Hintergrund

In dieser Codierungseinheit erkunden die Studierenden den iterativen Designprozess. Die Schüler werden untersuchen, wie sie das eigentliche Problem der Meeresverschmutzung lösen können, indem sie eine Erweiterung aus dem VEX GO Kit erstellen, die Müll sammelt. Jede Lektion in dieser Einheit endet mit der Analyse der Stärken und Schwächen des Erweiterungsaufbaus und mit Verbesserungsvorschlägen für das nächste Design.

Was ist das Great Pacific Garbage Patch?

Der Great Pacific Garbage Patch ist eine Müllmasse, die jeden Tag wächst. Der Fleck schwimmt irgendwo im Pazifischen Ozean zwischen Hawaii und Kalifornien und erstreckt sich schätzungsweise über eine Fläche, die doppelt so groß ist wie Texas. Der Müll schwimmt in einer festen Masse aus Kunststoff, Metall und anderen Materialien, wobei lose Trümmer darüber hinaus schwimmen. In dieser Einheit werden die Schüler aufgefordert, eine Erweiterung für ihren Code Base-Roboter zu erstellen, die dabei hilft, den Randschutt aus dem Great Pacific Garbage Patch zu entfernen.

Der technische Designprozess

Die Studierenden nutzen den Engineering Design Process (EDP), um eine Anlage für ihren Code Base-Roboter zu entwerfen und zu bauen. Bei der EDV handelt es sich um eine Reihe von Schritten, die Ingenieure nutzen, um Lösungen für Probleme zu finden. Die Lösung besteht häufig darin, ein Produkt zu entwerfen, das bestimmte Kriterien erfüllt oder eine bestimmte Aufgabe erfüllt.

Die EDV lässt sich in folgende Schritte gliedern: DEFINIEREN → LÖSUNGEN ENTWICKELN → OPTIMIEREN.

• Bei der Definition technischer Probleme geht es darum, das zu lösende Problem im Hinblick auf Erfolgskriterien und Einschränkungen bzw. Grenzen möglichst klar anzugeben.
• Das Entwerfen von Lösungen für technische Probleme beginnt mit der Generierung einer Reihe verschiedener möglicher Lösungen und der anschließenden Bewertung potenzieller Lösungen, um festzustellen, welche die Kriterien und Einschränkungen des Problems am besten erfüllen.
• Die Optimierung der Designlösung umfasst einen Prozess, bei dem Lösungen systematisch getestet und verfeinert werden und das endgültige Design verbessert wird, indem weniger wichtige Merkmale durch wichtigere ersetzt werden.

Der EDP ist zyklischer oder . Dabei handelt es sich um einen Prozess der Herstellung, Prüfung, Analyse und Verfeinerung eines Produkts oder Prozesses. Basierend auf den Testergebnissen werden neue Iterationen erstellt und weiter modifiziert, bis das Designteam mit den Ergebnissen zufrieden ist.

In dieser Einheit nutzen die Schüler die EDV, um sich einen Paradewagen auszudenken, ihn zu planen und zu bauen. Nach einem ersten Build testen und verbessern die Gruppen ihr Basisdesign, um Designkriterien und Einschränkungen zu erfüllen. Dabei handelt es sich um denselben technischen Designprozess, der auch von den Next Generation Science Standards (NGSS) abgedeckt wird.

Sequenzierung

Sequenz ist die spezifische Reihenfolge, in der Verhaltensweisen ausgeführt werden. Eine Aktion oder ein Ereignis führt zur nächsten geordneten Aktion in einer Sequenz. Die Reihenfolge ist wichtig, damit Schüler ihre Roboter richtig programmieren können.

Um einem Roboter genau und präzise zu sagen, wie er sich bewegen soll, sind sowohl Zerlegung als auch Sequenzierung erforderlich. Zunächst wird das Problem, beispielsweise die Navigation durch ein Labyrinth, in kleinere Schritte und Verhaltensweisen zerlegt. Sobald diese Verhaltensweisen identifiziert sind, müssen sie in die richtige Reihenfolge gebracht werden. Dies ist wichtig, da sich der Roboter nur genau so bewegt, wie er programmiert wurde.

Die Schüler programmieren ihre Codebasis, um sich im Herausforderungsbereich zu bewegen und Objekte zu sammeln. Sie müssen die Befehle in ihrem Projekt so anordnen, dass sich ihre Codebasis in der richtigen Reihenfolge vorwärts, rückwärts, links und rechts bewegt, um durch den Herausforderungsbereich zu navigieren.

1. Gehen Sie vorwärts
2. Biegen Sie rechts ab
3. Gehen Sie vorwärts

Zersetzung

Zerlegung beinhaltet die Zerlegung eines komplexen Problems in Verhaltensweisen, die besser beherrschbar und leichter zu verstehen sind. Durch die Zerlegung des Problems in kleinere Teile kann jeder Teil detaillierter untersucht und einfacher gelöst werden. Wenn ein Schüler beispielsweise möchte, dass sich sein Roboter in einem Quadrat bewegt, muss er ihn in kleinere Befehle aufteilen. Die Verfeinerung des Aufschlüsselungsprozesses ist für die Schüler zum Üben wichtig, da sie die Befehle zunächst möglicherweise nicht in kleinere Komponenten zerlegen:

Was ist Pseudocode?

Pseudocode ist eine Kurzschreibweise für die Codierung, die verbale und schriftliche Beschreibungen von Code kombiniert.

Oftmals können Studierende den Weg zur Lösung „erraten und überprüfen“. Dies führt jedoch nicht dazu, dass sie ein konzeptionelles Verständnis der Programmierkonzepte entwickeln. Das Schreiben von Pseudocode hilft den Schülern, über ein oberflächliches Verständnis der Programmierung hinaus zu einem eher konzeptionellen Verständnis zu gelangen. Pseudocode erfordert, dass die Studierenden konzeptionell über ihre Programmierlösung nachdenken, bevor sie mit dem Programmieren beginnen. Lehrer sollten Pseudocode mit Schülern besprechen, indem sie die Schüler fragen:

1. Was wollen sie mit ihrem Projekt erreichen?
2. Wie fassen Sie die Absicht oder das Ziel des Projekts in kurzen, konkreten Aussagen zusammen?

Wenn die Schüler in diesem Beispiel gebeten würden, einen Pseudocode zu erstellen, der den Roboter dazu bewegen soll, sich vorwärts zu bewegen, eine Wand zu erkennen, nach rechts abzubiegen und sich dann wieder vorwärts zu bewegen, wäre das folgender:

1. Fahren Sie den Roboter vorwärts, bis er 50 mm von einer Wand entfernt ist
2. Stoppen Sie den Roboter
3. Drehen Sie den Roboter um 90 Grad
4. Stoppen Sie den Roboter
5. 600 mm vorwärts fahren

Sobald ein Pseudocode erstellt wurde, erstellen die Schüler den Programmiercode, um dem Roboter zu zeigen, wie er jeden Schritt seines Pseudocodes erfolgreich abschließen kann.

Was sind Roboterverhalten?

„Verhalten“ sind eine sehr praktische Möglichkeit, darüber zu sprechen, was der Roboter tut und was er tun muss. Sich vorwärts bewegen, anhalten, umdrehen, nach einem Hindernis suchen – das sind alles Verhaltensweisen.

Wenn die Schüler mit der Codierungsaufgabe beginnen, sollten sie auch über die Aktionen des Roboters im Hinblick auf sein Verhalten nachdenken. Wenn Schüler programmieren, sollten sie die folgenden Schritte befolgen:

• Formulieren Sie einen Plan, damit der Roboter die gewünschte Aktion ausführt.
• Identifizieren Sie die Verhaltensweisen innerhalb des Plans und versuchen Sie, die Verhaltensweisen so gering wie möglich zu halten.
• Übersetzen Sie diesen Plan in ein Projekt, dem der Roboter folgen kann.

Der Plan besteht lediglich aus der Abfolge von Verhaltensweisen, denen der Roboter folgen muss, und das Projekt besteht lediglich aus diesen Verhaltensweisen, die in VEXcode GO übersetzt werden.

Aufgaben in kleinere Verhaltensweisen zu zerlegen und dann mit diesen Verhaltensweisen Lösungen zu entwickeln, ist eine Fähigkeit, die auf viele verschiedene Themen angewendet werden kann.

Was ist VEXcode GO?

VEXcode GO ist eine Codierungsumgebung, die zur Kommunikation mit VEX GO-Robotern verwendet wird. Schüler nutzen die Drag-and-Drop-Schnittstelle, um VEXcode GO-Projekte zu erstellen, die die Aktionen ihrer Roboter steuern. Der Zweck jedes Blocks kann anhand visueller Hinweise wie seiner -Form, Farbe und Beschriftung identifiziert werden.

Die folgenden VEXcode GO-Blöcke werden in dieser Einheit verwendet:

[Fahren für] -  bewegt den Antriebsstrang für eine bestimmte Strecke entweder vorwärts oder rückwärts. Wählen Sie aus, in welche Richtung sich der Antriebsstrang bewegen soll, und legen Sie fest, wie weit er sich bewegen soll, indem Sie einen Wert in das Oval eingeben.

[Drehen um] -  dreht den Antriebsstrang um eine bestimmte Gradzahl nach links oder rechts. Wählen Sie die Richtung aus, in die sich der Antriebsstrang drehen soll, und legen Sie fest, wie weit er sich bewegen soll, indem Sie eine Gradzahl in das Oval eingeben.

[Kommentar] – ermöglicht Programmierern das Schreiben von Informationen zur Beschreibung ihres Projekts. Kommentare verändern das Projekt oder die es umgebenden Blöcke nicht.

Um mit der Verwendung von VEXcode GO in Ihrem Klassenzimmer zu beginnen, laden Sie die VEX Classroom App auf das Gerät eines Lehrers herunter und befolgen Sie dann die Schritte im Artikel Verwenden der VEX Classroom App , um zu erfahren, wie Sie die GO Brain-Firmware aktualisieren, GO Brains umbenennen und finden usw Überwachen Sie die Batterien von GO Brains in Ihrem Klassenzimmer. Weitere Informationen zu VEXcode GO finden Sie im VEXcode GO Abschnitt der VEX-Bibliothek.