A fizika kerettanterv valamennyi témakör esetében a nevelési fejlesztési célok között kiemeli a jelenségek megismerését a természet megfigyelésén keresztül, a csoportokban végzett kísérletezés és a jegyzőkönyv készítés fontosságát.

Az Abacusan – ArTeC Robotist pedagógiai eszközcsomag használatával az alább felsorolt témakörök esetében az éppen tanult témakörhöz kapcsolódó robotika feladat megoldásán keresztül szereznek a tanulók tapasztalatot. A feladat megoldása során a tanulók megismerik a tervszerű megfigyelés, mérés és kísérletezés, az eredmények ábrázolásának és elemzésének módszereit és fontosságát.

Az alább felsorolt témák mellett az érzékelők használatakor kísérletezéssel megismerkednek a  kalibrálás és mintavételezés folyamatával, találkoznak a mérési hiba lehetőségével, és tapasztalatot szereznek a mérési hibahatár meghatározásában, a megfelelő mérési értékhatár beállításában. A robotok felépítése során tapasztalatot gyűjtenek a fogaskerekekről, fogaslécekről, az erőkarokról, súlypontról stb.

Az eszközcsomag használatával  informálisan a tanulók matematikai kompetenciái is fejleszthetők. A mérések, megfigyelések eredményei matematikai formulák útján kerülnek be a robotok programjába, így a feladatok megoldása segíti összekapcsolni a tapasztalatokat a matematika fogalomrendszerével, elmélyíti a matematikai jelrendszer használatát.

A tanulási folyamat játékos formában zajlik, a tanulók megélik az alkotás és a siker élményét is. A robotok működését megfigyelve azonnali visszacsatolást kapnak munkájukról.

A csomag a következő témakörök tanításához biztosít tanulási egységeket:

Az alkalmazott konstrukciós és robotika készlet

Az alkalmazott Abacusan – ArTeC Robotist készlet grafikusan programozható, számos motorral, érzékelővel, LED-del, hangjelzővel felszerelhető robotjával , gyorsan építhető, színes építőkészletével, fogaskerekeivel, különböző átmérőjű kerekeivel kiválóan alkalmas a fizika tanításába iktatott, azt támogató robotika feladatok megoldásához.

A kísérleti robotok megépítését – 20 különböző színű, 7 különböző csatlakozási lehetőségű – építőkockák, nagy méretű építőpanelek, fogaskerekek, fogaslécek, forgótengelyek, kerekek, csúszdák segítik. A készletet 7 féle (nyomás-, hang-, fény-, hőmérséklet -, infravörös-, ultrahangos távolságmérő, infravevő) érzékelővel ajánljuk. A felsorolt érzékelők használatával a robotok  nyomógomb benyomására, hang-, fényerő -, hőmérséklet  változásának hatására, tárgyhoz közeledve vagy sötét-világos felületet megkülönböztetve vezérelhetők.

A készlethez 4 különböző színű LED  és hangjelző tartozik.

Különösen vonzó lehet a készlet azoknak a gyermekeknek, akik szeretnek a Minecrafttal játszani, mivel a sok színes kockából kirajzolódó felület a Minecraft-hoz hasonló látványt nyújt. Amennyiben az iskola oktatási célra használja a Minecraft-ot, a két féle digitális pedagógiai eszköz jól összekapcsolható a tanítási folyamat során.

A készlet gyártója az ArTeC Co. Ltd, amely Japán több mint 50 éves múltra visszatekintő, legnagyobb taneszközgyártó és -forgalmazó cége. Termékeik a világ 65 országának oktatási piacain lelhetők fel. Az ArTeC Robotist robotika oktató készlet igen elterjedt Ázsia fejlett és feltörekvő informatikai oktatást nyújtó országaiban: Japánban, Taiwanon, Szingapúrban, Dél-Koreában, valamint Ausztráliában, de Európában sem ismeretlenek: Magyarországon kívül Nagy-Britanniában, Spanyolországban, Szlovákiában is egyre szélesebb körben használják. A Sony 2017-ben piacra dobott, dizájn díjas KOOV nevű oktatórobotját az ArTeC céggel együttműködésben, a Robotist készlet elemeit és építőkészletét felhasználva alkotta meg.

A robotok programozása

A készlet programozására felső tagozaton egy Scratch alapú programozási környezet áll rendelkezésre. A programozási környezet ingyenesen letölthető, és a folyamatos frissítés is megoldott.

A grafikus felület ikonjai, blokkjai önmagukért beszélnek – így, bár a programfelület jelenleg csak angol nyelven érhető el, a gyermekek számára nem okoz problémát a nyelvi közeg.

A Scratch alapú, grafikus programozási felületen a fő szerep az algoritmikus gondolkodásé: a felület különböző színekkel és formákkal jelölt, különböző funkciójú elemeivel az algoritmust építik föl a gyermekek. Ennek a programozási környezetnek az elsajátítása és használata is nagyon egyszerű, a pedagógus részéről alapvető számítógép használati ismereteken felül előképzettséget nem igényel. A programozási felület használatára sajátélmény alapú továbbképzés keretében készítjük fel a pedagógusokat.

Az Abacusan – ArTeC Robotist pedagógiai eszközcsomag támogatja az aktív tanulást, a csoportmunkát, a projektmódszer alkalmazását. A tanulók 2-3 fős csoportokban, robotok használata, programozása útján dolgozzák fel a fent felsorolt témaköröket. Munkájukat feladatlapok segítik, amelyek egyúttal a jegyzőkönyvezésben is irányt mutatnak.

A program valamennyi témakörhöz a differenciálást, tehetséggondozást, az érdeklődő tanulók műszaki-informatikai pályaorientációját segítő elágazásokat, gazdagító feladatokat is tartalmaz.

Az Abacusan – ArTeC Robotist pedagógiai eszközcsomag a következő támogatást nyújtja a tanórai kísérletezéshez:

• Megvalósítandó robotika feladat, amelynek megoldásához az adott témakörrel kapcsolatos megfigyelések, mérések szükségesek
• Megépítendő robot javaslata, összerakási útmutató. Ettől természetesen el lehet térni, a robot megjelenésében a tanulók egyedi ötleteit be lehet vonni – az élményszerűség erősítése érdekében.
• Feladatlap, amely a robottal és hagyományos eszközökkel történő megfigyelési, mérési feladatokat, rövid elméleti magyarázatokat, ábrákat, digitális tudásbázisokra mutató hivatkozásokat tartalmaz.
• A feladatlap egyben jegyzőkönyv is, amely így a megfigyelések lejegyzésében irányt mutat a tanulóknak.
• A differenciálást, tehetséggondozást, az önálló ismeretszerzést támogató ötletek, feladatok, elágazási lehetőségek.

Programozási kártyák, amelyeken a robot megépítéséhez szükséges rajzos segítség (például: hogyan kell a robotra csatlakoztatni a motort, az érzékelőt) és programozási ötletek szerepelnek. Az ötletek fel használásával, összefűzésével a gyermekek könnyen elkészíthetik saját programjukat. (Az alábbi kártyán lévő program szerint pl. a robotra épített szervomotor a fényérzékelő eltakarásakor felemelkedik, majd egy mp után visszatér a kiindulási helyzetbe).

A gyermekek a tervezés és a megvalósítás során is csoportban dolgoznak, ami az együttműködés, munkamegosztás, érvelés és konszenzuskeresés terén fejleszti személyiségüket. A tervezés és a megvalósítás folyamatában ötleteiket, megoldási javaslataikat meg kell vitatniuk, saját elképzeléseik mellett érvelniük kell, majd konszenzusra kell jutniuk a megoldást illetően. Ez érvelési technikájukat fejleszti, ugyanakkor mások szempontjainak mérlegelésére, elfogadására is készteti őket.

A működő robotokról videófelvételeket készítenek, amelyet a csoportok által kitöltött feladatlapokkal, a robotprogramokkal egy online portfóliókezelő felületre (például: padlet.com) feltöltve elkészül a közös munka munkanaplója. Az órai munkának ez a dokumentálása szintén a digitális kompetenciákat erősíti.

Egy-egy projekt időigénye a megépítendő robotok összetettségétől függően 1-2 tanítási óra. Ennek egy része (különösen az építés) történhet szabadidős programként is.

Az első projekt megkezdését megelőzően szükséges egy 6 órából álló bevezető foglalkozás sorozat megtartása. Ennek célja, hogy a gyermekek megismerkedjenek az Abacusan –  ArTeC Robotist készlet elemeivel: felfedezzék az építőelemeket, kipróbálják kapcsolódási  módjaikat, valamint megismerkedjenek a robot készlettel. A bevezető foglalkozások során célirányosan olyan feladatokat végeznek el, amely a projektek kivitelezéséhez szükséges alapismeretekkel vértezi fel őket.

Az ArTeC Robotist robotika készlet grafikusan programozható, számos motorral, érzékelővel, lámpácskával, hangjelzővel felszerelhető robotjával és gyorsan építhető, színes építőkészletével kiválóan alkalmas a felső tagozatos korosztály kreativitásának, térlátásának, mechanikai ismereteinek fejlesztésére, a tantárgyközi projektek megvalósítására. Kísérletezésre, kutatásra sarkallja a gyermekeket. Eközben megalapozza vagy továbbfejleszti programozási ismereteiket, fejleszti logikus, algoritmikus gondolkodásukat, elmélyíti matematikai ismereteiket.

A készlet alkotóelemei

Studuino programozható tégla

Ez a programozható tégla egy, az elektronikában rendkívül elterjedt, Arduino Uno alaplapot tartalmaz. Átlátszó burkolatának köszönhetően a gyermekek „a dobozon belülre” is látnak, látható a nyomtatott áramkör, az alkatrészek, csatlakozók.

Áramellátás

3 db ceruzaelemmel működik, rendkívül takarékosan. Egy elemkészlet igen hosszú ideig elég.

Kapcsolat a számítógéppel

A számítógépen megírt program szabványos mini USB kábellel tölthető le  a robotra.

Perifériák

A téglán 8 input/output, 2 analóg motor, 8 szervomotor port és 4 nyomógomb található.

Egyszerre összesen akár 8 input/output elemet (érzékelőket, nyomógombokat, LED -eket, hangjelzőt) és akár 8 motort képes kezelni.

DC motor	Szervó motor	Nyomógomb (Touch sensor)	Hangérzékelő (Sound sensor)
Hangjelző (Buzzer)	Lámpácska (LED)	Infravörös érzéklő (IR photoreflector)	Fényérzékelő (Light sensor)
Ultrahangos távolságmérő (Ultrasonic)	Hőmérséklet érzékelő (Temperature sensor)	Infra-vevő (IR reciever)

Motorok

A DC (analóg) motorok a folyamatos forgómozgás alkalmazását teszik lehetővé. A motor forgásának iránya, sebesség és ideje állítható. Csatlakoztathatók hozzá kerekek, fogaskerekek, vagy bármilyen építőelem.

A szervomotorok esetében 0–180° közötti elfordulás állítható be. A mozgásuk sebessége állítható. Több irányban csatlakoztathatók az építőelemekhez, így sokféle mozgás állítható elő.

További infrastrukturális elemek

Az eszközcsomag pedagógiai céljainak megvalósítása érdekében 2-3 tanulónként 1 db Abacusan – Ar-TeC Robotist készlet, valamint egy PC/laptop biztosítása szükséges. Amennyiben a számítógépeket nem az asztalon helyezik el (például a földön), akkor készletenként egy db USB hosszabbító is szükséges.

A számítógép minimális követelményei szempontjából a Műszaki és Módszertani útmutatóban megjelöltek szerinti minimum követelményeknek megfelelő gépek a robotika oktatás céljára is megfelelnek.

Bár a robotika eszköz igen takarékosan (3 db AA ceruzaelemmel igen hosszú ideig) működik, környezetvédelmi és hosszú távú költségtakarékossági megfontolásból javasoljuk készletenként 3 db + összesen 9 db tartalék újratölthető AA akkumulátor és hozzájuk tartozó töltők beszerzését.

Tanulócsoportonként egy db projektor és tábla/interaktív tábla, valamint egy nyomtató szükséges a hatékony munkához.

A dokumentáláshoz, a tanulói portfóliók elkészítéséhez szükséges 1 digitális fényképezőgép vagy fényképezésre alkalmas tablet.

Szükséges egy minimum 75 × 150 cm területű, világos színű asztalfelület.

Megoldandó az eszközök elzárása olyan módon, hogy a félkész modellek egyben elhelyezhetők legyenek (például: minimum 60 × 75 cm alapterületű, minimum 4 polcos, zárható szekrény)

Fejleszthetőség és támogatás

A beszerzett robotika készletek mind robotikai eszközökkel, mind építő elemekkel bővíthetők a későbbiekben is, elérhető áron. Az ArTeC Co. Ltd. folyamatosan fejleszti mind az eszköz készletet (új érzékelők, kijelző egységek, stb.), mind pedig a programozási környezetet. Az új program verziókat szintén ingyenesen hozzáférhetővé tesszük a programban részt vevő iskolák számára. Az új verziók megjelenéséről tájékoztatjuk a partnerintézményeket, és szükség esetén támogatást nyújtunk a telepítés, használatba vétel során.

Az Abacusan – ArTeC Robotic programot alkalmazó pedagógusok tanfolyamon kezdik meg a felkészülést a csomag alkalmazására.

Az Abacusan Stúdió Nemzeti Tehetség Program támogatásával kialakított gyakorlatorientált, sajátélmény alapú továbbképzésén a robotika alapjaival, a programozási környezettel, a tematika alkalmazása során felmerülő elágazási, differenciálási lehetőségekkel ismerkednek meg a pedagógusok.

A továbbképzés során végig haladunk a csomag részét képező projekteken, így a felkészülés során a résztvevő pedagógusok saját tapasztalatot szereznek a robotok programozásában, egyúttal megtapasztalják a módszertani megközelítést, emellett foglalkozunk az építés és a programozás során tipikusan felbukkanó hibalehetőségekkel, a gyerekek visszatérő problémáival és a tantárgyi koncentráció lehetőségeivel is.

A továbbképzés 30 órás, akkreditációja folyamatban van.

A 30 órából 15 kontakt óra. Ezek elosztása lehet 3 × 5 vagy 5 × 3 óra, a résztvevők számára kényelmesebb módon. A kontaktórák helyszíne Budapest, az Abacusan Stúdió Bemutató és Képző Központja.

A képzés fennmaradó 15 óráját részben e-learninges tananyag feldolgozásával, részben online videokonferencia során (például: Skype) teljesíthetik a pedagógusok.

Partneriskoláink tanárainak munkáját a felkészítő továbbképzést követően folyamatos konzultációkkal, mentorálással segítjük.

Ez a támogatási tevékenység nem szűnik meg a pályázati projekt befejeztével. Célunk egy hosszú távon együttműködő, egymást támogató, ötleteiket, problémáikat és jógyakorlataikat megosztó pedagógus közösség létrehozása. Ennek érdekében online felületet hozunk létre, valamint a pilot időszakban (projekt első fél éve) 2 havonta, a későbbiekben félévente workshopot rendezünk.

Nemzetközi alkalmazási tapasztalatok

Az ArTeC Robotist készletek használata ma elsősorban a Távol-Keleten, illetve Délkelet-Ázsiában (Japán, Szingapúr, Dél-Korea, Taiwan) és Ausztráliában elterjedt, ahol az informatikai oktatásra és a felnövekvő generáció digitális felkészítésére igen nagy hangsúlyt fektetnek.

2015 áprilisa óta működik egyre bővülő hálózatával az ArTeC Co . Ltd. által életre hívott Edison Academy – Robot programming school, amelynek ma már több mint 600 iskolai és iskolán kívüli tanítási helye működik Japánban.

A japán oktatási óriás, a Gakken több mint 300 programozó kurzusán szintén az ArTeC eszközöket és tematikát használja. További szervezetek elérhetőségei, amelyek ezekkel a készletekkel dolgoznak:

• Hong-Kong
• Szingapúr
• Fülöp-szigetek
• Ausztrália
• Taiwan

Hazai alkalmazási tapasztalatok

Az Abacusan Stúdió partneriskoláiban, Magyarországon is egyre több helyen alkalmazzák az ArTeC Robotist készleteket:

• Rákospalotai Meixner Általános Iskola, Budapest
• Zipernowsky Károly Általános Iskola, Budapest
• Kispesti Gábor Áron Általános Iskola, Budapest
• Endre király Általános Iskola, Tiszavárkony
• Gubányi Károly Általános Iskola, Pilis
• Széchenyi István Általános Iskola, Tiszaújváros
• Schéner Mihály Általános Iskola, Medgyesegyháza
• Göőz József Általános Iskola, Aszaló
• Weöres Sándor Általános Iskola és Gimnázium, Budapest
• Leövey Klára Gimnázium, Budapest

Az érdeklődők  további részleteket tudhatnak meg, ha követik ezt a hivatkozást.