LEGO® Education Computer Science & AI je výukový program zaměřený na rozvoj dovedností v oblasti informatiky a umělé inteligence prostřednictvím praktických aktivit a týmové spolupráce.

Celý program zahrnuje 90 lekcí, které jsou navrženy tak, aby byly srozumitelné pro žáky a zároveň snadno použitelné pro učitele. Výuka propojuje programování, práci s daty a principy AI s hravou formou učení.

Obsah lekcí je sladěn se standardy Next Generation Science Standards (NGSS) a zároveň je mapován i na další vzdělávací standardy používané v různých zemích. Díky tomu lze program snadno začlenit do běžné výuky informatiky.

Program je rozdělen do tří věkových kategorií: pro předškolní děti až do 2. třídy, pro první stupeň a pro druhý stupeň. Každá varianta obsahuje 30 lekcí postavených na badatelském přístupu.

Každá sada obsahuje kombinaci stavebních dílků, technologických prvků a návodů potřebných pro realizaci lekcí.

Sady jsou navrženy pro práci ve skupinách čtyř žáků, aby podporovaly spolupráci a sdílení nápadů při řešení úloh.

5+ let:
276 dílků včetně single motoru, barevného senzoru, párovací karty, 20cm USB-C nabíjecího kabelu, přepravního boxu a tištěných stavebních návodů.

8+ let:
321 dílků včetně dvojitého motoru, barevného senzoru, párovací karty, 20cm USB-C nabíjecího kabelu, přepravního boxu a tištěných stavebních návodů.

11+ let:
379 dílků včetně jednoduchého motoru, dvojitého motoru, barevného senzoru, ovladače, dvou párovacích karet, 20cm USB-C nabíjecího kabelu, přepravního boxu a tištěných stavebních návodů.

Pro snadnější organizaci výuky lze dokoupit další párovací karty, náhradní díly nebo nabíjecí příslušenství.

Program LEGO® Education Computer Science & AI umožňuje žákům poznat principy umělé inteligence prostřednictvím praktických aktivit a experimentování.

Během výuky pracují například s koncepty počítačového vidění, klasifikace dat nebo pravděpodobnostního rozhodování. Technologie je přitom představena způsobem, který je srozumitelný i pro mladší žáky.

Velká pozornost je věnována také ochraně soukromí. AI funkce fungují přímo na zařízení žáka a žádná data nejsou odesílána na externí servery. Obrázky z kamery se neukládají – systém pracuje pouze s body, které reprezentují polohu těla.

Jaké principy AI se žáci učí

Výuka zahrnuje například:

Snímání a zpracování dat

Reprezentaci informací a logické uvažování

Učení z dat

Interakci mezi člověkem a technologií

Společenské dopady digitálních technologií

Obsah výuky vychází z rámce CSTA a z doporučení iniciativ zaměřených na výuku AI, jako jsou AI4K12 nebo AAAI.

Postupné rozšiřování dovedností

Žáci si během výuky postupně vyzkouší:

Interpretaci výsledků předtrénovaného klasifikátoru.

Vytváření vlastních klasifikátorů pomocí sběru a vyhodnocování dat.

Práci s body lidského těla a jejich souřadnicemi pro řízení modelů v reálném čase.

Diskuse o dopadech technologií

Součástí výuky je také zamyšlení nad tématy, jako je spravedlnost algoritmů, zkreslení dat nebo ochrana soukromí.

Připraveno pro učitele

Celý systém je navržen tak, aby byl snadno použitelný ve školním prostředí. Připravené scénáře lekcí a metodické materiály pomáhají učitelům výuku rychle zařadit do praxe.

Každá lekce je navržena tak, aby ji bylo možné zvládnout během jedné vyučovací hodiny, tedy přibližně za 45 minut.

Doporučený počet je čtyři žáci na jednu sadu. Menší skupiny jsou možné, ale větší skupiny než čtyři žáci se nedoporučují, aby měl každý dostatek prostoru zapojit se do práce.

Výuka se zaměřuje na klíčové koncepty informatiky, například na výpočetní systémy, práci s daty, algoritmy, programování a základy umělé inteligence.
Obsah je navržen v souladu se standardy Computer Science Teachers Association (CSTA) a lze jej snadno přizpůsobit vzdělávacím standardům jednotlivých zemí.

Pedagogický výzkum dlouhodobě ukazuje, že badatelsky orientovaná výuka pomáhá žákům rozvíjet dovednosti, jako je experimentování, práce s důkazy nebo vyvozování závěrů (DiMauro & Furman, 2016).

Studie „Learning Through Play at School“ (Parker & Thomsen, 2019) zároveň potvrzuje, že učení založené na hře podporuje porozumění vědeckým konceptům a zlepšuje výsledky v matematice.

Badatelský přístup navíc zvyšuje zapojení žáků do výuky a podporuje jejich motivaci k dalšímu vzdělávání.

Program LEGO® Education na těchto principech staví – praktické aktivity umožňují žákům objevovat principy informatiky a AI vlastní zkušeností.

Pro vstup do portálu je nutné mít účet LEGO®. Ten si lze zdarma založit pomocí e-mailové adresy. Alternativně je možné využít také existující účty služeb Google, Facebook, Apple nebo EPIC Games.

Po vytvoření profilu se učiteli zobrazí především obsah odpovídající jeho lokalitě a věkové skupině žáků, které vyučuje. Přihlášení tak usnadňuje orientaci v materiálech a zároveň zkracuje čas potřebný pro vyhledání a přípravu lekcí.

Ano, všechny lekce jsou dostupné bez poplatku. Učitelé k nim mají online přístup prostřednictvím učitelského portálu.

Po přihlášení a nastavení profilu podle konkrétní země nebo státu se jednotlivé lekce automaticky propojí s odpovídajícími vzdělávacími standardy platnými pro danou lokalitu.

Výukové materiály jsou dostupné přímo online v učitelském portálu, aby vždy obsahovaly aktuální verzi i všechny funkce. Samotné lekce proto není možné stáhnout pro offline použití. Po otevření se však obsah načítá na pozadí, což pomáhá zajistit plynulé používání i při slabším internetovém připojení. Poznámky pro učitele k jednotlivým lekcím lze stáhnout a vytisknout.

Hardware lze programovat a připojovat prostřednictvím prostředí Coding Canvas. V tomto prostředí je možné získávat data ze zařízení a pracovat s programovacími bloky určenými jak pro obecné použití, tak přímo pro jednotlivé komponenty. Díky tomu mohou žáci rozpohybovat modely a sledovat jejich chování v reálném čase.

Single a Dvojitý Motor
Motory se využívají v mnoha modelech tam, kde je potřeba zajistit pohyb nebo zvýšit interaktivitu modelu. Motor lze použít samostatně nastavením výstupu pro spuštění, případně jej lze bezdrátově propojit se senzory pomocí párovacích karet. Pro plnou kontrolu nad chováním modelu je možné motor připojit také přímo do Coding Canvas.

Ovladač
Ovladač umožňuje žákům model řídit přímo a okamžitě reagovat na jeho chování. Díky kompaktní konstrukci a dvěma páčkám je velmi univerzální a může sloužit nejen k ovládání, ale také jako senzor integrovaný do modelu.

Senzor Barev
Barevný senzor patří mezi nejpřirozenější a nejsrozumitelnější senzory, se kterými mohou žáci pracovat. Tento velmi malý senzor může v některých lekcích fungovat i jako světelný efekt. Pokud je přímo spárován s motorem nebo více motory, reagují motory na rozpoznané barvy následujícím způsobem:

Bílá (barva LEGO 001)
Akce jednoho motoru: Ignorovat
Akce dvojitého motoru: Ignorovat

Modrá (barva LEGO 023)
Akce jednoho motoru: Jedno otočení po směru hodinových ručiček
Akce dvojitého motoru: Pohyb vpřed o jedno otočení

Žlutá (barva LEGO 024)
Akce jednoho motoru: Jedno otočení proti směru hodinových ručiček
Akce dvojitého motoru: Pohyb zpět o jedno otočení

Zelená (barva LEGO 028)
Akce jednoho motoru: Devadesát stupňů po směru hodinových ručiček
Akce dvojitého motoru: Otočení o devadesát stupňů*

Červená (barva LEGO 021)
Akce jednoho motoru: Devadesát stupňů proti směru hodinových ručiček
Akce dvojitého motoru: Otočení o devadesát stupňů*

Fialová (barva LEGO 324)
Akce jednoho motoru: Režim kopání
Akce dvojitého motoru: Režim kopání

Modro-zelená (barva LEGO 107)
Akce jednoho motoru: Režim vrtění
Akce dvojitého motoru: Režim vrtění

*Funkce otáčení závisí na průměru kola a konstrukci modelu.

Při připojení k Coding Canvas dokáže senzor barev poskytovat také hodnoty HSV a informace o odrazu světla, což umožňuje pokročilejší práci s daty.

Párovací karta
Pro propojení senzoru s více motory stačí přiložit párovací kartu k jednotlivým zařízením. Hardware se okamžitě spáruje bez nutnosti dalšího nastavování.

Doba provozu se liší podle typu zařízení i způsobu používání. Pokud je hardware plně nabitý, je obvykle možné realizovat minimálně dvě lekce za sebou. Výdrž lze prodloužit i krátkým dobitím mezi lekcemi – například desetiminutové nabíjení může výrazně pomoci.

Při nepřetržitém provozu jsou přibližné časy následující:

Ovladač: přibližně 80 minut nepřetržitého použití*

Senzor barev: přibližně 90 minut nepřetržitého použití*

Single motor: přibližně 150 minut nepřetržitého použití*

Dvojitý motor: přibližně 265 minut nepřetržitého použití*

*Skutečná výdrž závisí na tom, jak žáci s modely pracují.

Jakmile zařízení nelze zapnout nebo začne signalizovat červeným blikáním, je potřeba jej dobít. Celkový čas nabíjení může ovlivnit například teplota okolí nebo aktuální stav baterie. Přibližné časy nabití z 0 % na 100 % jsou:

Dvojitý motor: 40 minut

Single motor: 40 minut

Senzor barev: 30 minut

Ovladač: 30 minut

Párovací kartu lze bez problémů použít i z jiného balení. Barva karty nemá vliv na funkčnost a karty se navzájem nijak neruší.

Každá karta totiž obsahuje unikátní identifikační kód, který hardware bezdrátově načte. Díky tomu dokáže systém rozlišit jednotlivé skupiny, i když používají karty stejné barvy.

Při připojení k Coding Canvas pomáhá barva naskenované karty filtrovat seznam dostupného hardwaru. Zároveň se zobrazí i její identifikační číslo, což usnadňuje výběr správného zařízení – zejména ve třídách, kde pracuje více skupin současně.

Ano, hardware je možné připojit také bez párovací karty. V takovém případě stačí zvolit možnost „Připojit bez karty“ a pokračovat podle pokynů v procesu připojení.

Každá sada LEGO Education Computer Science & AI obsahuje vlastní párovací karty. Na jejich barvě přitom nezáleží – jakákoliv karta bude s hardwarem fungovat správně.

V prostředí Coding Canvas lze současně připojit až 10 hardwarových zařízení v rámci jednoho projektu. Při větším počtu zařízení se však může výkon snížit. Záleží také na konkrétním zařízení a na tom, zda Bluetooth Low Energy (BLE) není současně využíváno pro další funkce.

Pokud je zařízení připojeno k internetu, aktualizace se instalují automaticky při jeho připojení.

V případě, že aktualizace neproběhne správně, začne hardware signalizovat duhovým blikáním. Stačí zařízení znovu připojit a systém se pokusí aktualizaci automaticky dokončit.

Pro žáky:
V některých lekcích žáci využívají zařízení, například laptop nebo Chromebook s internetovým připojením a prohlížečem Chromium (např. Google Chrome nebo Microsoft Edge). Alternativou je iPad s nainstalovanou aplikací Coding Canvas. Pro skupinu čtyř žáků obvykle postačuje jedno zařízení. Aby bylo možné připojit hardware, musí zařízení podporovat Bluetooth. Pro využití AI funkcí je zároveň potřeba kamera, která může být vestavěná nebo připojená přes USB.

Existují také lekce označené jako „bez obrazovky“, při kterých žáci žádné zařízení nepotřebují. Učitel však stále využívá zařízení spolu s projektorem nebo obrazovkou pro zobrazení výukového obsahu.

Při práci na Chromebooku, PC nebo Macu je pro používání Coding Canvas vyžadováno připojení k internetu.
Pro zařízení s iOS je k dispozici aplikace, která umožňuje používat Coding Canvas také v offline režimu.

Coding Canvas od LEGO Education je navržen tak, aby byla bezpečnost žáků a ochrana jejich soukromí maximální prioritou. Proto bylo do systému zahrnuto několik opatření, která zajišťují bezpečné používání.

Bez přihlášení žáků: žáci mohou pracovat v Coding Canvas anonymně a není nutné vytvářet osobní profily. Díky tomu se neukládají žádné osobní údaje.

Zpracování dat probíhá přímo na zařízení: všechny projekty i programy zůstávají uložené pouze na zařízení, se kterým žáci pracují. Také data využívaná AI funkcemi jsou zpracována lokálně, takže LEGO Education ani žádná jiná třetí strana neukládá snímky nebo osobní informace.

Okamžité odstranění obrázků: při využití kamery zařízení AI analyzuje polohu těla a jednotlivé body, ale snímky se neukládají. Obrázky jsou odstraněny hned poté, co jsou potřebná data použita v projektu. Ani při sdílení projektů mezi žáky nebo učiteli se tyto obrázky nikam nepřenášejí.

Tato opatření pomáhají zajistit bezpečné používání technologie AI ve školním prostředí a chrání soukromí žáků.