Matematika és robotika a Kecskeméti Bányai Júlia Gimnáziumban
Kecskemét egyetlen nyolcosztályos gimnáziuma első pillantásra átlagos iskolának tűnik, talán annyi különbséggel, hogy az ide járó diákok körében általános a jó matematikai képesség. Éppen ezért a diákok már ötödik osztálytól kezdve csoportbontásban tanulják a matematikát, hetedik osztálytól kezdve pedig az érdeklődők hetente egy többletórában fejleszthetik tovább matematikai tudásukat. Ez az érdeklődés a fakultációválasztásnál is megnyilvánul, rendszeresen két csoportot kell indítani a tantárgyból. Az igazán elhivatott diákok pedig a MATEGYE alapítvány által szervezett városi matematikaszakkör résztvevőiként bontakozhatnak ki.
Bár sokak számára inkább a matematikaoktatásáról ismert, a Kecskeméti Bányai Júlia Gimnázium igazi különlegessége az itt megvalósuló robotikaoktatás és annak valódi úttörő jellege. A 2008/2009-es tanévben kezdődött el kísérleti jelleggel az informatikaoktatásban a programozás tanítására használt Comenius Logo program lecserélése LEGO NXT robotokra, amely nagy sikernek bizonyult. A kísérleti év során a LEGO robotok ugyanannyira hatékonynak bizonyultak az oktatásban, mint a korábban használt Comenius Logo kis teknőce, ám a diákok sokkal jobban élvezték a valódi robotokkal való munkát. Ezt követően alakult ki az iskola egyedi informatikaoktatása, miszerint az 5−6. osztályosok mindegyike megtanul alapszinten programozni LEGO robotok segítségével, a téma iránt érdeklődők pedig a hetedik évfolyamtól kezdve szakkörökön, illetve versenyeken fejlődhetnek tovább.
A robotikaoktatás elindítója a Bányaiban Kiss Róbert tanár úr volt, aki először a fiainak vett LEGO robotot játszani, aztán – ahogy az a LEGO-val időnként előfordul – ő maga töltötte vele a legtöbb időt. Miután megismerte a „játék” programozását, eszébe jutott, milyen jól lehetne használni ezt az eszközt az oktatásban, a koncepcióból pedig hamarosan valóság lett. A tanár úr fáradhatatlanul dolgozik azóta is a LEGO robotokkal, 2009-ben az ő kezdeményezésére és szervezésében indult el az Országos Robotprogramozó Csapatverseny, ahol 5−8. osztályos diákok mérhetik össze tudásukat.[1]
A kezdetek óta sokat fejlődött a verseny, idén februárban már összesen 107 csapat vett részt a Kecskeméten, Sopronban és Hajdúböszörményen megrendezett elődöntőkön – ez több száz csapattagot jelent. A legjobbak pedig áprilisban, az ugyancsak Kecskeméten megrendezett országos döntőn küzdöttek meg a dobogóért. A versenyen a diákok 2−3 fős csoportokban oldanak meg programozási feladatokat előre összeállított robotokra, a zsűri pedig mind a robot teljesítményét, mind a megírt forráskód minőségét értékeli. Az évről évre komplexebb feladatok között például koordinátarendszerben történő navigáció vagy előre bevitt mozgás visszajátszása is megjelenik.
1998-ban mutatta be a LEGO a ma is használt robotok első közvetlen ősét, a LEGO MINDSTORMS RCX robotot. Az itt bevezetett alapkoncepció lényegében a mai napig változatlan: a robot egy brick (tégla) néven ismert központi számítógépből és az ehhez kapcsolható érzékelőkből és motorokból áll. Az eszköz programozására a cég egy könnyen használható és egyszerűen tanulható, grafikus fejlesztői környezetet biztosított – később e mellett számos alternatíva is megjelent, grafikus és karakteres nyelvek egyaránt. A platform népszerűsítésére még abban az évben elindult a First Lego League (FLL) nevű nemzetközi komplex, robotikai és kutatási tematikájú verseny. Az RCX robotokat 2006-ban követte a továbbfejlesztett LEGO MINSTORM NXT csomag, új érzékelőkkel, jobb rendszerparaméterekkel és új szoftverrel. A csomagnak 2009-ben megjelent a frissített, de az eredeti NXT-vel teljes mértékben kompatibilis verziója. A jelenlegi legfejlettebb, LEGO MINDSTORMS EV3 névre hallgató eszköz 2013-ban jelent meg, számos újítást hozva, többek között a korábbi három helyett négy motor egyidejű vezérlésének lehetőségét, új, immár Linux alapú operációs rendszert, továbbfejlesztett, LabView alapokon működő és projektszemléletű fejlesztői környezetet és a WiFi-kommunikáció lehetőségét.
A MINDSTORMS robotok legnagyobb előnye, hogy a LEGO családhoz tartoznak: teljes mértékben kompatibilisek a cég többi készletének alkatrészeivel, így gyakorlatilag végtelen sok felhasználási lehetőséget nyitva meg – mint pl. a robotkéz, majd ennek segítségével kő-papír-olló játékot játszó robotok, rajintelligenciát alkalmazó keresőrobotok, táblajátékot játszó robot és automata működésű kamionkonvoj – hogy csak a Bányaiban megvalósult projektekből említsünk néhányat. De ugyanilyen jó példa a rendszer sokoldalúságára a különböző robotversenyek széles választéka – szumó, robotfoci, robotolimpia, akadálypályán mozgó robotok, robotkommunikációra kihegyezett versenyek és környezetvédelmi témákat feldolgozók. Ezt a sokszínűséget tovább növelik a külső cégek által gyártott LEGO-kompatibilis érzékelők, mint pl. infravörös érzékelő, iránytű, gyorsulásmérő stb.
A LEGO robotokban rejlő lehetőségeket jól mutatja, hogy még az egyetemi oktatásban is alkalmazzák őket, hiszen könnyen kezelhetőek, mégis igen összetett rendszerek építhetők fel belőlük, és rendkívüli mértékben fejlesztik a műszaki érzéket. A középiskolában ilyen módon megszerzett tudás kitűnően alkalmazható mérnökhallgatók számára, a Bányai több robotikával foglalkozó volt diákja tanul tovább jelenleg is ilyen irányban.
Középiskolában a robotika művelésének igazi sava-borsát a versenyek adják. Mára számos lehetőség közül választhat az érdeklődő, a komplexebb, kutatást igénylőktől a robotkonstrukcióra építőkön keresztül a tisztán programozásról szólókig. Ezek mindegyikét bemutatni lehetetlen lenne, azonban van egy, amely szinte az összes típust magában foglalja különböző kategóriákban: a World Robot Olympiad verseny. A verseny 2004-ben indult el Szingapúrban, mára pedig valószínűleg a világ legjelentősebb robotikaversenyévé nőtte ki magát, ma már több mint 60 országból több mint 25 000 csapat részvételével. A verseny különlegességét jelentik az egyedi kategóriák. A Regular kategóriában a robotoknak két perces szintidőn belül kell önműködően feladatokat végrehajtaniuk egy akadálypályán. Az Open kategória résztvevőinek egy évente változó tematikához kapcsolódó innovatív és robotikával támogatott projektet kell elkészíteniük, amelyet egy 2x2x2 m-es standon kell tíz percben bemutatniuk a zsűrinek. Az egyetemistáknak szóló kategóriában a versenyzők már búcsút mondhatnak a LEGO robotoknak, itt a TETRIX építőkészletből megalkotott robotoknak kell komoly programozói és mérnöki bravúrt igénylő feladatokat megoldaniuk, mint például Bowling-játék vagy valódi elemekkel való TETRIS. A Football kategória neve pedig önmagáért beszél, itt kétfős robotcsapatok küzdenek egymás ellen.
A WRO versenyt Magyarországon először 2014-ben rendezték meg, ekkor még csak a Regular kategóriában. A 2018-as szezonra 111 csapat vesz részt a nemzeti fordulóban, immár minden elérhető kategóriában és korosztályban. 2019-ben pedig a verseny történetének első európai országaként Magyarország ad otthont a megmérettetés világdöntőjének. A Bányai gimnázium csapata eddig két alkalommal képviselhette az országot a versenyen: 2015-ben Katarban világbajnoki 15., 2017-ben pedig Costa Ricában világbajnoki 13. helyezést érve el. Külön említésre méltó a magyar egyetemista csapat 2017-es sikere, amikor második helyezést értek el.
Szakali Benedek
A szerző a Kecskeméti Bányai Júlia Gimnázium 12. osztályos tanulója, az Országos Mobilrobotprogramozó Csapatverseny negyedik helyezettje és különdíjasa, a Junior Freshhh Komplex Természettudományi verseny 3. helyezettje, a World Robot Olympiad verseny országos első és nemzetközi 13. helyezettje.
[1]Kiss Róbert ezen kívül más versenyek szervezésében is részt vesz, ilyen pl. az Országos Mobilrobotprogramozó Csapatverseny 9-12. osztályos diákoknak. A versenyek mellett konferenciákat szervez, a LEGO robotok programozásáról szóló könyveket, példatárakat ír, robotika szakköröket tart és a tehetséges diákokat mentorálja – mindezt a mindennapi tanítás és osztályfőnöki teendők mellett. 2010-ben az „Év pedagógusa”, 2013-ban „Bonis Bona – A Nemzet Tehetségeiért”, 2014-ben Tarján Rezső díjat kapott, 2017-ben a MOL Mester-M díjával tüntették ki – az esemény kapcsán róla készült videó a https://www.youtube.com/watch?v=2qvIoaFCM6U címen látható.