Achtergrond
Met de Mars Rover: Explore Mars Geology Unit maken jij en je leerlingen kennis met het bouwen van VEXcode GO-projecten om een probleem op te lossen. De acties van de Perseverance-rover en de Mars 2020-missie dienen als inspiratie voor de uitdagingen waarmee de studenten aan de slag gaan met behulp van VEXcode GO en de Code Base-robot. De projecten die ze maken, moeten schijven verzamelen en sensorgegevens gebruiken om ze op kleur te sorteren.
NASA's Mars 2020-missie
De Mars 2020-missie van NASA is gericht op wetenschappelijke doelen met hoge prioriteit voor de exploratie van Mars: leven, klimaat, geologie en mensen. De Mars 2020 Perseverance-rover is ontworpen om de geologie van Mars beter te begrijpen en op zoek te gaan naar tekenen van oud leven. De missie zal het gebied rond de Jezero-krater verkennen, een geologisch diverse landingsplaats, met name op zoek naar bijzondere rotsen waarvan bekend is dat ze door de tijd heen tekenen van leven hebben bewaard1.
Wetenschappers denken dat het Jazero-kratergebied ooit onder water stond en dat er zich een oude rivierdelta bevond. Wetenschappers zien bewijs dat water kleimineralen uit de omgeving naar het kratermeer heeft gebracht. Het is denkbaar dat er tijdens een of meerdere van deze natte periodes microbieel leven in Jezero heeft geleefd. Als dat zo is, dan kunnen er resten van hen worden gevonden in de sedimenten van de bodem van een meer of langs de kustlijn. Wetenschappers bestuderen hoe het gebied is ontstaan en geëvolueerd, gaan op zoek naar tekenen van leven in het verleden en verzamelen monsters van Mars-gesteente en -bodem waarin deze tekenen mogelijk bewaard zijn gebleven.
Wat is een planetair geoloog?
Een planetair geoloog is iemand die onderzoekt hoe hemellichamen (planeten, manen, asteroïden, kometen en meteorieten) in de loop van de tijd ontstaan en evolueren. Ze gebruiken wat wij over de aarde weten om te proberen te begrijpen hoe andere hemellichamen werken. Planetaire geologen bestuderen onderwerpen zoals het bepalen van de interne structuur van planeten en kijken ook naar processen aan het oppervlak, zoals planetair vulkanisme. Planetaire geologen moeten het met veel minder gegevens doen dan aardse geologen. Omdat ze niet zelf het veld in kunnen om informatie te verzamelen, zijn ze grotendeels afhankelijk van gegevens die op afstand beschikbaar zijn.
Wat is een Rover?
Planetaire geologen werken met rovers om informatie over het terrein te verzamelen en monsters te nemen van gesteenten, aarde, aarde en zelfs vloeistoffen. Een rover is een apparaat dat is ontworpen om over het vaste oppervlak van een planeet of ander hemellichaam (zoals Mars) te bewegen. Omdat wetenschappers op dit moment niet zelf naar Mars kunnen reizen, zijn ze afhankelijk van robotgeologen – de rovers – om de rotsen en de bodem te analyseren en gegevens voor hen te verzamelen.
Momenteel voltooit de Perseverance-rover NASA's Mars 2020-missie en zal hij gesteente- en bodemmonsters verzamelen die hij eventueel naar de aarde kan terugsturen. Om zijn taak te kunnen uitvoeren, beschikt de Perseverance-rover over een aantal sensoren en wetenschappelijke instrumenten. Deze analyseren de rotsen en de bodem op het Marsoppervlak en voeren daarnaast andere belangrijke taken en onderzoeken uit. Voor meer over de Mars 2020-missie en details over de kenmerken van de Perseverance Rover, zie de Mars 2020 Mission Overview-website van NASA.
Wat is een sensor?
Een sensor is in feite een apparaat dat een robot helpt de wereld om zich heen te begrijpen. Dit doet de robot door gegevens over zijn omgeving te verzamelen en te rapporteren. Deze gegevens kunnen vervolgens in een project worden gebruikt om de robot beslissingen te laten nemen of bepaald gedrag te laten vertonen. Deze reeks kan worden beschouwd als de ‘Sense Think Act’-beslissingslus.
In deze eenheid gebruikt de codebasis de oogsensor om de kleur van de schijven te detecteren die door de elektromagneet worden opgepakt. Zowel de oogsensor als de elektromagneet zijn sensoren die het mogelijk maken dat de codebasis met zijn omgeving communiceert en de Sense Think Act-beslissingslus uitvoert. In de projecten die leerlingen maken, pakt de elektromagneet de schijven op en detecteert de oogsensor de kleur van een schijf. Vervolgens geeft de VEXcode GO het commando Think om een beslissing te nemen op basis van de kleur van de gedetecteerde schijf. Vervolgens gaat de Code Base aan de slag door naar een opgegeven locatie te rijden en de schijf neer te zetten op basis van de gedetecteerde kleur.
Wat is een elektromagneet?
Een elektromagneet is een type magneet waarbij door een elektrische stroom een magnetisch veld wordt opgewekt. De VEX GO Elektromagneet kan schijven met metalen kernen oppakken en neerzetten. De Code Base - Oog + Elektromagneet-build heeft de elektromagneet aan de voorkant van de robot.
Het [Energize electromagnet]-blok wordt gebruikt om schijven in VEXcode GO te 'boosten' en 'laten vallen'.
Met de 'boost'-instelling kunt u een schijf oppakken.
Met de instelling 'drop' kunt u een schijf vrijgeven.
For more information on using the Electromagnet, see the Coding with the VEX GO Electromagnet VEX Library Article.
Wat is de oogsensor?
De oogsensor is een sensor die drie dingen kan vaststellen: de aanwezigheid van een object, de kleur ervan en de helderheid van een object of oppervlak. In de Code Base - Oog + Elektromagneet-bouwsteen bevindt de oogsensor zich achter de elektromagneet en is naar beneden gericht. Hierdoor kan de oogsensor de kleur van een schijf detecteren, zodat deze op basis van kleur gesorteerd kan worden. For more information on the different uses of the Eye Sensor, see the Coding with the VEX GO Eye Sensor VEX Library Article.
De gegevens die de oogsensor rapporteert, zijn te zien in de monitorconsole. Deze biedt leerlingen een visuele weergave van wat de robot 'ziet'. Deze gegevens kunnen worden gebruikt om de verbinding te leggen tussen de sensoren en het gedrag van de robot. Zie dit VEX-bibliotheekartikel voor meer informatie over het gebruik van de Monitor Console in VEXcode GO.
VEX GO-schijven
De schijven die in deze unit worden gebruikt, zijn in drie verschillende kleuren verkrijgbaar: groen, rood en blauw. De schijven hebben metalen kernen en kunnen worden gebruikt met de elektromagneet. De schijven kunnen ook worden gebruikt met de oogsensor voor kleur- en objectdetectie. Voor meer over de elektromagneet of de schijven, zie de interactieve onderdelenposter in de VEX-bibliotheek.
Ontleding
Bij decompositie wordt een complex probleem opgedeeld in gedragingen die beter beheersbaar en gemakkelijker te begrijpen zijn. Door het probleem op te delen in kleinere onderdelen, kan elk onderdeel gedetailleerder worden onderzocht en gemakkelijker worden opgelost. Als een student bijvoorbeeld wil dat zijn robot in een vierkant beweegt, moet hij de opdracht opsplitsen in kleinere opdrachten. Het is belangrijk dat leerlingen het opsplitsingsproces verfijnen, omdat ze de opdrachten in eerste instantie misschien nog niet in kleinere onderdelen kunnen opsplitsen:
| Beweeg in een vierkante verdeling 1 | Verplaats in een vierkante verdeling 2 | Verplaats in een vierkante verdeling 3 |
|---|---|---|
|
|
|
Pseudocode
Pseudocode is een verkorte notatie voor codering die verbale en schriftelijke beschrijvingen van code combineert.
Vaak kunnen leerlingen door te 'raden en te controleren' tot een oplossing komen. Dit resulteert echter niet in het ontwikkelen van een conceptueel begrip van de coderingsconcepten. Het schrijven van pseudocode helpt studenten om verder te komen dan een oppervlakkig begrip van coderen en een meer conceptueel begrip te ontwikkelen. Bij Pseudocode moeten studenten conceptueel nadenken over hun codeeroplossing voordat ze beginnen met coderen. Leraren moeten pseudocode met leerlingen bespreken door hen het volgende te vragen:
- Wat willen ze met hun project bereiken?
- Hoe ga je de intentie of het doel van het project omzetten in korte, specifieke uitspraken?
In dit voorbeeld zouden studenten een pseudocode moeten maken voor het vooruit laten rijden van de robot, het detecteren van een muur, het naar rechts afslaan en vervolgens weer vooruit laten rijden. De code zou er dan als volgt uitzien:
- Rijd de robot vooruit totdat hij 50 mm van een muur verwijderd is
- Stop de robot
- Draai de robot 90 graden
- Stop de robot
- Rijd 600 mm vooruit
Zodra een pseudocode is gemaakt, schrijven de leerlingen een code waarin ze de robot instructies geven over hoe hij elke stap van de pseudocode succesvol kan voltooien. Voor meer informatie over het werken met pseudocode, zie de Pseudocode Tutorial in VEXcode GO.
Wat is VEXcode GO?
VEXcode GO is een codeeromgeving die wordt gebruikt om te communiceren met VEX GO-robots. Studenten gebruiken de drag-and-dropinterface om VEXcode GO-projecten te maken waarmee ze de acties van hun robot kunnen aansturen. Het doel van elk blok kan worden geïdentificeerd aan de hand van visuele aanwijzingen, zoals de vorm, kleur en het label. Voor meer informatie over het werken met VEXcode GO, de VEXcode GO-sectie van de VEX-bibliotheek.
De blokken in VEXcode GO stellen robotopdrachten voor die worden gebruikt om een project in VEXcode GO te maken. Hieronder vindt u een lijst met de belangrijkste blokken die tijdens deze eenheid worden gebruikt. Voor meer over blokvormen en hun betekenis, zie het artikel 'Inzicht in blokvormen in VEXcode GO VEX-bibliotheek. Meer informatie over Mijn blokken en hoe u ze in een project kunt gebruiken, vindt u in het artikel Mijn blokken gebruiken in VEXcode GO VEX-bibliotheek.
| VEXcode GO-blokken | Gedragingen |
|---|---|
 |
Blok {When started} begint met het uitvoeren van de gekoppelde stapel blokken wanneer het project wordt gestart. |
 |
Het [Drive]-blok verplaatst de aandrijflijn over een bepaalde afstand. |
 |
Het blok [Draai voor] laat de aandrijflijn een bepaalde afstand draaien. |
 |
Het [If then]-blok is een 'C'-blok dat de blokken daarin uitvoert als aan de Booleaanse voorwaarde WAAR wordt gerapporteerd. |
 |
Met het blok [Energize electromagnet] kunt u de VEX GO elektromagneet op twee verschillende modi instellen: boost of drop. |
 |
Het blok <Detects color> geeft aan of de oogsensor de opgegeven kleur van een object detecteert. |
 |
Mijn Blokken (Definitie) wordt gebruikt om een stapel blokken te definiëren. |
 |
Mijn Blokken (Opdracht) blok wordt gebruikt om de gedefinieerde blokken uit te voeren. |
 |
Met het blok [Opmerking] kunt u informatie schrijven om te beschrijven wat u wilt dat er in uw project gebeurt. |
Hoe werken Mijn Blokken?
Met Mijn Blokken kunt u een reeks blokken maken die u meerdere keren in een project kunt gebruiken. In plaats van telkens dezelfde volgorde te herhalen, is het eenvoudiger om de volgorde van blokken in één enkel blok te groeperen. Als u een Mijn Blok aanmaakt, hoeft u de sequentie maar één keer te maken. Daarna kunt u deze opnieuw gebruiken. Hiermee kunt u langere projecten opsplitsen, zodat u er gemakkelijker mee kunt werken. Bekijk de onderstaande video om te zien hoe u Mijn Blokken in een project kunt gebruiken. De volgende instructievideo is te vinden in VEXcode GO en laat zien hoe u Mijn blokken in een project kunt gebruiken. Deze video is ook ingebed in Lab 4, zodat u deze met uw leerlingen kunt delen. (Jij en je studenten hebben op elk gewenst moment toegang tot deze video en alle VEXcode GO-zelfstudies in VEXcode GO.)
Zie voor meer informatie over het gebruik van Mijn blokken het artikel Mijn blokken gebruiken in VEXcode GO VEX Library.
Voorbereiden op de open-end uitdaging in deze unit
In deze unit wordt studenten gevraagd om wat ze eerder hebben geleerd te gebruiken om een project te maken om een uitdaging op te lossen. Omdat het belangrijk is om studenten regelmatig uit te dagen om problemen op te lossen en de vaardigheden die ze hebben geleerd op een nieuwe manier toe te passen, moedigen we je aan om je studenten uit te dagen en deze strategieën te gebruiken om veerkracht op te bouwen en hen door de Lab-activiteiten te begeleiden. Hier zijn een paar suggesties die studenten kunnen helpen bij het experimenteren met hun projecten:
Feedback geven zonder de oplossing te geven - Fouten maken tijdens het werken aan een uitdaging wordt verwacht en aangemoedigd. "Fouten in het leren kunnen kansen creëren [en] kunnen helpen bij het realiseren van verbindingen."2 Het creëren van een bekend probleemoplossend proces met je studenten kan hen helpen te leren hoe ze een probleem kunnen identificeren en verder kunnen gaan wanneer ze een fout maken, waardoor verstoring en frustratie worden geminimaliseerd. Probeer de volgende probleemoplossingscyclus met je studenten te gebruiken om hen te helpen hun projecten op te lossen en hun eigen oplossingen te bedenken.
Probleemoplossingscyclus voor - Beschrijf het probleem
- Vraag de student om uit te leggen wat er aan de hand is. Studenten moeten de fout kunnen relateren aan het gedeelde doel of de uitdaging.
- Hoe beweegt de Code Base in hun project? Hoe moet de robot bewegen?
- Vraag de student om uit te leggen wat er aan de hand is. Studenten moeten de fout kunnen relateren aan het gedeelde doel of de uitdaging.
- Identificeer wanneer en waar het probleem begon
- Vraag de student wanneer hij het probleem voor het eerst opmerkte.
- Welk deel van het project werd uitgevoerd?
- Als studenten moeite hebben om te bepalen waar in het project de fout zit, moedig ze dan aan om de Project Stepping-functie in VEXcode GO te gebruiken. De visuele aanwijzingen die worden geleverd met de Project Stepping-functie kunnen worden gebruikt om studenten te helpen bij het oplossen van hun project door de mogelijkheid te hebben om de blokken één voor één uit te voeren. Hierdoor krijgen ze een beter beeld van welke blokken de fout kunnen veroorzaken. Hierdoor kan het debuggen gerichter en efficiënter worden. Voor meer informatie over het gebruik van de Project Stepping-functie, zie het artikel Stappen door een project in VEXcode GO VEX-bibliotheek.
- Vraag de student wanneer hij het probleem voor het eerst opmerkte.
- Testbewerkingen & uitvoeren
- Als studenten een fout vinden, moeten ze hun project bewerken. Studenten kunnen het project testen met elke gemaakte bewerking. Als het project succesvol is, kunnen ze doorgaan naar de volgende stap in de probleemoplossingscyclus. Als het project niet succesvol is, kunnen ze teruggaan naar het begin van het proces en het opnieuw proberen.
- Reflecteren
- Vraag studenten om na te denken over de fout die ze tijdens het proces hebben gemaakt en overwonnen.
- Wat was de fout? Wat heb je van deze fout geleerd? Hoe kan het u helpen bij het coderen van de Code Base de volgende keer?
- Moedig studenten aan om hun fouten te herkennen en wat ze van het proces hebben geleerd om een groeimindset aan te moedigen. Een sterke nadruk op een groeimindset kan studenten helpen om te leren wanneer en hoe ze moeten volharden en ook wanneer ze om hulp moeten vragen.3 Als studenten hun proces kunnen zien als een voorloper van nieuw leren, kunnen ze de stappen hier gebruiken om hun eigen leren te bevorderen en het leren van hun klasgenoten te bevorderen. Als studenten deze problemen tegenkomen en nadenken over hun fouten, moedig ze dan aan om hun fouten te delen en te verwerken met medestudenten. Op deze manier kunnen studenten 'leermiddelen voor elkaar worden'4.
- Vraag studenten om na te denken over de fout die ze tijdens het proces hebben gemaakt en overwonnen.
Help studenten verder te gaan dan raden en controleren - In eerste instantie zullen studenten raden en controleren om met verschillende blokken in hun projecten te experimenteren, maar je wilt dat ze keuzes gaan maken op basis van het doel van het project. Laat studenten het doel van hun project aan je uitleggen en vraag vervolgens wat er in hun project naar dat doel toe werkt, wat er ontbreekt en waarom. Studenten aanmoedigen om een project op te bouwen vanaf het conceptuele niveau van wat ze willen dat de robot doet, en waarom, zal hen helpen om voorbij gis-en-check te gaan en met intentie te beginnen met coderen.
Labs 3 en 4 van deze Unit bevatten activiteiten die zijn ontworpen om verkennend te zijn en zullen je studenten vragen om door te zetten om een uitdaging op te lossen. Studenten moeten de parameters in de Drivetrain-blokken wijzigen en Mijn blokken maken om de schijven te verzamelen en naar verschillende gebieden te distribueren op basis van hun kleur. Het kan verschillende iteraties van hun projecten vergen om de schijven te verzamelen en te sorteren. Gebruik de suggesties in dit gedeelte om studenten voor te bereiden op het trial and error-proces en om hen te helpen hun projecten op te lossen om het doel van de uitdaging te bereiken. Het gedeelte Faciliteren van Play Part 1 en 2 bevat extra instructie-ondersteuning voor het begeleiden van studenten bij deze Lab-uitdagingen. Het hebben van een plan voor hoe je ondersteuning biedt bij het oplossen van problemen en vallen en opstaan die vereist is in dit Lab, kan je helpen om aan de individuele behoeften van je studenten te voldoen.
Zie het artikel Building Resilience in STEM Labs VEX Library voor meer informatie over hoe effectieve feedback studenten kan helpen veerkracht en een groeimindset op te bouwen tijdens het werken via STEM Labs.
1 NASA, Overzicht van de Mars 2020-missie, https://mars.nasa.gov/mars2020/mission/overview/, 2021.
2 Hattie, John en Shirley Clarke. Zichtbaar leren: feedback. Routledge, Taylor & Francis Group, 2019.
3 Ibid.
4 Ibid, p. 121