Maak een autonome onderzoeksrobot

Voorbereiden
- Lees deze informatie voor jou als docent door.
- Als je denkt dat het nodig is, bereid dan een les voor met behulp van het ‘Aan de slag’-materiaal in de EV3 Labsoftware of EV3-programmeerapp. Daardoor raken je leerlingen vertrouwd met LEGO^® MINDSTORMS^® Education EV3.

Activeren (30 min.)
- Maak gebruik van de ideeën in het deel Start een gesprek hieronder om met je leerlingen een gesprek over dit project te voeren.
- Leg het project uit.
- Verdeel de klas in teams van twee leerlingen.
- Laat de leerlingen enige tijd brainstormen.

Onderzoeken (30 min.)
- Laat de leerlingen meerdere prototypes maken.
- Moedig ze aan om zowel het bouwen als het programmeren uit te proberen.
- Laat elk duo twee oplossingen bouwen en testen.

Uitleggen (60 min.)
- Vraag de leerlingen om hun oplossingen te testen en de beste te kiezen.
- Zorg ervoor dat ze hun eigen testtabellen kunnen maken.
- Geef de teams wat tijd om hun project af te ronden en om gegevens te verzamelen voor een verslag over hun werk.

Uitbreiden (60 min.)
- Geef de leerlingen wat tijd om hun definitieve verslag te maken.
- Organiseer een bespreekmoment waarin elk team zijn resultaten presenteert.

Evalueren
- Geef elke leerling feedback over zijn of haar prestaties.
- Je kunt gebruikmaken van de meegeleverde suggestie voor evaluatierubrieken om dit eenvoudiger te maken.

Rovers die worden ontwikkeld voor wetenschappelijke missies hebben allemaal een functionaliteit gemeen. Ze zijn allemaal in staat om bepaalde informatie te verzamelen en terug te sturen naar een wetenschappelijke basis. In de loop van de jaren zijn verschillende communicatiesystemen bedacht die voldoen aan verschillende behoeften en kunnen omgaan met verschillende beperkingen.

Moedig een actief brainstormproces aan.

Vraag de leerlingen na te denken over deze vragen:

• Wat is een onderzoeksrobot en waar worden ze gebruikt?
• Welk soort gemotoriseerd mechanisme kun je gebruiken om de bewegingen van een robot aan te sturen?
• Hoe kan een robot tijdens een traject gegevens verzamelen?
• Hoe kan een robot communiceren met een wetenschappelijke basis?

Moedig de leerlingen aan om hun eerste ideeën op te schrijven en uit te leggen waarom ze kiezen voor de oplossing die ze voor hun eerste prototype gaan gebruiken. Vraag ze om te beschrijven hoe ze hun ideeën tijdens het project gaan evalueren. Daardoor hebben ze achteraf specifieke informatie die ze kunnen gebruiken voor het evalueren van hun oplossing en om te kunnen beslissen of deze al dan niet efficiënt was.

Taaluitbreiding

Optie 1
Laat de leerlingen voor de ontwikkeling van hun taalvaardigheid:

• gebruikmaken van hun aantekeningen, schetsen, en/of foto's om hun ontwerpproces samen te vatten en een eindverslag te maken.
• een video maken, waarin hun ontwerpproces te volgen is, vanaf hun eerste ideeën tot het voltooide project.
• een presentatie maken over hun programma.
• een presentatie maken waarin zij hun project vergelijken met realistische toepassingen van soortgelijke systemen en waarin ze beschrijven welke nieuwe uitvindingen kunnen worden gedaan op basis van wat ze hebben gemaakt.

Optie 2
In deze les hebben je leerlingen een autonome onderzoeker gemaakt die zijn locatie doorgeeft.
Laat de leerlingen voor de ontwikkeling van hun taalvaardigheid:

• zich een autonome onderzoeksrobot inbeelden op een afgelegen plek op aarde en laat ze vervolgens onderzoeken hoe belangrijk het is dat de robot zijn locatiegegevens kan doorgeven
• dit scenario beschrijven en een informatief verslag opstellen met daarin de risico’s die zijn verbonden aan het verzenden van datasets en een analyse van verzendmethodes die deze risico’s kunnen verkleinen
• de externe factoren bespreken die deze risico’s kunnen vergroten
• figuren en tabellen gebruiken die hun ideeën ondersteunen en mogelijke methoden bedenken om deze externe invloeden te beheersen
• een conclusie trekken over het algemene risico van de situatie op basis van het geleverde bewijs

Rekenuitbreiding

In deze les hebben je leerlingen een autonome onderzoeker gemaakt die onderweg zijn locatie continu doorgeeft. Autonome systemen kunnen gebruikmaken van machine-learningalgoritmes om hun coördinaten en locatie door te geven aan de hand van de nabijheid van oriëntatiepunten, de geschatte aankomsttijd op een bepaalde plek en de kans dat ze een taak zullen voltooien op basis van de huidige positie en accustatus.
Laat de leerlingen voor de ontwikkeling van hun rekenvaardigheid en inzicht in de verbanden binnen machine-learningalgoritmes:

• met lineaire regressie aan de slag gaan door gegevens te verzamelen en een regressiefunctie te maken waarmee de locatiegegevens van de robot worden gelinkt aan de geschatte aankomsttijd op het eindpunt
• een regressiefunctie aan hun programma’s toevoegen zodat hun autonome onderzoeker zijn locatie en de geschatte aankomsttijd kan doorgeven

Geef de leerlingen de gelegenheid om enkele voorbeelden te bouwen die via onderstaande links te vinden zijn. Moedig ze aan om te onderzoeken hoe deze systemen werken en te brainstormen hoe deze systemen kunnen bijdragen aan een oplossing voor het ontwerpplan.

Grote motor en wiel
Tracks
Kleursensor 1
Kleursensor 2
Gyrosensor
Tastsensor
Ultrasone sensor

Observatiechecklist docent
Maak naar eigen inzicht een schaalverdeling, bijvoorbeeld:

1. Gedeeltelijk uitgevoerd
2. Volledig uitgevoerd
3. Boven verwachting uitgevoerd

Gebruik de volgende criteria om de ontwikkeling van je leerlingen te beoordelen:

• Leerlingen kunnen de belangrijkste onderdelen van een probleem identificeren.
• Leerlingen kunnen zelfstandig een werkende en creatieve oplossing ontwikkelen.
• Leerlingen kunnen hun ideeën duidelijk communiceren.

Zelfevaluatie
Geef de leerlingen de tijd om over hun oplossingen na te denken als ze eenmaal een aantal gegevens over de prestaties van hun oplossingen hebben verzameld. Help ze daarbij door vragen te stellen als:

• Voldoet jullie oplossing aan de criteria uit het Ontwerpplan?
• Is het mogelijk de robot nauwkeuriger te laten bewegen?
• Welke oplossingen hebben anderen gebruikt?

Vraag de leerlingen om te brainstormen en twee manieren op te schrijven waarmee ze hun oplossingen zouden kunnen verbeteren.

Feedback van elkaar
Laat leerlingen elkaars werk evalueren en maak elk team verantwoordelijk voor de evaluatie van zowel hun eigen project als het project van anderen. Dit evaluatieproces kan de leerlingen helpen bij het ontwikkelen van vaardigheden voor het geven van opbouwende kritiek en bij het verbeteren van hun analysevaardigheden en het gebruik van objectieve gegevens ter ondersteuning van een argument.

Leerlingen die deze les leuk vonden, zijn misschien geïnteresseerd in een van de studierichtingen:

• Business and Finance (ondernemerschap)
• Productie en techniek (pre-engineering)