Thymio Roboter-Lernsystem für den Sach- und MINT-Unterricht
Einschalten und loslegen
Thymio II ist ein sofort einsatzbereites und vielseitiges Roboter-Lernsystem, mit dem Sie im Unterricht von den Grundlagen der Robotik-Technologie, über die Anwendung mit Alltagsbezug bis hin zu Themen der Künstlichen Intelligenz und neuronaler Netze vermitteln können.
Der robuste Roboter verfügt über sechs vorprogrammierte Modi, die Emotionen wie „freundlich“, „neugierig“, „erforschend“ und „vorsichtig“ abbilden. Damit können bereits Schüler/-innen der Grundschule erste Schritte im Umgang mit Robotern gehen und neuartige Lernerfolge im MINT-Unterricht erzielen. Thymio II kann aber noch wesentlich mehr:
Mit Infrarot, Tasten, Mikrofon und anderen Sensoren hat Thymio so ziemlich alles an Bord, um spannende Programmieraufgaben zu lösen. Für Anfänger und Fortgeschrittene lässt sich Thymio mit Aseba, Scratch 3.0, Blockly, OpenRoberta und Python programmieren.
Thymio macht Künstliche Intelligenz anschaulich – ab Klasse 5
Können Sie erklären, wie ein Algorithmus funktioniert? Kennen Sie die Prozesse, die in neuronalen Netzen ablaufen? Wissen Sie wie Maschinen lernen?
Selbst wenn Sie das alles erklären können, hilft Thymio Ihnen dabei, Sachverhalte der Künstlichen Intelligenz anschaulich zu vermitteln. Denn mit Thymio können Sie künstlich intelligente Systeme nachstellen und vermitteln, welche Anforderungen damit verbunden sind. Die Schüler:innen lernen anhand konkreter praktischer Aufgaben, wie Künstliche Intelligenz funktioniert.
Mit Hilfe der Software alphAi können Sie die Sensoren von Thymio mit einer Reihe von Aktionen verbinden. Über die einfach zu bedienende grafische Benutzeroberfläche bringen Sie den Thymio dazu, vor- oder zurückzufahren, sich zu drehen, zu rotieren und dabei wie in einem neuronalen Netzwerk selbst zu lernen.
Umfangreiche Unterrichtsmaterialien zum Lernen mit Thymio
Dieses Buch wurde für Lehrkräfte von Vorschulen, Grundschulen und die Unterstufe verfasst, die Thymio für den Robotik-Unterricht einsetzen möchten. Nach einer kleinen Einführung in den Roboter Thymio, seine Bauteile und seine Funktionsweise werden wir kurz die pädagogischen Prinzipien hinter dem Projekt, sowie die Lehraktivitäten mit Thymio behandeln.
Danach finden Sie eine Reihe von Lehraktivitäten mit ansteigendem Schwierigkeitsgrad:
- Erste Aktivitäten zum Thema Roboter (auch ohne Verwendung von Thymio möglich)
- Lehraktivitäten auf Basis der sechs vorprogrammierten grundlegenden Verhaltensmuster von Thymio
- Programmieren mit der grafischen Programmiersprache VPLBasic
- Programmieren mit der fortgeschrittenen VPL Programmiersprache.
Arbeitsblätter, Schablonen und Lösungen für weit über 50 Aufgaben
Als zusätzliches Material zu diesem Buch haben wir eine Sammlung von Karten erstellt, die für die Durchführung der Aktivitäten mit den Schülern hilfreich sind.
Das PDF enthält:
- Farbige Arbeitsblätter (122 Seiten) als Kopiervorlagen. Teils zum Ausfüllen.
- Bastelvorlagen (z.B. für den Bau von Hindernissen)
Eigenschaften von Thymio
Programmieren mit Thymio und VPL leicht gemacht
Mit der visuellen Programmierumgebung (VPL) kann Thymio 2 graphisch programmiert werden. Durch das einfache Bewegen von Blöcken erstellen Sie Ihr erstes Programm in wenigen Minuten.
Mit wenigen Klicks zur ersten Programmierung
So programmieren Sie den Thymio 2 wireless: In VPL wird ein Programm durch das Anordnen von Ereignis- und Aktionsblöcken in Paaren erstellt. Dies erfolgt durch Anklicken der Ereignis- oder Aktionsblöcke oder indem diese in die Mitte der Programmierumgebung gezogen und somit als Paar angeordnet werden.
Zum Beispiel weist die Anordnung eines Klopf-Ereignisses und einer Motor-Aktion den Roboter an, sich zu bewegen bzw. zu stoppen, sobald er angetippt wird.
Dafür ziehen Sie ein Ereignis mit einer oder mehreren Aktionen ins Programmierfeld. Anschließend klicken Sie auf die Symbole, um festzulegen, wie ihr Thymio reagieren soll. Nach einem Klick auf „Play“ startet der Thymio.
Thymio stoppt an der Tischkante
Thymio folgt Ihrer Hand
Sie können mit der Programmierung starten, sobald Sie die Software heruntergeladen und installiert haben.
Die offiziellen Programmiersprachen von Thymio sind:
- VPL
- Scratch 3.0
- Blockly
- OpenRoberta
- Aseba Studio
- Python
Thymio hat 6 vorprogrammierte Verhaltensmuster
Thymio 2 Sensoren:
- 9 Infrarotsensoren (Reichweite ca. 10 cm)
- 5 Berührungstasten (kapazitive Technologie)
- 1 Drei-Achsen-Beschleunigungsmesser
- 1 Thermometer
- 1 Mikrofon
- 1 Infrarotempfänger für die Fernsteuerung
- 1 drahtloses Modul
Aktoren:
- 39 ansteuerbare LEDs
- 2 Gleichstrommotoren, die mit den Rädern verbunden sind
- 1 Lautsprecher
Thymio II: Robust, transparent, Open-Source
Der Lernroboter Thymio ist ein kleines interaktives Gerät, das vollständig auf Open-Source-Hardware und -Software basiert. Das macht den Thymio nachhaltig und transparent. Der Roboter ist kompakt und sehr robust. Er ist für den Einsatz in allen Bildungsbereichen von der Grundschule bis zur Universität konzipiert und geeignet.
Die edukative Robotik mit Thymio
Thymio ist als Lernsystem konzipiert. Er macht die Funktionsmechanismen der Robotik leicht verständlich und weckt den kritischen Geist der Schüler:innen. Um Gegensatz zu vielen anderen Robotern hat Thymio einen neutralen Look, der eine Anpassung an erzieherische Bedürfnisse ermöglicht. Er ist offen für eigene Gestaltungsideen und fördert die Kreativität. Thymio präferiert weder ein Geschlecht noch ein Alter und kann von der Grundschule bis zum Studium eingesetzt werden. Thymio überzeugt durch seine robuste Hardware und transparente Open-Source-Programmierung. Zudem biette das Lernsystem eine umfassende Dokumentation und sehr viele Materialien für die Unterrichtsgestaltung.
Die edukative Robotik ermöglicht es, Thymio als didaktisches Lehrmittel einzusetzen, das Schüler:innen begeistert und zum Nachdenken anregt.
Neuronale Netze zur Nutzung von künstlicher Intelligenz in Robotern
Der Suchalgorithmus von Google ist ein klassisches Beispiel für ein neuronales Netz. Neuronale Netze ahmen Prozesse im menschlichen Gehirn nach und nutzen Informatik und Statistik, um zu Lösungen im Bereich der Künstlichen Intelligenz zu kommen. Dabei lernen sie eigenständig dazu und verbessern ihre Präzision. So lassen sich Daten mit hoher Geschwindigkeit abrufen und zu Clustern zusammenfassen – oft viel schneller als es das menschliche Gehirn vermag, zum Beispiel in der Bilderkennung.
Das menschliche Gehirn hat mehrere Hundert Milliarden Neuronen! Sie sind für den Austausch von Informationen maßgeblich und machen natürliche Intelligenz aus. In der Informatik versuchen wir, Intelligenz zu imitieren, indem wir künstliche neuronale Netze schaffen. Diese künstlichen Neuronen haben ein ähnliches Verhalten, sind aber viel einfacher als natürliche Neuronen.
Die AlphAI-Software verfügt bereits über neuronale Netze, mit denen wir ThymioAI Verhaltensweisen beibringen können. Sobald wir uns mit der Software
vertraut gemacht haben, wird unsere Aufgabe darin bestehen, Thymio zu trainieren.
