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大頭老師 - 兒童程式設計 &樂高EV3機器人 STEM教學 邏輯訓練

看到EV3主機的內部訊息

8/29/2013

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前幾天拿到Mindstorms的EV3Console Adaptor,如果想自己做,可以參考Xander的這篇文章來跳線,透過這個USB-to-Serial可以直接接到EV1的感應器1孔,開機後立即以按"l"直接進入u-Boot,
今天才有空看一下Console出來的內容,列出如下
, 再下一步就是需要一張Wifi網卡讓EV3上網可以直接從網路下載和安裝軟體。看來離可以用Python直接寫EV3的程式又近一點了 :)

開機
EV3 initialization passed!
Booting EV3 EEprom Boot Loader
        EEprom Version:   0.60
        EV3 Flashtype:    N25Q128A13B
EV3 Booting system
Jumping to entry point at: 0xC1080000
U-Boot 2009.11 (Oct 26 2012 - 10:30:38)
I2C:   ready
DRAM:  64 MB
MMC:   davinci: 0
In:    serial
Out:   serial
Err:   serial
ARM Clock : 300000000 Hz
DDR Clock : 132000000 Hz
Invalid MAC address read.
Hit 'l' to stop autoboot:  0
Card did not respond to voltage select!
16384 KiB M25P128 at 0:0 is now current device
## Booting kernel from Legacy Image at c0007fc0 ...
   Image Name:   Linux-2.6.33-rc4
   Image Type:   ARM Linux Kernel Image (uncompressed)
   Data Size:    1965008 Bytes =  1.9 MB
   Load Address: c0008000
   Entry Point:  c0008000
   Loading Kernel Image ... OK
OK

Starting kernel ...
Uncompressing Linux... done, booting the kernel.
IP-Config: No network devices available.
INIT: version 2.86 booting
Please wait: booting...
Starting udev
Remounting root file system...
Caching udev devnodes
Configuring network interfaces... ifconfig: SIOCGIFFLAGS: No such device
done.
Setting up IP spoofing protection: rp_filter.
INIT: Entering runlevel: 5
Starting system message bus: dbus.
Setting up VirtualDrive...
Initialize Bluetooth...
Found a Texas Instruments' chip!
Firmware file : /lib/firmware/TIInit_6.2.31.bts
Loaded BTS script version 1
texas: changing baud rate to 2000000, flow control to 1
Device setup complete
Serial Port service registered
Starting telnet daemon.
Starting lms2012
關機
Saving data...
Done...
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樂高機器人EV3 有趣作品的影片

6/21/2013

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EV3即將就要上市,到目前為主都是官方的影片較多,整理Youtube中比較有興趣的影片,希望可以大家激起創作出自己作品的想像空間! 

EV3 大象 - 最出色的就是長長象鼻子,可以伸長和勾起彩色的玩具木頭,可以步行的四足,走起路來真是有趣!
EV3 Znap - 一隻可愛的小怪獸,像瓦力一樣的用三角形履帶前進,平常看起很蠻可愛的,不過張開口時,還很兇呢! 可以用另一台EV3主機來遙控
EV3 小男孩 - 用陀螺儀做出兩輪平衡,主機上也有臉部表情,手上的顏色感應器可以接收主人的命令
EV3 爬樓梯機器人 - 使用6個大輪子和履帶,持續移動重心讓EV3主機可以不斷上昇,不過看起來這台只能走這個樓梯(高度已固定)
步行獸 - 可愛的角和四足前進,遇到敵人時會張嘴趕快跑開 :)
空氣吉它 - 左手可以按靶位,右手可以彈,真酷! 我要做一把更大隻的來.
EV3打地鼠 - 只有三隻老鼠可以打,可能不太好玩. 不過那個聲音真的比NXT好太多了 :)
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BrickPi - 讓Rasberry Pi成為LEGO樂高機器人的駕駛員!

6/17/2013

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BrickPi 炮彈BrickPi炮彈發射器
BrickPi讓熱門的Rasberry Pi可以控制樂高機器人(EV3 & NXT),目前已經成功的在KickStarter網站募資,目前己經超過1700個人,接近13萬美金數字支援。很少有募資專案得到這麼多人的支持,真開心我也其中支持的一員。


BrickPi有下面的幾個特點:

Rasberry Pi為主要控制電腦 - 基於完整的網路連線能力的Linux的作業系統,常見的是Python和Scratch做為程式和遊戲開發的介面,使用I2C介面和LEGO機器人週邊感應器和馬達溝通。 


4個馬達(Motor)輸出 - 和EV3一樣具有同時控制四個輸出,最多同時控制四個樂高機器人馬達


5個感應器(Sensor)輸入 - 硬是比EV3多一個感應器輸入孔,讓BrickPi可以接收更多來自外部的資訊


9V輸入電源 - 加上兩個LED燈未來希望會有會有Brick Scratch語言可以讓孩子用Scratch來控制BrickPi。

配合Raspberry Pi Camera模組,就可做出具有電腦視覺(Computer Vision)的機器人,具有看著走路的能力,Rasberry Pi網路連線的特色,比較容易的把網路的訊息做處理,比如可以做一個報天氣的機器人,收到Facebook訊息或Twitter訊息會高興歡呼的樂高機器人,或著收到主人聲音命令傳給Google 比對後執行的機器人,這些都是大小孩可以做的weekend project. 


收到來自KickStart的確認付款的信,也期待早日拿到自己的BrickPi,也可以設計出有趣的課程出來! :)

Congratulations!
Thanks to you and 1699 other backers, BrickPi: LEGO® Bricks with a Raspberry Pi Brain has been successfully funded. We will now charge your credit card.



相關網站:
BrickPi KickStarter網站專案
BrickPi Github 原始碼
BrickPi 網站

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玩樂可以讓學習更有效 - 樂高LEGO STEM教習心得

5/29/2013

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從年初FLL樂高競賽帶一群資優班高中年級生得獎,感受到學生需要更好且有效的方式學習。目前也在台北信義區博愛國小資優班帶樂高機器人的課程,對這群聰明的學生,嘗試一些不同的STEM教法,想了解不同的教學情境,可以帶起的不同的學習效果。

在一個”比誰按的快”課程中,目的是讓學生可以正確了解如何偵測開關的動作,樂高圖形程式中的NXT-G簡單偵測方塊的反應比較慢,如果用來計數,常常都會有漏掉動作的情形,使得數字少算。正確的做法是邊緣偵測(edge detection),就是把按下和放開的兩個動作分別做對,就不會遺漏了來自觸碰感應器的動作,計數才會正確。

用引導的教學方式請學生自己找一個喜歡的樂高機器人的感應器,用自己的方式去寫出圖形化(NXT-G)的程式,因為大家選擇的感應器種類都不同,有人是觸碰感應器,有人是光感應器,有人是超音波感應器,另外有人是聲音感應器,沒有人可以直接用別人的程式,每一個人都要自行嘗試做出來。

過了一小段時間後,有同學先做出來,請他先按給我看,這位同學用了簡單的方法,不過我並不打算告訴他如何改,先請他去指導還在努力敲腦袋的同學,透過分享自己了解的,會讓學習效果更好。當大家都做出來最基本計數的功能後,我請他們做出10秒計數停止,並讓大家可以比賽看誰做的感應器計數最快。

有位同學在迴圈中放了時間等待(Wait),減少誤判,不過在”比誰按的快”的情境下,自然就不會贏,後來也有同學發現基本偵測方塊的誤判,這些都讓他們少算了很多下,想贏就要拿出方法來改對程式。發現在具有競賽(競爭)情境下,大家學習的動力就自然提高。

我拿出小時侯投5元打電動的精神和這群學生一對一比賽比誰按的快,每次我只要想比他們贏一點,讓學生想要贏過我,後來就演變出按愈多,聲音愈高的版本,最後有一個學生做出可以兩人同時競賽的版本。在兩人同時競賽的情形下,兩位同學的成績也遠高過我(127次 vs 106
次)。

在學習課程活動設計中,教師會想如何讓課程更好玩,單人如何玩,2人或更多人如何玩,如何相互協助,如何彼此競賽,如何延申生活經驗。從過程來說,學生學習的過程很開心,最後是大家都有做出來,也沒有一個人和別人相同,會想擴展自己的作品,變的更有趣,也得到屬於自己完全動手做的收穫!同時建立自信心
!


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如何運用STEM教育理念在樂高積木課程

5/9/2013

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大學唸的是交通大學控制工程Control Engineering,是電機的領域,剛進去讀的時侯認為畢業後就會當一位技師,而技師自己當時誤解為會修東西的人,也不清楚工程師這個詞的解釋。後來查字點得知工程師是有專門技能,用來解決實現生活所遇到問題的專業人士,開始認同且逐漸喜歡工程師這一詞,慢慢的也用時光努力自己發展成為一位可以有專門技術的工程師,且希望畢業後可以用專業服務所需的一名專家。時間過的飛快,我也真的在軟體及手機領域中,認真解決各種技術問題,一下子也過了15年. 自己的兩個孩子目前也都在小學就讀.

發現現今教育的現象,老師都說每一科很重要,其實不是每一科,而是會拿來考試,或用來計分的科目才重要.孩子學到的數學,是不斷解題及重覆運算,超前能目前理解程度的數學,孩子學到的自然是書本硬記,和生活經驗難以連結的自然,孩子學到的英文,是家長說很重要,老師也說很重要,其實日常生活中沒有機會運用,小孩怕說也聽不太懂的英文,國文是練寫字寫一堆,作文一出就倒一堆的國文. 試想看看,當每一科都重要,每一科就會出一些作業,加一張考卷,明天考一節試,孩子課後一週補習兩次課,所有科目加總起來,把所有的時間都填滿,這樣我們真的能讓孩子樂在學習? 

我認為孩子在學校應該不是在意學習結果,學習的結果不幸的常是用分數來表示. 而是學習後孩子所發展出的核心能力,這些能力,是對他自己的未來,會一輩子受用的能力,像是溝通協調,邏輯思考,社會責任,多元及包容,終身學習.這些難以用數字計算的能力,才是應該是學生教師和家長重視的領域.

喜歡和孩子們一同玩樂高,是因為發現從樂高上課過程中,用最自然和簡單的方式,讓孩子們喜歡且逐漸學習了解STEM領域。STEM是S(Science 科學),T (Technology科技),E(Enginnering 工程),M (Mathmatics 數學),分別代表四個領域,然而這四個領域的各別性不是這個名詞的重點,STEM強調是這四大領域的整合性及共通性。



舉一個曾上過貓空纜車的課為例,目的是透過動手做知道纜車運作的原理,先用繩子在固定在教室兩側一高一低,帶著孩子做一台不太像的纜車,用樂高輪子固定在粗繩子上,孩子寫一個方塊簡單程式,就可以開始轉動輪子,讓纜車上昇,問題是纜車走一小段繩子就落了下來,在我的課,孩子需要自己用眼睛加上動腦找問題,很少我會固定的答案,有人發現重心不穩定,有人是加大輪子增加摩擦力,也有人是機構沒裝好,到後來,有解決自己問題的同學會很開心的幫助其它同學,幾乎全數的小朋友都可以將纜車送到高處的站. 他們會不斷嘗試,相互幫助,過程中的笑聲,可以看到樂在動手做的開心! 不斷找出問題,就是工程領域的實事求事並解決問題. 動能換位能是科學的觀念. 輪子多大上升速度多快是數學的運用. 這樣還不夠,又出了可以有智慧安全的挑戰,讓纜車之間不會碰撞設計,要學生使用超音波感應器來保持前車的距離,又是一項新科技的使用. 

這有意思的課結束後,對孩子有意義的不是他學會了這麼多知識,而是他知道如何運用自己的眼去發現,動腦思考,動手解決他所遇到的問題,也幫同學解決問題的成長經驗,我想這樣正面的經驗應會是完全不同的體驗,也會給孩子滿滿的收穫! 這也是我想要當一個可以啟發孩子學習的老師最大的動力來源!
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FLL Senior Solution 翁嫗無憂 - 練習心得

3/11/2013

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過去幾週,帶著一隊在北市教大共同上課的資優生,練習2012-2013 FLL的題目 Senior Solution,在機器人任務方面,常因為機器人車子的不穩定而無法回基地而感到失望,不斷的想方法,每次都試著找出會讓結果變動的因素,像車子的結構穩定性、摩擦力、電量、光和場地,再讓小朋友改進程式的各種參數,終於在比賽前改出比較穩定的路線。在這反覆的過程,磨練小朋友找問題的能力,還有求好求完善的精神!

研究專題部份,我們選擇用表演的方式來描述我們研究老人中風時所需復健器的過程。小朋友練習上台要表演的劇本,從一開始的不知所云到現在穩健且唱作具佳的台風,其中下了許多功夫,也讓小朋友學習到台上表演的經驗。

團隊報告上,除了分工外,我們讓隊員描述團隊中分工及個人努力的部份,更重要的是讓小朋友說自己在過程中的收穫,小朋友也真的可以說出想不到的東西,真是讓人開心! 

星期六就是競賽日,無論結果如何,相信隊員在準備過程努力投入,己經每個人都有成長,競賽就平常心看待,當然希望全隊有出色的表現,展現團隊的精神!




比賽結果出來,我們拿到機器人程式設計獎,在辛苦準備後,小朋友開心的得到獎,這是最令人感到高興的事!
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樂高機器人三代即將上市 LEGO Mindstorms EV3 #31313

1/7/2013

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2013 CES 明天即將發表LEGO Mindstorm EV3 第3代的樂高機器人, 採用紅色為主的顏色,感覺很亮眼.  這個版本可組17組機器人, 包含594個樂高零件, 新款 Mindsorms EV3 #31313 將於 2013 下半年在全球發售,整組售價為 349.99 美金(約 10,151 新台幣)

先看一段影片


EV3 積木主機
  • 更強和更快的ARM9的處理器
  • 內嵌16MB記憶體
  • 64 MB RAM加上SD插槽
  • 開源的LINUX操作系統,
  • USB 2.0接口 - 可以外接WiFi網卡
  • 4個輸入端口/4個輸出端口允許連接在一起的4個EV3 積木主機
  • 點矩陣顯示與揚聲器
  • 更強的在主機上編寫程式的能力
  • 藍牙R2.1版
  • iOS和Android兼容

硬體
  • 3伺服馬達:2個大型 1個中型
  • 1觸控感應器
  • 新的紅外導傳輸器 - 可測量距離,運動和檢測外部物體
  • 新的紅外線 - 控制機器人到2公尺的距離
  • 改進的色彩傳感器檢測6種顏色,再加上沒有的顏色
  • 向後兼容LEGO MINDSTORMS NXT
  • 594個 LEGO的TECHNIC 積木零件,更穩定及完善的結構和運動

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軟體
  • 可下載軟體是PC和Mac相容
  • 圖像示的程式撰寫環境,新的教學互動內容,可以幫助除錯
  • 可變焦能力 - 幫助產生更大的程式, 有陣列等進階的功能
  • 將和 Autodesk 合作,提供新款的 3D 建造說明 App,讓使用者可以縮放和旋轉建造指示,讓打造一台 LEGO 機器人更加容易


官方組出來的模型有下方的幾個例子(點小圖看大圖), 是不是都很cool呢!
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Spiker 蠍子
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響尾蛇
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Apha rex 人型機器人
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夾爪機器人
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自己會平衡的小男孩
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機械手臂
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機器狗
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積木分類工廠 Color Sorter
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自走車
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EV3 主機
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FTC機器人競賽

1/1/2013

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來自美國的FTC比賽是給青少年為主的機器人程式競賽,參賽的選手年齡需為13~18歲,這年紀應該是國中和高中為主的學生。這群年齡層的孩子好動,中小型的樂積木已無法滿足複雜任務的需求,所以加入結構更強的鋼材結構系統TETIX,有更大的輪子,更強的步進馬達和可拆裝的框架,控制用的電腦仍然可用Mindstorms NXT主機,讓學生可以用NXT-G, LabView, 或RobotC來寫機器人程式,給機器人應有的智慧。

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和FLL相同都是樂高公司為主要贊助廠商的競賽活動,每年主題也都不同,今年的題目是圈上圈兒(Ring it Up!),主要是讓四台機器人以2對2的方式進行競賽,前30秒讓機器人自主行進,後2分鐘是用遙控的方式由選手操控機器人在場內競賽,透過設計精良的機器人,通常是車子的類型,來撿拾紅色的圈圈,再套在中央的架子上,放的愈高,分數也愈高,結束時如果將同隊夥伴的機器人抬起,也有分數。機構的設計上就需要考慮到精準的控制,和出力大時的考量,通常這兩種特點不容易同時兼具。

影片受訪的一位女孩說了一小段話,她說自己感覺可以透過程式,做任何想要做的事。相信這樣的經驗,可以在很快未來,幫助成為一位出色的工程師或程式設計師。我也希望可以透過我的教學經驗,讓更多這樣的學生可以透過自己做機器人和寫程式,獲得成就感,建立強而有力的自信心!

由摩根, 費里曼 morgan freeman幫忙代言的影片


2012~2013 FTC任務的電腦模擬說明(Ring it Up)


FTC實際比賽的情形


連結:
玉山協會台灣的中文規則
美國FTC
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    大頭老師
    Eric Huang

    相信每一個孩子的潛能和獨特性,經由樂高積木和兒童程式課程,動手玩積木、動腦想邏輯,做中學,玩出屬於孩子自己的自信心和創造力,挑戰未來無限的可能!連絡我 或大拇指積木創作教室,同時我也在找尋志同道合的工伙作伴。

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