Πώς να κάνουμε Γεωμετρία και να σχεδιάζουμε με τη βοήθεια του ρομπότ – εδάφους Thymio (19η Δραστηριότητα)

του Νίκου Δαπόντε                                             

Α. Εισαγωγή   

Σ’ αυτήν την δραστηριότητα, ερέθισμα για την επιλογή του θέματος, στάθηκε η δυνατότητα να εφοδιάσουμε το κινητό – ρομποτάκι εδάφους Thymio με ένα μαρκαδόρο έτσι ώστε, καθώς αυτό κινείται, να αφήνει το αποτύπωμα της τροχιάς του. Με άλλα λόγια, να είμαστε σε θέση να προγραμματίζουμε το ρομποτάκι να σχεδιάζει διάφορα σχήματα σε χαρτί που τοποθετούμε στο έδαφος (δείτε το επίσημο site του Thymio επιλέγοντας τη γλώσσα που επιθυμείτε: ENGFRADEUITAESP-NLD-ZHO https://www.thymio.org/en:thymiodrawing).

Η κίνηση του ρομπότ μαζί με το μαρκαδόρο που μπορεί να φέρει πάνω του, μας παροτρύνει στο να σχεδιάσουμε, αρχικά, απλά γεωμετρικά σχήματα όπως για παράδειγμα ένα ορθογώνιο, ή ένα κύκλο, με τη βοήθεια των εντολών και λειτουργιών που μας προσφέρει η σύνδεση «Thymio+Scratch».

Στη συνέχεια, σκέφτομαι ότι μπορεί να είναι ενδιαφέρον για τους μαθητές να σχεδιάσουν τους αριθμούς 0, 1, 2…..9 ή τα γράμματα Α, Β, Γ,…..Ω προγραμματίζοντας το ρομποτάκι.

Αν προχωρήσουμε παραπέρα, οι ενδιαφερόμενοι θα μπορούσαν κάλλιστα να ασχοληθούν με τη σχεδίαση πιο σύνθετων σχημάτων όπως, ένα σπιράλ, μια σκάλα ή ένα λουλούδι.

Για την υλοποίηση των παραπάνω θεωρώ ότι μας εξυπηρετεί το περιβάλλον «Thymio+Scratch» οπότε θα διαθέτουμε όχι μόνο το πραγματικό ρομποτάκι στο δάπεδο αλλά και το sprite του στην οθόνη του υπολογιστή μας.

Σημείωση: Σε κάθε περίπτωση σχεδίασης θα διαπιστώσουμε κάποιες μικρές η μεγάλες ατέλειες ή αστοχίες μια και στην κίνηση παίζει σημαντικό ρόλο τόσο η επιφάνεια, πάνω στην βρίσκεται το ρομποτάκι, όσο και η βαθμονόμηση (calibration) των κινητήρων – τροχών του.

Β. Προγραμματίζω το Thymio να σχεδιάζει απλά γεωμετρικά σχήματα

α) Ας ξεκινήσουμε με τα κανονικά πολύγωνα, όπως ισόπλευρο τρίγωνο, τετράγωνο, πεντάγωνο κ.λ.π., μια και παρουσιάζουν ένα ιδιαίτερο ενδιαφέρον για τη σχεδίαση τους. Αφετηρία μας θα είναι o προγραμματισμός του ρομπότ να σχεδιάζει ένα οποιοδήποτε κανονικό πολύγωνο με n πλευρές βασιζόμενος στις γεωμετρικές ιδιότητες του, όπως δείχνονται στο σχήμα:

Με το πρόγραμμα που φτιάξαμε σχεδιάσαμε διάφορα κανονικά πολύγωνα και διαπιστώσαμε ότι με n = 18 το κανονικό πολύγωνο προσεγγίζει τον κύκλο.

Ο κώδικας του προγράμματος περιλαμβάνει δύο διαδικασίες: τη γνωστή και αναγκαία για τη σύνδεση «Thymio+Scratch» και την επαναληπτική διαδικασία σχεδίασης κανονικών πολυγώνων με n πλευρές και α μήκους πλευράς.

β) Κυκλικά τόξα και κύκλους μπορούμε να σχεδιάζουμε εύκολα χρησιμοποιώντας την εντολή για το ρομπότ «κινήσου σε καμπύλη ακτίνας R (mm) και κυκλικού τόξου 360 μοιρών»  (  curve radius < ακτίνα > mm < τόξο > degrees )  όπως φαίνεται στο σχήμα.

Από αυτή την εύκολη διαδικασία σχεδίασης ενός κύκλου μου γεννήθηκε η ιδέα να φτιάξω κάτι πιο πολύπλοκο:

Ο κώδικας προγραμματισμού στο scratch, εκτός από τη γνωστή διαδικασία «Thymio+Scratch», χρειάζεται και αυτήν που σχεδιάζει τους 4 κύκλους δεξιόστροφα και άλλους 4 αριστερόστροφα (αρχείο geometry_scratch0000.sb2):

Παρατήρηση 1: Η παραπάνω διαδικασία, σε κάθε επαναληπτική λειτουργία, περιλαμβάνει  την εντολή

με σκοπό να διατηρήσει την σχεδίαση συμμετρική. Αφαιρώντας αυτήν την εντολή από το πρόγραμμα θα πάρουμε το παρακάτω σχήμα, κάτι που δεν επιθυμούμε.

Παρατήρηση 2: Η σχεδίαση τεσσάρων κύκλων, όπως στο σχήμα, μπορεί να επιτευχθεί χρησιμοποιώντας την εντολή turn < 90 >  degrees

γ) Κύκλους και τόξα μπορούμε, επίσης, να σχεδιάζουμε αξιοποιώντας τις εντολές προγραμματισμού των κινητήρων – τροχών του Thymio.

Η ιδέα βασίζεται στο γνωστό μοτίβο από τη γλώσσα LOGΟ:

προχώρα < πλευρά > 

στρίψε < γωνία >

που γνωρίσαμε στην παράγραφο Β.α.

 

Αυτή τη φορά θα χρησιμοποιήσουμε την εντολή start motors < V > x < V > mm / s και το μοτίβο οφείλει να λάβει τη μορφή:

το ρομποτάκι κινείται με σταθερή ταχύτητα  < V >

-για χρόνο < t >  (χρήση της εντολής wait < t > seconds)

και στρίβει < 360 / n >

Τελικά,  ο κώδικας παίρνει την παρακάτω μορφή:

Πειραματιζόμενος, σχεδίασα διάφορα κανονικά πολύγωνα και κατέληξα στο συμπέρασμα ότι η σχεδίαση είναι περισσότερη ακριβής όσο πιο μικρή είναι η ταχύτητα (V < 65 mm / s) και ο επιθυμητός αριθμός των πλευρών (n < 14).

Τέλος, σκέφτηκα να δοκιμάσω τη σχεδίαση πιο πολύπλοκων σχεδίων οπότε επέλεξα τις τιμές VR = 90 mm / s και  VL = 120 mm / s για τις ταχύτητες των δύο κινητήρων (δεξιό και αριστερό) του ρομπότ. Η βασική διαδικασία του κώδικα καθώς και το αποτέλεσμα – σχέδιο δίνονται στο σχήμα:

Σημειώσεις:

  1. Τα projects που έφτιαξα στο διευρυμένο περιβάλλον «Scratch+Thymio», επιχείρησα να ανεβάσω στο Scratch Website αλλά, δυστυχώς, δεν γίνονται αποδεκτά εφόσον στον κώδικα τους περιλαμβάνονται «πειραματικές εντολές και λειτουργίες». Ελπίζω ότι θα επιτρέπεται η ανάρτηση τέτοιων projects μόλις οριστικοποιηθούν οι ατέλειες και ελλείψεις της διασύνδεσης «Scratch+Thymio».
  2. Πρόσφατα, από το δικτυακό τόπο της Ακαδημίας του Bordeaux, αλίευσα το παρακάτω διάγραμμα με τίτλο «Το σπιράλ της Δημιουργικής Σκέψης» και απλά μετέφρασα λίγες λέξεις. Μ’ άρεσε που στον τίτλο μιλάει για «σπιράλ» και επιπλέον γιατί στους κόμβους του διαγράμματος συμπεριλαμβάνονται τα πλέον βασικά στοιχεία της δημιουργικής σκέψης είτε είσαι μαθητής είτε διδάσκων.

Πιστεύω ότι αυτό το σπιράλ «ταιριάζει» πάρα πολύ στην «αναδυόμενη  εκπαιδευτική ρομποτική» πάντα στο πλαίσιο μιας διδασκαλίας που βασίζεται τόσο στην πρακτική εργασία των μαθητών όσο και στην «πειραματική μέθοδο έρευνας».

Για περισσότερα……

Share Button