LEGO® Education Informatika a umelá inteligencia je vzdelávací program zameraný na rozvoj zručností v informatike a umelej inteligencii prostredníctvom praktických aktivít a tímovej práce.

Celý program zahŕňa 90 lekcií, ktoré sú navrhnuté tak, aby boli zrozumiteľné pre študentov a ľahko použiteľné pre učiteľov. Výučba kombinuje programovanie, prácu s dátami a princípy AI s hravou formou učenia.

Obsah lekcií je zosúladený so štandardmi Next Generation Science Standards (NGSS) a zároveň je priradený k iným vzdelávacím štandardom používaným v rôznych krajinách. To uľahčuje integráciu programu do bežnej výučby informatiky.

Program je rozdelený do troch vekových kategórií: pre predškolské deti do 2. ročníka, , pre prvú úroveň a pre druhú úroveň. Každá varianta obsahuje 30 lekcií založených na skúmavom prístupe.

Každá sada obsahuje kombináciu stavebných blokov, technologických prvkov a inštrukcií potrebných na realizáciu lekcií.

Sady sú navrhnuté tak, aby pracovali v skupinách po štyroch žiakoch a podporili spoluprácu a zdieľanie nápadov pri riešení úloh.

5+ rokov:
276 kusov vrátane jedného motora, farebného senzora, párovacej karty, 20cm USB-C nabíjacieho kábla, transportnej krabice a tlačených stavebných inštrukcií.

8+ rokov:
321 kusov vrátane dvojitého motora, farebného senzora, párovacej karty, 20cm USB-C nabíjacieho kábla, transportnej krabičky a tlačených stavebných inštrukcií.

11+ rokov:
379 dielov vrátane jedného motora, dvojitého motora, farebného senzora, ovládača, dvoch párovacích kariet, 20cm USB-C nabíjacieho kábla, transportnej krabice a tlačených stavebných inštrukcií.

Pre jednoduchšiu organizáciu lekcií si môžete kúpiť ďalšie párovacie karty, náhradné diely alebo nabíjacie príslušenstvo.

Program LEGO® Education Informatika a umelá inteligencia umožňuje študentom naučiť sa princípy umelej inteligencie prostredníctvom praktických aktivít a experimentovania.

Počas lekcií pracujú napríklad s konceptmi počítačového videnia, klasifikácie dát alebo pravdepodobnostného rozhodovania. Technológia je prezentovaná spôsobom, ktorý je zrozumiteľný aj pre mladších žiakov.

Veľká pozornosť sa venuje aj ochrane súkromia. Funkcie AI fungujú priamo na zariadení študenta a žiadne dáta sa neodosielajú na externé servery. Obrázky z kamery sa neukladajú – systém pracuje len s bodmi, ktoré reprezentujú polohu tela.

Aké princípy AI sa študenti učia

Výučba zahŕňa napríklad:

Zachytávanie a spracovanie dát

Reprezentácia informácií a logické uvažovanie

Učenie sa z dát

Interakcia človeka s technológiou

Spoločenské dopady digitálnych technológií

Vzdelávací obsah je založený na rámci CSTA a odporúčaniach AI vyučovacích iniciatív, ako sú AI4K12 alebo AAAI.

Postupné rozširovanie zručností

Počas hodín sa žiaci postupne snažia:

Interpretácia výsledkov predtrénovaného klasifikátora.

Vytvárajte vlastné klasifikátory zberom a vyhodnocovaním dát.

Pracujte s body ľudského tela a ich súradnicemi na riadenie modelov v reálnom čase.

Diskusia o vplyve technológií

Výučba zahŕňa aj reflexiu tém ako spravodlivosť algoritmov, zaujatosti dát alebo ochrana súkromia.

Pripravení pre učiteľov

Celý systém je navrhnutý tak, aby bol ľahko použiteľný v školskom prostredí. Pripravené vyučovacie plány a metodologické materiály pomáhajú učiteľom rýchlo uviesť výučbu do praxe.

Každá lekcia je navrhnutá tak, aby sa dokončila za jednu lekciu, teda približne za 45 minút.

Odporúčaný počet je štyria žiaci na sériu. Menšie skupiny sú možné, ale väčšie skupiny s viac ako štyrmi žiakmi sa neodporúčajú, aby mal každý dostatok priestoru na zapojenie.

Výučba sa zameriava na kľúčové koncepty informatiky, ako sú výpočtové systémy, práca s dátami, algoritmy, programovanie a základy umelej inteligencie.
Obsah je navrhnutý v súlade so štandardmi Asociácie učiteľov informatiky (CSTA) a dá sa ľahko prispôsobiť vzdelávacím štandardom každej krajiny.

Vzdelávací výskum už dlhodobo ukazuje, že vyučovanie založené na bádaní pomáha žiakom rozvíjať zručnosti, ako je experimentovanie, práca s dôkazmi alebo vyvodenie záverov (DiMauro & Furman, 2016).

Zároveň štúdia "Learning Through Play at School" (Parker & Thomsen, 2019) potvrdzuje, že učenie založené na hrách podporuje porozumenie vedeckým konceptom a zlepšuje výkon v matematike.

Okrem toho prístup skúmania zvyšuje zapojenie žiakov do vyučovania a podporuje ich motiváciu na ďalšie vzdelávanie.

Program LEGO® Education Stavia na týchto princípoch – praktické aktivity umožňujú žiakom objavovať princípy informatiky a AI prostredníctvom vlastných skúseností.

Na vstup do portálu je potrebné mať účet LEGO®. Toto je možné nastaviť zadarmo pomocou e-mailovej adresy. Alternatívne je možné použiť aj existujúce servisné účty Google, Facebooku, Apple alebo EPIC Games.

Po vytvorení profilu učiteľ uvidí obsah zodpovedajúci jeho lokalite a vekovej skupine študentov, ktorých učí. Prihlásenie tak uľahčuje orientáciu v materiáloch a zároveň skracuje čas potrebný na nájdenie a prípravu lekcií.

Áno, všetky lekcie sú dostupné zadarmo. Učitelia k nim majú prístup online prostredníctvom Portál pre učiteľov.

Keď sa prihlásite a nastavíte svoj profil v krajine/štáte, každá lekcia sa automaticky prepojí s príslušnými vzdelávacími štandardmi pre danú lokalitu.

Učebné materiály sú dostupné priamo online v Teacher Portale, takže vždy obsahujú aktuálnu verziu a všetky funkcie. Preto samotné lekcie nie je možné stiahnuť na offline použitie. Avšak po otvorení sa obsah načíta na pozadí, čo pomáha zabezpečiť plynulý zážitok aj pri slabšom internetovom pripojení. Poznámky pre učiteľov k jednotlivým lekciám si môžete stiahnuť a vytlačiť.

Hardvér je možné programovať a pripájať cez prostredie Coding Canvas. V tomto prostredí je možné získavať dáta zo zariadenia a pracovať s programovacími blokmi určenými na všeobecné použitie aj priamo pre jednotlivé komponenty. Vďaka tomu môžu študenti presúvať modely a sledovať ich správanie v reálnom čase.

Jednomotorový a dvojmotorový
Motory sa používajú v mnohých modeloch, kde je potrebné zabezpečiť pohyb alebo zvýšiť interaktivitu modelu. Motor môže byť použitý samostatne nastavením výstupu na štart, alebo môže byť bezdrôtovo pripojený k senzorom pomocou párovacích kariet. Pre úplnú kontrolu nad správaním modelu môže byť engine tiež priamo pripojený k Coding Canvas.

Kontrolér
Ovládač umožňuje študentom priamo ovládať model a okamžite reagovať na jeho správanie. Vďaka kompaktnému dizajnu a dvom pákam je veľmi univerzálny a dá sa použiť nielen na ovládanie, ale aj ako senzor integrovaný do modelu.

Farebný senzor
Farebný senzor je jedným z najprirodzenejších a najpochopiteľnejších senzorov, s ktorými môžu študenti pracovať. Tento veľmi malý senzor môže tiež slúžiť ako svetelný efekt v niektorých lekciách. Keď sú priamo spárované s motorom alebo viacerými motormi, motory reagujú na rozpoznané farby nasledovne:

Biela (farba LEGO 001)
Jednomotorová akcia: Ignorovať
Dvojitá motorická akcia: Ignorovať

Modrá (farba LEGO 023)
Jednomotorový pohyb: Jeden otoč v smere hodinových ručičiek
Dvojmotorický pohyb: Posuňte sa o jeden otoč dopredu

Žltá (farba LEGO 024)
Jednomotorová akcia: Jedno otočenie proti smeru hodinových ručičiek
Dvojitá motorická akcia: Ustúpte o jeden otoč

Zelená (farba LEGO 028)
Jednomotorová akcia: deväťdesiat stupňov v smere hodinových ručičiek
Dvojitý motorický pohon: Otáčanie o deväťdesiat stupňov*

Červená (farba LEGO 021)
Jednomotorová akcia: deväťdesiat stupňov proti smeru hodinových ručičiek
Dvojitý motorický pohon: Otáčanie o deväťdesiat stupňov*

Fialová (farba LEGO 324)
Jednomotorová akcia: Režim kopania
Dvojitý motorický mechanizmus: Režim kopania

Modro-zelená (LEGO 107 Color)
Jednomotorová akcia: Režim kývania
Dvojmotorová akcia: Režim kývania

*Rotačná funkcia závisí od priemeru kolesa a konštrukcie modelu.

Keď je pripojený k Kódovaciemu plátnu, farebný senzor môže tiež poskytovať hodnoty HSV a informácie o odraze svetla, čo umožňuje pokročilejšie spracovanie dát.

Párovacie karty
Na pripojenie senzora k viacerým motorom stačí ťuknúť na párovaciu kartu jednotlivých zariadení. Hardvér sa okamžite spáruje bez potreby ďalších nastavení.

Doba prevádzky sa líši v závislosti od typu zariadenia a spôsobu jeho použitia. Ak je hardvér plne nabitý, zvyčajne je možné vykonať aspoň dve lekcie za sebou. Výdrž batérie sa dá predĺžiť aj krátkym dobíjaním medzi lekciami – napríklad desaťminútové nabíjanie môže výrazne pomôcť.

Pri spojitej prevádzke sú približné časy nasledovné:

Ovládač: Približne 80 minút nepretržitého používania*

Farebný senzor: Približne 90 minút nepretržitého používania*

Jeden motor: približne 150 minút nepretržitého používania*

Dvojmotor: približne 265 minút nepretržitého používania*

*Skutočná výdrž závisí od toho, ako študenti pracujú s modelmi.

Akonáhle sa zariadenie nedá zapnúť alebo začne blikať červeno, je potrebné ho znovu nabiť. Napríklad okolitá teplota alebo aktuálny stav batérie môžu ovplyvniť celkový čas nabíjania. Približné časy nabíjania od 0 % do 100 % sú:

Dvojitý motor: 40 minút

Jeden motor: 40 minút

Farebný senzor: 30 minút

Kontrolór: 30 minút

Párovacia karta sa dá bez problémov použiť aj z iného balíka. Farba karty neovplyvňuje jej funkčnosť a karty si nijako nezasahujú.

Každá karta obsahuje jedinečný identifikačný kód, ktorý hardvér číta bezdrôtovo. Vďaka tomu systém dokáže rozlíšiť skupiny, aj keď používajú karty rovnakej farby.

Keď je pripojený k Coding Canvas, farba naskenovanej karty pomáha filtrovať zoznam dostupného hardvéru. Zároveň sa zobrazuje aj jeho identifikačné číslo, čo uľahčuje výber správneho zariadenia – najmä v triedach, kde pracuje viacero skupín naraz.

Áno, hardvér sa dá pripojiť aj bez párovacej karty. V takom prípade stačí vybrať možnosť "Pripojiť sa bez karty" a postupovať podľa pokynov v procese pripojenia.

Každá sada LEGO Education Computer Science & AI obsahuje vlastné párovacie karty. Ich farba nie je dôležitá – akákoľvek karta bude správne fungovať s hardvérom.

V prostredí Coding Canvas je možné súčasne pripojiť až 10 hardvérových zariadení v rámci jedného projektu. Avšak pri väčšom počte zariadení môže výkon klesnúť. Závisí to tiež od konkrétneho zariadenia a od toho, či sa Bluetooth Low Energy (BLE) nepoužíva súčasne na iné funkcie.

Ak je vaše zariadenie pripojené na internet, aktualizácie sa automaticky inštalujú, keď je pripojené.

Ak aktualizácia neprebehne správne, hardvér začne signalizovať dúhovým zábleskom. Stačí zariadenie znova zapojiť a systém sa pokúsi aktualizáciu dokončiť automaticky.

Pre žiakov:
V niektorých lekciách žiaci používajú zariadenie, napríklad notebook alebo Chromebook s pripojením na internet a prehliadačom Chromium (napr. Google Chrome alebo Microsoft Edge). Alternatívou je iPad s nainštalovanou aplikáciou Coding Canvas. Pre skupinu štyroch žiakov zvyčajne stačí jedno zariadenie. Na pripojenie hardvéru musí zariadenie podporovať Bluetooth. Zároveň je potrebná kamera na používanie AI funkcií, ktoré môžu byť zabudované alebo pripojené cez USB.

Existujú aj lekcie označené ako "bez obrazovky", kde študenti nepotrebujú žiadne zariadenie. Napriek tomu učiteľ stále používa zariadenie spolu s projektorom alebo obrazovkou na zobrazenie vyučovacieho obsahu.

Pri práci na Chromebooku, PC alebo Mac, na používanie Coding Canvas je potrebné internetové pripojenie.
Pre iOS zariadenia existuje aplikácia, ktorá umožňuje používať Coding Canvas aj v offline režime.

LEGO Education Coding Canvas je navrhnutý tak, aby bezpečnosť a súkromie študentov boli najvyššou prioritou. Preto bolo do systému zahrnutých niekoľko opatrení na zabezpečenie bezpečného používania.

Žiadne prihlásenie študenta: študenti môžu pracovať v Coding Canvas anonymne a nie je potrebné vytvárať osobné profily. V dôsledku toho sa neukladajú žiadne osobné údaje.

Spracovanie dát prebieha priamo na zariadení: všetky projekty a programy zostávajú uložené iba na zariadení, s ktorým študenti pracujú. Tiež dáta používané AI funkciami sú spracované lokálne, takže ani LEGO Education, ani žiadna iná tretia strana neukladá obrázky alebo osobné informácie.

Okamžité odstránenie obrazu: Pri použití fotoaparátu AI zariadenie analyzuje polohu tela a jednotlivé body, ale obrázky sa neukladajú. Obrázky sa vymažú hneď, ako sú potrebné údaje použité v projekte. Aj keď sa projekty zdieľajú medzi študentmi alebo učiteľmi, tieto obrázky sa nikam neprenášajú.

Tieto opatrenia pomáhajú zabezpečiť bezpečné používanie AI technológií v školskom prostredí a chránia súkromie žiakov.