Teacher Toolbox
-
Het doel van dit hoofdstuk
Het doel van de sectie Spelen is dat leerlingen oefenen met programmeren met codeblokken die zijn geïntroduceerd in de Drive Forward en Reverse en Turning STEM Labs, om de robot langs een bepaald pad te laten rijden. Deze sectie richt zich op de specificiteit die nodig is bij het vertalen van een idee in actie voor een robot, en hoe robotacties verschillen van menselijke acties. Met behulp van een bepaald scenario zullen leerlingen code creëren en hun leerproces in praktijk brengen terwijl ze zich bezighouden met probleemoplossing, ruimtelijk redeneren en computationeel denken.
Overzicht
Leerlingen wordt gevraagd een project te maken voor een scenario waarin een robot wordt gebruikt om te helpen met een baan op een school: het ophalen van het recyclingmateriaal uit de klaslokalen aan het eind van de dag. Om dit te bereiken zullen de studenten:
-
Werk samen in groepen om een pad te bedenken en te ontwerpen waarlangs een denkbeeldige ‘recyclingrobot’ kan reizen.
-
Vertaal hun pad naar specifieke codeerstappen met behulp van de blokken die ze eerder hebben geleerd.
-
Voer hun project uit en evalueer of hun codering overeenkomt met het gewenste resultaat.
Programmeerspecificiteit: een ontwerp aan het werk zetten
Mensen kunnen hun omgeving lezen met behulp van een combinatie van sensorische informatie, beslissingen, gevolgtrekkingen en herinneringen, die ons allemaal in staat stellen mentale kaarten te maken die grotendeels kwalitatief zijn (gebaseerd op beschrijving in plaats van op metingen). Robots kunnen echter alleen precies doen wat u hen opdraagt – en kunnen dat alleen correct doen – als ze specifieke, kwantitatieve (meetbare) instructies krijgen. Deze instructies creëren robotgedrag: de manier waarop robots handelen, die variëren van eenvoudig tot complex, afhankelijk van hoe de robot is gebouwd of geprogrammeerd.
Als deskundige richtingvolgers: hoe gedetailleerder uw aanwijzingen, hoe beter de robot uw doel kan bereiken. Om dit te bereiken moet u als programmeur een plan ontwerpen met daarin aanwijzingen voor het meten. Deze op metingen gebaseerde aanwijzingen creëren een blauwdruk die uw robot kan volgen.
Stel je een robothelperscenario voor...
Robots kunnen mensen helpen hun werk efficiënter en gemakkelijker uit te voeren. Stel je bijvoorbeeld een school voor waar elke middag iemand naar alle klaslokalen moet komen om het recyclingmateriaal op te halen. Terwijl een leerling of een leraar dit zou kunnen doen, zou dat de tijd wegnemen dat ze iets anders zouden kunnen doen. We gaan een plan ontwerpen en een project maken zodat een ‘Recycling Robot’ deze taak voor ons op zich kan nemen. De robot reist naar meerdere klaslokalen, brengt de recycling vervolgens naar een specifieke locatie en keert terug naar het begin.
Waar te beginnen? Hoe het ontwerpproces van start gaat…
Als architecten wordt gevraagd een nieuw gebouw te bouwen, pakken ze geen hamer en beginnen er niet mee te bonken. Voordat een stuk gereedschap ooit door een aannemer of bouwvakker ter hand wordt genomen, besteden de architecten veel tijd en energie aan het maken van de plannen voor het gebouw. Ze moeten nadenken over ruimtes en hoe ze met elkaar verbonden zijn en zich tot elkaar verhouden. Dit soort denken wordt ruimtelijk redeneren genoemd.
Ten eerste moeten architecten weten wat het doel van het gebouw is en hoe het gebruikt gaat worden: de functionaliteit. Vervolgens denken ze na over de vele, vele verschillende manieren waarop ze die functionaliteit kunnen bereiken, en hoe deze eruit zou kunnen zien. Architecten maken schetsen, lijsten en ontwerpplannen waarvan zij denken dat ze zouden kunnen werken. Ze werken samen met anderen die bij het gebouw betrokken zijn, en die plannen worden herzien en uiteindelijk omgezet in blauwdrukken: de specifieke, afgemeten richtingen die zullen worden gebruikt om dat specifieke gebouw te bouwen.
Wanneer u begint na te denken over een ontwerpplan voor een robot, begint u op vrijwel dezelfde manier. Eerst moet je de functionaliteit kennen: wat wil je dat de robot doet? In dit geval willen we dat de robot ons helpt recycling in te zamelen. Het moet door de school reizen en dingen ophalen, dus je moet nadenken over de ruimtes waarin het gaat reizen en hoe die gangen en kamers met elkaar verbonden zijn. Vervolgens kunnen we nadenken over de vele manieren waarop u een route door uw school kunt uitstippelen. Door gebruik te maken van schetsen of lijsten om uw ideeën te laten zien, kunnen anderen met wie u samenwerkt, uw denkwijze zien en beter begrijpen. Uw groep kan ideeën uit verschillende plannen halen en deze samenvoegen tot één plan. Wanneer uw groep vervolgens een ontwerpplan bepaalt, kunt u de blauwdruk maken: de specifieke instructies die u door de robot wilt laten volgen.
Docententoolbox
-
Scaffolding-denkroutines
Als leerlingen meer hulp nodig hebben bij het begrijpen van gedrag, herinner hen er dan aan dat de robots alleen precies kunnen doen wat u hen opdraagt, en dat ze dit alleen correct kunnen doen als ze specifieke, kwantitatieve (meetbare) instructies krijgen. Hier zijn enkele voorbeelden van taken:
-
Denk na over de aanwijzingen die je een vriend hebt gegeven tijdens het gedeelte Ontdekken. Als je door de gang loopt, hoe snel ga je dan?
-
Waarnavigeer je? Zoek je naar oriëntatiepunten, zoals het klaslokaal van een bepaalde leraar of een waterfontein?
-
Als je hetzelfde pad zou bewandelen met je ogen dicht, zou je dat dan kunnen doen?
Het doel van deze oefeningen is om studenten te helpen het verschil tussen menselijke en robotprocessen te begrijpen. Mensen zijn vaak kwalitatiefer, terwijl robots inherent kwantitatief zijn. Het zal belangrijk zijn om studenten te begeleiden bij het denken in kwantitatieve stappen, zowel voor het ontwerp van de kaart als voor de programmering van het project.
Motiveer discussie
Vraag: Het ontwerpen van een plan vereist dat je nadenkt over ruimtes en hoe deze met jou en met elkaar in verbinding staan. Dit wordt ruimtelijk redeneren of ruimtelijk denken genoemd. Wat zijn enkele andere gebieden en taken die u doet waarbij u ruimtelijk redeneren moet gebruiken om iets te laten gebeuren?
A: Leerlingen kunnen verschillende antwoorden geven, met als overkoepelend idee dat dit iets is dat we regelmatig doen; we verfijnen het alleen met het oog op programmeren. Als leerlingen ooit het licht in hun slaapkamer hebben uitgeschakeld en uit hun hoofd naar hun bed moesten navigeren, gebruiken ze ruimtelijk redeneren. U kunt verwijzen naar zoiets als Google Maps, dat u veel details en specificiteit vertelt om ervoor te zorgen dat u het uitgezette pad volgt.
Vraag: Brainstorm over enkele strategieën voor het samen ontwerpen en tekenen van een plan of kaart. Denk na over de manieren waarop de individuele rollen van het team zullen worden gebruikt om dit effectief en efficiënt te doen.
A: Studenten kunnen teruggrijpen op gezamenlijke besluitvormingsstrategieën en taken toewijzen aan specifieke rollen binnen de groep.
Breid uw leerproces uit
-
schaalmodellering
Laat voor een wiskunde-uitbreidingsactiviteit leerlingengroepen daadwerkelijk de afstand tussen een paar aangrenzende klaslokalen meten. Probeer dan eens te kijken of er een gemeenschappelijke factor is die je kunt verkleinen door een daadwerkelijk schaalmodel te maken, etc. Vraag de leerlingen: “Waarmee zou je de parameters moeten vermenigvuldigen om dit robotpad op onze school te laten werken?”