Pozadí

Lekce Mars Rover: Explore Mars Geology (Mars Rover: Prozkoumejte geologii Marsu) vás a vaše studenty seznámí s vytvářením projektů VEXcode GO pro řešení problémů. Činnost roveru Perseverance a mise Mars 2020 slouží jako inspirace pro výzvy, které budou studenti řešit pomocí VEXcode GO a robota Code Base. Projekty, které vytvoří, budou muset shromažďovat disky a pomocí dat ze senzorů je třídit podle barvy.

Mise NASA Mars 2020

Mise NASA Mars 2020 se zaměřuje na vysoce prioritní vědecké cíle pro výzkum Marsu: život, klima, geologii a lidstvo. Rover Perseverance Mars 2020 je navržen tak, aby lépe porozuměl geologii Marsu a hledal známky starověkého života. Mise prozkoumá oblast kolem kráteru Jezero, geologicky rozmanitého místa přistání, zejména za účelem hledání speciálních hornin, o nichž je známo, že si vzachovávají známky života. 

Vědci se domnívají, že oblast kráteru Jazero byla kdysi zaplavena vodou a nacházela se zde starověká říční delta. Vědci vidí důkazy o tom, že voda zanesla jílovité minerály z okolní oblasti do kráterového jezera. Je možné, že mikrobiální život mohl v Jezeru žít během jednoho nebo více z těchto vlhkých období. Pokud ano, známky jejich pozůstatků by se mohly nalézt v sedimentech na dně jezera nebo na břehu. Vědci budou studovat, jak se oblast formovala a vyvíjela, hledat známky minulého života a sbírat vzorky marťanské horniny a půdy, které by tyto známky mohly zachovat. 

Co je planetární geolog?

Planetární geolog je někdo, kdo studuje, jak se nebeská tělesa (planety, měsíce, asteroidy, komety a meteority) formují a vyvíjejí v průběhu času. Využívají to, co jsme se dozvěděli o Zemi, aby se pokusili pochopit, jak fungují jiná nebeská tělesa. Planetární geologové studují témata, jako je určování vnitřní struktury planet, a také se zabývají povrchovými procesy, jako je planetární vulkanismus. Planetární geologové si musí vystačit s mnohem menším množstvím dat než pozemští geologové. Protože nemohou vyrazit do terénu a shromažďovat informace sami, musí se z velké části spoléhat na vzdálená data.

Co je to rover?

Planetární geologové spolupracují s rovery, aby shromažďovali informace o terénu a odebírali vzorky hornin, nečistot, půdy nebo dokonce kapalin.  Rover je zařízení určené k pohybu po pevném povrchu planety nebo jiného nebeského tělesa (například Marsu). Protože vědci v tuto chvíli nemohou cestovat na Mars sami, musí se spoléhat na robotické geology – rovery – kteří analyzují horniny a půdu a shromažďují pro ně data. 

Rover Perseverance v současné době dokončuje misi NASA Mars 2020 a bude sbírat vzorky hornin a půdy pro případný návrat na Zemi. Aby mohl rover Perseverance plnit svou funkci, nese řadu senzorů a vědeckých přístrojů, které budou analyzovat horniny a půdy na povrchu Marsu a provádět další důležité úkoly a studie. Více informací o misi Mars 2020 a podrobnosti o vlastnostech roveru Perseverance webových stránkách NASA s přehledem mise Mars 2020.

Co je to senzor?

Senzor je v podstatě zařízení, které pomáhá robotovi porozumět světu kolem něj. Dělá to tak, že shromažďuje a hlásí data o svém prostředí, která pak lze použít v projektu, aby robot činil rozhodnutí nebo vykonával určité chování. Tuto sekvenci lze považovat za rozhodovací smyčku „Sense Think Act“.

V této jednotce bude kódová základna používat oční senzor k detekci barvy disků, které zachytí elektromagnet. Jak oční senzor, tak elektromagnet jsou senzory, které umožňují kódové základně interagovat s okolím a provádět rozhodovací smyčku Sense Think Act.  V projektech, které studenti vytvářejí, elektromagnet zvedne disky a oční senzor snímá barvu disku. Poté VEXcode GO dá příkaz Think, aby se na základě detekované barvy disku rozhodl. Kódová báze poté provede akci tak, že se na základě detekované barvy přesune na určené místo a umístí disk.

Co je elektromagnet? 

Elektromagnet je typ magnetu, u kterého je magnetické pole vytvářeno elektrickým proudem. Elektromagnet VEX GO dokáže zvednout a položit disky, které obsahují kovová jádra. Sestavení Code Base - Eye + Electromagnet má elektromagnet na přední straně robota.

 

Blok [Energize electromagnett] se používá k „zesílení“ a „spouštění“ disků ve VEXcode GO.

Nastavení „boost“ vám umožňuje sebrat disk.

Nastavení „drop“ umožňuje uvolnit disk.

Více informací o používání elektromagnetu naleznete v knihovny VEX o kódování s elektromagnetem VEX GO. 

Co je to oční senzor?

Oční senzor je senzor, který dokáže určit tři věci – přítomnost objektu, jeho barvu a jas objektu nebo povrchu. Na sestavení Code Base - Eye + Electromagnet se senzor oka nachází za elektromagnetem a směřuje dolů. To umožní očnímu senzoru detekovat barvu disku, aby jej bylo možné podle barvy seřadit. For more information on the different uses of the Eye Sensor, see the Coding with the VEX GO Eye Sensor VEX Library Article.

Data hlášená očním senzorem lze zobrazit v monitorovací konzoli, která studentům nabízí vizuální znázornění toho, co robot „vidí“, a lze ji použít k propojení mezi senzory a chováním robota. Další informace o používání konzole Monitor Console ve VEXcode GO naleznete v tomto článku knihovny VEX.

Disky VEX GO

Disky, které budou v této jednotce použity, se dodávají ve třech různých barvách: zelené, červené a modré. Disky mají kovová jádra a lze je použít s elektromagnetem. Disky lze také použít se senzorem oka pro detekci barev a objektů. Více informací o elektromagnetu nebo discích naleznete na plakátu s interaktivními součástkami, na který je odkaz v knihovně VEX.

Rozklad

Dekompozice zahrnuje rozložení složitého problému na chování, které je lépe zvládnutelné a snáze pochopitelné. Rozdělení problému na menší části znamená, že každou část lze podrobněji prozkoumat a snáze vyřešit. Například pokud chce student, aby se jeho robot pohyboval ve čtverci, musel by ho rozdělit na menší příkazy. Pro studenty je důležité si procvičit zdokonalení procesu rozkladu, protože zpočátku nemusí rozdělit příkazy na menší komponenty:

Pseudokód

Pseudokód je zkrácený zápis pro kódování, který kombinuje verbální a písemné popisy kódu.

Studenti si často mohou najít řešení pomocí „hádání a kontroly“. To však nevede k tomu, že si vybudují koncepční porozumění kódovacím konceptům. Psaní pseudokódu pomáhá studentům překonat povrchní pochopení kódování a dosáhnout koncepčnějšího chápání. Pseudokód vyžaduje, aby studenti koncepčně promysleli své kódovací řešení, než začnou s programováním. Učitelé by měli se studenty diskutovat o pseudokódu tím, že se jich zeptají:

• Čeho chtějí svým projektem dosáhnout?
• Jak chcete rozdělit záměr nebo cíl projektu do krátkých konkrétních prohlášení?

V tomto příkladu, pokud by studenti měli vytvořit pseudokód, který by robota upravil tak, aby se pohyboval vpřed, detekoval zeď, otočil doprava a poté se znovu pohyboval vpřed, vypadal by takto:

1. Jeďte robotem dopředu, dokud nebude 50 mm od zdi
2. Zastavte robota
3. Otočte robota o 90 stupňů
4. Zastavte robota
5. Pohon vpřed 600 mm 

Jakmile je vytvořen pseudokód, studenti následně vytvoří kód, který robota instruuje, jak úspěšně dokončit každý krok pseudokódu. Více informací o práci s pseudokódem naleznete v tutoriálu o pseudokódu ve VEXcode GO.

Co je VEXcode GO?

VEXcode GO je kódovací prostředí, které se používá ke komunikaci s roboty VEX GO. Studenti používají rozhraní drag and drop k vytváření projektů VEXcode GO, které ovládají činnosti jejich robotů. Účel každého bloku lze identifikovat pomocí vizuálních podnětů, jako je jeho tvar, barva a označení. Více informací o práci s VEXcode GO naleznete v sekci VEXcode GO v knihovně VEX.

Bloky ve VEXcode GO představují robotické příkazy, které se používají k vytvoření projektu ve VEXcode GO. Níže je uveden seznam hlavních bloků použitých v této jednotce. Více informací o tvarech bloků a jejich významu v článkus názvem Vysvětlení tvarů bloků v knihovně VEXcode GO 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 VEX Library article. 

Jak fungují Moje bloky?

Moje bloky se používají k vytvoření sekvence bloků, které lze v projektu použít vícekrát. Místo opakovaného vytváření stejné sekvence je snazší seskupit sekvenci bloků do jednoho bloku. Vytvořením Mého bloku stačí sekvenci vytvořit pouze jednou a poté ji můžete znovu použít. To může pomoci rozdělit delší projekty, aby se s nimi lépe pracovalo. Podívejte se na video níže a uvidíte, jak používat funkci Moje bloky v projektu. Následující výukové video se nachází ve VEXcode GO a ukazuje, jak v projektu používat funkci Moje bloky. Toto video je také vloženo do laboratoře 4, takže se o něj můžete podělit se svými studenty. (Vy a vaši studenti máte k tomuto videu a všem tutoriálům VEXcode GO přístup kdykoli ve VEXcode GO.)

Další informace o používání My Blocks najdete v článku Using My blocks v knihovně VEXcode GO VEX Library.

Příprava na otevřenou výzvu v této jednotce

V této jednotce budou studenti požádáni, aby použili to, co se naučili dříve, k vytvoření projektu k vyřešení výzvy. Vzhledem k tomu, že je důležité pravidelně vyzývat studenty, aby řešili problémy a uplatňovali dovednosti, které se učí novým způsobem, doporučujeme vám, abyste vyzvali své studenty a používali tyto strategie k vybudování odolnosti a pomohli jim při provádění laboratorních činností. Zde je několik tipů, které studentům pomohou při experimentování s jejich projekty: 

Poskytněte zpětnou vazbu, aniž byste poskytli řešení - Očekává se a doporučuje se dělat chyby při práci na výzvě. „Chyby ve vzdělávání mohou vytvářet příležitosti [a] mohou pomoci realizovat spojení.“² Vytvoření známého procesu řešení problémů se svými studenty jim může pomoci naučit se identifikovat problém a posunout se vpřed, když udělají chybu, čímž se minimalizuje narušení a frustrace. Zkuste se svými studenty použít následující cyklus řešení problémů, který jim pomůže vyřešit jejich projekty a přijít s vlastními řešeními. 

Cyklus řešení problémů

• Popište problém
  • Požádejte studenta, aby vysvětlil, co je špatně. Studenti by měli být schopni vztáhnout chybu zpět ke společnému cíli nebo k aktuální výzvě.
    • Jak se Code Base pohybuje v jejich projektu? Jak by se měl robot pohybovat? 
• Zjistěte, kdy a kde problém začal
  • Zeptejte se studenta, kdy si poprvé všiml problému.
    • Která část projektu byla realizována?
  • Pokud mají studenti potíže s určením, kde v projektu je chyba, vyzvěte je, aby použili funkci Krokování projektu ve VEXcode GO. Vizuální podněty dodávané s funkcí Project Stepping mohou být použity k tomu, aby pomohly studentům řešit jejich projekt tím, že budou mít možnost vidět, jak jsou bloky prováděny jeden po druhém. Díky tomu získají lepší přehled o tom, které bloky mohou chybu způsobovat, takže ladění se může stát cílenějším a efektivnějším procesem. Další informace o používání funkce Krokování projektu naleznete v článku Krokování projektu v knihovně VEXcode GO VEX. 
• Provést & testovací úpravy
  • Když studenti najdou chybu, měli by svůj projekt upravit. Studenti mohou projekt otestovat s každou provedenou úpravou. Pokud je projekt úspěšný, mohou přejít k dalšímu kroku v cyklu řešení problémů. Pokud projekt neuspěje, může se vrátit na začátek procesu a zkusit to znovu.
• Reflexe
  • Požádejte studenty, aby přemýšleli o chybě, kterou během procesu udělali a překonali.
    • V čem byla chyba? Co jste se z této chyby naučili? Jak vám to může pomoci při kódování Code Base příště?
  • Povzbuzujte studenty, aby rozpoznali své chyby a to, co se z procesu naučili, a podpořili tak růstové myšlení. Silný důraz na růstové myšlení může studentům pomoci naučit se, kdy a jak přetrvávat, a také, kdy požádat o pomoc.³ Pokud mohou studenti vidět svůj proces jako předchůdce nového učení, mohou zde použít kroky k dalšímu vlastnímu učení, stejně jako k dalšímu učení svých spolužáků. Jak se studenti setkávají s těmito problémy a přemýšlejí o svých chybách, povzbuzujte je, aby sdíleli své chyby a proces s ostatními studenty. Tímto způsobem se studenti mohou stát „vzdělávacími zdroji jeden pro druhého.“⁴

Pomozte studentům překonat odhad a kontrolu - Nejprve budou studenti hádat a zkoušet experimentovat s různými bloky ve svých projektech, ale budete chtít, aby se začali rozhodovat na základě cíle projektu. Nechte studenty, aby vám vysvětlili cíl svého projektu, a pak se zeptejte, co v jejich projektu pracuje na dosažení tohoto cíle, co chybí a proč. Povzbuzování studentů, aby vytvořili projekt z koncepční úrovně toho, co chtějí, aby robot udělal, a proč, jim pomůže překonat hádání a kontrolu a začít kódovat se záměrem.

Laboratoře 3 a 4 této jednotky zahrnují aktivity, které jsou navrženy tak, aby byly průzkumné a požádají vaše studenty, aby vytrvali při řešení výzvy. Studenti budou muset změnit parametry v blocích hnacího ústrojí a vytvořit Moje bloky pro sběr a distribuci disků do různých oblastí na základě jejich barvy. Shromažďování a třídění disků může trvat několik iterací jejich projektů. Pomocí návrhů uvedených v této části připravte studenty na proces pokusů a omylů a pomozte jim řešit jejich projekty, aby dosáhli cíle výzvy. Sekce Usnadnění v části hry 1 a 2 obsahuje další instruktážní pomůcky pro vedení studentů těmito laboratorními výzvami. Mít plán, jak budete poskytovat podporu pro řešení problémů a pokusů a omylů, které jsou vyžadovány v této laboratoři, vám může pomoci uspokojit individuální potřeby vašich studentů.

Více informací o tom, jak může efektivní zpětná vazba pomoci studentům budovat odolnost a růstové myšlení při práci prostřednictvím STEM Labs, naleznete v článku Building Resilience v STEM Labs VEX Library.

---

¹ NASA, Přehled mise Mars 2020, https://mars.nasa.gov/mars2020/mission/overview/, 2021.
² Hattie, John a Shirley Clarkeovi. Viditelné učení: Zpětná vazba. Routledge, Taylor & Francis Group, 2019.
³ Tamtéž.
⁴ Tamtéž, s. 121