לארשיל יגולונכט ןוכמ – ןוינכטה םיעדמהו היגולונכטה תארוהל הקלחמה

םיינאכמ םינונגנמ תדימל לש םינייפאמ תיתדבעמ הביבסב בשחמ ירקובמ ןוינכטב םיטנדוטסו םידימלתל תפתושמ

יונ ' צרוק ינגבי : טנרוטקוד רנרו רוגיא ' רד : החנמ 2006 – יתקלחמה רנימסה

אובמ

עיפשהל יתועמשמ ןפואב לוכיש חתפתמ םוחת וז הקיטובור םידלי ןגמ תומרה לכב יעדמו יסדנה ךוניח לש םעבט לע הקיטובור ידומילו לש ןווגמל ןה , תיחרזאו תיעבצ הישעת תעכ , .

םדא חוכ תרשכהל הליעי ךרדכ םיבשחנ תופתושמ תונוכת שי הקיטובורב םידומיל תוינכות תישעמ תוסנתה , , .

םיכמסומ ידומיל דעו םיטובור לש בחר םושייב תניינועמ הדבעמ ייוסינ תוליכמ , תוימוחתניב .

תוינורטכמ תוכרעמ חותיפל םיטקיורפב תודקמתמו החתופש תידומילה הביבסה תא םינחובו םיעיצמ ונחנא הביבסב .

ןוינכטב םיעדמהו היגולונכטה תארוהל הקלחמב םירגתאב םיקסוע רפס יתב ידימלתו םיטנדוטס וז תויורחתל םיננוכתמו םיפתושמ םייגולונכט .

הקיטובורב

רקחמל היצביטומ

הקלחמב הארוה יחרפ תרשכהל תרגסמ חתפל ללוכ , הקיטובורב םיטקיורפ תייחנהו עוציבל .

לעופב תוסנתה .

הקיטובור תארוהל הביבס הקלחמב חתפל הדימל יכילהת רקחל הדשכ רפס יתב ידימלתל

רקחמה תמורת

עדמב תוכרעמ אשונל םידומיל תינכות –

ידותמה טביהב

היגולונכטו הדימל תוביבס חותיפל השיגה -

יגולודותמה טביהב

םידימלתו הארוה יחרפל תופתושמ תיתוסנתה םימשוימה םיטובור לש םילדומ תרדס –

יגולונכטה טביהב

םיעדמ םיוסינו ןכת ידומילל םיסופיט באכ לע הקיטובור ידומיל תעפשה תניחב ידומילב םידימלת תויוגהנתה ןויפא – -

יביטינגוקה טביהב

תיתריצי הבישח

יתוגהנתהה טביהב

הקיטובור

רקחמ תולאשו רקחמ תרטמ

הדימלה , תיטובורה הביבסה חותיפ יכילהת ןייפאל לש תיתריצי הבישח לע הדימלה תעפשהו , :

הרטמ

הב תיתוסנתהה .

םידמולה :

רקחמ תולאש

דומילל תיטובורה הביבסה לש ןכת ינייפאמ םהמ ?

היגולונכטו עדמב תוכרעמ .

1 ?

תיטובורה הביבסב תיתוסנתה הדימל ינייפאמ םהמ .

2 דמולה תא תברעמ תיטובורה הביבסב הדימלה דציכ ?

תיתריצי הבישח יכילהתב .

3 תויסולכוא יתש תוברועמ רקחמב .

:

רקחמה תייסולכוא

םיקסועה הקלחמב םיטנדוטסהו רפס יתב ידימלת : םידמולה תופתושמ תומישמ עוציבב

יטרואית עקרו תורפס רקס

םסיביטקורטסנוק

יכ ןעוט ) Siegler, 1986 ) Piaget " Knowledge is not transmitted to children, but is constructed in the children's minds ."

םזינוישקורטסנוק

" םזינוישקורטסנוק שמתשמו רצות תריציב ברועמ דמולה םהבש הדימל יכילהתל תסחייתמה ) .

חתיפ ) 1998 " ( לש היצפסנוק חתיפ Resnick digital manipulatives ינדי לועפתב םיינכמ םיטנמלאל תיסחי תוסנתהה תמר תא תולעהל ןתינ .

.) ) Harel and Papert, 1991 ( object to think with ( ילטיגיד לועפתב םיטנמלא תרזעב הבש השיג Lego Mindstorms הכרע היונב ( Papert הבישח דקומכ וב , וז השיגל םאתהב

Learning by Design

םידמלנ היפ לעש םידומיל תינכות וחתיפ הרומה דיקפת .

.

) 1998 ( היתימעו Kolodner םירצות תיינבו ןכת תויוליעפ ךרד םייעדמ םיגשומ ידכ שרדנה עדי רסוח לש תודוקנ תוהזל דמולל רוזעל היה וז תינכותב יעדמ רקח תויוליעפב דמולה תא דדועלו המישמה תא םילשהל

Prototype-based Design Methodology

This design methodology focuses on developing a product ’s prototype that initially has a minimal set of basic features of the product and then is revised as new requirements to the product are discovered (Sommerville, 2001).

The analysis, design, and implementation phases are performed concurrently and repeatedly in a cycle until the system is completed (Dennis et. al., 2002).

Lantz (1986) proposes a model of

rapid prototyping

for quick synthesis and modification of products. The model includes the following stages: Determining Feasibility, Studying Present System, Defining Prototype, Building Prototype, Exercising Prototype, Converting and Installing.

) ךשמה ( יטרואית עקרו תורפס רקס

הדימל תוביבס

ובש םוקמכ הדימל תביבס רידגמ תוסיפת ןיב רשק םייקש ןעוט העפשה תמייקש ןייצמ .

) ירמוח םתואב שומישש שיגדמ 2003 ) 1987 ( ) (1996 ) Wilson תוידדה תויצקארטניאב םיאצמנ םירומו םידימלת ךילהתל עייסל ידכ עדימ תורוקמו םילכ ןווגמב םישמתשמו ( 1979 Nolen .

דומילה םיגשיהה ןיבל םהלש הדימלה תביבס תא םידימלתה Smith ( .

םיידומילה לש תוגהנתהה לע הדימלה תביבס לש תיתועמשמ Ihde .

דמולה תונוש דומיל תואצותל םרוג תונוש תוביבסב דומיל

Experiential learning (Kolb, 1984)

The learning process should be approached as a continuous spiral. The learning circle consists of 4 steps: 1. Carrying out a particular action and then seeing the effect of the action in this situation.

2. Understanding these effects in the particular instance.

3. Understanding the general principle under which the particular instance falls.

4. Application through action in a new circumstance within the range of generalization.

) ךשמה ( יטרואית עקרו תורפס רקס

תיגולונכט תוניירוא

, ישונא עדיכ היגולונכט םירידגמ תוניירוא לעפתל , International Technology Education .

תיגולונכט תוניירואל םינקתה ) ( Association, 2000 םדאה לש תוימויק תויעב ןורתפל םשוימה שמתשהל דמולה תלוכיב תאטבתמ תיגולונכט .

היגולונכט ןיבהלו ןוחבל םייזכרמ םיאשונ םירידגמ םינכת , הדימל תוביבס חותיפ תוחתפתהו הרשכה (2003) : , הארוה תוטיש Harris ו Wilson יגולונכטה ךוניחב רקחמל , םידומיל תוינכות לש .

םירומ לש תיעוצקמ

) ךשמה ( יטרואית עקרו תורפס רקס

יתבכש בר רקחמ

יכוניח רקחמל היגולודותמ חתיפ , היפל Lesh .

תובכש .

.) ) 2000 Multi-tiered Approach םירקוחו םירומ , םידימלת ןוגכ , ( תונוש ) ( Lesh יתבכש בר תויסולכוא בלשמה יתבכש בר הדימל ךילהתב הייסולכוא הווהמ הבכש לכ םידמול לש תונוש תורחאה תובכשה ידמולל תמרותו תעייסמ ( תויסולכוא שולש בלשמש ורקחמ לע חוויד עדיו ליג

) ךשמה ( יטרואית עקרו תורפס רקס

תוידומיל תויצקארטניא

םינייצמ .

) 1992 ( ויתימעו Cobb עדיה תא םישכור םידמולהש תישיא ןיב היצקינומוק ךות תא עיצמ ) 2000 ( Vérillon ןיב תויצקארטניאה לדומ תברעמ םיתיעלש םידמולה הז הקיטובורב .

טקאפיטרא .

טובור

) ךשמה ( יטרואית עקרו תורפס רקס

תויתריצי

םידמולה תוברעתה ךרדש ןעוט .

תונויער תריצי לש ךילהתכ תויתריצי רידגמ ) ) 1972) Torrance 1983) Mayer .

תושדח תוחנהו םהלש תיתריציה תלוכיה תא חתפל ןתינ תויתריצי תויעב ןורתפב

תפעתסמו תסנכתמ הבישח

ידי convergent divergent ( ( תסנכתמ הבישח רידגה תפעתסמ הבישח ןורתפ ןיב קודה רשק םייקש שיגדמ .

, תאז תמועל Guilford .

.

) 1959) Guilford לע עבקנש דחא ןוכנ ןורתפל הליבומש הבישחכ עדי ימוחתב ןתוא תאצומו תונווגמ תובושת תרשפאמ ) ) thinking תונותנה תודבועה thinking רתוי םינווגמו םיבחר תפעתסמ הבישח ןיבל תויעב לש יתריצי

תיתריצי הבישח ינחבמ

ססבתה תויתריצי ינחבמ תיינבב , ) 1959 ( Guilford ) 1974 , 1972 ( Torrance לש ורקחמב והוזש םימרוג העברא לע : ונייהד תונויער תולעהל תלוכיב אטבתמה םרוג .

(fluency (

ףטש

ןותנ ןמזב רשפאש לככ םיבר

.

1

בר ןווגמ תולעהל תלוכיב תאטבתמ .

(flexibility (

תושימג

םיוסמ םוחתב םייולת םניאש תונויער לש

.

2

תיטסיטטס תורידנ ידי לע תדדמנ -

(

originality) .

תוירוקמ

תונויער לש

.

3

רוציל תלוכי לע ססבתמ .

) elaboration (

ףסונ טוריפ

רצותב םתוא בלשלו םישדח םיטירפ

.

4

תיטובורה הדימלה תביבס חותיפ רקחמב

: הליכמ הדימלה תביבס .

הקלחמב היגולונכטל הדבעמ םיעדמהו היגולונכטה תארוהל .

א .

דומיל ירמוחו םידומיל תינכת .

ב תויגולונכט תוכרעמ .

, דויצ תרגסמב וחתופשו ושכרנש רקחמה .

ג

The Rascal Kit

Mechanicals

Servomotors, aluminum links, parallel jaw wrist-and-gripper assembly, construction bases, and other parts

Electronic Interface

Servo outputs, on-off outputs for device control, and sensor inputs (analog-to-digital and switch-closure).

Software

Scripting language for operating point-to point movements from console and also programmatically from C/C++, Visual Basic, or Java.

Technion Course Teaching methods in design and manufacturing

(Dr. I. Verner – lecturer, E. Korchnoy – assistant)

• Part of the Technion B.Sc. program in technology education.

• Students learn how to guide projects through reflective practice in performing project assignments.

• Emphases: educational value, attractive subject, final product, multidisciplinary connections, innovation and creativity.

Topics studied through learning-by-doing activities

* Mechanisms * Manipulatives * Kinematics * Control processes * Sensors * Programming * Applications * Experiential learning * Design stages * Team teaching * Portfolio assessment * Modelling * Technical skills * Communication skills

The value of studying mechanisms

1. The students acquire experiences of machine control, which are important in various professional fields.

2. Practice in mechanisms’ analysis, synthesis and control is a good means of illustrating mathematical concepts and acquiring capabilities to apply mathematical methods to real problems. 3. Experiences with spatial mechanical structures promote development of students’ spatial imagery.

4. Through performing assignments of synthesis of new mechanisms the students can develop their creativity, technical and practical skills.

A robotics course for middle schools

סרוקה יאשונ

טובורה תרדגה טובורה עורז הצקה תדיחי הרקב תכרעמ העונת ילולסמ ןונכת םינשייח Servo ו DC יעונמ תורוסמת םינונגנמ תבכרה םיטובור ימושיי • • • • • • • • • •

םיטקיורפה תואמגוד

Ellipsograph - mechanism for drawing ellipses

Experiments with the ellipsograph: - selecting an optimal drawing instrument, - the influence of the slider-crank parameters on the curve shape, - the drawing accuracy. The student in this project deepened in linkages and gear trains, and programmed the mechanism for drawing an accurate ellipse.

The ballista project

Project idea: A computer controlled mechanism for throwing balls to different distances.

Kinematic scheme synthesis: Designing a mechanical arm operated by three servos.

Kinematic analysis: Solving motion problems for the mechanism and the ball.

Building the robot and the environment: Assembling the mechanical arm setting up the system.

Programming the ballistic experiment: A Script language program.

Chemist Robot Project

Project idea: Automatic preparation of solutions of different concentration by means of a robot-manipulator. Selection of the laboratory utensils: Plastic beakers, pipettes, test-tubes, and a metal holder. They were fixed on a special slab.

Designing a manipulator: A kinematic scheme in which the robot workspace matches to the lab environment.

Building the robot and the environment: A six DOF manipulator, and a laboratory setting.

Motion planning and programming: Experiments in grasping, orienting, and manipulating the pipette.

Snake locomotion

Snake robot project

Movement creation: Understanding the biological principles of crawling and their modeling.

Robot structure synthesis: Examining alternatives and creating a kinematic scheme of the robot.

Mechanism analysis: Analysis of the robot mechanism's structure, dimensions and kinematic parameters.

Building a mechanism: Selecting and producing parts, assembling a prototype, and its optimization.

Programming robot motion: Modelling the crawling process as a cyclic sequence of four basic movements

Blood examination assistant

Project idea: A computer controlled mechanism for taking blood from the vein.

Kinematic scheme synthesis: Designing a mechanical arm operated by three servos.

Kinematic analysis: Solving motion problems for the mechanism and the syringe.

Building the robot and the environment: Assembling the mechanical arm setting up the system.

Programming the medicine experiment: A C ++ language program.

Robot Olympiad Projects

Stair Climbing Biped Robot

"At the end of the project, under all the influences of the environment – mentors, coworkers, goals, experiments – my behavior became optimal for working and learning. This was caused by my increased motivation to complete the task at hand and also my increasing interest and familiarity with the work being done. As I adjusted more to the environment, I became more and more effective in my work and learning. One of the reasons for this was my becoming familiar with physics and engineering concepts through the practical work with the construction. Also, important was the positive and creative influence upon me by the other participants in the project and our common orientation for the completion of the assignment ” (From student’s reflection).

Robot Olympiad Projects

Dancing Robot

“I found that working in robotics was very useful to me, in that I got to learn about many of the related scientific and technological topics. I find that robotics is a very good field in which to get a taste of many other disciplines and in this way creates a very good learning environment. Especially useful to me was the “trial and error” method, known as “rapid prototyping” in the robotics world. Using this method, it was much easier for a somewhat inexperienced programmer, such as me, to create working programs to control the robot ”.

Robot Olympiad Projects

Shaving Robot

הקיטובור סרוקל יתאבש דע יתעדל יכ דבל דובעל יתבהא ינא םויה .

.

חונ הברה רתוי הז ךירצש תודובע שיש עדוי טקיורפו .

הצובקב דובעל יל רזע דואמ הדאיפמילואל תווצה ישנא םע תורשקתהב םיתימע לש תויעבה המ ןיבהל ." םהל רוזעלו "

רקחמה תיגולודותמ

Our research focuses on the consideration of learning behaviors and creative thinking.

The learning behavior is an indicator and measure of learning outcomes from the behavioral, cognitive, and social perspectives.

According to the research focus we apply the qualitative methodology to understand how robotics practice can change behavior of the learners.

) ךשמה ( רקחמה תיגולודותמ

תוינתוכיא תוטיש לע רקיעב ססבתמו הלועפ רקחמכ ךרענ רקחמה ןמויב םימושיר , םינולאש , תונויאר , תויפצת ךותמ םינותנה ףוסיאל הבישח ינחבמ תועצמאב ןחבת םידימלת לש תיתריצי הבישח .) Torrans, 1972 ( .

רקוח סנרוט לש תיתריצי : תואבה תוביסה בקע הרחבנ הלועפ רקחמ לש הטישה הביבסב םימייקתמה תיתוסנתה הדימל יכילהת קמועל ןחוב רקחמה .

רקוחה י " ע החתופש תידומיל .

םיטובור ןכת יכילהת חתנמ רקחמה .

תוישעמ תויונמוימו הבישח תויונמוימ תוחתפתה ירחא בקוע רקחמה חותינ .) .

תיתוסנתה הדימל ילגעמ חותינו םירקמ רקחכ ךרענ רקחמה הטישב השענ הדימלה יכילהת תוראתמה תוירוגטק תריציו םינותנה הירואית לע תססבתמה Corbin, 1990 ) Goets & Lecompte, 1984 ו Strauss,1987; Strauss ( ( תיביטקודניא הדשב תנגועמ

Findings

Learning behaviors characteristics

By the inductive analysis of observations and reflections we indicated the following main characteristics of learning behaviors in the robotics studies: Self-confidence Help Cooperation Interest Seriousness Self-dependence Capacity for work Responsibility Work stress, Creativity, Power of observation Perseverance (persistence ).

Self-confidence

As for the self-confidence characteristic, we found that the self-confidence growth was an important condition of student and pupil success in our robotics courses and projects. Recommended ways to develop learner ’s self efficacy (self-confidence) (Bandura, 1986) are: Mastery experiences in which the learner overcomes obstacles through perseverant effort; Observing examples of successful experiences of other learners; Benevolent appraisal of the learner ’s achievements by the mentor and avoiding possible failure situations; Positive spirit and mood in class.

Self-confidence (cont.)

Addressing the recommendations in teaching robotics: Mastery experiences are provided using the scaffolding instruction approach (Jonassen, 1998). Accordingly, we assign robotics tasks which are above the level of what the learners can do by themselves, but help them to acquire knowledge and skills needed to accomplish the tasks. The learners observe examples of robot prototypes from our collection of past projects and attend seminar talks given by other students.

The friendly atmosphere of robotics community in the departmental laboratory of technology stimulates students and instructors.

We found benevolent mentoring especially important for teacher students who have limited background in control and programming.

Findings (cont.) Creativity Development

The figural Torrance Test of Creative Thinking (Torrance , 1972) was conducted before and after the robotics courses given to six groups in 2004-2006 (N=63). The two of its sub-tests were conducted: the Picture Construction test examined learner's originality and elaboration, and the Incomplete Figures test concerned fluency, originality, flexibility and elaboration categories (scored separately).

Development (cont.)Creativity

As shown by the diagrams, most of the square marks are located above the dotted diagonal. It means that the majority of pupils (83.9%) performed on the post-test better than the pre-test. T-test indicated that the improvement in both sub-tests is significant with level of significance α = .01.

Development (cont.) Creativity

The learners made significant progress in the ability to develop their own ideas related to the given theme. A possible reason for this improvement is that in the course experimentation the pupils developed their own robots, grounding on the prototypes developed by the teacher students.

The International Robot Olympiad competition facilitates students creativity. A similarity between the Robot Concept Design test and the Torrance Test of Creative Thinking can be noted. Therefore, learning practice of modifying robot prototypes can be recommended in order to prepare students for the robot competition.

Findings (cont.) תיטובור הביבס לש ןכת ינייפאמ

Hands-On Rapid Prototyping Design Model In Educational Robotics Projects : םיאבה םיבלש ללוכ ןכתה ךילהת

אשונ תריחב תרדגהו תייעב טקיורפ S C A F F O L D I N G רמוח דומיל יטרואית ףוסיאו עדימ תומכס תנכה תוציקס , תויטמניק םיבושיח עוציבו סופיט בא תריצי ינושאר תוקידב עוציב םיוסינו תריצי סופיט בא יביטנרטלא תגצה טקיורפ

תייעב תרדגהו אשונ תריחב טקיורפה עדימ ףוסיאו יטרואית רמוח דומיל תוציקס , תויטמניק תומכס תנכה

.

םיבושיח עוציבו ינושאר סופיט םייוסינו תוקידב עוציב יביטנרטלא סופיט בא תריצי בא תריצי

טקיורפ תגצה ןכתה יבלש ןיב קודה רשק הלגתה

טקיורפה תייחנה

ל

םיכרדל .

) scaffolding (

Conclusions

Modern education requires teachers' involvement in guiding student projects which include designing and building computer controlled technological systems .Our Technion course "Teaching methods in design and manufacturing" presents a possible approach to teacher training in the subject. We found that collaboration of teacher students and pupils in the common robotics environment is effective for both groups.

The collection of robot prototypes is an important part of the learning environment. The practice of studying prototypes and creating new robots helps the learners to improve behavior characteristics, and advance their learning skills.

תודות

היחנההו הגאדה , הרזעה לע רנרו רוגיא ' רד החנמל הקומעה יתדות תא עיבהל ינוצרב הקבר ' בג ) ס " וטמ ףינס ( ירבעה ילאירה ס " תימדקאה היב לש הריחב ידומיל תזכרמו להנמה תינגסל תליאו המיס , תנע , רומ לאכימ רוספורפל ירוד תידוהי רוספורפל ןמרב םהרבא רוספורפל ירותפכ םחנמ רוספורפל לטיוור : גרובצניג SciTech תווצל סיוו םחנמ רוספורפל לקרמ המלש ' רדל רואמ הרש ' רדל ולקד השמ ' רדל ' ץיבודיווד הנלי ' רדל 'ו ציוק סירוב ' רדל יאלזרב יסוי ' רמל וקשרה ליא ' רמל רטסי ' צר היתב ' בגל ןקרב רורדו טדימשדלוג לאכימ , ראטכד ירדנא , הדנל בלסידאלו , בואט ךונח : םיטנדוטסל ןמסיז ןידו לקרמ תימע : םידימלתל