Teberia: Robotyka dla siedmiolatków

Nic nie zniechęca bardziej do nauki, niż nuda. Twórcy innowacyjnych programów edukacyjnych doskonale rozumieją, że najlepsza i najwydajniejsza nauka prowadzi poprzez zabawę.

Piotrek i Kacper siedzą przy swoim biurku, Tomek i Kuba zaraz obok. Chwila ciszy i skupienia, szepty, na chwilę wybuchają głośne rozmowy. I potem znowu chwila ciszy, w głowach burza myśli. Co zrobić, żeby robot był silniejszy i zwinniejszy? Jakie podwozie zastosować, kołowe czy gąsienicowe? Robot z przełożeniem redukcyjnym szybko przyśpiesza, ale osiąga małą prędkość maksymalną. Jeżeli będzie duże przełożenie, robot będzie się wolno ruszał, ale na końcowym dystansie pojedzie szybciej. Trzeba ryzykować, próbować. Przeprowadzić testy. Gotowe. Jedzie bardzo szybko, ale nie skręca. Dlaczego? Może to z powodu sztywnej tylnej osi? Rozwiązanie – trzeba zastosować dyferencjał! Działa. Czas na najprzyjemniejsze – wyścig. Emocje sięgają zenitu.

Piotrek ma lat 11, Kacper 8, Tomek 11, a Kuba 7 lat. Dziś budowali autoboty, za nimi sumoboty (roboty, które naśladują zawodników sumo), a w perspektywie robot, który samodzielnie pokona labirynt, będzie sprzątał klocki, i wreszcie końcowy i jednocześnie najważniejszy, ten który z dumą zaprezentują rodzicom na otwartym pokazie.

Chłopcy uczestniczą w wakacyjnych warsztatach RoboCAMP – pięciodniowych zajęciach podczas, których dzieci uczą się projektować, budować i programować roboty. Pomysł jest w gruncie rzeczy prosty: budowanie z uwielbianych przez dzieci klocków Lego, do tego rywalizacja, a niemal przy okazji mocna dawka zagadnień z informatyki, robotyki i matematyki.

Efekt jest również nieskomplikowany – odpowiedź na pytanie dlaczego chłopcy chcą spędzać cenne wakacyjne godziny (8h dziennie!) właśnie na warsztatach RoboCAMP jest krótka: bo jest fajnie. Fajnie, pomimo że właśnie uczyli się programowania, po raz kolejny pracowali na zmiennych, algorytmach, poznawali takie informatyczne pojęcia jak pętle, czy instrukcje warunkowe, uczyli się podstaw konstrukcji maszyn, fizyki, matematyki, a także metod efektywnej pracy i współpracy. Z ich perspektywy przede wszystkim jednak doskonale się bawili.

RoboCAMP działa w kilku miastach w Polsce, a w ramach programu organizowane są zajęcia semestralne, a także warsztaty wakacyjne i zimowe. Każdego dnia mali konstruktorzy poznają nowe instrukcje programistyczne, nowe rozwiązania konstrukcyjne, a co najważniejsze zdobytą wiedzą od razu wykorzystują w praktyce, tworząc samodzielnie zaprojektowanego robota. Wynikiem każdego ćwiczenia jest nowa konstrukcja, a z każdym kolejnym ćwiczeniem konstrukcje budowane przez dzieci są coraz bardziej skomplikowane. Na koniec powstaje robot, który budzi najwięcej emocji, czyli ten który zobaczą rodzice.

Piotrek i Kacper zbudowali robota-kelnera, który podaje klientowi kubek. Robot może obsługiwać trzech klientów. Siadam za stołem udającym bar i czekam. Jestem klientem nr. 2. Chłopcy programują swojego robota i ten rusza prosto do mnie, zatrzymując się 15 centymetrów przede mną. Podnoszę kubek i udaję, że piję zawartość. Odkładam kubek na platformę robota. Robot żegna się ze mną słowami „have a nice day” i precyzyjnie wraca do swojego punktu wyjścia po drugiej stronie stołu. Może teraz ruszyć do klienta 1 lub 3.

Tomek i Kuba skonstruowali robota vendingowego, który wydaje umowną Fantę i Sprite, pod postaciami żółtych i zielonych kulek. Wciskam swoje zamówienie – dwa razy Fanta. Po chwili wypadają dwie żółte kulki.

To już skomplikowane konstrukcje, które są efektem nauki poprzez wszystkie poprzednie dni pracy. Roboty konstruowane są z klocków Lego Mindstorms NXT, które są doskonałą zabawką edukacyjną, łączącą w sobie uroki tradycyjnych  klocków z wyzwaniami XXI wieku.

Zestawy wyposażone są w elementy umożliwiające skonstruowanie robotów, które potrafią poruszać się i komunikować z otoczeniem. Sercem systemu jest programowalna za pomocą komputera „kostka” NXT, wyposażona w 32-bitowy procesor oraz cztery porty wejścia i trzy wyjścia do komunikacji z sensorami oraz innymi urządzeniami. W zestawie są także czujniki koloru, ruchu, dotyku i wiele innych elementów potrzebnych do ożywienia robota z klocków. Konieczne jest także oprogramowanie, dołączone do zestawu klocków. Dzieci pracują w prostym i kolorowym środowisku graficzno-tekstowym. Jednocześnie program daje wiele możliwości nieco bardziej zaawansowanym użytkownikom. Na przykład - przez cały semestr korzystają z niego studenci mechatroniki na krakowskiej Akademii Górniczo-Hutniczej.

Mały chemik i mały inżynier

Nic nie zniechęca bardziej do nauki, niż nuda. A jak wiadomo, dzieci można znudzić bardzo szybko. Twórcy innowacyjnych programów edukacyjnych doskonale rozumieją, że najlepsza i najwydajniejsza nauka prowadzi poprzez zabawę. W ten sposób maluch, który na co dzień w szkole wydaje się mało zainteresowany tym co nauczyciel pisze na tablicy, na warsztatach np. z robotyki odżywa i wykazuje się ogromną kreatywnością.

Innowacyjne podejście do nauki dzieci nie jest tylko jednym z marketingowych pomysłów twórców gier edukacyjnych, czy projektów typu RoboCamp. Na wzrost efektywności zabawy poprzez naukę wskazują także badania naukowe.

Jak zauważają badacze, zabawa nie jest tak jak w przypadku dorosłego człowieka odskocznią od codziennych obowiązków, lecz istotą codziennego życia dzieci. Jest czymś niewymuszonym i naturalnym. Dlatego właśnie przez zabawę dzieci uczą się najłatwiej, bo bez wysiłku. Zabawa została nawet potraktowana przez Organizację Narodów Zjednoczonych jako specyficzne prawo dzieci, pomysł więc by wykorzystać ją do edukacyjnego rozwoju najmłodszych wydaje się wręcz oczywisty.

Do najważniejszych zalet zabawy należy to, że wpływa ona na wszechstronny rozwój dzieci. Jak zauważają autorzy na stronach Kanadyjskiej Rady ds. Uczenia się (Canadian Council on Learning), zabawa kształtuje podstawy wielu niezwykle istotnych umiejętności intelektualnych, społecznych, fizycznych jak i emocjonalnych. A co najważniejsze w naszej kwestii – toruje drogę do uczenia się. Pozwala na położenie fundamentów pod przyszłe, zaawansowane metody pogłębiania wiedzy. Uczy logicznego i matematycznego myślenia, oswaja z naukowym rozumowaniem i rozwiązywaniem naukowych problemów[1]. Z pewnością z tym wszystkim dzieci mają doczynienia właśnie podczas zabawy na zajęciach takich jak RoboCamp. Mowa tu o eksperymentowaniu, poszukiwaniu informacji, stawianiu i weryfikowaniu hipotez, eksploracji, a także definiowaniu, abstrahowaniu i wnioskowaniu. Dochodzi tu także kwestia konstruowania czegoś wraz z partnerem – to znów kształtuje postawę nastawioną na współpracę oraz umiejętność postępowania w taki sposób aby być społecznie akceptowanym. Do tego zabawy konstrukcyjne kształtują zmył estetyczny dziecka, jego poczucie ładu i celowości konstrukcji, a także jego zdolności sensoryczne i motoryczne[2].

Jak podkreślają naukowcy zabawa ma nie tylko wpływ na rozwój intelektualny młodego człowieka, ale także na jego relacje z otoczeniem. Dziecko poprzez zabawę realizuje swoje potrzeby interakcji z innymi ludźmi, ale także z szeroko rozumianym środowiskiem w którym żyje. Co więcej ,zaspokaja i rozwija swoje potrzeby poznawcze, które w późniejszym etapie życia mogą przerodzić się w prawdziwe naukowe pasje[3].

Innowacyjne podejście do nauki można znaleźć w wielu miejscach zarówno w Polsce, jak i za granicą. Jednym z przykładów jest poznańska firma Mały Inżynier, której misją jest zaszczepianie w dzieciach zamiłowania do nauk ścisłych. Na zajęciach maluchy poznają zagadnienia fizyki, matematyki i chemii ale poprzez eksperymenty. Mogą być odkrywcami, samodzielnie odkrywają zasady rządzące światem matematyczno-przyrodniczym. A tym samym je rozumieją. Wkuwanie już nie jest potrzebne.

Na warsztatach dowiadują się m.in. jak powstaje bateria elektryczna, maszyna parowa, czy oczyszczalnia ścieków. Dlaczego herbata zmienia kolor po dodaniu cytryny, jak działa woda utleniona, czym jest ogień? Dzieci znajdują odpowiedź na szereg z pozoru banalnych pytań, które otwierają im drogę do fascynującego świata nauki. Własnymi siłami budują fontannę, która sama tryska wodą, balon na gorące powietrze, katapulty, kryształy, czy też tworzą kolorowe drinki z cieczy o różnych gęstościach.

W krainę odkryć naukowych wprowadzają dzieci także zajęcia z elektroniki. Na warsztatach poznają elementy elektroniczne, podstawy programowania w języku C++, uczą się lutować układy elektroniczne, obsługi silników, serwomechanizmów, czy czujniki odległości, światła, koloru i wychyleń.

Wszystkie powyższe umiejętności to tylko wstęp, przedsmak przyszłych wielkich wyzwań naukowych. Przede wszystkim jednak to wprowadzenie dziecka we wspaniałą krainę odkrywania praw i zasad rządzących światem.

Lego-Logos

Nie tylko nauki ścisłe stają się dla dzieci bliskie poprzez zabawę. Może tak też być z filozofią. Mowa o warszawskim projekcie Logo-Legos (ΛΕΓΩ-ΛΟΓΟΣ^TM) Jarosława Spychały, który zaszczepia młodym ludziom umiejętność filozofowania, a także wprowadza w tajniki antycznej wiedzy filozoficznej. Punktem wyjścia jest lektura klasycznych tekstów filozoficznych, które następnie zostają zamienione przez dzieci na budowle z klocków Lego, obrazowane poprzez lepienie z gliny, czy malowanie. Analiza tekstów oraz budowli maluchów pozwala im zrozumieć zarówno myśl zawartą w tekście, jak i odnaleźć własną i twórczą jej interpretacje. Wśród czytanych na zajęciach tekstów znajdują się między innymi pisma Platona, Arystotelesa, Cycerona, Marka Aureliusza, a także Leonarda Da Vinci i Kartezjusza.

Jak czytamy na stronie internetowej Lego-Logos:

Nadrzędnym celem projektu jest rozwijanie naturalnych zdolności dzieci i młodzieży do filozofowania, kreatywnego myślenia, twórczości artystycznej, czytania ze zrozumieniem, logicznego wnioskowania, prowadzenia dialogu, a także zdolności lingwistycznych w przypadku dzieci, które uczestniczą w zajęciach w grupach międzynarodowych. (…)Ważnym celem projektu ΛΕΓΩ-ΛΟΓΟΣ^TM jest także umożliwienie spotkania dzieci i młodzieży różnych narodowości i kultur, aby na płaszczyźnie antycznej filozofii odnaleźć elementy wspólne dla swojego współczesnego sposobu myślenia i życia. Uczestniczenie w zajęciach sprzyja wzmacnianiu postaw otwartości i tolerancji na inność światopoglądową, narodowościową i kulturową, umożliwiając tym samym zbliżenie i wspólne działanie osób o różnym poglądzie, pochodzeniu i kulturze.

Jak widać  twórcze i niestandardowe podejście do nauki może być zastosowane w przypadku każdej dziedziny wiedzy, także w humanistyce. Wystarczy tylko w atrakcyjny sposób rozbudzić w dzieciach naturalne zdolności badawcze. Maluchy nie nudzą się w poszukiwaniu odpowiedzi na swoje pytania, o ile nie są zasypywane teorią „bez pokrycia”. Parafrazując znane powiedzenie – to właśnie praktyka czyni z nich mistrzów.

Wykorzystywanie innowacyjnych metod w nauce dzieci staje się coraz powszechniejsze i coraz bardziej dostępne dla wszystkich. Taką możliwość oferuje chociażby niedawno otwarte Centrum Nauki Kopernik w Warszawie, gdzie odbywają się liczne warsztaty dla najmłodszych. Eksperymenty i testy przeprowadzone pod czujnym okiem opiekunów pozwalają dzieciom odpowiedzieć na pytania takie jak: Skąd się bierze prąd? Dlaczego dmucha wiatr? Dlaczego w słuchawce telefonu słuchać osobę, która jest od nas bardzo daleko? Gdzie jest schowana muzyka na płycie CD? Co się dzieje ze śmieciami, które wyrzucamy do kosza? I o wszystkim dzieci mogą się przekonać niemalże na własnej skórze. Niebawem zostaną otarte laboratoria chemiczne, fizyczne, biologiczne i pracownia robotyczna.

Przez lata przekonywano nas, że poznajemy naukę w ławach szkolnych, na klasówkach, kolokwiach i egzaminach. Dziś wiemy już, że tą drogą zdobywamy zaledwie niewielki ułamek Wiedzy i Nauki. Resztę poznajemy sami, na własne życzenie, a często bez żadnego konkretnego powodu. Specjaliści nazywają to nauką nieformalną. W Centrum Nauki Kopernik nazywamy ją własnym poznawaniem świata. Rozwój technologiczny i łatwość, z jaką przekazujemy dziś informacje sprawiają, że dla pokoleń Twittera czy Facebooka własne poznawanie świata staje się najważniejsze. Warszawa podjęła wyzwanie przyszłości i sfinansowała budowę „Kopernika” - przekonuje prof. Łukasz Turski, przewodniczący Rady Programowej Centrum Kopernika.

W podobny sposób działa również krakowski Uniwersytet Dzieci, gdzie nie ma suchych wykładów, lecz zagadnienie teoretyczne jest od razu obrazowane na konkretnym przykładzie. Innowacje naukowe i eksperymenty i tutaj są doskonałym podorędzie, np. podczas wykładu o nadprzewodnikach nad biurkiem wykładowcy lewituje samochód-zabawka…

Nowe technologie za szkolną ławą

W dobie XXI wieku młodzi ludzie na co dzień mają doczynienia z najnowszymi technologiami. Sztuką jest więc nie to, aby ich z nimi zapoznać, lecz żeby zaprząc ich umiejętności np. komputerowe do pasji pogłębiania swojej wiedzy. Maluch uwielbia grać w gry komputerowe? Niech spróbuje jakąś zaprogramować (zajęcia z programowania gier komputerowych zostały np. wprowadzone w ubiegłym roku w szkockich szkołach).

Powoli staje się oczywiste, że standardowe, „analogiczne” metody nauki są dla dzieci coraz mniej przystępne. Dlatego też innowacyjne metody nauczania, jak i innowacje technologiczne powinny na dobre zagościć nie tylko na okazyjnych zajęciach dodatkowych, ale przede wszystkim w szkole, na co dzień.

[1] Dorota Konowrocka, Pozwólmy dzieciom bawić się: naturalne uczenie się w pierwszych latach życia,http://www.edukacjadomowa.pl/zabawa.html

[2] Aldona Krawczyk – Mil, Zabawa w rozwoju dziecka, Katowice-Łódź 2008,

[3] Anna Basińska, Aktywność poznawcza dziecka w przestrzeni edukacyjnej środowiska, Poznań 2010, https://repozytorium.amu.edu.pl/jspui/bitstream/10593/459/1/Anna_Basińska.pdf