Didaktisk ressource
Problemskitsen støtter eleverne i at uddybe og analysere en udfordring. De får en forståelse for kontekst, målgruppe, og hvilke krav der skal opfyldes.
Gør robotten til din hjælper
Gør robotten til din medhjælper
10-20 lektioner
Uddannelsestrin
Har du spørgsmål?
Skriv til astra@astra.dk
ForløbsplanAktiviteter og organisering
Mere om forløbet Centrale pointer, mål og evaluering
Didaktiske valg Didaktiske modeller og ressourcer
ForløbsplanAktiviteter og organisering
Forløbsintroduktion
Teknologier fylder stadig mere i vores hverdag. Robotteknologi bruges i mange tilfælde til at aflaste eller erstatte manuelt arbejde, men hvordan udvikler man en robot, som passer til en bestemt opgave, og hvilken naturvidenskabelig viden er i spil i denne udvikling?
Eleverne gennemfører en robot-udfordring, hvor de designer og konstruerer en prototype til en robot, der kan hjælpe mennesker, der ikke kan løfte armene, når de skal spise.
Udfordringen til eleverne lyder:
I skal udvikle en prototype til en robot, der kan hjælpe en person, som har brækket begge arme og har dem i gips. Personen skal hjælpes til selv at kunne spise, selv om det kun er muligt at bevæge fingrene.
Krav:
- I skal benytte engineering-processen.
- Robotten skal kunne hjælpe med en spisefunktion, ved at en fingerbetjent trykknap udløser en handling.
- Jeres løsning skal programmeres i LEGO Mindstorms, og konstrueres af LEGO og de hverdagsmaterialer, som I har til rådighed.
Forberedelse
Læs elev og lærermaterialerne og inddel klassen i grupper af 2-4 elever, som arbejder sammen gennem hele forløbet
Tjek, at I har de nødvendige materialer til rådighed:
- Et LEGO Mindstorms sæt pr. gruppe
- Div hverdagsmaterialer (Se hvilke under aktivitetsbeskrivelserne.
Overvej, om du selv har aktiviteter eller fagstof, som kan inddrages i forløbet
Hvis det er første gang, eleverne arbejder med engineering-metoden, så præsenter dem for engineering med denne video Hvad er Engineering. Se selv introduktionsvideoen og vores tema om Engineering for yderligere information.
Forstå udfordringen – 1-2 lektioner
Giv eleverne udfordringen:“I skal designe og konstruere en prototype til en robot, som kan hjælpe mennesker, der ikke kan løfte armene, når de skal spise.”
Iscenesæt udfordringen og se videoen The Breakfast Machine: “Mange mennesker er afhængige af at blive hjulpet til at gøre helt dagligdags ting, fx at spise – og her kan robotteknologi bruges. Forestil dig, at du er væltet på cyklen, og har brækket begge arme. Hvordan ser den spiserobot ud, som du nu skal bruge?”
Lad eleverne sætte deres egne ord på udfordringen ved at benytte metodekortet ‘Problemskitse’.
Undersøge – 4-6 lektioner
Lad eleverne kortlægge den viden, der er nødvendig for at løse udfordringen. Brug metodekortet Videnskortlægning. Metodekortet skal printes i A3 og vidensfelter sættes på med post-it. Et godt alternativt er at udfylde metodekortet på “tavlen” i plenum, hvor du som lærer hjælper eleverne i den rigtige retning.
Sæt eleverne til at gennemføre undersøgelserne listet ved siden af. Efter hver undersøgelse diskuterer I i klassen, hvilken betydning resultaterne fra undersøgelsen har på udfordringen.
Få ideer – 1-2 lektioner
Lad eleverne udvikle ideer til hvordan robotten skal kunne hjælpe personen, som beskrevet i udfordringen. Tal om, hvordan deres viden fra undersøgelserne kan bruges i deres løsning.
Hvis klassen har dannet grupper kan de fx benytte bordet rundt brainstorm ellers kan åben brainstorm danne grupper med udgangspunkt i de ideer, eleverne helst vil arbejde videre med.
Lad eleverne vælge den ide, de vil gå videre med, hvis de ikke allerede har valgt den i forbindelse med brainstormen. De kan fx benytte metodekortet Hvilken ide vælger vi.
Konkretisere – 2-3 lektioner
Lad eleverne tegne skitser af deres løsninger, både den fysiske konstruktion og programmeringen. De tegnede skitser suppleres med korte beskrivelser af, hvordan de enkelte dele fungerer.
Lav en time-out, når grupperne har deres skitser klar. Grupperne deler deres tanker og planer og kan give hinanden hjælp og gode råd.
Lad eleverne starte udfyldning af engineering-poster ved at tegne deres skitse ind/tage billede af deres skitse og sætte ind.
Konstruere – 1 lektion
Sæt eleverne i gang med at konstruere deres prototype. Eleverne konstruerer og afprøver deres løsninger trin for trin. Det er vigtigt, at de afprøver både den fysiske konstruktion og programmeringen trinvis, for bedre at kunne rette fejl og mangler i designet.
En stor udfordring i delprocessen kan være, om alle elever kender deres opgave, og om de udfordres i forhold til at variere de opgaver, de hver især bidrager med. Benyt evt. metodekortet Opgavefordeling.
Lad eleverne fortsætte med at udfylde Engineering poster og husk eleverne på at tage billeder af prototyperne undervejs, så de forskellige stadier kan følges.
Forbedre – 2 lektioner
Gennemgå metodekortet Generel prototypetest med klassen. Eleverne gør klar til at teste deres prototype ved at udfylde metodekortet Generel prototypetest.
Eleverne tester deres løsninger ved at lave en opstilling, der simulerer en spisesituation. De kan evt. prøve at bruge forskellige former for ”fødevarer”.
Lad eleverne vise hinandens prototyper frem med metodekortet Opsamling – udskoling.
Forbedre
Grupperne arbejder videre med at forbedre deres løsning. Husk eleverne på at tage billeder af deres prototyper og udfylde engineering-posteren løbende.
Eleverne kan forbedre deres prototyper yderligt ved at:
- Justere præcision og hastighed gennem programmeringen
- Forbedre stabiliteten i den mekaniske konstruktion
- Udvide programmeringen, så betjeningsknappen har flere funktioner
- Introducere loops i programmeringen
- Supplere betjeningsknappen, evt. med en afstandssensor
Husk eleverne på at tage billeder og evt. filme undervejs, så de indsamler dokumentation om proces og produkt, som de kan bruge i deres præsentation.
Præsentere – 2 lektioner
Eleverne perspektiver deres løsning i forhold til, hvordan samspillet mellem mennesker og teknologi fungerer. De kan overveje både teknologiske og etiske emner som fx:
- Hvilke sensorer, som efterligner menneskelige sanser, kan være vigtige at benytte, når der udvikles teknologier af denne type (afstandsbedømmelse, tryk, varme/kulde mm)?
- Er spiserobotter en god erstatning for ”varme hænder” – hvorfor/hvorfor ikke?
Eleverne bruger metodekortet Præsentation til at forberede en 3 minutters video, som de derefter optager og viser resten af klassen. Engineering posteren kan indgå enten i videoen eller vist som supplement ved præsentationen.
Det er vigtigt, at eleverne i video-præsentationen kommer ind på de naturfaglige pointer, som de har erhvervet sig undervejs i forløbet. Lad eleverne skrive deres engineering-poster færdig.
Evaluering
Efter forløbet udfylder eleven samtalearket. Du udfylder selv samme ark, men det er elevens ark, der danner udgangspunkt for samtalen og herpå eleven noterer vigtige pointer fra dine noter/dit ark. Eleven afleverer en kopi af arket til dig.
Links & dokumenter
Mere om forløbet Centrale pointer, mål og evaluering
Begrundelse for forløbet
Eleverne arbejder med det fællesfaglige fokusområde ”Teknologiens betydning for menneskets sundhed og levevilkår”. Med udgangspunkt i udfordringen konstruerer og programmerer eleverne en robot, der kan hjælpe personer med manglende førlighed i armene.
Formålet med forløbet er, at eleverne opbygger forståelse for, hvilken viden der ligger bag den moderne teknologi, som dagligt løser mange opgaver, som ellers normalt udføres af mennesker. Teknologierne afhjælper tunge løft, gentagne bevægelser, kan øge præcisionen og udføre arbejdet hurtigt. Mennesker og maskiner arbejder altså tættere og tættere sammen, så hvilken naturvidenskabelig og teknologisk viden skal sættes i spil, for at dette møde bliver succesfuldt?
I forløbet undersøger eleverne forskellige fænomener, som relaterer til engineering-udfordring, hvor de skal konstruere og programmere en robot, der kan hjælpe personer med manglende førlighed i armene. I undersøgelserne opbygger eleverne viden om: Mekanisk energi, programmering, robotteknologi, mekanisk konstruktion, anatomi, sundhedsteknologi og demografiske forhold. Der kan i forløbet inddrages en række andre emner, som omhandler anvendelse af velfærdsteknologier generelt, etiske problemstillinger ved udskiftning af ”varme hænder” og computational thinking som begreb.
Området rummer potentielt mange andre forskellige aktiviteter og faglige undersøgelser og dette forløb indeholder eksempler, som kan danne en rød tråd frem mod den engineering-udfordring som eleverne afslutter forløbet med: Hvordan designer og konstruerer man en robot, som skal hjælpe mennesker med en dagligdags, personlig opgave? I dette tilfælde en spiserobot.
Faglige områder
Når eleverne arbejder mod en løsning af udfordringen, kan de komme omkring følgende faglige områder:
Geografi: Demografi og erhverv: Udvikling i aldersfordeling i arbejdsstyrken. Geografisk spredning af jobs med risiko for nedslidning.
Fysik/kemi: Produktion og teknologi: Programmering og elektriske kredsløb. Vægtstangsprincippet. Grundlæggende viden om moment, udveksling.
Biologi: Krop og sundhed: Kropsfunktioner og bevægeapparatet.
Eleverne tilegner sig gennem forløbet viden om nogle af de faktorer, der er i spil, når samspillet mellem mennesker og maskiner skal udvikles. Der undersøges både årsager og virkning i forbindelse med de udfordringer der opstår i forbindelse med udviklingen af robotten som nær hjælper til os mennesker
Kompetenceområder
Undersøgelse
Eleven kan gennemføre enkle undersøgelser af …
Modellering
Eleven konstruerer enkle modeller fx over …
Perspektivering
Eleven perspektiverer egen viden til ….
Kommunikation
Eleven kan diskutere problemstillinger, der knytter sig …
Relevans for naturfagsundervisningen
Materialet er lavet til det fællesfaglige fokusområde ”Teknologiens betydning for menneskets sundhed og levevilkår”, som er et af de emner, mange lærere har svært ved at gå til.
Robotteknologi er grundlæggende et fascinerende tema, da vi i højere og højere grad møder dem i vores dagligdag – og mange gange uden at tænke over det. Men hvilke konsekvenser har den øgende udbredelse af robotteknologi, og hvilke miljømæssige, samfundsmæssige og etiske problemstillinger knytter der sig til emnet. Dette forløb byder på en oplagt mulighed for at koble det naturvidenskabelige felt med det humanistiske.
Forløbet har en engineering-udfordring som omdrejningspunkt, og aktiviteterne gør det ud for engineering-processens undersøgelsesfase, så man kommer omkring fagligt stof undervejs.
De tre fag Fysik/kemi, Geografi og Biologi bidrager gennem de faglige undersøgelser ligeligt til de faglige færdigheder, som eleverne skal tilegne sig, for at kunne lave løsninger til udfordringen.
En del af de faglige undersøgelser behandler stof, som klassen alligevel skal lære, og det er suppleret med engagerende praktiske aktiviteter, hvor eleverne selv bygger og bruger redskaber til undersøgelse af naturlige fænomener. Der er også aktiviteter, som måske ligger uden for det normale pensum, men de er taget med, fordi de taler godt ind i den overordnede engineering-udfordring.
Materialet er testet på elever i både 7., 8. og 9. klasse, og erfaringerne fra testene viser, at eleverne bruger deres viden fra undersøgelserne til at skabe løsninger på den overordnede udfordring: Hvordan fungerer samspillet mellem teknologi og menneske, når vi udvikler robotter til at overtage dele af vores praktiske opgaver?
Didaktiske valg Didaktiske modeller og ressourcer
Forløbet er struktureret af engineering proces-modellen
Engineering proces modellen er en særlig måde at opbygge et forløb, så det minder om ingeniørens arbejdsmetode. Eleverne præsenteres for en udfordring og arbejder sig gennem forskellige faser frem til et bud på en løsning.
Eleverne gennemfører sidst i forløbet en engineering-udfordring, hvor de finder frem til en løsning, der kan hjælpe en person, som har manglende førlighed i begge armene fx, ved at have begge arme i gips.
Til at løse engineeringopgave skal eleverne bruge LEGO Mindstorms og hverdagsmaterialer som fx. papkrus, ispinde, malertape, bestik, skåle, tallerkener, blomsterpinde mv.
Stilladsering
Forløbet er et struktureret forløb. Som lærer har du mange muligheder for at åbne forløbet mere op, afhængigt af elevernes og egen erfaring med engineering-forløb. For nogle elevgrupper vil udlevering af udfordringen være tilstrækkelig.
Yderligere udfordringer
Eleverne kan forbedre deres prototyper yderligere ved at:
- Justere præcision og hastighed gennem programmeringen
- Forbedre stabiliteten i den mekaniske konstruktion
- Udvide programmeringen, så betjeningsknappen har flere funktioner
- Introducere loops i programmeringen
- Supplere betjeningsknappen, evt. med en afstandssensor
STEM er integreret i forløbet
| S | Naturfaglige undersøgelser af kropsfunktioner ved løft, vægtstangsprincippet, programmering, robotteknologi, demografiske forhold. |
| T | LEGO Mindstorms indgår som et prototype-værktøj. Der indgår i engineeringudfordringen både konstruktion og programmering. |
| E | Indgår i engineeringudfordringen. |
| M | Matematisk faglighed indgår i dataopsamlingen i undersøgelserne. |
Kort om forløbet
Robotteknologi bruges i mange tilfælde til at aflaste eller erstatte manuelt arbejde. Men hvordan udvikler man en robot, som passer til en bestemt opgave, og hvilken naturvidenskabelig viden er i spil i denne udvikling?
Har du spørgsmål?
Skriv til astra@astra.dk
Aktiviteter i forløbet
Didaktisk ressource
Videnskortlægning er en aktivitet, der kan bruges i delprocessen ‘Undersøge’. Dette er et arbejdsark, du kan give til dine elevgrupper.
Aktiviteter
Eleverne undersøger gennem teori og praktiske øvelser, hvad rigtig løfteteknik betyder for påvirkning af kroppen i forbindelse med lunge løft. Eleverne undersøger og registrer egne erfaringer med forskellige belastninger ved løft.
Aktiviteter
Eleverne undersøger, hvilke forhold der gør sig gældende for vægtstangsprincippet. Ved at afprøve forskellige placeringer af elementerne i opstillingen, erfarer de hvilken betydning det enkelte parameter har for, hvordan en given vægt kan løftes med en bestemt trykpåvirkning.
Aktiviteter
Eleverne opnår forståelse for, hvordan robotteknologi kan designes til at udføre mekanisk arbejde.
Aktiviteter
Eleverne bygger en robot og opbygger viden om, hvordan naturvidenskabelig viden er nødvendig for at udvikle og forbedre teknologisk design.
Aktiviteter
Eleverne undersøger og analyserer statistikker og sammenhænge, hvor ny teknologi kan have en indflydelse på ældre menneskers levevilkår.
Didaktisk ressource
Hent metodekortet, som vejleder til aktiviteten åben brainstorm, der kan bruges under delprocessen få ideer.
Didaktisk ressource
Hent metodekortet, som er et arbejdsark til aktiviteten bordet rundt, der kan bruges under delprocessen få ideer.
Didaktisk ressource
Hent metodekortet, som er et arbejdsark til aktiviteten hvilken idé vælger vi, der kan bruges under delprocessen få ideer.
Didaktisk ressource
Hent metodekortet, som er et arbejdsark til aktiviteten opgavefordelingen, der kan bruges under delprocessen konkretisere.
Didaktisk ressource
Hent metodekortet, som er et arbejdsark til aktiviteten generel prototypetest, der kan bruges under delprocessen forbedre.
Didaktisk ressource
Dette arbejdsark hjælper eleverne med at samle op på, hvad problemet var, hvilken løsning de valgte og hvordan løsningen virkede i test. Eleverne guides til at genbesøge andre delprocesser og at finde frem til, om der er noget, der skal justeres.
Didaktisk ressource
Hent metodekortet, som er et arbejdsark til niveau 1 af aktiviteten præsentation, der kan bruges under delprocessen præsentere løsningen.
Didaktisk ressource
Samtaleark med spørgsmål til evaluering af et engineering-forløb.
Projekt
Engineering i skolen
Engineering i skolen er et samarbejde mellem Engineer the future, Naturvidenskabernes Hus, VIA University College og Astra. Finasieret af A.P. Møller Fonden, Industriens Fonde, Villum Fonden og Lundbeckfonden.
