خلفية

وحدة استكشاف جيولوجيا المريخ: ستعمل أنت وطلابك على التعرف على بناء مشاريع VEXcode GO لحل مشكلة. يتم استخدام تصرفات مركبة Perseverance ومهمة Mars 2020 كمصدر إلهام للتحديات التي سيعمل الطلاب على حلها باستخدام VEXcode GO وروبوت Code Base. ستحتاج المشاريع التي يقومون بإنشائها إلى جمع الأقراص واستخدام بيانات المستشعر لفرزها حسب اللون.

مهمة ناسا المريخ 2020

تتناول مهمة المريخ 2020 التابعة لوكالة ناسا أهدافًا علمية ذات أولوية عالية لاستكشاف المريخ: الحياة، والمناخ، والجيولوجيا، والبشر. تم تصميم مركبة المريخ 2020 بيرسيفيرانس لفهم جيولوجيا المريخ بشكل أفضل والبحث عن علامات الحياة القديمة. وستقوم المهمة باستكشاف المنطقة المحيطة بفوهة جيزيرو، وهو موقع هبوط متنوع جيولوجياً، وخاصة بحثاً عن صخور خاصة معروفة بقدرتها على الحفاظ على علامات الحياة بمرور 

يعتقد العلماء أن منطقة فوهة جازيرو كانت مغمورة بالمياه في السابق وكانت موطنًا لدلتا نهر قديمة. يرى العلماء أدلة على أن الماء حمل معادن الطين من المنطقة المحيطة إلى بحيرة الحفرة. ومن المحتمل أن تكون الحياة الميكروبية قد عاشت في جزيرة جيزيرو خلال واحدة أو أكثر من هذه الأوقات الرطبة. إذا كان الأمر كذلك، فمن الممكن العثور على علامات بقاياهم في قاع البحيرة أو الرواسب الساحلية. وسوف يدرس العلماء كيفية تشكل المنطقة وتطورها، والبحث عن علامات للحياة الماضية، وجمع عينات من صخور وتربة المريخ التي قد تحافظ على هذه .

ما هو الجيولوجي الكوكبي؟

عالم جيولوجيا الكواكب هو الشخص الذي يدرس كيفية تشكل الأجرام السماوية (الكواكب والأقمار والكويكبات والمذنبات والنيازك) وتطورها بمرور الوقت. إنهم يستخدمون ما تعلمناه عن الأرض لمحاولة فهم كيفية عمل الأجرام السماوية الأخرى. يدرس علماء الجيولوجيا الكوكبية مواضيع مثل تحديد البنية الداخلية للكواكب، وينظرون أيضًا إلى العمليات السطحية مثل النشاط البركاني الكوكبي. يتعين على علماء الجيولوجيا الكوكبية الاكتفاء بكمية أقل بكثير من البيانات مقارنة بعلماء الجيولوجيا الأرضية. وبما أنهم لا يستطيعون الخروج إلى الميدان لجمع المعلومات بأنفسهم، فإنهم يضطرون إلى الاعتماد بشكل كبير على البيانات عن بعد.

ما هو روفر؟

يعمل علماء الجيولوجيا الكوكبية مع المركبات الجوالة لجمع المعلومات حول التضاريس وجمع عينات من الصخور والأوساخ والتربة أو حتى السوائل.  هي جهاز مصمم للتحرك عبر السطح الصلب لكوكب أو أي جسم سماوي آخر (مثل المريخ).  أن العلماء غير قادرين على الذهاب إلى المريخ بأنفسهم في هذه المرحلة من الزمن، فإنهم مضطرون إلى الاعتماد على الجيولوجيين الروبوتيين - المركبات الجوالة - لتحليل الصخور والتربة، وجمع البيانات لهم.

في الوقت الحالي، يستكمل مركبة برسيفيرانس مهمة المريخ 2020 التابعة لوكالة ناسا، وسوف تجمع عينات من الصخور والتربة لإعادتها إلى الأرض. ولإنجاز مهمتها، تحمل مركبة بيرسيفيرانس عددًا من أجهزة الاستشعار والأجهزة العلمية التي ستقوم بتحليل الصخور والتربة على سطح المريخ وإجراء مهام ودراسات مهمة أخرى. For more information on the Mars 2020 Mission and details on the features of the Perseverance Rover, see NASA’s Mars 2020 Mission Overview website.

ما هو المستشعر؟

إن المستشعر هو، في الأساس، جهاز يساعد الروبوت على فهم العالم المحيط به. ويفعل ذلك من خلال جمع البيانات حول بيئته والإبلاغ عنها، والتي يمكن استخدامها بعد ذلك في مشروع لجعل الروبوت يتخذ القرارات، أو يقوم بسلوكيات معينة. يمكن اعتبار هذا التسلسل بمثابة حلقة قرار "الحس والتفكير والتصرف".

في هذه الوحدة، سوف تستخدم قاعدة التعليمات البرمجية مستشعر العين للكشف عن لون الأقراص التي يلتقطها المغناطيس الكهربائي. يعد كل من مستشعر العين والمغناطيس الكهربائي مستشعرات تسمح لقاعدة الكود بالتفاعل مع بيئتها وتنفيذ حلقة القرار Sense Think Act. في المشاريع التي ينشئها الطلاب، سوف يلتقط المغناطيس  الأقراص وسيستشعر مستشعر العين لون القرص، ثم تقوم أوامر VEXcode GO Think باتخاذ قرار بناءً على لون القرص الذي تم اكتشافه. بعد ذلك، سيعمل Code Base على الانتقال إلى موقع محدد وإسقاط القرص بناءً على اللون الذي تم اكتشافه.

ما هو المغناطيس الكهربائي؟ 

المغناطيس الكهربائي هو نوع من المغناطيس حيث يتم إنتاج مجال مغناطيسي بواسطة تيار كهربائي. يمكن للمغناطيس الكهربائي VEX GO التقاط الأقراص التي تحتوي على نوى معدنية ووضعها. يحتوي بناء Code Base - Eye + Electromagnet على المغناطيس الكهربائي في مقدمة الروبوت.

يتم استخدام كتلة [تنشيط المغناطيس الكهربائي] لتعزيز وإسقاط الأقراص في VEXcode GO.

يسمح لك إعداد "التعزيز" بالتقاط القرص.

يسمح لك إعداد "الإسقاط" بتحرير القرص.

For more information on using the Electromagnet, انظر Coding with the VEX GO Electromagnet مقالة مكتبة VEX. 

ما هو مستشعر العين؟

مستشعر العين هو جهاز استشعار يمكنه تحديد ثلاثة أشياء - وجود جسم، ولونه، ومدى سطوع الجسم أو السطح. في قاعدة التعليمات البرمجية - العين + المغناطيس الكهربائي، يقع مستشعر العين خلف المغناطيس الكهربائي، ويشير إلى الأسفل. سيسمح هذا لمستشعر العين باكتشاف لون القرص حتى يمكن فرزه بناءً على اللون. For more information on the different uses of the Eye Sensor, انظر Coding with the VEX GO Eye Sensor مقالة مكتبة VEX.

يمكن رؤية البيانات التي يرسلها مستشعر العين في وحدة التحكم في الشاشة، والتي تقدم للطلاب تمثيلًا مرئيًا لما "يراه" الروبوت، ويمكن استخدامها لمساعدتهم على إقامة اتصال بين المستشعرات وسلوكيات الروبوت. For more information about using the Monitor Console in VEXcode GO, see this مقالة مكتبة VEX.

أقراص VEX GO

ستأتي الأقراص التي سيتم استخدامها في هذه الوحدة بثلاثة ألوان مختلفة: الأخضر والأحمر والأزرق. تحتوي الأقراص على نوى معدنية ويمكن استخدامها مع المغناطيس الكهربائي. يمكن أيضًا استخدام الأقراص مع مستشعر العين لاكتشاف اللون والأشياء. For more information on the Electromagnet أو Disks, انظر Interactive Parts Poster linked in the VEX Library.

التحلل

يتضمن التحلل تقسيم المشكلة المعقدة إلى سلوكيات أكثر قابلية للإدارة وأسهل للفهم. إن تقسيم المشكلة إلى أجزاء أصغر يعني أنه يمكن فحص كل جزء بمزيد من التفصيل وحله بسهولة أكبر. على سبيل المثال، إذا أراد الطالب أن يتحرك الروبوت الخاص به في مربع، فسوف يحتاج إلى تقسيم ذلك إلى أوامر أصغر. من المهم للطلاب أن يتدربوا على تحسين عملية التحليل، حيث قد لا يتمكنون من تقسيم الأوامر إلى مكونات أصغر في البداية:

الكود الزائف

الكود الزائف هو اختصار للترميز يجمع بين الأوصاف اللفظية والمكتوبة للكود.

في كثير من الأحيان، يمكن للطلاب "التخمين والتحقق" من طريقتهم للعثور على الحل. ومع ذلك، فإن هذا لا يؤدي إلى تمكينهم من بناء فهم مفاهيمي لمفاهيم الترميز. تساعد كتابة الكود الزائف الطلاب على تجاوز الفهم السطحي للترميز، إلى فهم أكثر مفاهيميًا. يتطلب الكود الزائف أن يفكر الطلاب بشكل مفاهيمي حول حل الترميز الخاص بهم قبل أن يبدأوا في الترميز. يجب على المعلمين مناقشة الكود الزائف مع الطلاب من خلال طرح الأسئلة التالية على الطلاب:

• ماذا يريدون أن يحقق مشروعهم؟
• كيف ستقوم بتقسيم نية أو هدف المشروع إلى عبارات محددة قصيرة؟

في هذا المثال، إذا طُلب من الطلاب إنشاء رمز زائف لجعل الروبوت يتحرك للأمام، ويكتشف جدارًا، ويدور إلى اليمين، ثم يتحرك للأمام مرة أخرى، فسيكون على النحو التالي:

1. قم بدفع الروبوت للأمام حتى يصبح على بعد 50 مم من الحائط
2. أوقف الروبوت
3. أدر الروبوت 90 درجة
4. أوقف الروبوت
5. دفع للأمام 600 مم 

بمجرد إنشاء الكود الزائف، سيقوم الطلاب بعد ذلك بإنشاء الكود لإرشاد الروبوت حول كيفية إكمال كل خطوة من خطوات الكود الزائف الخاص بهم بنجاح. لمزيد من المعلومات حول كيفية العمل مع الكود الزائف، راجع البرنامج التعليمي للكود الزائف في VEXcode GO.

ما هو VEXcode GO؟

VEXcode GO هي بيئة برمجة تستخدم للتواصل مع روبوتات VEX GO. يستخدم الطلاب واجهة السحب والإفلات لإنشاء مشاريع VEXcode GO للتحكم في تصرفات الروبوت الخاص بهم. يمكن تحديد غرض كل كتلة باستخدام الإشارات البصرية مثل شكلها ولونها وعلامتها. For more information on how to work with VEXcode GO, انظر VEXcode GO Section of the VEX Library.

تمثل الكتل الموجودة في VEXcode GO أوامر الروبوت المستخدمة لإنشاء مشروع في VEXcode GO. فيما يلي قائمة بالكتل الرئيسية المستخدمة خلال هذه الوحدة. For more information on block shapes and their meaning, انظر Understanding Block Shapes in VEXcode GO مقالة مكتبة VEX. You can find additional information on My Blocks and how to use them in a project in the Using My Blocks in VEXcode GO مقالة مكتبة VEX. 

كتل VEXcode GO	السلوكيات
	تبدأ الكتلة {When started} في تشغيل كومة الكتل المرفقة عند بدء المشروع.
	تتحرك كتلة [Drive] في Drivetrain لمسافة معينة.
	يقوم كتلة [الدوران من أجل] بتدوير مجموعة نقل الحركة لمسافة معينة.
	كتلة [If then] عبارة عن كتلة 'C' تقوم بتشغيل الكتل الموجودة بداخلها إذا تم الإبلاغ عن الشرط المنطقي على أنه TRUE.
	تعمل كتلة [تنشيط المغناطيس الكهربائي] على ضبط المغناطيس الكهربائي VEX GO على وضعين مختلفين: التعزيز أو الإسقاط.
	يقوم الكتلة <Detects color> بالإبلاغ عما إذا كان مستشعر العين يكتشف اللون المحدد لكائن ما.
	يتم استخدام "الكتل الخاصة بي (التعريف)" لتحديد مجموعة من الكتل.
	يتم استخدام كتلة "الكتل الخاصة بي" (الأوامر) لتنفيذ الكتل المحددة.
	تتيح لك كتلة [التعليق] كتابة معلومات للمساعدة في وصف ما تريد حدوثه في مشروعك.

كيف تعمل الكتل الخاصة بي؟

يتم استخدام الكتل الخاصة بي لإنشاء سلسلة من الكتل التي يمكن استخدامها عدة مرات خلال المشروع. بدلاً من إعادة إنشاء نفس التسلسل في كل مرة، يكون من الأسهل تجميع تسلسل الكتل في كتلة واحدة. من خلال إنشاء My Block، تحتاج فقط إلى إنشاء التسلسل مرة واحدة، ثم يمكنك إعادة استخدامه. يمكن أن يساعد هذا في تقسيم المشروعات الأطول لتسهيل العمل عليها. شاهد الفيديو أدناه لمعرفة كيفية استخدام My Blocks في مشروع. يمكنك العثور على مقطع الفيديو التعليمي التالي في VEXcode GO ويُظهر كيفية استخدام My Blocks في مشروع. تم تضمين هذا الفيديو أيضًا في المختبر 4 حتى تتمكن من مشاركته مع طلابك. (يمكنك أنت وطلابك الوصول إلى هذا الفيديو، وجميع دروس VEXcode GO، في أي وقت في VEXcode GO.)

For more information on using My Blocks, انظر Using My blocks in VEXcode GO مقالة مكتبة VEX.

الاستعداد للتحدي المفتوح في هذه الوحدة

في هذه الوحدة، سيُطلب من الطلاب استخدام ما تعلموه سابقًا لإنشاء مشروع لحل التحدي. نظرًا لأنه من المهم تحدي الطلاب بشكل منتظم لحل المشكلات وتطبيق المهارات التي تعلموها بطريقة جديدة، فإننا نشجعك على تحدي طلابك واستخدام هذه الاستراتيجيات لبناء المرونة ومساعدتهم في التوجيه من خلال أنشطة المختبر. فيما يلي بعض الاقتراحات لمساعدة الطلاب أثناء تجربتهم لمشاريعهم: 

تقديم ملاحظات دون تقديم الحل - من المتوقع ارتكاب الأخطاء أثناء العمل على التحدي، وهو أمر مشجع. "إن الأخطاء في التعلم يمكن أن تخلق فرصًا، [و] يمكن أن تساعد في إدراك الارتباطات."² إن إنشاء عملية مألوفة لحل المشكلات مع طلابك يمكن أن يساعدهم على تعلم كيفية تحديد المشكلة والمضي قدمًا عندما يرتكبون خطأ، وبالتالي تقليل الاضطراب والإحباط. حاول استخدام دورة حل المشكلات التالية مع طلابك لمساعدتهم على استكشاف الأخطاء وإصلاحها في مشاريعهم والتوصل إلى حلولهم الخاصة. 

• وصف المشكلة
  • اطلب من الطالب أن يشرح ما هو الخطأ. يجب أن يكون الطلاب قادرين على ربط الخطأ بالهدف المشترك أو التحدي المطروح.
    • كيف يتحرك Code Base في مشروعهم؟ كيف يجب أن يتحرك الروبوت؟ 
• حدد متى وأين بدأت المشكلة
  • اسأل الطالب متى لاحظ المشكلة لأول مرة.
    • ما هو الجزء من المشروع الذي تم تنفيذه؟
  • إذا واجه الطلاب صعوبة في تحديد مكان الخطأ في المشروع، فشجعهم على استخدام ميزة Project Stepping في VEXcode GO. يمكن استخدام الإشارات المرئية المقدمة مع ميزة Project Stepping لمساعدة الطلاب في استكشاف الأخطاء وإصلاحها في مشروعهم من خلال القدرة على رؤية الكتل التي يتم تنفيذها واحدة تلو الأخرى. This will give them a better visual of which blocks may be causing the error, so debugging can become a more targeted and efficient process. For more information on how to use the Project Stepping feature, انظر Stepping Through a Project in VEXcode GO VEX LibraryArticle. 
• إجراء & تعديلات اختبارية
  • عندما يجد الطلاب خطأً، يجب عليهم إجراء تعديلات على مشروعهم. يمكن للطلاب اختبار المشروع مع كل تعديل يتم إجراؤه. إذا نجح المشروع، فيمكنهم الانتقال إلى الخطوة التالية في دورة حل المشكلات. إذا لم ينجح المشروع، فيمكنهم العودة إلى بداية العملية ومحاولة مرة أخرى.
• يعكس
  • اطلب من الطلاب أن يفكروا في الخطأ الذي ارتكبوه وتغلبوا عليه أثناء العملية.
    • ما هو الخطأ؟ ماذا تعلمت من هذا الخطأ؟ كيف يمكن أن يساعدك ذلك عند برمجة قاعدة التعليمات البرمجية في المرة القادمة؟
  • شجع الطلاب على التعرف على أخطائهم وما تعلموه من العملية للمساعدة في تشجيع عقلية النمو. إن التركيز القوي على عقلية النمو يمكن أن يساعد الطلاب على تعلم متى وكيف يستمرون وأيضًا متى يطلبون المساعدة.³ إذا كان الطلاب قادرين على رؤية عمليتهم كمقدمة للتعلم الجديد، فيمكنهم استخدام الخطوات هنا لتعزيز التعلم الخاص بهم وكذلك تعزيز التعلم لدى زملائهم في الفصل. عندما يواجه الطلاب هذه المشكلات ويفكرون في أخطائهم، شجعهم على مشاركة أخطائهم ومعالجتها مع زملائهم الطلاب. وبهذه الطريقة، يمكن للطلاب أن يصبحوا "مصادر تعلم لبعضهم البعض".⁴

مساعدة الطلاب على تجاوز التخمين والتحقق - في البداية، سوف يقوم الطلاب بالتخمين والتحقق لتجربة كتل مختلفة في مشاريعهم، ولكنك سترغب في أن يبدأوا في اتخاذ الخيارات بناءً على هدف المشروع. اطلب من الطلاب أن يشرحوا لك هدف مشروعهم، ثم اسألهم ما الذي يعمل في مشروعهم على تحقيق هذا الهدف، وما الذي ينقصه، ولماذا. إن تشجيع الطلاب على بناء مشروع من المستوى المفاهيمي لما يريدون أن يفعله الروبوت، ولماذا، سيساعدهم على تجاوز التخمين والتحقق والبدء في البرمجة عن قصد.

تتضمن المختبرات 3 و4 من هذه الوحدة أنشطة مصممة لتكون استكشافية وستطلب من طلابك المثابرة لحل التحدي. سيحتاج الطلاب إلى تغيير المعلمات في كتل Drivetrain وإنشاء كتلتي لجمع الأقراص وتوزيعها على مناطق مختلفة بناءً على لونها. قد يستغرق الأمر عدة تكرارات لمشاريعهم لجمع الأقراص وفرزها. استخدم الاقتراحات الموضحة في هذا القسم لإعداد الطلاب لعملية التجربة والخطأ، ولمساعدتهم في استكشاف الأخطاء وإصلاحها في مشاريعهم لتحقيق هدف التحدي. يحتوي قسم التيسير في الجزء الأول والجزء الثاني من اللعب على دعم تعليمي إضافي لتوجيه الطلاب خلال تحديات المختبر هذه. إن وجود خطة لكيفية تقديم الدعم لحل المشكلات والتجربة والخطأ المطلوبة في هذا المختبر يمكن أن يساعدك في تلبية الاحتياجات الفردية لطلابك.

انظر Building Resilience in STEM Labs مقالة مكتبة VEX for more information on how effective feedback can help students build resilience and a growth mindset while working through STEM Labs.

¹  NASA, Mars 2020 Mission Overview, https://mars.nasa.gov/mars2020/mission/overview/, 2021.
² Hattie, John, and Shirley Clarke. التعلم المرئي: التغذية الراجعة. Routledge, Taylor & Francis Group, 2019.
³ Ibid.
⁴ Ibid, p. 121