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教師用ツールボックスのアイコン 教師用ツールボックス - このセクションの目的

遊びセクションの目的は、学生が特定の経路に沿ってロボットを駆動するために、前進、後進、回転 STEM ラボで導入されたコード ブロックを使用してプログラミングを練習することです。 このセクションでは、ロボットのアイデアを行動に移す際に必要な特異性と、ロボットの行動が人間の行動とどのように異なるかに焦点を当てます。 学生は、特定のシナリオを使用してコードを作成し、問題解決、空間推論、計算的思考に取り組みながら、学習した内容を実践します。

概要
学生は、学校での仕事、つまり一日の終わりに教室からリサイクル物を回収する作業を支援するためにロボットが使用されるシナリオのプロジェクトを作成するように求められます。 これを達成するために、学生は次のことを行います。

  • グループで協力して、想像上の「リサイクル ロボット」が移動する経路を考え、設計します。

  • 以前に学習したブロックを使用して、パスを特定のコーディング手順に変換します。

  • プロジェクトを実行し、コーディングが望ましい結果と一致するかどうかを評価します。

プログラミングの特異性 - 設計を機能させる

人間は、感覚情報、決定、推論、記憶の組み合わせを使用して環境を読み取ることができ、これらすべてにより、主に定性的な (測定ではなく説明に基づく) メンタルマップを作成することができます。 ただし、ロボットは、具体的で定量的な (測定可能な) 指示が与えられた場合にのみ、指示されたことを正確に行うことができ、正しく行うことができます。 これらの命令により、ロボットの動作、つまりロボットの動作方法が作成されます。これは、ロボットの構築方法やプログラム方法に応じて、基本的なものから複雑なものまで多岐にわたります。

指示に従う専門家として、指示が詳細であればあるほど、ロボットはより適切に目標を達成できるようになります。 これを達成するには、プログラマーとして、測定と指示を含む計画を設計する必要があります。 これらの測定ベースの指示により、ロボットが従うべき青写真が作成されます。

ロボット ヘルパーのシナリオを想像してください...
ロボットは、人間がより効率的かつ簡単に仕事を行えるように支援します。 たとえば、毎日午後、誰かがリサイクル品を回収するためにすべての教室を回らなければならない学校を想像してみてください。 生徒や教師がこれを行うことはできますが、そうすると他のことに費やす時間が奪われてしまいます。 この作業を「リサイクルロボット」に引き受けてもらえるよう、計画を立ててプロジェクトを作成していきます。 ロボットは複数の教室を移動し、リサイクル物を特定の場所に運び、最初に戻ります。

どこから始めればよいでしょうか? デザインプロセスの始まり…

建築家が新しい建物を建てるよう頼まれたとき、ハンマーを手に取ってガンガン叩き始めるようなことはしません。 請負業者や建設作業員が工具を手に取る前に、建築家は建物の設計図を作成するために多くの時間と労力を費やします。 彼らは空間と、それらがどのように相互に接続され、関係しているかについて考えなければなりません。 この種の思考は空間推論と呼ばれます。

まず、建築家は建物の目的とその使用方法、つまり機能を知る必要があります。 次に、その機能を実現できる非常に多くのさまざまな方法と、それがどのようなものになるかを考えます。 建築家は、うまくいきそうなスケッチ、リスト、設計計画を作成します。 彼らは建物に関わる他の人々と協力し、それらの計画は修正され、最終的には青写真、つまりその特定の建物を建設するために使用される具体的で測定された方向性へと変わります。

ロボットの設計計画を考え始めるときも、ほぼ同じように始めることになります。 まず、機能、つまりロボットに何をさせたいのかを知る必要があります。 この場合、ロボットにリサイクルの回収を手伝ってもらいたいと考えています。 学校内を移動して物を拾わなければならないので、移動するスペースや廊下や部屋がどのようにつながっているかを考える必要があります。 次に、学校の周りの道を地図に描くさまざまな方法について考えます。スケッチやリストを使用してアイデアを示すと、一緒に作業する他の人があなたの考えを見て、より深く理解できるようになります。 あなたのグループは、いくつかの計画からアイデアを取り出し、それらを 1 つにまとめるかもしれません。 次に、グループで設計計画を決定したら、ロボットに従わせたい具体的な指示である青写真を作成できます。

教師用ツールボックスのアイコン 教師用ツールボックス - 足場の思考ルーチン

生徒が行動を理解するのにさらに助けが必要な場合は、ロボットは指示されたことを正確に実行できるのは、具体的で定量的な (測定可能な) 指示が与えられた場合のみであることを思い出させてください。 タスクの例をいくつか示します。

  • 「探索」セクションで友人に与えた道順を思い出してください。 廊下を歩くとき、どれくらいの速さで歩きますか?

  • 何を基準にナビゲートしますか? 特定の先生の教室や噴水などのランドマークを探しますか?

  • もしあなたが目を閉じて同じ道を進むとしたら、それができるでしょうか?

これらの演習の目的は、生徒が人間のプロセスとロボットのプロセスの違いを理解できるようにすることです。 人間は多くの場合定性的ですが、ロボットは本質的に定量的です。 地図のデザインとプロジェクトのプログラミングの両方について、学生が定量的なステップで考えるように指導することが重要です。

ディスカッションの動機付けアイコン ディスカッションの動機付け

Q: プランを設計するには、スペースと、それらがどのようにあなたと、そしてお互いにつながっているかについて考える必要があります。 これは空間的推論または空間的思考と呼ばれます。 何かを実現するために空間推論を使用する必要がある他の領域やタスクにはどのようなものがありますか?

A: 生徒はさまざまな回答をすることができますが、全体的な考え方は、これは私たちが定期的に行っていることであり、プログラミングの目的でそれを改良しているだけであるということです。 学生が寝室の電気を消して、記憶を頼りに部屋を横切ってベッドまで移動しなければならなかったことがあれば、彼らは空間推論を使用しています。 Google マップのようなものを参照すると、設定された道を確実にたどるための多くの詳細と具体性がわかります。

Q: 計画や地図をデザインして描くためのいくつかの戦略を一緒にブレインストーミングします。 これを効果的かつ効率的に行うために、チームの個々の役割をどのように活用するかを考えてください。

A: 生徒は、グループ内の特定の役割にタスクを割り当てるだけでなく、共同的な意思決定戦略を振り返ることができます。

学習を拡張するアイコン 学習を拡張する ~ スケールのモデリング

数学の拡張活動では、生徒グループにいくつかの隣接する教室の間の距離を実際に測定してもらいます。 次に、実際の縮尺モデルなどを作成するために削減できる共通因数があるかどうかを確認してください。 生徒に「このロボットのパスを学校で機能させるには、パラメータに何を掛ける必要がありますか?」と尋ねます。