Opettajan työkalupakki
-
Tämän osan tarkoitus
Play-osion tavoitteena on, että opiskelijat harjoittelevat ohjelmointia Drive Forward and Reverse ja Turning STEM Labsissa esiteltyjen koodilohkojen avulla robotin ohjaamiseksi tiettyä polkua pitkin. Tämä osio keskittyy tarkkuuteen, jota tarvitaan idean muuttamiseksi toiminnaksi robotille, ja siihen, miten robotin toiminta eroaa ihmisen toimista. Tietyn skenaarion avulla opiskelijat luovat koodia ja panevat oppimisensa käytäntöön, kun he osallistuvat ongelmanratkaisuun, spatiaaliseen päättelyyn ja laskennalliseen ajatteluun.
Yleiskatsaus
Oppilaita pyydetään luomaan projekti skenaarioon, jossa robottia käytetään apuna koulutyössä: kierrätyksen kerääminen luokkahuoneista päivän päätteeksi. Tämän saavuttamiseksi opiskelijat:
-
Työskentele yhdessä ryhmissä ajatellaksesi ja suunnitellaksesi polun kuvitellun "kierrätysrobotin" matkustamiseen.
-
Käännä heidän polkunsa tietyiksi koodausvaiheiksi käyttämällä aiemmin oppimiaan lohkoja.
-
Toteuta heidän projektinsa ja arvioi, vastaako niiden koodaus haluttua tulosta.
Ohjelmointispesifisyys – Suunnittelun toteuttaminen
Ihminen pystyy lukemaan ympäristöään käyttämällä aistitietoa, päätöksiä, päätelmiä ja muistoja, jotka kaikki antavat meille mahdollisuuden luoda henkisiä karttoja, jotka ovat suurelta osin laadullisia (perustuvat kuvaukseen, ei mittaukseen). Robotit voivat kuitenkin tehdä täsmälleen sen, mitä käsket heidän tehdä – ja voivat tehdä sen vain oikein – jos heille annetaan erityisiä, määrällisiä (mitattavissa olevia) ohjeita. Nämä ohjeet luovat robotin käyttäytymismalleja: tapoja, joilla robotit toimivat, jotka vaihtelevat yksinkertaisesta monimutkaiseen, riippuen siitä, miten robotti on rakennettu tai ohjelmoitu.
Asiantuntevana ohjeen seuraajana mitä yksityiskohtaisemmat ohjeet ovat, sitä paremmin robotti pystyy saavuttamaan tavoitteesi. Tämän saavuttamiseksi sinun tulee ohjelmoijana suunnitella suunnitelma, joka sisältää ohjeet mittauksella. Nämä mittaukseen perustuvat ohjeet luovat suunnitelman, jota robottisi voi seurata.
Imagine a Robot Helper Scenario...
Robotit voivat auttaa ihmisiä tekemään töitä tehokkaammin ja helpommin. Kuvittele esimerkiksi koulu, jossa joka iltapäivä jonkun täytyy tulla kaikkiin luokkahuoneisiin keräämään kierrätystä. Vaikka opiskelija tai opettaja voisi tehdä tämän, se vie aikaa, kun he voisivat tehdä jotain muuta. Suunnittelemme suunnitelman ja luomme projektin, jotta "Kierrätysrobotti" voisi ottaa tämän tehtävän puolestamme. Robotti matkustaa useisiin luokkahuoneisiin, vie sitten kierrätyksen tiettyyn paikkaan ja palaa alkuun.
Mistä aloittaa? Miten suunnitteluprosessi saa alkunsa…
Kun arkkitehteja pyydetään rakentamaan uusi rakennus, he eivät tartu vasaraan ja ala ryyppäämään. Ennen kuin urakoitsija tai rakennustyöntekijä hankkii työkalun, arkkitehdit käyttävät paljon aikaa ja energiaa rakennuksen suunnitelmien tekemiseen. Heidän on pohdittava tiloja ja sitä, kuinka ne liittyvät toisiinsa ja liittyvät toisiinsa. Tällaista ajattelua kutsutaan spatiaaliseksi päättelyksi.
Ensin arkkitehtien on tiedettävä, mikä on rakennuksen käyttötarkoitus ja miten sitä aiotaan käyttää – toiminnallisuus. Sitten he ajattelevat monia, monia eri tapoja, joilla he voisivat saavuttaa kyseisen toiminnon, ja miltä se voisi näyttää. Arkkitehdit luovat luonnoksia, luetteloita ja suunnittelusuunnitelmia, jotka heidän mielestään voisivat toimia. He työskentelevät muiden rakennuksessa mukana olevien kanssa, ja näitä suunnitelmia tarkistetaan, ja lopulta ne muuttuvat suunnitelmiksi - erityisiksi, mitatuiksi ohjeiksi, joita käytetään kyseisen rakennuksen rakentamiseen.
Kun alat miettiä robotin suunnittelusuunnitelmaa, aloitat samalla tavalla. Ensinnäkin sinun on tiedettävä toiminnallisuus – mitä haluat robotin tekevän? Tässä tapauksessa haluamme robotin auttavan meitä keräämään kierrätystä. Sen täytyy matkustaa ympäri koulua ja poimia tavaroita, joten sinun on mietittävä tiloja, joissa se matkustaa ja kuinka nämä käytävät ja huoneet liittyvät toisiinsa. Seuraavaksi voimme miettiä monia tapoja kartoittaa polkua koulusi ympärillä – luonnosten tai luetteloiden käyttäminen ideoiden näyttämiseen auttaa muita, joiden kanssa työskentelet, näkemään ja ymmärtämään ajatuksesi paremmin. Ryhmäsi voi ottaa ideoita useista suunnitelmista ja koota ne yhdeksi. Sitten, kun ryhmäsi päättää suunnittelusuunnitelmasta, voit luoda suunnitelman – tarkat ohjeet, joita haluat robotin noudattavan.
Opettajan työkalupakki
-
Rakennustelineiden ajattelurutiinit
Jos oppilaat tarvitsevat lisää apua käyttäytymisen ymmärtämisessä, muistuta heitä, että robotit voivat tehdä vain sen, mitä käsket heidän tehdä, ja voivat tehdä sen oikein vain, jos heille annetaan erityisiä, määrällisiä (mitattavissa olevia) ohjeita. Tässä on esimerkkejä tehtävistä:
-
Mieti ohjeita, jotka annoit ystävälle Tutki-osiossa. Kun kävelet käytävällä, kuinka nopeasti kuljet?
-
Millä navigoit? Etsitkö maamerkkejä, kuten tietyn opettajan luokkahuonetta tai suihkulähdettä?
-
Jos matkustaisit samaa polkua silmät kiinni, voisitko tehdä sen?
Näiden harjoitusten tavoitteena on auttaa opiskelijoita ymmärtämään ero ihmisen ja robotin prosessien välillä. Ihmiset ovat usein laadukkaampia, kun taas robotit ovat luonnostaan kvantitatiivisia. Sekä kartan suunnittelun että projektin ohjelmoinnin kannalta on tärkeää ohjata opiskelijoita kvantitatiiviseen ajatteluun.
Motivoi keskustelua
K: Suunnitelman suunnittelu edellyttää, että mietit tiloja ja kuinka ne liittyvät sinuun ja toisiinsa. Tätä kutsutaan spatiaaliksi päättelyksi tai tilaajatteluksi. Mitä muita alueita ja tehtäviä teet, joissa joudut käyttämään spatiaalista päättelyä saadaksesi jotain tapahtumaan?
A: Opiskelijat voivat antaa erilaisia vastauksia, joiden läpinäkyvä ajatus on, että tämä on jotain, jota teemme säännöllisesti, me vain jalostamme sitä ohjelmointitarkoituksiin. Jos opiskelijat ovat joskus sammuttaneet makuuhuoneensa valot ja joutuneet navigoimaan huoneen poikki sänkyynsä muistin perusteella, he käyttävät spatiaalista päättelyä. Voit viitata esimerkiksi Google Mapsiin, joka kertoo sinulle paljon yksityiskohtia ja tarkkuutta varmistaaksesi, että seuraat sen osoittamaa polkua.
K: Mieti joitakin strategioita suunnitelman tai kartan suunnittelemiseksi ja piirtämiseksi yhdessä. Mieti, millä tavoilla tiimin yksittäisiä rooleja aiotaan hyödyntää, jotta tämä tehdään tehokkaasti ja tehokkaasti.
A: Opiskelijat voivat palata yhteistyöhön perustuviin päätöksentekostrategioihin sekä jakaa tehtäviä tiettyihin rooleihin ryhmässä.
Laajenna oppimistasi
-
-mittakaavamallinnus
Pyydä oppilasryhmiä mittaamaan muutaman viereisen luokkahuoneen välinen etäisyys matematiikassa. Yritä sitten nähdä, onko olemassa yhteistä tekijää, jonka avulla voit pienentää todellisen mittakaavamallin jne. Kysy oppilailta: "Millä parametrit pitäisi kertoa, jotta tämä robottipolku toimisi koulussamme?"