Cum te ajută roboții să exersezi și să înțelegi matematica și fizica. Interviu cu Răzvan Bologa: În timp ce încerca să facă roboțelul să meargă pe o linie curbată, un elev începea, fără să știe, să înțeleagă derivata

Din 2023, practic, în aproape orice școală din România se va putea face robotică, măcar la nivel introductiv, spune Răzvan Bologa, profesor la Facultatea de Cibernetică din cadrul Academiei de Studii Economice (ASE) București și unul dintre inițiatorii opționalului “Robotica și Viața”, într-un interviu pentru Edupedu.ro, în care explică cum te ajută matematica, fizica și algoritmii să construiești un robot și pașii pe care trebuie să îi urmeze un profesor dacă vrea să predea opționalul “Robotica și Viața”.

“Robotica și Viața” este unul dintre cele 21 de opționale aprobate de Ministerul Educației pentru anul școlar 2023-2024 și se adresează elevilor de clasa a VI-a / a VII-a. “Acest opțional reprezintă un mare pas înainte pentru sistemul educațional din România. Lucrând cu roboți, elevii își pot dezvolta universul cognitiv combinând în mod transdisciplinar elemente de matematică, informatică, fizică, biologie și sustenabilitate”, spune Răzvan Bologa. 

“Matematica folosită în robotica are un caracter aplicat și elevilor le place foarte mult acest lucru, pentru că nu rezolva exerciții aride pentru a îndeplini o sarcină, ci caută să înțeleagă în profunzime noțiuni de geometrie, algebră, analiza matematică și teoria probabilităților pentru a face roboții să meargă“, adaugă Răzvan Bologa.

Dintre tipurile de roboți preferate de elevi, Răzvan Bologa menționează un proiect util care se poate face ușor: “Un exemplu amuzant pe care l-as menționa este un coș de gunoi haptic. Adică un sistem prin care capacul de la coșul de gunoi al unui robot se deschide cu un electromotor la apropierea mâinii de un senzor infraroșu. Ai nevoie de un electromotor, o plăcuță programabilă, un senzor infraroșu de distanță, câteva accesorii și un coș de gunoi cu capac“. 

De ce credeți că sunt fascinați de roboți copiii, dar și adulții?

Răzvan Bologa: Roboții înseamnă viitor și promit o îmbunătățire a condiției materiale și spirituale omului. Copiii înțeleg că vor lucra în viitor cu roboți și alte sisteme fizico-cibernetice. La nivel educațional, roboții permit realizarea unor proiecte educaționale captivante. Dacă pentru copii roboții reprezintă o materializare în lumea reală a unor elemente pe care ei le văd pe platformele de gaming, pentru adulți, roboții înseamnă transpunerea în realitate a unor concepte care până ieri erau în cărțile de tip science fiction.

Ce învață un elev care urmează opționalul “Robotica și Viața” când construiește un robot? 

Răzvan Bologa: Opționalul “Robotica și viața” oferă elevilor posibilitatea de a se pregăti pentru profesiile viitorului. Acest opțional reprezintă un mare pas înainte pentru sistemul educațional din România. Lucrând cu roboți, elevii își pot dezvolta universul cognitiv combinând în mod transdisciplinar elemente de matematică, informatică, fizică, biologie și sustenabilitate.

Elevii învață să lucreze cu plăcuțe programabile, să le conecteze la computer, să scrie cod pe ele, să citească senzori, să proiecteze creativ obiecte 3D, să controleze servomotoare și multe altele. Toate aceste competențe sunt necesare pentru a avea succes în economia viitorului și corespund recomandărilor metodologice moderne. Elevii lucrează în echipe și se ajută reciproc.

Cum te ajută matematica, fizica și algoritmii dacă vrei să construiești un robot? 

Răzvan Bologa: Un algoritm reprezintă o succesiune finita de pași necesari pentru a rezolva o problemă. Elevii construiesc algoritmi programând cu structuri iterative, alternative și repetitive. Algoritmi precum cei de sortare, interclasare și cei de prelucrare a arborilor sunt adesea folosiți. Elevii vor opera cu variabile, constante și alte structuri de date. Roboții recomandați de noi folosesc arhitecturi de tip Harvard, ceea ce reprezintă un pas semnificativ înainte față de computere clasice. Se pot programa în limbaje diagramatice, C/C++ sau Python.

Matematica este amplu folosită în robotică, elevii operând frecvent cu noțiuni de geometrie, algebră, analiza matematică și teoria probabilităților. Matematica folosită în robotică are un caracter aplicat. Elevilor le place foarte mult acest lucru. Ei nu rezolvă exerciții aride pentru a îndeplini o sarcină, ci caută să înțeleagă în profunzime noțiunile matematice pentru face roboții să meargă. Îmi amintesc cu plăcere de un băiat de 10 ani care, în timp ce încerca să facă roboțelul să meargă pe o linie curbată, începea, fără să știe, să înțeleagă derivata.

Elevii au nevoie și de noțiuni de fizică. Orice robot conține în mod obligatoriu minim un senzor și un servomotor. Prin robotică, elevii învață multă fizică. Aș putea da ca exemple noțiuni de mecanică, electrocinetică (circuite electrice, tensiunea electrică, intensitatea curentului electric, legea lui Ohm etc.) precum și câmp, efectul magnetic al curentului electric. Elevii înțeleg mai bine relațiile de interdependență din formulele matematice ale mărimilor fizice.

Ne puteți da un exemplu de robot pe care elevii vor să-l construiască și de ce ar avea nevoie pentru a-l construi? 

Răzvan Bologa: Sunt multe exemple de roboți atractivi. Noi avem o probă de robotică creativă unde elevii realizează roboți pornind de la un set predefinit de componente la care pot adăuga câteva elemente suplimentare printate 3D sau similare cu cele din set. 

Un exemplu amuzant pe care l-aș menționa este un coș de gunoi haptic. Adică un sistem prin care capacul de la coșul de gunoi al unui robot se deschide cu un electromotor la apropierea mâinii de un senzor infraroșu amplasat convenabil. Este un proiect de utilitate practică care se poate face ușor. Ai nevoie de un electromotor, o plăcuță programabilă, un senzor infraroșu de distanță și câteva accesorii. Evident, trebuie să ai și un coș de gunoi cu capac. 

Ce pași trebuie să urmeze un profesor dacă vrea să predea opționalul “Robotica și Viața” și ce instrumente utile recomandați?

Răzvan Bologa: Recomandăm profesorilor să se înscrie la concursul de robotică nextlab.tech care figurează și în calendarul Ministerului Educației. Vor găsi aici lecții și resurse. În plus, sponsorii distribuie anual multe kit-uri gratuite. Adresa platformei de concurs este www.nextlab.tech. Se înscriu de obicei profesori de informatică și Fizică, dar și de la alte discipline.

Se folosesc kit-uri de robotică bazate pe tehnologii open-source. Există mai multe niveluri de dificultate. Cei mai simpli roboți sunt de tip line follower (urmăresc o linie) și sunt ideali pentru începători. Roboții mai avansați presupun realizarea unor componente prin imprimare 3D. Există peste 1.600 de profesori și 60.000 de elevi care au folosit platforma nextlab.tech în cadrul concursului. Sponsorii concursului au distribuit până acum 3.000 de kit-uri gratuite de robotică către școli. În fiecare an se distribuie gratuit cel puțin 600 de kit-uri noi. Kit-urile se pot refolosi de la un an la altul.

Începând cu anul 2023, 5.400 de școli din România vor primi kit-uri STEM (Science, Technology, Engineering and Mathematics) în cadrul proiectului de bibliotecă virtuală școlară EDULIB finanțat din fonduri europene. Aceste kit-uri conțin plăcuțe programabile, senzori, led-uri și accesorii. Ele sunt ideale pentru a face primii pași în domeniul roboticii, fiind gândite pentru a permite înființarea unui cerc de robotică cu până la 40 de elevi în fiecare din cele 5.400 de școli. Cele 5.400 de kit-uri sunt compatibile cu cele oferite de sponsori. Se poate spune că ele acoperă Nivelul 0, în timp ce kit-urile sponsorilor sunt de Nivel 1, 2 și 3. În cadrul proiectului EduLib va exista și o bibliotecă extinsă de lecții de robotică. Practic, în aproape orice școală din România se va putea face robotică, măcar la nivel introductiv. Trebuie menționat că aceste kit-uri se pot folosi și la lecții de fizică și informatică. 

Programa școlară pentru opționalul Robotica și viața:

Robotica și viața reprezintă o ofertă de opțional integrat care se adresează elevilor de clasa a VI-a / a VII-a din învățământul gimnazial, având alocată o oră/săptămână, pe durata unui an școlar. Robotica constituie un domeniu nou care integrează noțiuni de algoritmi, limbaje de programare, fizică și matematică.

Concursul de robotică școlară Nextlab.tech este în lista celor cu finanțare publicată de Ministerul Educației. BCR este sponsor principal național. Premiile pentru finaliștii ediției din acest an sunt oferite de ASUS Education. Roboțeii elevilor care participă la finală au fost oferiți de BCR, Fundația GlobalWorth și Dacia Renault.