Az informatikai vagy számítógépes gondolkodás (computational thinking) (Pluhár Zs. 2016) jelentősége és diákjaink ezirányú készségeinek fejlesztése megkérdőjelezhetetlen fontosságú. Ezt az is jelzi, hogy a témában tanárszakos (nem informatikus) hallgatók részére is indulnak egyetemi képzések. Ebből pedig az is következik, hogy a fenti készségeket nem csak informatika órán kell és lehet fejleszteni. Ahogy az élet minden területén egyre inkább körül vesznek minket az informatikai (okos) eszközök, úgy lesz egyre fontosabb mindenki számára, hogy jobban értse ezek működését, jobban tudja felhasználni a rendelkezésre álló eszközöket. További indokként hozható fel, hogy a jövőben egyre nagyobb valószínűséggel kell majd együttműködni programozókkal, ami egyszerűbb, ha a felhasználó érti a szakterület speciális gondolkodásmódját. Végül egyre inkább mindenki egy kicsit programozó is lesz, ha másként nem, a roboteszközök felhasználójaként, amelyek (akár csak szóbeli) utasításokkal való vezérlése szintén igényelheti az informatikai gondolkodásban való jártasságot (pl. mi egyértelmű és mi ellentmondásos utasítás egy robotnak) (Horváth Á. 2018). Az informatikai gondolkodás fejlesztésének egy sajátos lehetőségét biztosítják a programozható mikrokontrollerek (tulajdonképpen kis méretű számítógépek), amelyek egyik legismertebb képviselője a Micro:bit. Az eszköz általános bemutatására most nem térek ki. Szaktárgyi keretek között történő használatának fontos feltétele, hogy találjunk valamilyen kapcsolódást az adott tantárgyhoz illetve tananyaghoz. (Földrajzórán nem tűnik különösebben indokoltnak villogó szivecskék programozása.) Az algoritmikus gondolkodás fejlesztésének konkrét hasznát a következőkben is látom. A diákok által készített prezentációk egyik gyakori hibája, hogy nem jól használják az áttűnéseket, animációkat. Látunk egy üres diát, azután pedig sok felesleges kattintással megjelenítik, amit meg akarnak mutatni. Véleményem szerint annak a megtervezése és megvalósítása, hogy egy prezentációban mi után mi jelenik meg és tűnik el, és persze hogy mikor és mit fogok mondani, egyszerű algoritmusnak is tekinthető. Így az algoritmikus gondolkodás fejlesztésével a diákok prezentációs készségét is javíthatjuk.
A Micro:bit tanórai használatának feltételei
A szükségesnek látszó alapfeltételek: Micro:bit, számítógép/laptop, internetkapcsolat, programozni tudás. Ezek mindegyikét érdemes végiggondolni, mert ha alaposan megnézzük, mindegyikből lehet egy kicsit engedni. Ha nagyon szigorúan vesszük a legszükségesebb feltételeket, akkor ahhoz hogy Micro:bitezzünk tanítási órán, nincs szükség Micro:bitre. Az online programfelületnek van egy szimulált Micro:bitje, ahol látjuk, amit programozunk. Valójában az élmény úgy a legnagyobb, ha rendelkezésre áll az eszköz, amire le lehet tölteni az elkészült programot, illetve nélkülözhetetlen, ha mérni akarunk, márpedig akarunk. Hasonló felemás eredményre jutunk, ha a többi feltételt nézzük. Ha nem állnak rendelkezésre számítógépek vagy laptopok, okostelefonnal is meg lehet próbálni. Évek óta foglalkozom a telefonok oktatásban való felhasználásának lehetőségeivel és meggyőződésem, hogy a telefonok elsősorban tartalomfogyasztásra alkalmasak. Ennek ellenére rendszeresen találkozom azzal, hogy a diákok annyira természetesnek veszik a telefon használatát, hogy akkor is ahhoz nyúlnak, ha amúgy van hozzáférésük számítógéphez. Volt már, hogy valaki telefonon készítette a prezentációt, ami számomra elképzelhetetlen. Hasonlóképpen eszembe se jutna, de kipróbáltam és egyszerű, tehát össze tudtam állítani a telefonomon kis képernyőn is elférő kódokat. Tehát a nagyon elszántak akár ezzel is megpróbálkozhatnak. Ahol nem igazán lehet engedményt találni, az az internetkapcsolat. Van ugyan telepíthető program, ami közvetlenül kommunikál a Micro:bittel, de ehhez a Python programnyelv használata szükséges, én viszont kezdőként a blokkos felületet akarom használni, ami – tudomásom szerint – csak az online felületen érhető el. Nem könnyű úgy programozásra épülő foglalkozást tartani, ha a tanár nem tud programozni. Ha nincs lehetőségünk programozást tanulni, az interneten lehet találni hasznosítható, letölthető kész kódokat, projektötleteket. Ezekkel próbálkozva meg lehet szerezni egy minimális rálátást a programok működésére. Valójában néha annyira egyszerű dolgokat akarunk összerakni, illetve annyira egyszerű kódok is működőképesek, hogy kis próbálkozással egyedül is el lehet indulni. Még jobb, ha van segítségünk, akár tanár kolléga, akár diák. Valószínűleg a legtöbb iskolában ott vannak azok a tehetséges diákok, akiket csak meg kell találni, és örülnek is, ha egy tanárt taníthatnak.Végül megemlítem – bár ez már inkább további lehetőség, mint feltétel – hogy a Micro:bithez sokféle periféria (bővítési lehetőség) kapcsolható. Ezeket ugyan szintén be kell szerezni, ami utánajárást és anyagi forrást is igényel. Ezek gyakran „filléres” dolgok, néha pedig elég a háztartásban körülnézni, hogy mit is lehet felhasználni a kacatok közül. A Micro:bit felhasználásának van egy „maker” irányzata, amihez ötleteket pl. a Tanárblogon is lehet szerezni. Én azt a célt tűztem magam elé, hogy először megpróbálom az alapfelszerelésből (Micro:bit periféria nélkül) kihozni amit tudok, és utána lehetőségeimhez mértem bővítem az eszközök körét. Ugyanakkor jó, ha van akkumulátor az eszközhöz, mert így el lehet szakadni a géptől, ami mérésnél szükséges.
Eszközök és óraszervezés
Az ismertetésre kerülő foglalkozásokat 30 fő körüli létszámú osztályokban valósítom meg, az alábbi eszközökkel. A szakteremben van 10 laptop (ebből egy a sajátom, de szükség esetén ezt is odaadom munkára, hogy lehetőleg maximum 3 fő legyen egy gépnél). Meg lehet próbálni előre szólni a diákoknak, hogy aki tud, hozzon saját laptopot, néha bejön.Rendelkezésünkre áll 10 Micro:bit az ARM Hungary jóvoltából. Az iskolai internetet egy wifi routerrel osztom meg a diákokkal, de van lehetőségünk mobilinternet használatára is a Telenor Hipersuli program keretében. A foglalkozási terveket a diákokkal linkgyűjtőn keresztül osztom meg, amit a telefonjukon is meg tudnak nézni. Így egyrészt kényelmesebb a munka (nem kell ugyanazon a gépen váltogatni a programok között), másrészt jobban rá vannak utalva az együttműködésre. A foglalkozás terveket pdf formátumban töltöm fel a linkgyűjtőbe, ezt a telefonos böngészőkben gond nélkül meg tudják jeleníteni. A tervek eleje a megvalósítás folyamatának részletes leírása, második felében pedig a megoldás is látható. Mivel a diákok sokszor gondolkodás nélkül tekerik a telefonon megjelenő tartalmakat, nem árt szóban is hangsúlyozni, ami oda van írva, hogy a „következő oldalon a megoldás található, ne nézd meg egyből”. Azonban sajnos néha a szóbeli és az írásbeli információ együtt is kevés… A tanórai munka anyagát újabban az Office365 Teams-ben is megosztom, amit digitális osztályteremként használunk, így a hiányzók is meg tudják nézni, illetve ha valakit érdekel, utólag otthon is megtalálja. A Micro:bit használata előtt minden órán felhívom a tanulók figyelmét arra, hogy a kábelnél vagy a szélénél fogják az eszközt, ne érintsék meg közvetlenül a lapját. Az eszköz megóvásán kívül ez különösen akkor fontos, ha például hőmérsékletet akarunk mérni. A Micro:bithez lehet kapni vagy készíteni tokot, ami hasznos az eszköz a védelme szempontjából.
Ötletek foglalkozástervekhez
Ebben a tanévben azt a tervet tűztem ki magam elé, hogy a középiskolai természetföldrajzi anyagrészekhez kitalálok és megvalósítok egy-egy Micro:bites foglalkozást. Eddigi terveim illetve a már megvalósult foglalkozások tapasztalatai azt mutatják, hogy a jó ötlet megtalálása a legnehezebb, vagyis hogy mi az a kódolható tartalom, amit értelmesen lehet kapcsolni a földrajzi tananyaghoz. Szerencsés, ha úgy tudjuk összeállítani a foglalkozástervet, hogy legyen lehetőség a differenciálásra. Ha az egyes foglalkozások több lépcsőben, az egyszerűtől a bonyolult felé haladva épülnek fel, akkor azok a diákok, akiknek nehezebben megy a feladat megértése és megvalósítása, ugyanúgy bevonhatók, mint akik gyorsabban haladnak, esetleg már van kódolási tapasztalatuk. Természetesen a csoportok kialakításánál is lehet játszani a programozási tudás különbségeivel, de fontos hangsúlyozni, hogy nem az a lényeg, hogy aki tud programozni, az megcsinálja a többiek helyett, hanem segítse, irányítsa őket.Az alábbi ötletek közül egyes mérések Micro:bit nélkül is megvalósíthatók. A micro:bites tervek annyiban tudnak többet egy egyszerű pl. hőmérős mérésnél, hogy a tanulók saját maguknak programozzák a használandó eszközt.A diákoknak kiadott anyagok (a megosztott pdf-k) egységes felépítésűek. Azon kívül, hogy az adott téma szerint eltérő a tartalmuk, mindig tartalmazzák a következő információkat:
- a programfelület címe (https://makecode.microbit.org/);
- a program nagyon leegyszerűsített szöveges leírása; a felületet angolul érdemes használni (az általam az alábbiakban megosztott kódok a böngésző beállításától függően lehet, hogy magyarul jelennek meg);
- melyik blokkcsomagban (pl. Basic) kell keresgélni;
- a JavaScript-re való átváltás lehetősége;
- a Micro:bitre való letöltés módja;
- a megoldás és a figyelmeztetés, hogy ne nézzék meg egyből, hanem próbálkozzanak a megoldással.
Az alább megosztásra kerülő kódok a „projekt betöltése” után három nézetben jeleníthetők meg: szimulátor megjelenítése, a kód konvertálása blokkokra, a kód JavaScript-re konvertálása. A három nézet között váltani a fejléc grafikus menüjében lehet. Az alapértelmezett nézetben bele is lehet szerkeszteni a kódba, majd a szimulátorra váltva láthatjuk a változtatás eredményét.
Csillagászati földrajz
Ehhez a tananyagrészhez egy nagyon egyszerű kód létrehozását terveztem a holdfázisok tanításához. A diákok rajzolják meg a ledmátrixon a négy holdfázist, amit a Micro:bit játsszon le automatikusan vagy gombnyomásokra. További lehetőség például a teljes és a gyűrűs napfogyatkozás vagy egy központi égitest körül keringő bolygó, hold keringésének programozása. Akármelyiket is választjuk első foglakozásként, az a programozási felülettel való ismerkedésre is alkalmas. Ha a tanulók rájöttek a működés mikéntjére, nem nagy kihívás a ledmátrixon megrajzolni a fenti jelenségeket, és legközelebb erre építve már egy komolyabb feladatot is tudunk adni. Minden feladatnál hangsúlyozzuk a földrajzi tartalom helyes rögzülése érdekében, hogy fontos a megfelelő sorrend (holdfázisok) illetve irány (fogyatkozás, keringés) betartása. Első alkalommal még különleges élmény az is, hogy a működő kód megjelenik az eszközön.
A kőzetburok földrajza
Ehhez ez anyagrészhez a földmágnesesség kapcsán az iránytű programozása egy jó téma (ugyanez a csillagászati tananyaghoz is megfelelő). Külön előnye az iránytű-programozásnak, hogy különböző nehézségi fokozatokra bontható – nekem négyre sikerült –, így lehetőséget ad a differenciálásra. Sajnos úgy tűnik, hogy a mágneses szenzor nem a legnagyobb erőssége a Micro:bitnek, ezért az egyes eszközök nem pont ugyanabban az irányban mutatják az északot. Ennek ellenére érdemes kipróbálni, a célnak megfelel.A programozás részéhez annyit meg kell említenem, hogy ezeket a kódokat korrekt módon egy változó használatával kell programozni, de tapasztalatom szerint anélkül is megfelelően működnek. Változó nélkül eggyel kevesebb féle blokkot kell használni, és ha a diákok kezdő programozók, kevesebbet kell magyarázni, több idő marad a próbálkozásra. Az iránytű csak pontosan az északi irányt jelzi N betűvel, egyéb esetekben egy szomorú szmájlit mutat. Ez a gyakorlatban alig működik, mert nagyon nehéz 1 fok pontossággal megtalálni és megtartani az északi irányt. Az asztalon tologatva talán könnyebb. (A „miért nem működik jól” kérdést fel lehet tenni, hátha kitalálják és erre építeni a következő lépést.) A kód változó nélkül és változóval. Az előző probléma megoldása, az iránytű kis ráhagyással (itt +/- 10 fok) mutatja az északi irányt, a többi ugyanaz. Ez már kézből is használható. A kód változó nélkül és változóval. Az iránytű a négy fővilágtájat mutatja. A megoldandó probléma a fokok helyes megadása (nem jó a 0-90-180-270 fok!) A kód változó nélkül és változóval. Az iránytű a mellékégtájakat is mutatja. Mivel a mellékégtájak több betűvel rövidíthetők, a nyilak alkalmazását szoktam javasolni. A kód változó nélkül és változóval.
Az égtájak betűjeleit illetve a nyilakat nem kell megrajzolni, vannak erre a célra készített blokkok („show string”, „show arrow”). Letöltés után a Micro:bitet kalibrálni kell, erre figyelmeztet az eszköz („tilt to fill screen”). Addig kell mozgatni a tér különböző irányaiban a Micro:bitet, amíg minden led világít. Letöltés után az eszköz lehúzható az USB csatlakozóról és táppal működtethető. További lehetőség a mágneses szenzor használatával a mágneses tér (mágnesrúd) erősségének mérése („magnetic force μT”) vagy a gyorsulásmérő használatával („set accelerometer range”) földrengés szimulálása.
A légkör földrajza
Nagyon jó lehetőséget nyújt a légköri folyamatokkal kapcsolatos mérésekhez, hogy a Micro:bitnek van beépített hő- és fényerősségmérő szenzora. A hő esetében valójában a processzor hőmérsékletét mérő szenzorról van szó, így nem tekinthető teljesen pontosnak a levegő hőmérsékletének mérése szempontjából, de a célnak megfelel. (Van lehetőség külső szenzor csatlakoztatására is, akit a pontosabb mérés lehetősége érdekel, érdemes utána nézni.) Az analóg hőmérőkkel való összehasonlítás alapján elfogadhatónak tartom a Micro:bit által mért értéket. Viszont érdemes használat előtt az összeset tesztelni, hogy az eltérés ismeretében tudjuk a szükséges korrekciós értéket. A Micro:bitből egy igen egyszerű programmal készíthető hőmérő. Ezt a foglakozást olyankor érdemes elvégezni, amikor van lehetőség tényleges mérésre (mármint a tantermi hőmérsékleten kívül). Én egy szeptemberi napon mértem a diákokkal, amikor a tanteremben 32 fok volt. Kijelöltem az épületben különböző mérési pontokat (fent és lent, északi és déli oldalon), és a mérés után megbeszéltük, hogy mi lehet az oka a hőmérsékletkülönbségeknek. Ennél a feladatnál két dologra is kell figyelni a mérés elfogadható sikere érdekében. Egyrészt nem szabad a Micro:bitet a lapjánál fogni, bár ezt nem tudjuk ellenőrizni, ha valaki nem figyel vagy „viccből” el akarja rontani a mérést, el tudja. Másrészt kell hagyni elég időt a mérésre, hogy a Micro:bit a végleges értéket mutassa. Ezt előtte érdemes kipróbálni azért, hogy a gyerekeknek meg tudjuk mondani, kb. hány percet szánjanak a mérésre. A fenti mérést még az albedó jelentőségének bizonyítására is lehet használni, azonos sugárzásnak kitett fekete és fehér (vagy egyéb színű) borítékokba helyezett Micro:bittel.
A ledmátrixot nemcsak kijelzőként, hanem fényszenzorként is lehet használni. Ezzel például a napsugarak hajlásszögének a földfelszín felmelegedésében betöltött szerepét lehet modellezni. Azért csak modellezni és nem ténylegesen megmérni, mert a Nap közvetlen sugárzása olyan erős, hogy 90 foktól a 0 felé döntve az eszközt csak a legkisebb érték közelében csökken a kijelzett érték. A másik probléma – szintén a napsugárzás erőssége miatt – hogy a kijelzőt nem lehet leolvasni. Ezen a foglalkozáson a diákok a telefonjukkal helyettesítették a Napot és a távolság változtatása nélkül, csak a Micro:bit döntésével tudtuk belátni a napsugarak hajlásszögének jelentőségét.
Összegzés
Végezetül szeretném kiemelni, hogy a fent leírt tevékenységek során a diákok a földrajzi tartalom informatikai megközelítése által fejlődnek, elsősorban a 21. századi készségeik, kompetenciáik (pl. kommunikáció, együttműködés, IKT-használat, problémamegoldás). Nem azért kérem tőlük ezen feladatok elvégzését, hogy ezáltal tanulják meg a holdfázisokat vagy az iránytű működését, hanem azért, mert az ismert tartalom más szempontú megközelítése fejleszti a fent említett kompetenciáikat. A hőmérős feladat – amikor nemcsak programozni és mérni kell, hanem a végén következtetést levonni – már a földrajzi tartalomról is szól, de egyelőre nem mindegyik témát tudtam ilyen jól kitalálni. A Micro:bitek felhasználásában rejlő lehetőségekre jó példák olvashatók a Micro:bit tanári Facebook csoportban is, ahol önképzésre használható kiadványokra és ingyenes képzésekre is rátalálhatunk.
