Gå til hovedindhold

Gør robotten til din hjælper

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? 

Intro til forløbet

Teknologier fylder stadig mere i vores hverdag. Både som privatperson og i næsten alle erhverv bliver teknologier løbende introduceret for at gøre vores hverdag lettere, bedre eller sundere. 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?

Begrundelse:

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.

Engineeringforløb

Forløbet er tilrettelagt som et engineeringforløb, hvor eleverne arbejder efter engineering procesmodellen.

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.

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:

  1. I skal benytte engineering-processen. 
  2. Robotten skal kunne hjælpe med en spisefunktion, ved at en fingerbetjent trykknap udløser en handling.
  3. Jeres løsning skal programmeres i LEGO Mindstorms, og konstrueres af LEGO og de hverdagsmaterialer, som I har til rådighed.

Billeder:

Som inspiration har vi samlet billeder (indsæt link til billedfil) af løsninger på udfordringen.

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

Yderligere udfordringer:

Eleverne kan forbedre deres prototyper yderligt ved at:

  1. Justere præcision og hastighed gennem programmeringen

  2. Forbedre stabiliteten i den mekaniske konstruktion 

  3. Udvide programmeringen, så betjeningsknappen har flere funktioner

  4. Introducere loops i programmeringen

  5. Supplere betjeningsknappen, evt. med en afstandssensor

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.

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?


Om engineering-arbejdsmetoden:

Engineering-design-processen kan virke fremmed for eleverne (og læreren), da der ikke som i mange andre skolefag og undervisningssammenhænge er entydigt rigtige eller forkerte svar. Nogle elever bliver usikre, når de ikke ved, hvornår de er færdige, eller om de kommer frem til det rigtige resultat. Du kan imødegå udfordringerne ved at forberede eleverne på, at arbejdsprocessen er anderledes, end de er vant til, og at projektarbejde til tider er som en rutsjebanetur, der veksler mellem succesoplevelser og fejlslagne forsøg. Tal også med eleverne om, at det de undervejs oplever som fejl, sagtens kan bruges som løftestang til at komme videre – særligt hvis de gør sig overvejelser om, hvorfor tingene ikke virkede, som de havde forestillet sig. 

STEM er integreret i forløbet:

SNaturfaglige undersøgelser af kropsfunktioner ved løft, vægtstangsprincippet, programmering, robotteknologi, demografiske forhold.
TLEGO Mindstorms indgår som et prototype-værktøj. Der indgår i engineeringudfordringen både konstruktion og programmering.
EIndgår i engineeringudfordringen.
MMatematisk faglighed indgår i dataopsamlingen i undersøgelserne.

 

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.

Aktivitetsplan - struktureret efter Engineering proces-modellen

Indledning

Læs intro til forløbet (i den røde boks herover)

Læs elev og lærermaterialerne

 

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 

Forstå udfordringen

1-2 lektioner

Se vejledning

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 procesmodellen for yderligere information.

 

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 Mashine.

"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 

Undersøg

4-6 lektioner

Se vejledning

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 nedenfor. Efter hver undersøgelse diskuterer I i klassen, hvilken betydning resultaterne fra undersøgelsen har på udfordringen.

 

Undersøgelse 1- Tunge løft

Biologi: Kropsfunktioner, bevægeapparat, 

 

Undersøgelse 2 Vægtstænger
Fysik/Kemi: Energiformer, udveksling

 

Undersøgelse 3 - LEGO Mindstorms

Fysik/Kemi: Introduktion til robotteknologi – LEGO Mindstorms

 

Undersøgelse 4Robotten overtager arbejdet

Fysik/Kemi: Introduktion til robotteknologi

 

Undersøgelse 5Sundheds- og velfærdsteknologi

Geografi: Anvendelse af sundheds- og velfærdsteknologi i demografisk sammenhæng

Få ideer

1-2 lektioner

Se vejledning

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 PDF iconåben 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 PDF iconHvilken ide vælger vi.

 

Konkretisere

2-3 lektioner

Se vejledning

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

Se vejledning

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

 

Se vejledning

 

Gennemgå metodekortet PDF iconGenerel 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

 

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

Se vejledning

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.

Prøv også

Engineeringudfordringen kan evt. udvides til at omhandle andre teknologiske løsninger, som rammer inden for det overordnede tema, hvis eleverne har ideer til det – og du som lærer er komfortabel med at udvide deres muligheder.

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 ...

Fællesfaglige fokusområder

Teknologiens betydning for menneskers sundhed og levevilkår.