Dołącz do czytelników
Brak wyników

Pomysł na lekcję

24 maja 2022

NR 55 (Maj 2022)

Jak połączyć matematykę z programowaniem? Przykłady lekcji ze Scratchem i robotem Photon

0 292

Połączenie matematyki i programowania to jedna z wielu propozycji uatrakcyjnienia zajęć matematyki. Rozsądne i celowe wykorzystanie programowania na lekcjach matematyki będzie rozwijać u uczniów umiejętność rozumowania oraz wspierać ich w doskonaleniu umiejętności matematycznych.

Zarówno matematyka, jak i programowanie wymagają od uczniów podobnych kompetencji, takich jak: umiejętność logicznego myślenia, dążenie do zrozumienia postawionego problemu i jego rozwiązania, odporność na niepowodzenia oraz umiejętność uczenia się na własnych błędach. Obie dziedziny uczą analizowania problemu, projektowania sposobu jego rozwiązania oraz sprawdzania poprawności znalezionego rozwiązania.
Wykorzystanie robota na lekcji matematyki w szkole podstawowej zwiększa zaangażowanie uczniów w doskonalenie matematycznych umiejętności. Dodatkowo na takich lekcjach pojawia się element rywalizacji. W tym wypadku rywalizacja między zespołami działa na uczniów motywująco. Każdy zespół chce, aby ich robot był najlepszy, aby najlepiej i najszybciej wykonał zadanie. Uczniowie sami z siebie będą wielokrotnie poprawiać swoje błędy, aż robot wykona zadanie bezbłędnie. Popełnione przez uczniów błędy są zatem dla nich doskonałą sytuacją edukacyjną, ponieważ uczniowie w naturalny sposób uczą się na swoich błędach. Są one okazją do zastanowienia się nad nimi w celu ich eliminacji i poszukania prawidłowego rozwiązania. W ten sposób uczniowie doskonalą i rozwijają umiejętność logicznego myślenia, cierpliwość oraz odporność na niepowodzenia. Pojawiający się błąd nie zniechęca ich do dalszej pracy. Wręcz przeciwnie. Uczniowie chcą go jak najszybciej wyeliminować, a to uruchamia u nich tak pożądany przez nauczycieli proces myślowy.
Scratch nie jest dla uczniów wielkim problemem, ponieważ już w klasach 1–3 uczą się programować w tym języku, a umiejętności te są rozwijane na zajęciach z informatyki na drugim etapie edukacyjnym. Poza tym wystarczą im nawet podstawowe umiejętności programowania w tym języku, aby napisać program sterujący robotem Photon (ryc. 1). Dodatkowo uczniowie zauważają, że programowanie nie jest już celem samym w sobie, lecz może służyć do rozwiązywania problemów z innych dziedzin, a przy tym nudne ćwiczenia matematyczne stają się dużo atrakcyjniejsze. Wykorzystanie elementów programowania w Scratchu pomaga uczniom zrozumieć matematykę, w sposób intuicyjny wykorzystują swoją wiedzę matematyczną. Natomiast element zabawy wielu uczniom pozwala przełamać lęk i negatywne nastawienie do nauki tego przedmiotu.
 

POLECAMY

Ryc. 1. Robot Photon


Scratch to popularna w szkołach aplikacja umożliwiająca wizualne programowanie za pomocą bloczków. Dużą zaletą oprogramowania jest łatwość obsługi jego interfejsu oraz dostęp do wielu funkcji dodatkowych. Między innymi za pomocą Bluetooth uczniowie mogą łatwo połączyć się i sterować robotem Photon. Nie jest to trudniejsze niż sterowanie duszkiem w programie Scratch. Możliwe jest to dzięki temu, że Scratch 3.0 został rozszerzony o zestaw bloczków do wydawania poleceń Photonowi oraz o zestaw bloczków do interakcji robota z otoczeniem poprzez zestaw czujników, w które został on wyposażony. 

Nauczyciel, który chciałby wykorzystać na swoich zajęciach robota w połączeniu z programowaniem w Scratch, potrzebuje oczywiście robotów Photon oraz dostępu do komputera lub komputerów z zainstalowaną aplikacją Photon Magic Bridge oraz adaptera Magic Dongle, który umożliwia nawiązanie łączności między robotem i komputerem. Dzięki temu uczniowie mogą sterować robotem z wykorzystaniem aplikacji Scratch.

Nauczyciel może w różny sposób organizować lekcję matematyki z wykorzystaniem robota Photon i Scratcha, w zależności od posiadanej ilości robotów i dostępu do komputerów:

  • W najprostszej sytuacji, gdy nauczyciel dysponuje tylko jednym robotem i jednym komputerem z zainstalowaną aplikacją Photon Magic Bridge i adapterem Magic Dongle, program sterujący robotem nauczyciel tworzy z całą klasą. Natomiast ćwiczenia matematyczne uczniowie wykonują w zespołach lub indywidualnie, ale za każdym razem inny uczeń steruje robotem. 
  • Najbardziej pożądaną sytuacją jest ta, w której nauczyciel dysponuje kilkoma robotami i taką samą liczbą komputerów z potrzebnym wyposażeniem. Wtedy każdy zespół uczniowski otrzymuje dostęp do jednego robota i jednego komputera. Taka organizacja pracy sprzyja współpracy, zespołowemu rozwiązywaniu problemów oraz uczeniu się na błędach. 
  • Może również wystąpić sytuacja, w której nauczyciel dysponuje tylko jednym komputerem z potrzebnym wyposażeniem i kilkoma robotami Photon. I tutaj można zorganizować pracę zespołową, gdyż zainstalowana na komputerze aplikacja Photon Magic Bridge umożliwia zaprogramowanie do ośmiu robotów jednocześnie.

Bez względu na sposób pracy na lekcji z robotami jest on dla uczniów atrakcyjny i wzmacnia ich zaangażowanie. Wszystko zależy od pomysłowości i kreatywności nauczyciela. Nauczyciel, który nie chce poświęcać zbyt dużo czasu na lekcji matematyki na programowanie, może poprosić, aby uczniowie w domu opracowali pomysł na stworzenie programu sterującego robotem, a na lekcji wprowadzili swój pomysł w życie. Odpadnie etap zastanawiania się i poszukiwania pomysłu na zbudowanie programu.
Poniżej przedstawiam trzy propozycje wykorzystania robota Photon i języka Scratch w doskonaleniu umiejętności matematycznych uczniów w szkole podstawowej.

Przykład 1. Matematyczne zawody w odejmowaniu liczb całkowitych
W tej propozycji celem lekcji jest:

  • doskonalenie rachunku pamięciowego w zakresie odejmowania liczb całkowitych,
  • dokonywanie analizy problemu i projektowanie sposobu jego rozwiązania w postaci algorytmu,
  • przełożenie opracowanego algorytmu na język Scratch, czyli stworzenie programu z wykorzystaniem poleceń sterujących robotem Photon.

Do realizacji zajęć będą potrzebne:

  • roboty Photon,
  • laptopy lub komputery stacjonarne z adapterem Photon Magic Dongle i oprogramowaniem Photon Magic Bridge,
  • taśma malarska lub inna taśma papierowa, która będzie wyznaczać linię startu dla robotów.

Przebieg głównej części zajęć:

  1. Podział klasy na zespoły. Każdy zespół otrzymuje jednego robota Photon i komputer z oprogramowaniem Photon Magic Bridge oraz adapterem Photon Magic Dongle.
  2. Przedstawienie problemu. Nauczyciel informuje uczniów, że odbędą się zawody w rachunku pamięciowym w zakresie odejmowania liczb całkowitych z wykorzystaniem robotów Photon. Prosi uczniów, aby w zespołach opracowali w Scratchu grę, która będzie sprawdzać ich umiejętności w zakresie odejmowania liczb całkowitych. Dodatkowo gra musi wykorzystać robota Photon, który będzie reagował na poprawną lub błędną odpowiedź. W przypadku udzielenia prawidłowej odpowiedzi robot ma się przesunąć do przodu o 10 cm oraz zareagować zmianą koloru (np. na zielony) i okrzykiem radości. Natomiast w przypadku udzielenia błędnej odpowiedzi robot powinien zmienić kolor na czerwony i wydać okrzyk zawodu. Ponadto nauczyciel ustala liczbę przykładów, która musi pojawić się w trakcie jednej rozgrywki.
  3. Praca w zespołach nad projektowaniem gry. Ten etap kończy się testowaniem poprawności działania gry i wprowadzeniem ewentualnych poprawek. Nauczyciel w tym czasie pełni rolę konsultanta, który wspiera uczniów, ale nie podaje gotowych rozwiązań. 
  4. Nauczyciel za pomocą taśmy wyznacza na podłodze linię startu dla Photonów.
  5. Zespoły ustawiają swoje roboty na linii startu. Członkowie zespołu ustawiają się w rzędzie za swoim robotem (ryc. 2.). Pierwszy uczeń w każdym z rzędów na znak nauczyciela uruchamia program i odpowiada na pierwsze pytanie. Po udzielonej odpowiedzi przekazuje komputer kolejnej osobie w rzędzie, a sam przechodzi na koniec kolejki. Czynności te uczniowie powtarzają aż do zakończenia rywalizacji.
     
    Ryc. 2. Ustawienie robotów i uczniów na linii startu

     
  6. Wygrywa ten zespół, którego robot pokona najdłuższą trasę, czyli będzie znajdował się najdalej od linii startu.

Opracowanie programu realizującego taką grę nie jest dla uczniów trudne, gdyż na zajęciach informatyki uczniowie uczą się tworzyć tego typu programy. Przykładowy program, który mogą stworzyć uczniowie, przedstawia ryc. 3.
Po drobnej modyfikacji program można wykorzystać również do doskonalenia rachunku pamięciowego w innych zakresach, np. dodawania, mnożenia lub dzielenia liczb całkowitych, sprawdzania znajomości tabliczki mnożenia, potęgowania liczb, obliczania wartości pierwiastków, obliczania pola powierzchni wybranego wielokąta itp.
 

Ryc. 3. Przykładowy program realizujący grę z przykładu 1


Przykład 2. Największy wspólny dzielnik
Celem lekcji jest:

  • doskonalenie umiejętności wskazywania wspólnych dzielników dwóch liczb naturalnych oraz wyznaczania największego wspólnego dzielnika dwóch liczb naturalnych,
  • stworzenie w Scratchu programu sterującego robotem Photon za pomocą klawiszy.

Do realizacji zajęć będą potrzebne:

  • roboty Photon,
  • komputery z adapterem Photon Magic Dongle i oprogramowaniem Photon Magic Bridge,
  • dwa koszyki z zestawami liczb do losowania (tabela 1 i tabela 2),
     


     
  • mata edukacyjna z przyklejonymi do niej karteczkami z liczbami od 1 do 24 (ryc. 4.) lub własnoręcznie przygotowana plansza, po której będzie poruszał się robot.

     
    Ryc. 4. Plansza dla Photona do przykładu 2

Przebieg zajęć w głównej części:

  1. Podział klasy na zespoły. Każdy zesp...

Pozostałe 70% treści dostępne jest tylko dla Prenumeratorów

Co zyskasz, kupując prenumeratę?
  • 6 wydań czasopisma "Matematyka"
  • Dostęp do wszystkich archiwalnych artykułów w wersji online
  • Możliwość pobrania materiałów dodatkowych, testów i zadań
  • ...i wiele więcej!
Sprawdź

Przypisy