Φόντο

Η Μονάδα Πρόκλησης Προσγείωσης στον Άρη θα προκαλέσει τους μαθητές σας να δημιουργήσουν έργα VEXcode 123 για να λύσουν ένα πρόβλημα. Αυτή η Ενότητα εισάγει τους μαθητές στη χρήση του Αισθητήρα Οφθαλμού στο μπροστινό μέρος του Ρομπότ 123 σε μια πρόκληση, εμπνευσμένη από τη διαδικασία που χρησιμοποιούν οι επιστήμονες κατά την προσπάθεια προσγείωσης διαστημοπλοίων, όπως το ρόβερ Mars 2020 Perseverance. Οι μαθητές θα προγραμματίσουν το ρομπότ 123 ώστε να ανιχνεύει ένα εμπόδιο και στη συνέχεια θα το φωτίσουν με ένα χρώμα για να υποδείξουν ότι βρέθηκε εμπόδιο στο σημείο προσγείωσης.

Η αποστολή της NASA στον Άρη 2020

Η αποστολή Mars 2020 της NASA ασχολείται με επιστημονικούς στόχους υψηλής προτεραιότητας για την εξερεύνηση του Άρη: ζωή, κλίμα, γεωλογία και άνθρωποι. Αλλά πριν το ρόβερ Perseverance μπορέσει να ξεκινήσει την αποστολή του συλλέγοντας δείγματα βράχων και εδάφους στην επιφάνεια, το ρόβερ πρέπει να προσγειωθεί με ασφάλεια στον Κόκκινο Πλανήτη.

Σύμφωνα με τη NASA, μόνο περίπου το 40% των αποστολών που έχουν σταλεί ποτέ στον Άρη (από οποιαδήποτε διαστημική υπηρεσία) έχουν στεφθεί με επιτυχία. Η όλη διαδικασία εισόδου, καθόδου και προσγείωσης θα διαρκέσει μόνο λίγα λεπτά, αλλά το διαστημόπλοιο που μεταφέρει το ρόβερ Perseverance πρέπει να επιβραδύνει από σχεδόν 20.000 χλμ. ανά ώρα (~12.500 μίλια ανά ώρα) στο μηδέν και να βρει μια ανοιχτή, επίπεδη περιοχή για προσγείωση. Η επιφάνεια του Άρη είναι γεμάτη εμπόδια - τεράστιους κρατήρες πρόσκρουσης, γκρεμούς, ρωγμές και οδοντωτούς βράχους. Οι απρόβλεπτοι άνεμοι μπορούν επίσης να προκαλέσουν περαιτέρω επιπλοκές.

Για να διασφαλιστεί η ασφαλής προσγείωση, το ρόβερ Perseverance θα τραβήξει εικόνες κατά την κάθοδο και θα τις συγκρίνει με τους χάρτες. Μπορεί γρήγορα να αποφασίσει εάν η περιοχή αυτή κρίθηκε επικίνδυνη από τους επιστήμονες και να κάνει προσαρμογές για να προσγειωθεί σε ανοιχτή περιοχή. Δείτε το παρακάτω βίντεο για να δείτε πώς αναμένεται να προσγειωθεί το ρόβερ.

Σε αυτήν την Ενότητα, οι μαθητές θα κωδικοποιήσουν το Ρομπότ 123 για να ανιχνεύει εμπόδια στα σημεία προσγείωσης στα Πεδία 123 τους, ώστε να διασφαλίζεται η ασφαλής προσγείωση του ρόβερ.

Τι είναι ένας αισθητήρας;

Ένας αισθητήρας είναι, στην ουσία, μια συσκευή που βοηθά ένα ρομπότ να κατανοήσει τον κόσμο γύρω του. Αυτό επιτυγχάνεται συλλέγοντας και αναφέροντας δεδομένα σχετικά με το περιβάλλον του, τα οποία στη συνέχεια μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε ένα έργο για να κάνουν το ρομπότ να λαμβάνει αποφάσεις ή να εκτελεί συγκεκριμένες συμπεριφορές. Αυτή η ακολουθία μπορεί να θεωρηθεί ως ένας βρόχος απόφασης Αίσθηση → Σκέψη → Δράση.

Σε αυτήν τη Μονάδα, το Ρομπότ 123 θα ανιχνεύει αντικείμενα στο Πεδίο 123 για να βοηθήσει στον καθαρισμό της περιοχής για μια ασφαλή προσγείωση του ρόβερ. Το έργο που δημιουργούν οι μαθητές εκτελεί αυτόν τον βρόχο καθώς ο Αισθητήρας Οφθαλμού θα Αισθανθεί την παρουσία ενός αντικειμένου, στη συνέχεια ο κώδικας VEX 123 δίνει εντολή Σκέψου και λαμβάνει αποφάσεις με βάση το αν ο Αισθητήρας Οφθαλμού ανιχνεύει ένα αντικείμενο ή όχι, και στη συνέχεια το 123 Ρομπότ θα Ενεργήσει κάνοντας το κουμπί στο ρομπότ να λάμπει.

Τι είναι ο αισθητήρας ματιών;

Ο αισθητήρας ματιού στο ρομπότ 123 βρίσκεται στην μπροστινή πλευρά, κάτω από το λευκό βέλος. Ο αισθητήρας ματιού μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την ανίχνευση της παρουσίας ή της απουσίας ενός αντικειμένου, καθώς και του χρώματος ή του επιπέδου φωτεινότητάς του. 

Ο αισθητήρας ματιών χρησιμοποιεί υπέρυθρο φως για την ανίχνευση αντικειμένων. Τα ανοιχτόχρωμα αντικείμενα αντανακλούν το υπέρυθρο φως και ανιχνεύεται πιο εύκολα από τον αισθητήρα ματιού. Τα σκουρόχρωμα αντικείμενα απορροφούν το υπέρυθρο φως και ο αισθητήρας ματιού δεν τα ανιχνεύει τόσο καλά. Κατά τη διάρκεια της Μονάδας, χρησιμοποιήστε λευκό ή ανοιχτόχρωμο χαρτί για τα εμπόδια, ώστε να διασφαλίσετε ότι ο Αισθητήρας Οφθαλμού θα είναι σε θέση να ανιχνεύσει αυτά τα αντικείμενα.

Σε αυτήν τη Μονάδα, ο Αισθητήρας Οφθαλμού θα χρησιμοποιηθεί για την ανίχνευση ενός αντικειμένου στην πορεία του 123 Ρομπότ. Η θέση του αισθητήρα ματιού στο ρομπότ 123 σημαίνει ότι μπορεί να ανιχνεύσει μόνο αντικείμενα ακριβώς μπροστά του. Να το έχετε υπόψη σας αυτό όταν τοποθετείτε τα 123 ρομπότ και τα εμπόδια στους μαθητές σας, έτσι ώστε τα υλικά να προετοιμάζουν τους μαθητές για την επιτυχία. 

Για περισσότερες πληροφορίες σχετικά με τον τρόπο κωδικοποίησης του αισθητήρα ματιού με το VEXcode 123, ανατρέξτε στο άρθρο Κωδικοποίηση του αισθητήρα ματιού VEX 123 χρησιμοποιώντας το VEXcode 123 της βιβλιοθήκης VEX.

Τι είναι ο κωδικός VEX 123;

Το VEXcode 123 είναι μια γλώσσα προγραμματισμού που βασίζεται σε μπλοκ και χρησιμοποιείται με το 123 Robot. Μια γλώσσα προγραμματισμού είναι ένα σύνολο κανόνων στους οποίους τα σύμβολα αναπαριστούν ενέργειες. Οι γλώσσες προγραμματισμού ακολουθούν οδηγίες βήμα προς βήμα που εκτελεί ένας υπολογιστής για να εκτελεστεί ένα έργο.

Για περισσότερες πληροφορίες σχετικά με τον τρόπο εργασίας με το VEXcode 123, ανατρέξτε στην ενότητα VEXcode 123 της βιβλιοθήκης VEX.

Ποια μπλοκ VEXcode 123 χρειάζεστε;

Τα μπλοκ στον VEXcode 123 αντιπροσωπεύουν 123 εντολές Robot που χρησιμοποιούνται για τη δημιουργία ενός έργου στον VEXcode 123. Παρακάτω είναι μια λίστα με τα κύρια μπλοκ που χρησιμοποιήθηκαν κατά τη διάρκεια αυτής της Ενότητας.

VEXcode 123 Μπλοκ	Συμπεριφορές
	Το μπλοκ {When started} ξεκινά την εκτέλεση της συνδεδεμένης στοίβας μπλοκ κατά την εκκίνηση του έργου.
	Το μπλοκ [Οδήγηση μέχρι] οδηγεί το ρομπότ 123 μέχρι να ικανοποιηθεί μία από τις τρεις συνθήκες. Ένα αντικείμενο ανιχνεύεται από τον αισθητήρα ματιού στο μπροστινό μέρος του ρομπότ 123. Το ρομπότ 123 συγκρούεται με ένα αντικείμενο ή έναν τοίχο. Ο αισθητήρας ανίχνευσης γραμμής ανιχνεύει μια γραμμή κάτω από το ρομπότ 123.
	Το μπλοκ [Στροφή για] στρέφει το 123 Ρομπότ στη θέση του προς τα αριστερά ή τα δεξιά για έναν συγκεκριμένο αριθμό μοιρών.
	Το μπλοκ [Forever] επαναλαμβάνει για πάντα τυχόν μπλοκ που περιέχονται μέσα στο 'C'.
	Το μπλοκ [Αναμονή] περιμένει για ένα συγκεκριμένο χρονικό διάστημα πριν μετακινηθεί στο επόμενο μπλοκ σε ένα έργο.
	Το μπλοκ [Λάμψη] ορίζει το χρώμα λάμψης της ενδεικτικής λυχνίας στο κέντρο του ρομπότ 123.

Πώς λειτουργεί το μπλοκ [Οδήγηση μέχρι];

Τα μπλοκ [Drive until] ελέγχουν επανειλημμένα μια συνθήκη και ελέγχουν τη ροή του έργου. Ένα έργο δεν θα μετακινηθεί στο επόμενο μπλοκ της στοίβας μέχρι να ικανοποιηθεί η συνθήκη του μπλοκ [Drive until]. Στο έργο που φαίνεται παρακάτω, το ρομπότ 123 θα κινείται προς τα εμπρός και θα ελέγχει συνεχώς εάν ο αισθητήρας ματιού έχει εντοπίσει κάποιο αντικείμενο. Μόλις εντοπιστεί ένα αντικείμενο από τον Αισθητήρα Οφθαλμού, το Ρομπότ 123 θα σταματήσει να οδηγεί και θα μετακινηθεί στο επόμενο μπλοκ, ένα μπλοκ [Λάμψη].

Μπορεί να οριστεί η συνθήκη που θα σταματήσει την οδήγηση του 123 Ρομπότ. Αυτή η Μονάδα χρησιμοποιεί την παράμετρο «αντικείμενο» έτσι ώστε το ρομπότ να σταματά να κινείται όταν ο Αισθητήρας Οφθαλμού στο μπροστινό μέρος του ρομπότ 123 ανιχνεύσει ένα αντικείμενο.

Προετοιμασία για την Πρόκληση Ανοιχτού Τύπου  σε αυτήν την Ενότητα

Σε αυτήν την Ενότητα, οι μαθητές θα κληθούν να χρησιμοποιήσουν όσα έχουν μάθει προηγουμένως για να δημιουργήσουν ένα έργο για την επίλυση μιας πρόκλησης. Επειδή είναι σημαντικό να προκαλείτε τακτικά τους μαθητές να επιλύουν προβλήματα και να εφαρμόζουν τις δεξιότητες που έχουν μάθει με έναν νέο τρόπο, σας ενθαρρύνουμε να προκαλέσετε τους μαθητές σας και να χρησιμοποιήσετε αυτές τις στρατηγικές για να χτίσετε ανθεκτικότητα και να τους βοηθήσετε να τους καθοδηγήσετε στην αντιμετώπιση της πρόκλησης. Ακολουθούν μερικές προτάσεις για να βοηθήσετε τους μαθητές καθώς πειραματίζονται με τα έργα τους: 

Δώστε ανατροφοδότηση χωρίς να δώσετε τη λύση - Η πραγματοποίηση λαθών κατά την επίλυση μιας πρόκλησης αναμένεται και ενθαρρύνεται. «Τα λάθη στη μάθηση μπορούν να δημιουργήσουν ευκαιρίες [και] μπορούν να βοηθήσουν στην πραγματοποίηση συνδέσεων.»¹ Η δημιουργία μιας οικείας διαδικασίας επίλυσης προβλημάτων με τους μαθητές σας μπορεί να τους βοηθήσει να μάθουν πώς να εντοπίζουν ένα πρόβλημα και να προχωρούν όταν κάνουν λάθος, ελαχιστοποιώντας έτσι τη διακοπή και την απογοήτευση. Δοκιμάστε να χρησιμοποιήσετε τον ακόλουθο κύκλο επίλυσης προβλημάτων με τους μαθητές σας για να τους βοηθήσετε να αντιμετωπίσουν τα έργα τους και να βρουν τις δικές τους λύσεις. 

• Περιγράψτε το πρόβλημα
  • Ζητήστε από τον μαθητή να εξηγήσει τι είναι λάθος. Οι μαθητές θα πρέπει να είναι σε θέση να συσχετίσουν το λάθος με τον κοινό στόχο ή την τρέχουσα πρόκληση.
    • Πώς κινείται το 123 Ρομπότ στο έργο τους; Πώς θα έπρεπε να κινείται το ρομπότ; 
• Προσδιορίστε πότε και πού ξεκίνησε το πρόβλημα
  • Ρωτήστε τον μαθητή πότε παρατήρησε για πρώτη φορά το πρόβλημα.
    • Ποιο μέρος του έργου υλοποιούνταν;
  • Εάν οι μαθητές δυσκολεύονται να προσδιορίσουν πού βρίσκεται το σφάλμα στο έργο, ενθαρρύνετέ τους να χρησιμοποιήσουν τη λειτουργία Project Stepping στον κώδικα VEX 123. Τα οπτικά στοιχεία που παρέχονται με τη λειτουργία Project Stepping  μπορούν να χρησιμοποιηθούν για να βοηθήσουν τους μαθητές να αντιμετωπίσουν προβλήματα στο έργο τους, έχοντας τη δυνατότητα να βλέπουν τα μπλοκ να εκτελούνται ένα κάθε φορά. Αυτό  δώσει μια καλύτερη εικόνα για το ποια μπλοκ μπορεί να προκαλούν το σφάλμα, επομένως η αποσφαλμάτωση μπορεί να γίνει μια πιο στοχευμένη και αποτελεσματική διαδικασία. Για περισσότερες πληροφορίες σχετικά με τον τρόπο χρήσης της λειτουργίας Project Stepping, ανατρέξτε στο άρθρο Stepping Through a Project in VEXcode 123 της Βιβλιοθήκης VEX. 
• Κάντε & δοκιμαστικές τροποποιήσεις
  • Καθώς οι μαθητές εντοπίζουν κάποιο σφάλμα, πρέπει να κάνουν αλλαγές στο έργο τους. Οι μαθητές μπορούν να δοκιμάσουν το έργο με κάθε επεξεργασία που κάνουν. Εάν το έργο είναι επιτυχές, τότε μπορούν να προχωρήσουν στο επόμενο βήμα στον κύκλο επίλυσης προβλημάτων. Εάν το έργο δεν είναι επιτυχές, μπορούν να επιστρέψουν στην αρχή της διαδικασίας και να προσπαθήσουν ξανά.
• Κατοπτρίζω
  • Ζητήστε από τους μαθητές να σκεφτούν τα λάθη που έκαναν και ξεπέρασαν κατά τη διάρκεια της διαδικασίας.
    • Ποιο ήταν το λάθος; Τι μάθατε από αυτό το λάθος; Πώς μπορεί να σας βοηθήσει κατά την κωδικοποίηση του ρομπότ 123 την επόμενη φορά;
  • Ενθαρρύνετε τους μαθητές να αναγνωρίσουν τα λάθη τους και τι έμαθαν από τη διαδικασία, ώστε να ενθαρρύνετε μια νοοτροπία ανάπτυξης. Μια ισχυρή έμφαση σε μια νοοτροπία ανάπτυξης μπορεί να βοηθήσει τους μαθητές να μάθουν πότε και πώς να επιμένουν, αλλά και πότε να ζητούν βοήθεια.² Εάν οι μαθητές μπορούν να δουν τη διαδικασία τους ως πρόδρομο μιας νέας μάθησης, τότε μπορούν να χρησιμοποιήσουν τα βήματα εδώ για να προωθήσουν τη δική τους μάθηση, καθώς και τη μάθηση των συμμαθητών τους. Καθώς οι μαθητές αντιμετωπίζουν αυτά τα ζητήματα και αναλογίζονται τα λάθη τους, ενθαρρύνετέ τους να μοιραστούν τα λάθη τους και να τα επεξεργαστούν με τους συμμαθητές τους. Με αυτόν τον τρόπο, οι μαθητές μπορούν να γίνουν «μαθησιακά μέσα ο ένας για τον άλλον».³

Το "Καθαρισμός της Περιοχής Προσγείωσης" (Εργαστήριο 2) έχει σχεδιαστεί ως μια εξερεύνηση ανοιχτού τύπου που θα ζητήσει από τους μαθητές σας να επιμείνουν για να λύσουν μια πρόκληση. Σε αυτό το Εργαστήριο, εισάγουμε βρόχους με το μπλοκ [Forever] και ζητάμε από τους μαθητές να πειραματιστούν χρησιμοποιώντας βρόχους στο έργο τους, ώστε το 123 Ρομπότ να οδηγήσει και να εντοπίσει όλα τα εμπόδια στην περιοχή προσγείωσης (VEX 123 Field). Εάν η χρήση βρόχων σε ένα έργο είναι κάτι καινούργιο για τους μαθητές σας, μπορεί να χρειαστούν αρκετές επαναλήψεις των έργων τους για να χρησιμοποιηθούν αποτελεσματικά οι βρόχοι. Χρησιμοποιήστε τις προτάσεις που περιγράφονται σε αυτήν την ενότητα για να προετοιμάσετε τους μαθητές για τη διαδικασία δοκιμής και σφάλματος και για να τους βοηθήσετε να αντιμετωπίσουν τα έργα τους για να επιτύχουν τον στόχο της πρόκλησης. Η ενότητα Διευκόλυνση των Μέρων 1 και 2 του Παιχνιδιού περιέχει επιπλέον εκπαιδευτικά βοηθήματα για την καθοδήγηση των μαθητών στην πρόκληση του Εργαστηρίου 2. Έχοντας ένα σχέδιο για το πώς θα παρέχετε υποστήριξη για την επίλυση προβλημάτων και τη δοκιμή και το σφάλμα που απαιτείται σε αυτό το Εργαστήριο, μπορεί να σας βοηθήσει να καλύψετε τις ατομικές ανάγκες των μαθητών σας.

Δείτε το άρθρο της Βιβλιοθήκης VEX με Χτίζοντας Ανθεκτικότητα στα Εργαστήρια STEM» για περισσότερες πληροφορίες σχετικά με το πώς η αποτελεσματική ανατροφοδότηση μπορεί να βοηθήσει τους μαθητές να οικοδομήσουν ανθεκτικότητα και μια νοοτροπία ανάπτυξης ενώ εργάζονται στα Εργαστήρια STEM.