Sciencemag.cz
Doporučujeme
„Projektové učení nebo projektové vyučování (angl. Project-based learning, PBL) je konstruktivistickým pedagogickým přístupem, jehož cílem je navodit hlubokou, detailní úroveň učení se s využitím metod na bázi průzkumu či výzkumu podpořenými tématy, která jsou skutečná, zajímavá a důležitá pro studentův každodenní život.“ (http://cs.wikipedia.org).
Jak do projektově orientovaného vzdělávání zapadá software MATLAB? MATLAB je interaktivní prostředí pro vědecké a technické výpočty, simulaci, analýzu dat, vizualizaci a vývoj algoritmů využívaný miliony inženýrů a vědců po celém světě. Díky své otevřenosti a šíři záběru aplikačních knihoven se stal jedním ze základních programových nástrojů využívaných na vysokých školách pro výuku a výzkum v mnoha technických, přírodních a ekonomických oborech.
Systém MATLAB je vhodný pro podporu výuky základních předmětů, jako je matematika a fyzika, i odborných technických a ekonomických předmětů. Jeho nástroj Simulink pak umožňuje matematické modelování fyzikálních soustav a nejrůznějších typů algoritmů pomocí blokových schémat, která jsou pro studenty jednodušší a názornější než textový programovací jazyk.
Kromě toho může MATLAB a Simulink pracovat s reálnými zařízeními, což vede studenty k řešení ucelených projektů s vazbou na praktickou realizaci. Mezi oblasti projektově orientovaného vzdělávání, ve kterých je MATLAB přínosem, patří:
- programování
- tvorba a robotických a mechatronických systémů
- návrh řídicích systémů
- získávaní dat z různých typů senzorů
- zpracovaní obrazu a zpracování signálu
MATLAB a Simulink podporuje velké množství hardwarových platforem, od oblíbených low-cost mikropočítačů Arduino, Raspberry Pi, zařízení LEGO Mindstorms až po výkonné simulátory, PLC řídicí systémy, systémy se signálovými procesory a FPGA. Podporované jsou rovněž IP kamery a mobilní zařízení se systémy Android nebo iOS, u kterých je možné využít jejich senzorů.
Způsob práce se všemi těmito platformami je přitom velmi podobný. Studenti si při práci s levnými mikropočítači mohou osvojit algoritmy a principy, které v praxi využijí při práci s profesionálními vývojovými systémy. Možnost rychlého vývoje řídicích algoritmů pro všechna tato zařízení je důvodem vzrůstající obliby MATLABu při studentských soutěžích.
Robotické soutěže jsou stále populárnější (foto: Marián Tárník)
Studentské soutěže
Důkazem, že projektově orientované vzdělávání nachází stále větší oblibu, je množství studentských soutěží zaměřených na moderní oblasti vědy a techniky. Z aktuálně pořádaných soutěží jmenujme například Robosoutěž, organizovanou na Fakultě elektrotechnické ČVUT v Praze. Robosoutěž je určena studentům základních a středních škol, kde studenti programují autonomní roboty LEGO Mindstorms pro splnění zadané úlohy – v roce 2017 to byl sběr a házení míčků na terč, letošním úkolem je co nejrychlejší průjezd bludištěm sestaveným z různě barevných čtverců. V soutěži Roboti@FSI, pořádané v lednu na Fakultě strojního inženýrství VUT v Brně, studenti programovali v prostředí MATLAB „třídičku barevných míčků“ založenou opět na stavebnici LEGO Mindstorms.
Soutěže ale nejsou pouze o robotice. Úlohou v soutěži Biosignal Challenge 2018, pořádanou Fakultou elektrotechnickou ČVUT v Praze, bude detekce Parkinsonovy choroby pomocí řečových promluv, kde najdou uplatnění algoritmy neuronových sítí či metody strojového učení. A cílem soutěže Synth Challenge 2017 bylo syntetizovat v prostředí MATLAB zvuky hudebních nástrojů.
Společným cílem soutěží, bez ohledu na jejich zaměření, je zejména motivace studentů k samostatné tvůrčí práci a dosažení skutečných výsledků.
Algoritmus sledování čáry pro robota LEGO Mindstorms naprogramovaný v prostředí MATLAB a Simulink
Jsou i větší akce
V americkém Bostonu proběhla unikátní týdenní projektová akce Boston STEM Week určená studentům středních škol. Běžné vyučování bylo nahrazeno společnou prací na řadě reálných projektů v oblasti vědy, techniky a matematiky, organizovaných společností i2 Learning ve spolupráci s MIT a dalšími STEM partnery. Akce zúčastnilo 37 středních škol, 6000 studentů a 300 učitelů.
Metodická podpora
Jak začít a kde najít podklady? Společnost MathWorks, autor programového prostředí MATLAB, poskytuje na svých webových stránkách metodickou podporu pro pedagogy. Pro řadu předmětů jsou k dispozici kompletní podklady pro výuku a online kurzy.
MATLAB pro vysoké a střední školy
Kromě klasických licencí byly v našem regionu nedávno zpřístupněny tzv. celouniverzitní licence programu MATLAB, pojmenované TAH (Total Academic Headcount). Licence TAH zahrnuje všechny učitele, výzkumné pracovníky a studenty, přístup je možný z učeben i z domova (i bez připojení k síti). Licenci typu TAH v našem regionu v současné době využívají Technická univerzita v Liberci, Slovenská technická univerzita v Bratislave a Žilinská univerzita v Žiline. Celosvětově využívá licenci typu TAH již více než tisíc univerzit.
A co střední školy? Ty mohou využít speciální multilicence programu MATLAB nazvané PASS (Primary and Secondary Schools). Za cenu přibližně 10 tis. Kč/rok získají školy neomezený přístup k programu MATLAB, Simulink a dalším 51 nejčastěji využívaným aplikačním knihovnám pro všechny své studenty a pedagogy.
Distributor produktů společnosti MathWorks v České republice a na Slovensku:
HUMUSOFT s. r. o.
http://www.humusoft.cz
