Projektově orientované vzdělávaní s programem MATLAB

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

humusoft-logo

mathworks-logo

Co bylo před RNA?

V roce 1953 byly provedeny známé Millerovy-Ureyovy experimenty, kdy účinkem elektrických výbojů na směs jednoduchých …

Používáme soubory cookies pro přizpůsobení obsahu webu a sledování návštěvnosti. Data o používání webu sdílíme s našimi partnery pro cílení reklamy a analýzu návštěvnosti. Více informací

The cookie settings on this website are set to "allow cookies" to give you the best browsing experience possible. If you continue to use this website without changing your cookie settings or you click "Accept" below then you are consenting to this.

Close