aastad tagasi ei saanud ma seda meie arvutites üldse käima, nüüd toimib enam-vähem probleemideta. Küll aga on enda koostatud minimalistlik lahendus siiski õppetöös end paremini õigustanud ja jätkuvalt kasutusel.

Ainetevaheline lõiming

Robootika on juba oma olemuselt võrdlemisi rakenduslik valdkond, mis tugineb eelkõige matemaatikale, füüsikale ja teistele loodus- ja reaalteadustele. Lõiming üldhariduskoolis võiks toimuda kindlasti füüsikaga, näiteks selgitades ja iseloomustades andurite tööpõhimõtteid või arvutades mootorite puhul, kui suurt jõudu need rakendada suudavad ja millise roboti puhul neid kasutada saab.

Programmide kirjutamine põhineb loogikal ja matemaatikal. Komplekte saab kasutada ka kui andmekogujad ja teha mõõtmisi näiteks loodusainetes. Lõpuks ei keela keegi tegemast robotite abil ka kunsti ja nii varieeruvadki lõiminguvõimalused üsna laias spektris.