Learn about active learning methods and practices using Robotics, IoT, and "smart things" projects. Includes examples of teaching practices and robotics projects, and offers suggestions why and how to use them to achieve better students' motivation, engagement, creativity, and connection between theory and practice. Several blended learning models are compared - Flipped Classroom, Stations/Labs Rotation, Flex model. Project support for individual learning styles is discussed.

1. Trayan Iliev
t_iliev@fmi.uni-sofia.bg
Научна сесия 31.03.2018
СУ ”Св. Климент Охридски”
Активно учене
чрез създаване
на роботи и
свързани
„неща“

2. 2
Trademarks
Oracle®, Java™ and JavaScript™ are trademarks or registered
trademarks of Oracle and/or its affiliates.
LEGO® is a registered trademark of LEGO® Group. Programs are not
affiliated, sponsored or endorsed by LEGO® Education or LEGO®
Group.
Raspberry Pi™ is a trademark of Raspberry Pi Foundation.
Other names may be trademarks of their respective owners.

3. Съдържание
3
 Защо да учим програмиране с роботи?
 Запознайте се с роботите: LeJaRo и IPTPI
 Активно учене чрез правене
 Проектно-базирано учене
 Смесно учене (Blended Learning) – методи
 Поддръжка на различни стилове на учене
 Ресурси

4. Интернет на нещата има потенциала да промени
света, така както го направи Интернет. Дори повече.
— Kevin Ashton, 'That 'Internet of Things' Thing', RFID Journal, 2009
 50 петабайта данни се създават и въвеждат от хора
 Хората имат ограничено време, внимание и точност
 Данни за нещата от реалния свят в реално време
 Проследяване и управление на всичко, намаляване
на проблемите, загубите и цената
 Ще знаем кога нещата се нуждаят от замяна, ремонт
или извеждане от експлоатация
Интернет на нещата (IoT, IoE)

5. Ключови елементи на IoT
5
Internet of Things (IoT)
Identification Sensors Connectivity Computation Services Semantic

6. Роботите са интелигентни “неща”
6
CC BY 2.0, Source:
https://www.flickr.com/photos/wilgengebroed/8249565455/
Radar, GPS, lidar for navigation and obstacle
avoidance ( 2007 DARPA Urban Challenge )

7. Роботите са вече у дома ...
7
Source: By Nohau - Own work, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=17987534

8. 9
Роботите могат да бъдат социални :)
9Left image: CC BY-SA 2.5, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=374949
Right image: https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=1485971

9. Интер-дисциплинарно обучение
10
Роботиката е пресечна точка на
много диспилини:
 Механика
 Електроника и компютърни науки
 Софтуерно инженерство
 Изкуствен интелект (AI)
 Човеко-машинни интерфейси
 Социология и психология
 Дизайн
Picture by Hugo Elias of the Shadow Robot Company -
http://www.shadowrobot.com/media/pictures.shtml, CC BY-SA 3.0

10. Инженерство, наука и изкуство
11
Source: https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=551256, CC BY-SA 3.0

11. 12
Обучение чрез програмиране на учебни
роботи - LeJaRo
12

12. LeJaRo: Lego®
Java Robot
13
 Modular – 3 motors (with encoders) – one driving each
track, and third for robot clamp.
 Three sensors: touch sensor (obstacle avoidance), light
color sensor (follow line), IR sensor (remote).
 LeJaRo is programmed in Java using LeJOS library.
 More information about LeJaRo:
http://robolearn.org/lejaro/
 Programming examples available @GitHub:
https://github.com/iproduct/course-social-robotics/tre
e/master/motors_demo
LEGO® is a registered trademark of LEGO® Group. Programs of IPT are not
affiliated, sponsored or endorsed by LEGO® Education or LEGO® Group.

13. 14
Meet IPTPI :)

14. 15

15. IPTPI: RPi2 + Ardunio Robot
16
 Raspberry Pi 2 (quad-core ARMv7
@ 900MHz) + Arduino Leonardo
cloneA-Star 32U4 Micro
 Optical encoders (custom), IR
optical array, 3D accelerometers,
gyros, and compass MinIMU-9 v2
 IPTPI is programmed in Java
using Pi4J, Reactor, RxJava, Akka
 More information about IPTPI:
http://robolearn.org/iptpi-robot/

16. IPTPI: RPi2 + Ardunio Robot
17
3D accelerometers, gyros,
and compass MinIMU-9 v2
Pololu DRV8835
Dual Motor Driver
for Raspberry Pi
Arduino Leonardo clone
A-Star 32U4 Micro
USB Stereo
Speakers - 5V
LiPo Powebank
15000 mAh

17. IPTPI: RPi2 + Ardunio Robot
18
Raspberry Pi 2 (quad-core
ARMv7 @ 900MHz)
IR Optical Sensor QRD1114
Array (Line Following)
Adafruit 2.8" PiTFT -
Capacitive Touch Screen

18. Tale of Simplicity: DDD
19

19. IPTPI Reactive Streams
20
Encoder
Readings
ArduinoData
Fluxion
Arduino
SerialData
Position
Fluxion
Robot
Positions
Command
Movement
Subscriber
RobotWSService
(using Reactor)
Angular 2 /
TypeScript
MovementCommands

20. Активното обучение е форма на обучение, при която
преподавателят се старае да увлече студентите в учебния
процес по-директно, отколкото при други методи.
 Action learning – learning as reflection on experience,
achieved through focusing on problems in a social context
-- Revans (1983)
 “in active learning, students participate in the process and
students participate when they are doing something besides
passively listening” -- Bonwell (1991)
 “students are actively or experientially involved in the learning
process and where there are different levels of active
learning, depending on student involvement” -- Weltman
Активно обучение

21. 22
 Целенасочено – решаване на релевантни задачи от
гледна точка на обучаваните
 Рефлексивно – мислене върху смисъла на наученото
 Договорено: договаряне на целите и методите на учене
между обучавани и преподавател
 Критично мислене – различни възможни подходи
 Сложно – реални задачи вместо „измислени“ проблеми
 Ситуационно-базирано – учебни задачи ситуирани в
конкретен контекст
 Ангажиращо – реалните задачи водят до повишен
интерес и мотивация за работа върху проблема
Характеристики на АО [Barnes, 1989]

22.  Затвърждава учебния материал, понятия и умения
 Обратна връзка в реално време за обучаваните
 Адресира различните стилове на учене
 Дава възможност за мислене и решаване на проблеми,
като затвърждава наученото в практически контекст
 Дава възможност на всеки обучаван да конструира свой
собствен опит и връзки, лично участие и постижения
 „Аха“ момент – откривателство – увеличава интереса и
затвърждава вътрешната на мотивация на обучаваните
 Увеличава увереността в собствените способности чрез
комуникация в екипа. Създава усещане за общност.
Предимства на активно обучение

23. Tаксономия на Блум
Source: ©2017 Vanderbilt University · The Center for Teaching - CC BY-NC 4.0 International license,
https://cft.vanderbilt.edu/guides-sub-pages/blooms-taxonomy/

24. Пирамида на научаването върху
таксономията на Блум
Конкретен опит
Source: By Kokcharov - Own work, CC BY-SA 4.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=44917532
Retention

25. Проектно-базираното обучение (PBL) е форма на
активно обучение, при която обучаваните получават
знания и умения чрез работа и изследване за
продължителен период от време върху автентичен,
ангажиращ, и сравнително сложен въпрос, проблем
или предизвикателство.
-- What is Project Based Learning (PBL)?
https://www.bie.org/about/what_pbl
Oбучение чрез проекти

26.  Ключови знания, разбиране, критично мислене/решаване
на проблеми
 Предизвикателство с реална ценност
 Непрекъснато изследване
 Автентичност и релевантност
 Личен избор и креативност
 Рефлексия
 Обратна връзка
 Публичен продукт
Защо PBL?
[https://www.bie.org/about/what_pbl]

27.  Смесеното обучение (Blended learning) е образователна
програма (формална или неформална), която комбинира
онлайн цифрови медии с традиционни методи на
преподаване в класната стая.
 Този вид обучение изисква физическо присъствие на
преподавателя и обучавания с известни елементи на
контрол от страна на обучавания върху времето,
мястото, учебния път и скоростта на обучението.
 Модалностите включени в учебния път са свързани и
осигуряват интегриран учебен опит.
 Learning Experience (LX) == UserExperience (UX) ?
Смесено обучение
(Blended Learning)

28.  Обърната класна стая (Flipped Classroom) –
https://www.khanacademy.org/partner-content/ssf-cci/sscc-i
ntro-blended-learning/modal/v/sscc-blended-flipped
 Модел на ротиране на работни станции (Stations
Rotation Model) –
https://www.khanacademy.org/partner-content/ssf-cci/sscc-i
ntro-blended-learning/modal/v/sscc-blended-station
 Модел на ротиране на лаборатории (Labs Rotation
Model) –
https://www.khanacademy.org/partner-content/ssf-cci/sscc-i
ntro-blended-learning/modal/v/sscc-blended-lab
 Гъвкав модел (Flex model) –
https://www.khanacademy.org/partner-content/ssf-cci/sscc-i
ntro-blended-learning/modal/v/sscc-blended-flex
Методи за смесено обучение

29. Абстрактна
концептуализация
Стилове на учене [Kolb]
Конкретен опит
Рефлективно
наблюдение
Активно
експериментиране
Акомодатор
практически опит, "hands-on"
Асимилатор
индукция, теории
Конвърджър
от общото към частното
прилагане на теориите
Дивърджър
от частното към общото,
конкретни наблюдения

30. Абстрактна
концептуализация
Стилове на учене с роботи
Конкретен опит
Рефлективно
наблюдение
Активно
експериментиране
Акомодатор
практически опит, "hands-on"
Асимилатор
индукция, теории
Конвърджър
от общото към частното
прилагане на теориите
Дивърджър
от частното към общото,
конкретни наблюдения

31.  Активисти - учене посредством правене на нещата,
високо ниво на енергия, нисък праг на внимание,
нетърпеливи са, желаят да да решат проблема
максимално бързо.
 Рефлектори – нуждаят се от време за възприемане на
информацията и размишление, разглеждат опита от
различни перспективи преди да решат, прецизни са.
 Теоретици - обикновено са много обективни и
неемоционални при ученето, събират и организират в
логическа последователност факти и модели.
 Прагматици – отхвърлят ирелевантната информация,
запазват само приложимата такава, искат да видят
приложение на идеите на практика, случаи на употреба.
Стилове на учене [Honey & Mumford]

32. 34
Допълнителни ресурси
https://github.com/iproduct/course-social-robo
tics/wiki/Study-Materials
Ресурси към курса „Многоагентни системи
и социална роботика” в GitHub:

33. 35
Благодаря за вниманието!
35
Траян Илиев
http://robolearn.org/
https://github.com/iproduct
https://twitter.com/trayaniliev