Vnukněte žákům, že jsou členové vývojového týmu

Významnou motivační složkou výuky je propojení probíraného učiva s praxí. Zadání jednotlivých programů budou tvořit příběh, jehož scénář by mohl vypadat například takto: Žáci budou členové týmu, který se zabývá vývojem nového prototypu inteligentního vozu, jež budeme nazývat mBcar (čti: emBékár)

Jejich úkolem bude naprogramovat robotické auto tak, aby splňovalo standardy moderního inteligentního vozu. Mezi tyto standardy bezesporu patří například automatické zapnutí osvětlení, parkovací senzory, hlídání jízdy v pruzích, automatické dobrzďování před překážkou atp. Žáci budou plnit úkoly dle videí. Od jednoduchých programů se postupně propracují k těm složitějším, na nichž si vyzkoušejí základní techniky programování:

• Práce se vstupy a výstupy v podobě senzorů robotické pomůcky
• Sekvence příkazů
• Podmínky
• Cykly
• Deklarace proměnné a základní operace nad nimi
• Metody

Pojďme přímo na věc, mBcar je připraven na vaše blokové programy.

---

1. Sekvence příkazů

Před první jízdou našeho mBcar je nutné zkontrolovat funkčnost všech světel, tzn. přední potkávací (bílá), zadní brzdová (červená), levý a pravý blinkr (oranžová). Každé ze světel otestujte v daném pořadí.

Update programu:

• Neproběhl test světel příliš rychle? Otestujte každé ze světel po dobu 2 sekund?
• Nenechávejte po ukončení programu svítit pravý blinkr.
• Blinkry mají blikat. Neprogramujte je tak, aby se tak stalo 2x na každé.

Vazby: RGB led diody jsou vhodnou motivací pro vysvětlení barevného modelu RGB.

Metodické pokyny:

Pedagog nejdříve seznámí žáky s jejich pozicí vývojářů robotického vozu. Konkretizuje zadání spuštěním videa. Žáci video zhlédnou a jejich úkolem je, aby v prostředí mobilní aplikace blokově naprogramovali mBota dle videa. Pedagog by měl mentorovat řešení žáků pouze ve smyslu zamýšlené programovací techniky (např. sekvenci příkazů) a přistupovat k nim s radou pouze v případě, že o ni sami požádají. Je-li žák s řešením hotov, může se pustit do tzv. updatů programů, zatímco pomalejší žáci pracují na základní úloze. Updaty jsou zde zařazeny z důvodu individualizace a rozdílech v tempu každého žáka.

Řešení:

Příklad #02: Na zelenou se rozjeď a vyžeň rychlost na 100

Osvětlení jsme zkontrolovali, můžeme přistoupit k první jízdě. Ta je v městském provozu velmi často řízena semafory. Proto musíme náš vůz tyto světelné signály naučit. Zde je další úkol:

Stisknutím tlačítka  rozsviťte LED diody mBota v barvách semaforu – červeně, oranžově a zeleně (v tomto pořadí). Všechny tři barvy se rozsvítí na 2 sekundy. Poté se mBot rozjede vpřed po dobu dalších dvou sekund.

Update programu:

• Jakmile se vůz rozjede, souběžně rozsvítí bílá potkávací světla, při zastavení je aktivní brzdící systém, tudíž svítí světla červená
• Jedním z parametrů každého vozu je jeho zrychlení „z nuly na sto“. Náš mBcar disponuje třemi rychlostními stupni. Vyzkoušejte je postupně všechny. Rychlosti 255 dosáhne za 3 sekundy. Simulujte při rozjezdu na zelenou.

Řešení:

Vazby: Rovnoměrně zrychlený pohyb (fyzika).

---

2. Cykly

Jednou z priorit každého moderního vozu je uživatelský komfort, jehož součástí je kvalitní audio poslech. Držme se zatím nižších cílů: Naučte mBcar přehrát písničku „Ovčáci, čtveráci“. Podmínkou je, aby všechny repetice v písničce byly zahrány v cyklech.

Zde je malá nápověda v podobě alfanumerického (nikoli notového) zápisu.

Alfanumerický zápis: |: C4, E4, G2 :|, |: E8, E8, D8, E8, F4, D4 :|, E4, D4, C2.
Čísla reprezentují délky not; např. C8 = nota C v délce noty osminové.

Update programu:

• Upravte program tak, píseň zazněla třikrát po sobě.
• Upravte program tak, aby píseň hrála pořád dokola a vypla se až stiskem tlačítka .

Vazby: Délky not a repetice (hudební výchova).

---

3. Podmínky

Příklad #04: Parkovací senzory aneb nerozbij si masku, mBcar(e)!

Parkovací senzory jsou v dnešní době standardem každého moderního vozu. A proto…
Stiskem tlačítka  rozjeďte mBota vpřed. Ultrasonic senzor zabrání jeho střetu s překážkou – zastaví jej v bezpečné vzdálenosti.

Update programu:

• V kritické vzdálenosti mBcar rozbliká LED diody červeně a navíc upozorní řidiče zvukovým signálem, dokud s ním nevycouváte, popř. nevycouvá sám.

Vazby: Ultrazvuk jakožto aktivní prvek senzoru pro snímání vzdálenosti. Vysvětlení principu ultrazvuku, přesah do medicíny.

---

4. Funkce

Příklad #05: Orientace v terénu… zatím pouze pravotočivá

Zaměřme se nyní na to, aby se naše robotické auto samostatně pohybovalo, nedocházelo ke střetu s překážkou a změnu směru jízdy signalizovalo odpovídajícím blinkrem… zatím tedy výhradně pravým. mBcar se bude chovat inteligentně, čímž se rozumí, že pokud uvidí překážku zahne před ní doprava a o změně směru jízdy dá vědět pravým blinkrem.

Metodická poznámka:

V tomto případě je důležité, aby pedagog vysvětlil žákům, že v programování existují tzv. podprogramy (procedury a funkce), což jsou autonomní části kódu resp. bloku, které jsou vyjmuty z hlavního programu a jež se z hlavního programu tzv. „volají“ jménem.

Je vhodné pohovořit o důvodech vyjmutí podprogramů z hlavního programu a v případě funkcí vysvětlit žákům analogii s funkcemi matematickými (např. lineární).

Samozřejmostí je ukázka použití metody v blokovém programování před samotným zadáním 5. příkladu. Jaká? Necháváme na tvořivosti pedagoga.

Update programu:

• Updatujte program tak, aby při jízdě vpřed měl mBcar rozsvícená žlutá potkávací světla.
• Zajistěte, aby se mBcar po 4. vyhnutí se překážce zastavil.

---

5. Proměnné

Update programu:

• Pokud je mBcar stojí na podložce, segmentový displej zobrazí 6666, zvedne-li se zobrazí 9999 a rozezvučí se.
• Napište 2. program tak, aby se hodnoty senzorů zobrazovaly v závislosti na aktuálním umístění vozu, každá po dobu 5 s. Snímaní čidel zastavíte stiskem tlačítka .

Metodická poznámka:

Pedagog žákům vysvětlí pojem proměnné (v programování). Že jde o jakousi paměťovou buňku, do níž se ukládají hodnoty různých datových typů (celé číslo, reálné číslo, znak, atd.) dle toho, jak je proměnná deklarovaná či inicializovaná. Proměnná vzniká v paměti počítače při spuštění programu a zaniká jeho ukončením. Analogii proměnné a jejího datového typu lze najít v buňce tabulkového procesoru, která je obdobně jako proměnná různého datového typu (číslo, text, datum atd.).

Dále je třeba žákům vysvětlit, že s aktuálními hodnotami senzorů se mnohdy pracuje po delší dobu spuštění programu, proto je ukládáme do proměnných. Ty se pak mohou objevit například v podmínkách strukturovaných příkazů.

---

6. Operace s proměnnými

Příklad #07: Jakou vzdálenost mBcar ujel?

Důležitá poznámka:

Je třeba žáky upozornit na to, že vzdálenost naměřená ultrasonic senzorem se bude značně lišit od té skutečné. Senzory mBota jsou levné, a tudíž ne úplně přesné, komponenty.

Update programu:

Nechte jet mBcar vpřed po dobu například 5ti sekund a určete rychlost jeho pohybu ve všech třech režimech – slow, fast, fastes. Rychlost zaokrouhlete na celé km/h využitím příslušné matematické funkce Round.

---

Naprogramujte mBcar tak, aby se pohyboval dle schématu. Dvakrát se levotočivě „odrazil“ od překážky (krabice) a zastavil se, jakmile projede cílovou páskou (černá izolační páska).

---

Naprogramujte mBcar tak, aby se pohyboval dle schématu. V prvém případě zahne před překážkou doprava, ve dvou zbylých případech doleva a zastavil se, jakmile projede cílovou páskou (černá izolační páska).

---

Dopravní situace #n:

Další dopravní situace už přenecháváme na tvořivost učitele. Kombinací překážek v podobě krabic a jízdních pruhů provedených izolační páskou lze vytvářet spoustu zajímavých úloh.