Sfondo

L'unità Mars Rover: Explore Mars Geology consentirà a te e ai tuoi studenti di familiarizzare con la creazione di progetti VEXcode GO per risolvere un problema. Le azioni del rover Perseverance e della missione Mars 2020 vengono utilizzate come ispirazione per le sfide che gli studenti affronteranno utilizzando VEXcode GO e il robot Code Base. I progetti che creeranno dovranno guidare per raccogliere i dischi e utilizzare i dati dei sensori per ordinarli in base al colore.

Missione Mars 2020 della NASA

La missione Mars 2020 della NASA affronta obiettivi scientifici di alta priorità per l'esplorazione di Marte: vita, clima, geologia ed esseri umani. Il rover Perseverance Mars 2020 è progettato per comprendere meglio la geologia di Marte e cercare tracce di vita antica. La missione esplorerà l'area attorno al cratere Jezero, un sito di atterraggio geologicamente molto diversificato, in particolare alla ricerca di rocce speciali note per conservare nel tempo segni di vita¹. 

Gli scienziati ritengono che l'area del cratere Jazero un tempo fosse inondata d'acqua e ospitasse un antico delta fluviale. Gli scienziati hanno riscontrato prove del fatto che l'acqua ha trasportato minerali argillosi dall'area circostante al lago del cratere. È plausibile che durante uno o più di questi periodi umidi a Jezero potesse vivere vita microbica. In tal caso, tracce dei loro resti potrebbero essere rinvenute nei sedimenti del fondale del lago o della costa. Gli scienziati studieranno come si è formata ed evoluta la regione, cercheranno segni di vita passata e raccoglieranno campioni di roccia e suolo di Marte che potrebbero preservare questi segni 

Che cosa è un geologo planetario?

Un geologo planetario è qualcuno che studia il modo in cui i corpi celesti (pianeti, lune, asteroidi, comete e meteoriti) si formano ed evolvono nel tempo. Utilizzano ciò che abbiamo imparato sulla Terra per cercare di capire come funzionano gli altri corpi celesti. I geologi planetari studiano argomenti come la determinazione della struttura interna dei pianeti e studiano anche i processi superficiali come il vulcanismo planetario. I geologi planetari devono arrangiarsi con molti meno dati rispetto ai geologi terrestri. Poiché non possono recarsi sul campo per raccogliere informazioni autonomamente, devono affidarsi in gran parte a dati raccolti in remoto.

Cos'è un Rover?

I geologi planetari lavorano con i rover per raccogliere informazioni sul territorio e raccogliere campioni di rocce, terra, suolo o persino liquidi.  Un rover è un dispositivo progettato per muoversi sulla superficie solida di un pianeta o di un altro corpo celeste (come Marte). Poiché gli scienziati non possono andare su Marte da soli in questo momento, devono affidarsi a geologi robot, i rover, per analizzare rocce e terreno e raccogliere dati per .

Attualmente, il rover Perseverance sta completando la missione Mars 2020 della NASA e raccoglierà campioni di roccia e suolo per un possibile rientro sulla Terra. Per svolgere il suo compito, il rover Perseverance trasporta una serie di sensori e strumenti scientifici che analizzeranno le rocce e il terreno sulla superficie marziana e svolgeranno altri importanti compiti e studi. For more information on the Mars 2020 Mission and details on the features of the Perseverance Rover, see NASA’s Mars 2020 Mission Overview website.

Cos'è un sensore?

Un sensore è, in sostanza, un dispositivo che aiuta un robot a comprendere il mondo che lo circonda. Ciò avviene raccogliendo e segnalando dati sull'ambiente circostante, che possono poi essere utilizzati in un progetto per far sì che il robot prenda decisioni o esegua determinati comportamenti. Questa sequenza può essere pensata come il ciclo decisionale “Sense Think Act”.

In questa unità, il codice di base utilizzerà il sensore oculare per rilevare il colore dei dischi rilevati dall'elettromagnete. Sia il sensore oculare che l'elettromagnete sono sensori che consentono alla base del codice di interagire con l'ambiente e di eseguire il ciclo decisionale Sense Think Act.  Nei progetti creati dagli studenti, l'elettromagnete raccoglierà i dischi e il sensore oculare rileverà il colore di un disco, quindi il comando VEXcode GO Think per prendere una decisione in base al colore del disco rilevato. Quindi, il codice di base agirà guidando verso una posizione specificata e rilasciando il disco in base al colore rilevato.

Che cosa è l'elettromagnete? 

Un elettromagnete è un tipo di magnete in cui il campo magnetico è prodotto da una corrente elettrica. L'elettromagnete VEX GO può sollevare e sollevare i dischi che contengono nuclei metallici. La configurazione Code Base - Occhio + Elettromagnete ha l'elettromagnete nella parte anteriore del robot.

Il blocco [Energize Electromagnet] viene utilizzato per 'potenziare' e 'far cadere' i dischi in VEXcode GO.

L'impostazione "boost" ti consente di raccogliere un disco.

L'impostazione 'drop' consente di rilasciare un disco.

For more information on using the Electromagnet, see the Coding with the VEX GO Electromagnet VEX Library Article. 

Cos'è l'Eye Sensor?

L'Eye Sensor è un sensore in grado di determinare tre cose: la presenza di un oggetto, il suo colore e la luminosità di un oggetto o di una superficie. Nella configurazione Code Base - Occhio + Elettromagnete, il sensore oculare si trova dietro l'elettromagnete ed è rivolto verso il basso. Ciò consentirà al sensore oculare di rilevare il colore di un disco in modo da poterlo ordinare in base al colore. For more information on the different uses of the Eye Sensor, see the Coding with the VEX GO Eye Sensor VEX Library Article.

I dati rilevati dall'Eye Sensor possono essere visualizzati nella Monitor Console, che offre agli studenti una rappresentazione visiva di ciò che il robot sta "vedendo" e può essere utilizzata per aiutarli a stabilire la connessione tra i sensori e i comportamenti del robot. For more information about using the Monitor Console in VEXcode GO, see this VEX Library article.

Dischi VEX GO

I dischi che verranno utilizzati in questa unità sono disponibili in tre colori diversi: verde, rosso e blu. I dischi hanno un'anima metallica e possono essere utilizzati con l'elettromagnete. I dischi possono essere utilizzati anche con l'Eye Sensor per il rilevamento di colori e oggetti. For more information on the Electromagnet or the Disks, see the Interactive Parts Poster linked in the VEX Library.

Decomposizione

La scomposizione consiste nello scomporre un problema complesso in comportamenti più gestibili e facili da comprendere. Suddividendo il problema in parti più piccole, ogni parte può essere esaminata più in dettaglio e risolta con maggiore facilità. Ad esempio, se uno studente vuole che il suo robot si muova in un quadrato, dovrà scomporre il comando in comandi più piccoli. Per gli studenti è importante perfezionare il processo di scomposizione, perché all'inizio potrebbero non riuscire a scomporre i comandi in componenti più piccole:

Pseudocodice

Lo pseudocodice è una notazione abbreviata per la codifica che combina descrizioni verbali e scritte del codice.

Spesso gli studenti riescono a "indovinare e verificare" il modo in cui trovano la soluzione. Ciò, tuttavia, non si traduce nella loro comprensione concettuale dei concetti di codifica. La scrittura di pseudocodice aiuta gli studenti ad andare oltre la comprensione superficiale della codifica, per arrivare a una comprensione più concettuale. Lo pseudocodice richiede che gli studenti riflettano concettualmente sulla loro soluzione di codifica prima di iniziare a programmare. Gli insegnanti dovrebbero discutere lo pseudocodice con gli studenti chiedendo loro:

• Cosa vogliono realizzare con il loro progetto?
• Come pensi di scomporre l'intenzione o l'obiettivo del progetto in dichiarazioni brevi e specifiche?

In questo esempio, se agli studenti venisse chiesto di creare uno pseudocodice per far sì che il robot si muova in avanti, rilevi un muro, giri a destra e poi si muova di nuovo in avanti, il codice sarebbe il seguente:

1. Guidare il robot in avanti fino a quando non si trova a 50 mm di distanza da un muro
2. Fermare il robot
3. Girare il robot di 90 gradi
4. Fermare il robot
5. Avanzamento di 600 mm 

Una volta creato uno pseudocodice, gli studenti dovranno creare il codice per istruire il robot su come completare con successo ogni passaggio del loro pseudocodice. Per maggiori informazioni su come lavorare con lo pseudocodice, consulta il Tutorial sullo pseudocodice in VEXcode GO.

Che cos'è VEXcode GO?

VEXcode GO è un ambiente di codifica utilizzato per comunicare con i robot VEX GO. Gli studenti utilizzano l'interfaccia drag-and-drop per creare progetti VEXcode GO che controllano le azioni del loro robot. Lo scopo di ogni blocco può essere identificato tramite indicazioni visive, come la forma, il colore e l'etichetta. For more information on how to work with VEXcode GO, see the VEXcode GO Section of the VEX Library.

I blocchi in VEXcode GO rappresentano i comandi del robot utilizzati per creare un progetto in VEXcode GO. Di seguito è riportato l'elenco dei principali blocchi utilizzati durante questa Unità. For more information on block shapes and their meaning, see the Understanding Block Shapes in VEXcode GO VEX Library article. 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. 

Blocchi GO VEXcode	Comportamenti
	Il blocco {When started} inizia a eseguire la pila di blocchi allegata quando il progetto viene avviato.
	Il blocco [Drive] la trasmissione per una distanza data.
	Il blocco [Svolta per] fa girare la trasmissione per una distanza specificata.
	Il blocco [If then] è un blocco 'C' che esegue i blocchi al suo interno se la condizione booleana viene segnalata come TRUE.
	Il blocco [Energizza elettromagnete] imposta l'elettromagnete VEX GO su due diverse modalità: boost o drop.
	Il blocco <Detects color> segnala se il sensore oculare rileva il colore specificato di un oggetto.
	I miei blocchi (definizione) viene utilizzato per definire una pila di blocchi.
	Il blocco My Blocks (Command) viene utilizzato per eseguire i blocchi definiti.
	Il blocco [Commento] consente di scrivere informazioni utili a descrivere cosa si desidera che accada nel progetto.

Come funzionano i miei blocchi?

I miei blocchi vengono utilizzati per creare una sequenza di blocchi che possono essere utilizzati più volte durante un progetto. Invece di ricreare ogni volta la stessa sequenza, è più facile raggruppare la sequenza di blocchi in un unico blocco. Creando un My Block, ti basterà creare la sequenza una sola volta, per poi poterla riutilizzare. Questo può aiutare a suddividere i progetti più lunghi e a renderli più facili da gestire. Guarda il video qui sotto per scoprire come utilizzare My Blocks in un progetto. Il seguente video tutorial si trova in VEXcode GO e mostra come utilizzare My Blocks in un progetto. Questo video è anche incorporato nel Lab 4, così puoi condividerlo con i tuoi studenti. (Tu e i tuoi studenti potete accedere a questo video e a tutti i tutorial di VEXcode GO in qualsiasi momento in VEXcode GO.)

For more information on using My Blocks, see the Using My blocks in VEXcode GO VEX Library article.

Preparazione alla sfida aperta in questa unità

In questa Unità, agli studenti verrà chiesto di utilizzare quanto appreso in precedenza per creare un progetto volto a risolvere una sfida. Poiché è importante stimolare regolarmente gli studenti a risolvere i problemi e ad applicare le competenze che hanno appreso in un modo nuovo, ti invitiamo a stimolarli e a utilizzare queste strategie per rafforzare la resilienza e guidarli nelle attività di laboratorio. Ecco alcuni suggerimenti per aiutare gli studenti mentre sperimentano i loro progetti: 

Fornire feedback senza fornire la soluzione - Commettere errori mentre si affronta una sfida è una pratica prevista e incoraggiata. "Gli errori nell'apprendimento possono creare opportunità e possono aiutare a realizzare connessioni".² Creare un processo di risoluzione dei problemi familiare con i tuoi studenti può aiutarli a imparare come identificare un problema e andare avanti quando commettono un errore, riducendo così al minimo interruzioni e frustrazioni. Prova a usare il seguente ciclo di risoluzione dei problemi con i tuoi studenti per aiutarli a risolvere i problemi dei loro progetti e a trovare le proprie soluzioni. 

• Descrivi il problema
  • Chiedi allo studente di spiegare cosa c'è che non va. Gli studenti dovrebbero essere in grado di collegare l'errore all'obiettivo comune o alla sfida da affrontare.
    • Come si sta evolvendo la base di codice nel loro progetto? Come dovrebbe muoversi il robot? 
• Identificare quando e dove è iniziato il problema
  • Chiedi allo studente quando ha notato per la prima volta il problema.
    • Quale parte del progetto è stata eseguita?
  • Se gli studenti hanno difficoltà a determinare in quale punto del progetto si trova l'errore, incoraggiateli a utilizzare la funzionalità Project Stepping in VEXcode GO. Gli indizi visivi forniti dalla funzione Project Stepping possono essere utilizzati per aiutare gli studenti a risolvere i problemi del loro progetto, consentendo loro di vedere i blocchi eseguiti uno alla volta. This will give them a better visual of which blocks may be causing the error, so debugging can become a more targeted and efficient process. For more information on how to use the Project Stepping feature, see the Stepping Through a Project in VEXcode GO VEX LibraryArticle. 
• Effettua & modifiche di prova
  • Quando gli studenti trovano un errore, devono apportare modifiche al loro progetto. Gli studenti possono testare il progetto ad ogni modifica apportata. Se il progetto ha successo, si può passare alla fase successiva del ciclo di risoluzione dei problemi. Se il progetto non ha successo, è possibile tornare all'inizio del processo e riprovare.
• Riflettere
  • Chiedere agli studenti di riflettere sull'errore commesso e superato durante il processo.
    • Qual è stato l'errore? Cosa hai imparato da questo errore? Come può aiutarti la prossima volta che scriverai il codice di base?
  • Incoraggiare gli studenti a riconoscere i propri errori e ciò che hanno imparato dal processo per aiutarli a sviluppare una mentalità di crescita. Una forte enfasi su una mentalità di crescita può aiutare gli studenti a imparare quando e come persistere e anche quando chiedere aiuto.³ Se gli studenti riescono a vedere il loro processo come un precursore di un nuovo apprendimento, allora possono usare i passaggi qui descritti per promuovere il proprio apprendimento e quello dei loro compagni di classe. Quando gli studenti incontrano questi problemi e riflettono sui loro errori, incoraggiateli a condividere i loro errori e il loro processo con i loro compagni. In questo modo, gli studenti possono diventare “risorse di apprendimento reciproche”.⁴

Aiuta gli studenti ad andare oltre il semplice tentativo di indovinare e controllare - All'inizio, gli studenti proveranno a indovinare e controllare per sperimentare diversi blocchi nei loro progetti, ma sarà opportuno che inizino a fare delle scelte in base all'obiettivo del progetto. Chiedi agli studenti di spiegarti l'obiettivo del loro progetto e poi chiedi loro cosa contribuisce a raggiungere tale obiettivo, cosa manca e perché. Incoraggiare gli studenti a sviluppare un progetto partendo dal livello concettuale di cosa vogliono che il robot faccia e perché, li aiuterà ad andare oltre le supposizioni e i controlli e a iniziare a programmare con intenzione.

I laboratori 3 e 4 di questa unità includono attività concepite per essere esplorative e chiederanno agli studenti di perseverare nel risolvere una sfida. Gli studenti dovranno modificare i parametri nei blocchi Trasmissione e creare i "Miei Blocchi" per raccogliere e distribuire i Dischi in diverse aree in base al loro colore. Potrebbero essere necessarie diverse iterazioni dei loro progetti per raccogliere e ordinare i dischi. Utilizzare i suggerimenti descritti in questa sezione per preparare gli studenti al processo di tentativi ed errori e per aiutarli a risolvere i problemi dei loro progetti per raggiungere l'obiettivo della sfida. La sezione Facilitazione delle Parti 1 e 2 del Gioco contiene ulteriori supporti didattici per guidare gli studenti attraverso queste sfide di laboratorio. Avere un piano su come fornire supporto per la risoluzione dei problemi e per tentativi ed errori richiesti in questo laboratorio può aiutarti a soddisfare le esigenze individuali dei tuoi studenti.

See the Building Resilience in STEM Labs VEX Library article for more information on how effective feedback can help students build resilience and a growth mindset while working through STEM Labs.

¹  NASA, Mars 2020 Mission Overview, https://mars.nasa.gov/mars2020/mission/overview/, 2021.
² Hattie, John, and Shirley Clarke. Apprendimento visibile: feedback. Routledge, Taylor & Francis Group, 2019.
³ Ivi.
⁴ Ivi, p. 121