Roboterlauf recyceln
Lehrer-Toolbox
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Der Zweck dieses Abschnitts
Das Ziel des Play-Abschnitts ist es, dass die Schüler die Programmierung mit Codeblöcken üben, die in den Drive Forward und Reverse and Turning STEM Labs eingeführt wurden, um den Roboter entlang eines bestimmten Pfades zu fahren. Dieser Abschnitt konzentriert sich auf die Spezifität, die bei der Umsetzung einer Idee in die Tat für einen Roboter erforderlich ist, und darauf, wie sich Roboteraktionen von menschlichen Handlungen unterscheiden. Unter Verwendung eines bestimmten Szenarios erstellen die Schüler Code und setzen ihr Lernen in die Tat um, während sie sich mit Problemlösung, räumlichem Denken und rechnerischem Denken befassen.
Die Schüler werden gebeten, ein Projekt für ein Szenario zu erstellen, in dem ein
Roboter verwendet wird, um bei einem Job in einer Schule zu helfen: das Sammeln des
Recyclings aus den Klassenzimmern am Ende des Tages. Um dies zu erreichen, werden die
Schüler:
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Arbeiten Sie in Gruppen zusammen, um einen Weg für einen imaginären „Recycling-Roboter“ zu finden und zu entwerfen.
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Übersetzen Sie ihren Weg in spezifische Codierungsschritte mit den Blöcken, die sie zuvor gelernt haben.
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Setzen Sie ihr Projekt in die Tat um und bewerten Sie, ob ihre Codierung mit dem gewünschten Ergebnis übereinstimmt.
Programmierspezifität - Ein Design zum Laufen bringen
Menschen sind in der Lage, ihre Umgebung mit einer Kombination aus sensorischen
Informationen, Entscheidungen, Schlussfolgerungen und Erinnerungen zu lesen, die es uns
ermöglichen, mentale Karten zu erstellen, die weitgehend qualitativ sind (basierend auf
Beschreibung und nicht auf Messung). Roboter können jedoch nur genau das tun, was Sie
ihnen sagen - und können es nur richtig tun -, wenn sie spezifische, quantitative
(messbare) Anweisungen erhalten. Diese Anweisungen schaffen Roboterverhalten: die Art
und Weise, wie Roboter handeln, die von einfach bis komplex reicht, je nachdem, wie der
Roboter gebaut oder programmiert wird.
Je detaillierter Ihre Anweisungen sind,
desto besser kann der Roboter Ihr Ziel erreichen. Um dies zu erreichen, müssen Sie als
Programmierer einen Plan entwerfen, der Anweisungen mit Messungen enthält. Diese
messbasierten Anweisungen erstellen eine Blaupause, der Ihr Roboter folgen
kann.
Stellen Sie sich ein Roboter-Helfer-Szenario
vor...
Roboter können Menschen helfen, Aufgaben effizienter und
einfacher zu erledigen. Stellen Sie sich zum Beispiel eine Schule vor, in der jeden
Nachmittag jemand in alle Klassenzimmer kommen muss, um das Recycling zu sammeln.
Während ein Schüler oder ein Lehrer dies tun könnte, würde das von der Zeit wegnehmen,
dass er etwas anderes tun könnte. Wir werden einen Plan entwerfen und ein Projekt
erstellen, damit ein „Recycling-Roboter“ diese Aufgabe für uns übernehmen kann. Der
Roboter fährt in mehrere Klassenräume, bringt das Recycling dann an einen bestimmten Ort
und kehrt zum Anfang zurück.
Wo soll ich anfangen? Wie der Designprozess seinen Anfang nimmt…
Wenn Architekten gebeten werden, ein neues Gebäude zu bauen, greifen sie nicht zu
einem Hammer und fangen an, wegzuschlagen. Bevor ein Werkzeug jemals von einem
Bauunternehmer oder Bauarbeiter abgeholt wird, investieren die Architekten viel Zeit
und Energie in die Erstellung der Pläne für das Gebäude. Sie müssen über Räume
nachdenken und darüber, wie sie sich verbinden und miteinander in Beziehung stehen.
Diese Art des Denkens wird als räumliches Denken bezeichnet.
Zunächst müssen
Architekten wissen, was der Zweck des Gebäudes ist und wie es genutzt werden soll -
die Funktionalität. Dann denken sie über die vielen, vielen verschiedenen
Möglichkeiten nach, wie sie diese Funktionalität erreichen könnten und wie sie
aussehen könnte. Architekten erstellen Skizzen, Listen und Entwurfspläne, von denen
sie glauben, dass sie funktionieren könnten. Sie arbeiten mit anderen am Gebäude
Beteiligten zusammen, und diese Pläne werden überarbeitet und schließlich in
Baupläne umgewandelt - die spezifischen, bemessenen Anweisungen, die zum Bau dieses
bestimmten Gebäudes verwendet werden.
Wenn Sie anfangen, über einen
Designplan für einen Roboter nachzudenken, werden Sie auf die gleiche Weise
beginnen. Zuerst müssen Sie die Funktionalität kennen - was soll der Roboter tun? In
diesem Fall möchten wir, dass der Roboter uns hilft, Recycling zu sammeln. Es muss
in der Schule herumreisen und Dinge abholen, also musst du darüber nachdenken, in
welchen Räumen es reisen wird und wie diese Flure und Räume miteinander verbunden
sind. Als Nächstes können wir über die vielen Möglichkeiten nachdenken, einen Weg um
Ihre Schule herum zu finden - indem Sie Skizzen oder Listen verwenden, um Ihre Ideen
zu zeigen, helfen Sie anderen, mit denen Sie zusammenarbeiten, Ihr Denken zu sehen
und besser zu verstehen. Ihre Gruppe könnte Ideen aus mehreren Plänen nehmen und sie
in einem zusammenfassen. Wenn sich Ihre Gruppe dann für einen Designplan
entscheidet, können Sie den Entwurf erstellen - die spezifischen Anweisungen, denen
der Roboter folgen soll.
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Gerüst-Denkroutinen
Wenn die Schüler mehr Hilfe beim Verstehen von Verhaltensweisen benötigen, erinnern Sie sie daran, dass die Roboter nur genau das tun können, was Sie ihnen sagen, und es nur richtig tun können, wenn sie spezifische, quantitative (messbare) Anweisungen erhalten. Hier sind einige Beispiele für Aufgaben:
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Denke an die Anweisungen, die du einem Freund im Abschnitt „Erkunden“ gegeben hast. Wenn du den Flur entlang gehst, wie schnell gehst du?
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Wonach navigieren Sie? Suchen Sie nach Sehenswürdigkeiten wie dem Klassenzimmer eines bestimmten Lehrers oder einem Wasserbrunnen?
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Wenn Sie den gleichen Weg mit geschlossenen Augen gehen würden, könnten Sie es tun?
Das Ziel dieser Übungen ist es, den Schülern zu helfen, den Unterschied zwischen menschlichen und Roboterprozessen zu verstehen. Menschen sind oft qualitativer, während Roboter von Natur aus quantitativ sind. Es wird wichtig sein, die Schüler beim Denken in quantitativen Schritten sowohl für die Gestaltung der Karte als auch für die Programmierung des Projekts zu leiten.
Diskussion motivieren
F: Um einen Plan zu entwerfen, musst du über Räume nachdenken und darüber, wie sie sich mit dir und miteinander verbinden. Dies wird als räumliches Denken oder räumliches Denken bezeichnet. Was sind einige andere Bereiche und Aufgaben, die Sie erledigen, bei denen Sie räumliches Denken einsetzen müssen, um etwas zu erreichen?
A: Die Schüler können eine Vielzahl von Antworten geben, mit der übergeordneten Idee, dass dies etwas ist, was wir regelmäßig tun, wir verfeinern es nur für die Zwecke der Programmierung. Wenn Schüler jemals ihr Schlafzimmerlicht ausgeschaltet haben und durch das Gedächtnis durch ihr Zimmer zu ihrem Bett navigieren mussten, verwenden sie räumliches Denken. Sie können auf etwas wie Google Maps verweisen, das Ihnen viele Details und Besonderheiten anzeigt, um sicherzustellen, dass Sie dem vorgegebenen Weg folgen.
F: Brainstorming einiger Strategien zum gemeinsamen Entwerfen und Zeichnen eines Plans oder einer Karte. Denken Sie darüber nach, wie die einzelnen Rollen des Teams genutzt werden, um dies effektiv und effizient zu tun.
A: Die Schüler können auf kollaborative Entscheidungsstrategien zurückgreifen und Aufgaben bestimmten Rollen innerhalb der Gruppe zuweisen.
Erweitern Sie Ihr Lernen
- Skalenmodellierung
Lassen Sie Schülergruppen für eine mathematische Erweiterungsaktivität tatsächlich den Abstand zwischen einigen benachbarten Klassenzimmern messen. Versuchen Sie dann zu sehen, ob es einen gemeinsamen Faktor gibt, den Sie reduzieren können, um ein tatsächliches Maßstabsmodell usw. zu erstellen. Fragen Sie die Schüler: „Mit welchen Parametern müssen Sie die Parameter multiplizieren, damit dieser Roboterpfad in unserer Schule funktioniert?“