BBC micro:bit ve škole

O malé šikovné destičce BBC micro:bit jste se mohli dočíst v e-Molu č. 11. Připomeňme si, že se jedná o mikropočítač velikosti platební karty s 32bitovým procesorovým jádrem, pamětí 256 kB, jednoduchým displejem, dvěma tlačítky, senzory zrychlení, magnetického pole, teploty a osvětlení a konektorem umožňujícím připojení mnoha dalších prvků. Vznikal v letech 2014–2015 jako učební pomůcka s potenciálem přesměrovat mládež od pasivní konzumace obsahu k tvůrčí činnosti. Velmi brzy se ukázalo, že velice předčil očekávání.

Na první pohled by se mohlo zdát, že programování s micro:bitem je vhodné pouze pro technicky zaměřené školy. V praxi se však ihned ukázalo, že s takto hmatatelnou pomůckou rychle rozkvetou i úplní začátečníci.

Velkou výhodou je kompaktnost celého zařízení. Díky displeji, rádiové komunikaci a mnoha senzorům si dlouho vystačíte se samotnou destičkou, u které se nemusíte starat o správné zapojení vodičů a součástek. Micro:bit ale není omezen jen na vestavěné senzory, pomocí rozšiřujících pinů je možné připojovat další moduly a součástky, takže se otevírá obrovský prostor pro projekty.

Největší přínos je v tom, že opravdu velmi jednoduchou cestou lze programovat fyzické zařízení a přenést se tak z obrazovky na něco hmatatelného. Na něco, co reaguje na okolní svět (detektor vlhkosti půdy v květináči) a co může okolní svět i ovlivňovat (autíčko na dálkové ovládání).

1. Vzájemné učení s micro:bity

Úvod do programování s micro:bity je natolik intuitivní, že je možné pasovat studenty ve dvojicích nebo malých skupinkách do role lektorů. Samotní lektoři se tím velmi rozvíjí a zdokonalují v plánování a prezentačních dovednostech.

Následují konkrétní příklady z výuky na základní i střední škole. Většina příkladů byla opakovaně vyzkoušena se studenty druhého ročníku na čtyřletém gymnáziu, stejné projekty je ale možné zvládnout i na druhém stupni základní školy.

1.1 Výuka v rámci jedné třídy

Studenti k úvodu do programování používají micro:bit. Po několika úvodních hodinách věnovaných blokovému programování mají samostatnou práci, jejímž cílem je naprogramovat zajímavou aplikaci a představit ji ostatním.

Pracují individuálně nebo v malých skupinách, zadání si mohou vybrat nebo vymyslet vlastní. Studenti kromě samotného programu tvoří také prezentaci, poster nebo webovou stránku.

Příklady zadaných projektů bez dalšího příslušenství:

• hlasovací zařízení,
• dálkově ovládaný displej,
• kalkulačka, binární kalkulačka,
• hra (space invaders, coin game, lodě)

Samozřejmě, že podobných projeků může být celá řada.

1.2 Příslušenství k BBC micro:bitu

Objevitelská dvouhodinovka je zahájena přinesením krabice plné různého příslušenství. Studenti pracují ve dvojicích, vyberou si některé nové příslušenství, vyhledají na internetu dokumentaci a vyzkouší napsat program. Do sdílené prezentace vypracují jeden snímek s odkazem na dokumentaci, způsobem zapojení a ukázkou jednoduchého programu. Pokud mají hotovo, vyměňují si příslušenství s ostatními a radí si navzájem, jak se používá.

Využité příslušenství:

• Sensor for micro:bit (Monk Makes),
• RGB LED for micro:bit (Monk Makes),
• Scroll:bit (Pimoroni),
• Speaker for micro:bit (Monk Makes)
• a další, například od Waveshare nebo Elecfreaks.

Monk Makes – https://www.monkmakes.com/product/microbit/
Pimoroni – https://shop.pimoroni.com/collections/micro‐bit‐uk
Waveshare – https://www.waveshare.com/wiki/Micro:bit
Elecfreaks – https://www.elecfreaks.com/

1.3 Představení BBC micro:bitu

Na konci školního roku přichází vhodný čas představit micro:bit mladším spolužákům. Studenti v té době již mají za sebou základy programování a mohou šířit nadšení do nižších ročníků, které programování po prázdninách čeká.

Studenti jsou rozděleni do skupinek, nejčastěji po čtyřech. Jedna skupina slouží jako „podpora“, jejím úkolem je plánování akce, příprava prezentace, kterou ostatní skupiny využívají, a zajištění pomůcek.

1.4 Micro:biti v kroužku na ZŠ

Díky micro:bitům byla v Brně navázána spolupráce mezi gymnáziem a blízkou základní školou. Nejprve studenti představili micro:bity v hodinách informatiky na druhém stupni. Zájem byl velký, a proto se podařilo otevřít kroužek programování, ve kterém se celý školní rok studenti střídají ve vedení.

V Pardubicích se pořádání kroužků a soutěží s micro:bitem věnuje DELTA – Střední škola informatiky a ekonomie, s. r. o. Pro žáky základních škol připravili hackaton a akademii programování.

Ještě dále v zapojení micro:bitů do chodu škol došli na Lanškrounsku, kde micro:bit pomohl nastartovat spolupráci několika škol a místních firem. Letos se také konal již druhý ročník soutěže Microtela spoluorganizované a podporované nadačním fondem Micro:la.

2. V čem micro:bit programovat?

Jednou z největších výhod micro:bitu je možnost programování v různých jazycích a zejména plynulé přecházení mezi nimi. Zvídaví začátečníci se tak velmi brzy dostávají na vyšší úroveň.

Na oficiálních stránkách microbit.org se pod odkazem Let’s Code skrývá rozcestník doporučovaných online vývojových prostředí MakeCode Editor a Python Editor a aplikací pro různé platformy. Poslední věta na stránce odkazuje na početný přehled alternativních editorů. Podívejme se na některé možnosti.

2.1 MakeCode Editor online

https://makecode.microbit.org

Základní a na první pokusy práce přímo v prohlížeči vynikající editor umožňuje programovat blokově, příkazy se skládají k sobě jako puzzle. Bloky nelze sestavit špatně, proto odpadá řešení syntaktických chyb a vzniká více prostoru pro informatické myšlení. I nejmladší žáci na prvním stupni přijímají práci s editorem intuitivně a od první hodiny mohou vytvářet netriviální programy. Většinu programů je možné ihned vyzkoušet v simulátoru i bez připojeného micro:bitu.

Velmi propracovaná je nápověda ke všem příkazům a také tutoriály pro začátečníky i pokročilé. Kompletní vedení výuky pomocí MakeCode Editoru s podrobným popisem aktivit a materiály k tisku nabízí oficiální kurz Intro to Computer Science.

Prostředí je, i za pomoci dobrovolníků, přeloženo do mnoha jazyků včetně češtiny. Není nutné si však češtinu hned nastavovat, protože programátorská angličtina je jednoduchá a srozumitelná i pro mladší děti (vyzkoušeno od 8 let) a usnadňuje přechod na psaný programovací jazyk.

Ze své hravé podstaty se blokové programování zdá vhodné jen pro začátečníky, svými možnostmi však umožňuje uskutečňovat i velmi smělé a pokročilé myšlenky a má využití i na střední či vysoké škole. Kód poskládaný jako puzzle je navíc možné pouhým přepnutím kdykoliv zobrazit a také upravovat v JavaScriptu. Doplněné příkazy, které lze převést do bloků, budou po přepnutí zpět opět vykresleny, ostatní zůstanou v psané podobě. Možnost kdykoliv přecházet mezi bloky a JavaScriptem rychle posouvá zvídavé programátory kupředu.

2.2 MakeCode offline aplikace pro Windows 10

https://www.microsoft.com/cs-cz/p/makecode-for-micro-bit/

Vše dříve uvedené platí i pro offline verzi aplikace pro Windows 10, která vypadá stejně jako online verze. Navíc umožňuje sériový přenos dat, čímž velmi rozšiřuje využití. Otevírá se obrovská příležitost data zaznamenávat, zpracovávat a vizualizovat (více o přenosu dat).

2.3 Python Editor online

https://python.microbit.org/

Kromě JavaScriptu lze micro:bit programovat také v jazyce Python, konkrétně v jeho štíhlejší implementaci MicroPython. Online editor je vhodný pro práci přímo v prohlížeči. První kroky začátečníkům zjednoduší vzorový program, který se objeví při otevření. Na rozdíl od editoru MakeCode nemá Python Editor simulátor, takže je vždy nutné program nahrát do micro:bitu.

Editor obsahuje nápovědu ve formě odkazu na dokumentaci, psaní usnadňují tzv. snippets neboli úryvky kódu. Volají se zapsáním spouštěcí sekvence znaků (cl, if, def, …) a stisknutím tabulátoru. Od dubna 2019 má betaverze Python Editoru také našeptávání (autocomplete), je tedy pravděpodobné, že se brzy objeví i v oficiální verzi. V beta verzi je navíc také tlačítko pro nahrání kódu přímo do micro:bitu a připojení přes sériový port.

2.4 Mu Python Editor

https://codewith.mu/en/tutorials/1.0/microbit

Složitější projekty v jazyce Python umožňuje tvořit offline editor Mu, který je dostupný pro mnoho platforem. Není omezený pouze na programování micro:bitů, zvolené zařízení se vybírá při startu editoru nebo tlačítkem Mode.

Samozřejmostí je nápověda a našeptávání, oproti online editoru obsahuje navíc tlačítka pro přímé nahrání programu do micro:bitu (Flash), přístup k souborům na micro:bitu (Files), přímou komunikaci s micro:bitem (REPL) a vizualizace dat v grafu (Plotter).

2.5 Python EduBlocks online

https://app.edublocks.org/

Z mnoha dalších alternativních editorů je zajímavý například Python EduBlocks online, který umožňuje skládání příkazů v Pythonu jako puzzle a přepínání do editoru Pythonu a zpět. Změny provedené v blocích se promítají do kódu, obráceně to ale, zdá se, neplatí.

2.6 Open Roberta Lab

https://lab.open-roberta.org/

Velmi zajímavou alternativou nezmíněnou na oficiálních stránkách je německý blokový programovací jazyk NEPO v online prostředí Open Roberta Lab. Umožňuje programování v češtině stejné pro mnoho různých platforem – včetně micro:bitů.

K dispozici jsou dvě úrovně příkazů, což zpřehledňuje prostředí začátečníkům. Pokročilá úroveň obsahuje například i mnohé matematické funkce. Všechny programy je možné vyzkoušet na simulátoru. Program naskládaný jako puzzle je kdykoliv možné prohlédnout a stáhnout v psané podobě ve Pythonu. Export a import programů je řešen ve formátu xml.

2.7 ARM mbed

https://os.mbed.com/teams/microbit/

Vzhledem k tomu, že je micro:bit založen na procesoru ARM, k nejmocnějším vývojovým prostředím patří jednoznačně mbed a jazyk C/C++. Online prostředí poskytuje po přihlášení vše potřebné pro vývoj včetně editace kódu, kompilace programů a správy verzí

3. Jak tedy s micro:bitem začít?

Aby nemuseli učitelé objevovat totéž znovu a znovu, vznikl z iniciativy členů Brněnské buňky JŠI portál Micro:bit ve výuce (microbiti.cz). Úplné základy se nacházejí pod štítkem Začínáme. Přidejte se, komentujte, diskutujte, pište!

První hodiny na základní i střední škole usnadní plán hodin a pracovní listy, publikované v článku Úvod ve škole i v kroužku. Pracovní listy jsou koncipované tak, aby obtížnost úloh narůstala a zároveň nebylo nutné zvládnout všechny úlohy pro postup na další list. Práci vedenou pracovním listem je potřeba prokládat objevováním a tvořením vlastních projektů.

Pro první kroky v MicroPythonu je možné využít nápady popsané v článku Začínáme s Pythonem a v dalších navazujících článcích s gradovanými řešenými úlohami.

V rámci projektu PRIM vzniká učebnice programování MicroPythonu na Micro:bitu. Hlavním autorem je Jiří Pech. Učebnice je již kompletní, ale nachází se v alfa verzi. Je testována na jedné základní škole a nižších třídách osmiletého gymnázia v rámci kroužků informatiky. S jejím pokusným nasazením do výuky se počítá v příštím školním roce. V učebnici mohou stále probíhat i rozsáhlé změny na základě testování a bude docházet k úpravě grafiky.

Také na Slovensku vzniká celá řada materiálů, například manuál původně vzniklý jako podklad pro workshopy, které pro učitele informatiky organizuje občanské sdružení SPy. Celý seriál – články a videa o micro:bitech, příslušenství a internetu věcí na PC Revue – píše Luboslav Lacko.

4. Zajímavé projekty

Na portále microbiti.cz lze pod štítkem Projekty nalézt mnoho zajímavých inspirací.

4.1 Automatická pokladnička

Zcela spontánní projekt sedmnáctiletých studentů, kteří chtěli vybrat peníze na micro:bity. Vložením mince se spojí kontakty, přičte se částka a výsledek zobrazí na displeji.
Nutné příslušenství: vodiče, plíšky. Vhodné příslušenství: konektor.

Podobným způsobem, kdy se k pinům micro:bitu připojí vodivé kontakty a zaznamenává se jejich spojení, je možné vyrobit velká tlačítka, měřit například vlhkost hlíny v květináči nebo kontrolovat zavření dveří (obr. 25).

4.2 Dálkově ovládané autíčko

Náklonem a tlačítky jednoho micro:bitu ovládáme autíčko poháněné druhým.
Nutné příslušenství: Servo:lite board, dva servomotorky. Vhodné: pracovní listy.

Během několika hodin jsme postupně sestavili vlastní autíčko! Naučili jsme se při tom ovládat pět RGB diod a míchat barvy, připojit dva servo motorky, využívat funkce pro tvorbu vlastních příkazů a dálkově ovládat rádiovým přenosem.

Jinou verzi dálkově ovládaného autíčka připravila i s podrobným návodem DELTA – Střední škola informatiky a ekonomie, s. r. o. Zpracovanou mají také robotickou ruku a měření síly větru.

4.3 Odpočet času

Paní učitelko, potřebuji vyrobit „bombu“, která odpočítává čas a přestřihnutím drátků jde zastavit.
Nutné příslušenství: vodiče, konektor, rezistory, nepájivé pole, hodinový displej, zip LED.

Velmi vydařený projekt pro skauty. Jedna osmnáctiletá slečna vyráběla a pájela, druhá programovala a třetí chystala šifry. Přestřižení správného drátu rozsvítí zelenou diodu, špatného červenou. Tři zelené = zastavení odpočtu, tři červené = konec hry (nevybuchne, ale dělá světelné a případně zvukové efekty).

4.4 100 LED Gymnázia Elgartova

Projekt studentů ke stému výročí gymnázia s využitím ZIP LEDs Add-On Pack a ZIP Halo for the BBC micro:bit. Stisk tlačítka vyvolá jeden ze dvou efektů.

4.5 Pozdrav v pěti jazycích

Ke stoletému výročí studenti vytvořili také dálkově ovládaný displej – robota, který umí pozdravit v pěti jazycích na škole vyučovaných.

Displej může být sestaven z libovolného počtu micro:bitů a jako ovladač slouží další micro:bit. Kromě microbitů a baterií není potřeba žádné příslušenství a nápad se dá využít i na jednom samotném microbitu (místo dálkového přenosu se pouze zobrazí text).

5. Závěr

BBC Micro:bit přinesl další dostupný způsob, jak posílit informatické myšlení a učit základy programování zajímavě a propojeně s reálným světem.

Autorka: Barbora Havířová, Gymnázium Brno, Elgartova 27. 6. 2019