Lý lịch

Đơn vị Địa chất Khám phá Sao Hỏa: Xe tự hành trên Sao Hỏa sẽ giúp bạn và học sinh của bạn làm quen với việc xây dựng các dự án VEXcode GO để giải quyết một vấn đề. Hoạt động của xe tự hành Perseverance và Sứ mệnh sao Hỏa 2020 được dùng làm nguồn cảm hứng cho những thử thách mà học sinh sẽ giải quyết bằng cách sử dụng VEXcode GO và robot Code Base. Các dự án họ tạo ra sẽ cần phải thu thập Đĩa và sử dụng dữ liệu cảm biến để phân loại chúng theo màu sắc.

Sứ mệnh Sao Hỏa 2020 của NASA

Sứ mệnh Sao Hỏa 2020 của NASA giải quyết các mục tiêu khoa học ưu tiên hàng đầu trong việc khám phá Sao Hỏa: sự sống, khí hậu, địa chất và con người. Xe tự hành Perseverance trên sao Hỏa 2020 được thiết kế để hiểu rõ hơn về địa chất của sao Hỏa và tìm kiếm dấu hiệu của sự sống cổ đại. Nhiệm vụ sẽ khám phá khu vực xung quanh miệng núi lửa Jezero, một địa điểm hạ cánh đa dạng về mặt địa chất, đặc biệt là để tìm kiếm những loại đá đặc biệt được biết là có khả năng lưu giữ dấu hiệu sự sống theo thời gian¹. 

Các nhà khoa học tin rằng khu vực miệng núi lửa Jazero từng bị ngập nước và là nơi có đồng bằng sông cổ đại. Các nhà khoa học tìm thấy bằng chứng cho thấy nước đã mang khoáng chất đất sét từ khu vực xung quanh vào hồ miệng núi lửa. Có thể hình dung rằng vi sinh vật có thể đã tồn tại ở Jezero trong một hoặc nhiều thời kỳ ẩm ướt này. Nếu vậy, dấu hiệu của hài cốt của chúng có thể được tìm thấy trong trầm tích đáy hồ hoặc bờ biển. Các nhà khoa học sẽ nghiên cứu cách khu vực này hình thành và phát triển, tìm kiếm dấu hiệu của sự sống trong quá khứ và thu thập các mẫu đá và đất trên sao Hỏa có thể lưu giữ những dấu hiệu này. 

Nhà địa chất hành tinh là gì?

Nhà địa chất hành tinh là người nghiên cứu cách các thiên thể (hành tinh, mặt trăng, tiểu hành tinh, sao chổi và thiên thạch) hình thành và phát triển theo thời gian. Họ sử dụng những gì chúng ta đã học về Trái đất để cố gắng hiểu cách các thiên thể khác hoạt động. Các nhà địa chất hành tinh nghiên cứu các chủ đề như xác định cấu trúc bên trong của các hành tinh và cũng xem xét các quá trình bề mặt như hoạt động núi lửa của hành tinh. Các nhà địa chất hành tinh phải sử dụng ít dữ liệu hơn nhiều so với các nhà địa chất trên cạn. Vì họ không thể ra ngoài thực địa để tự mình thu thập thông tin nên họ phải dựa phần lớn vào dữ liệu từ xa.

Rover là gì?

Các nhà địa chất hành tinh làm việc với xe tự hành để thu thập thông tin về địa hình và lấy mẫu đá, đất, đất hoặc thậm chí là chất lỏng.  Xe tự hành là thiết bị được thiết kế để di chuyển trên bề mặt rắn của một hành tinh hoặc thiên thể khác (như sao Hỏa). Vì các nhà khoa học không thể tự mình đến sao Hỏa vào thời điểm này nên họ phải dựa vào các nhà địa chất robot – xe tự hành – để phân tích đá và đất, và thu thập dữ liệu cho họ. 

Hiện tại, xe tự hành Perseverance đang hoàn thành Sứ mệnh sao Hỏa 2020 của NASA và sẽ thu thập các mẫu đá và đất để có thể đưa trở về Trái Đất. Để thực hiện nhiệm vụ của mình, xe tự hành Perseverance mang theo một số cảm biến và thiết bị khoa học để phân tích đá và đất trên bề mặt sao Hỏa và thực hiện các nhiệm vụ và nghiên cứu quan trọng khác. Để biết thêm thông tin về Sứ mệnh sao Hỏa 2020 và chi tiết về các tính năng của Xe tự hành Perseverance, hãy xem trang web Tổng quan về Sứ mệnh sao Hỏa 2020 của NASA.

Cảm biến là gì?

Về bản chất, cảm biến là một thiết bị giúp robot hiểu được thế giới xung quanh nó. Nó thực hiện điều này bằng cách thu thập và báo cáo dữ liệu về môi trường xung quanh, sau đó có thể sử dụng dữ liệu này trong một dự án để giúp robot đưa ra quyết định hoặc thực hiện một số hành vi nhất định. Trình tự này có thể được coi là vòng lặp quyết định “Cảm nhận - Suy nghĩ - Hành động”.

Trong Đơn vị này, Cơ sở mã sẽ sử dụng Cảm biến mắt để phát hiện màu sắc của các đĩa được Nam châm điện thu nhận. Cả Cảm biến mắt và Nam châm điện đều là những cảm biến cho phép cơ sở Mã tương tác với môi trường xung quanh và thực hiện vòng lặp quyết định Cảm nhận Suy nghĩ Hành động.  Trong các dự án mà học sinh tạo ra, Nam châm điện sẽ nhấc các Đĩa và Cảm biến mắt sẽ cảm nhận màu sắc của Đĩa, sau đó VEXcode GO sẽ ra lệnh Suy nghĩ để đưa ra quyết định dựa trên màu sắc của Đĩa được phát hiện. Sau đó, Code Base sẽ hoạt động bằng cách di chuyển đến một vị trí được chỉ định và thả Đĩa dựa trên màu sắc được phát hiện.

Nam châm điện là gì? 

Nam châm điện là một loại nam châm có từ trường được tạo ra bởi dòng điện. Nam châm điện VEX GO có thể nhấc lên và hạ xuống các đĩa chứa lõi kim loại. Bản dựng Code Base - Eye + Electromagnet có Electromagnet ở mặt trước của robot.

 

Khối [Năng lượng nam châm điện] được sử dụng để 'tăng cường' và 'thả' Đĩa trong VEXcode GO.

Cài đặt 'tăng cường' cho phép bạn lấy Đĩa.

Cài đặt 'thả' cho phép bạn thả Đĩa.

Để biết thêm thông tin về cách sử dụng Nam châm điện, hãy xem Bài viết Mã hóa bằng Nam châm điện VEX GO trong Thư viện VEX. 

Cảm biến mắt là gì?

Cảm biến mắt là cảm biến có thể xác định ba yếu tố - sự hiện diện của vật thể, màu sắc của vật thể và độ sáng của vật thể hoặc bề mặt. Trên bản dựng Code Base - Eye + Electromagnet, Cảm biến mắt nằm phía sau Electromagnet và hướng xuống dưới. Điều này sẽ cho phép Cảm biến mắt phát hiện màu sắc của Đĩa để có thể sắp xếp dựa trên màu sắc. Để biết thêm thông tin về các cách sử dụng khác nhau của Cảm biến mắt, hãy xem Bài viết Mã hóa bằng Cảm biến mắt VEX GO trong Thư viện VEX.

Dữ liệu do Cảm biến mắt báo cáo có thể được xem trên Bảng điều khiển màn hình, cung cấp cho học sinh hình ảnh trực quan về những gì robot đang "nhìn thấy" và có thể được sử dụng để giúp các em kết nối giữa các cảm biến và hành vi của robot. Để biết thêm thông tin về cách sử dụng Bảng điều khiển giám sát trong VEXcode GO, hãy xem bài viết Thư viện VEX này.

Đĩa VEX GO

Các đĩa được sử dụng trong Đơn vị này có ba màu khác nhau: xanh lá cây, đỏ và xanh lam. Các đĩa có lõi kim loại và có thể sử dụng với nam châm điện. Đĩa cũng có thể được sử dụng với Cảm biến mắt để phát hiện màu sắc và vật thể. Để biết thêm thông tin về Nam châm điện hoặc Đĩa, xem Áp phích Bộ phận tương tác được liên kết trong Thư viện VEX.

Sự phân hủy

Phân tích là việc chia nhỏ một vấn đề phức tạp thành những hành vi dễ quản lý và dễ hiểu hơn. Chia nhỏ vấn đề thành các phần nhỏ hơn có nghĩa là mỗi phần có thể được xem xét chi tiết hơn và giải quyết dễ dàng hơn. Ví dụ, nếu một học sinh muốn robot của mình di chuyển theo hình vuông, các em sẽ cần chia nhỏ lệnh đó thành những lệnh nhỏ hơn. Việc tinh chỉnh quá trình phân tích là rất quan trọng để học sinh thực hành, vì lúc đầu các em có thể không chia nhỏ các lệnh thành các thành phần nhỏ hơn:

Mã giả

Mã giả là ký hiệu viết tắt cho mã hóa, kết hợp mô tả bằng lời nói và văn bản về mã.

Thông thường, học sinh có thể "đoán và kiểm tra" để tìm ra giải pháp. Tuy nhiên, điều này không giúp các em xây dựng được sự hiểu biết khái niệm về mã hóa. Việc viết mã giả giúp sinh viên hiểu sâu hơn về mã hóa, vượt ra khỏi phạm vi hiểu biết bề nổi để tiến tới hiểu biết mang tính khái niệm hơn. Mã giả yêu cầu học sinh phải suy nghĩ khái niệm về giải pháp mã hóa của mình trước khi bắt đầu mã hóa. Giáo viên nên thảo luận về mã giả với học sinh bằng cách hỏi học sinh:

• Họ muốn dự án của mình đạt được mục tiêu gì?
• Bạn sẽ chia nhỏ ý định hoặc mục tiêu của dự án thành những tuyên bố cụ thể ngắn gọn như thế nào?

Trong ví dụ này, nếu học sinh được yêu cầu tạo một mã giả để muốn robot di chuyển về phía trước, phát hiện bức tường, rẽ phải rồi lại di chuyển về phía trước, thì mã giả sẽ như sau:

1. Điều khiển robot tiến về phía trước cho đến khi cách tường 50 mm
2. Dừng robot lại
3. Xoay robot 90 độ
4. Dừng robot lại
5. Tiến về phía trước 600 mm 

Sau khi tạo xong mã giả, học sinh sẽ tạo mã để hướng dẫn robot cách hoàn thành thành công từng bước trong mã giả của mình. Để biết thêm thông tin về cách làm việc với mã giả, hãy xem Hướng dẫn sử dụng mã giả trong VEXcode GO.

VEXcode GO là gì?

VEXcode GO là môi trường lập trình được sử dụng để giao tiếp với robot VEX GO. Học sinh sử dụng giao diện kéo và thả để tạo các dự án VEXcode GO để điều khiển các hành động của robot. Mục đích của mỗi khối có thể được xác định bằng các tín hiệu trực quan như hình dạng, màu sắc và nhãn. Để biết thêm thông tin về cách làm việc với VEXcode GO, xem Phần VEXcode GO của Thư viện VEX.

Các khối trong VEXcode GO biểu thị các lệnh robot được sử dụng để tạo một dự án trong VEXcode GO. Dưới đây là danh sách các khối chính được sử dụng trong Đơn vị này. Để biết thêm thông tin về hình khối và ý nghĩa của chúng, xem bài viếtvề Tìm hiểu về hình khối trong Thư viện VEXcode GO VEX. Bạn có thể tìm thêm thông tin về My Blocks và cách sử dụng chúng trong một dự án trong bàidụng My Blocks trong Thư viện VEXcode GO VEX. 

Khối VEXcode GO	Hành vi
	Khối {When started} bắt đầu chạy ngăn xếp khối được đính kèm khi dự án được bắt đầu.
	Khối [Drive] di chuyển Hệ thống truyền động trong một khoảng cách nhất định.
	Khối [Quay tới] sẽ quay Hệ thống truyền động theo một khoảng cách nhất định.
	Khối [Nếu thì] là Khối 'C' chạy các khối bên trong nếu điều kiện Boolean được báo cáo là ĐÚNG.
	Khối [Năng lượng nam châm điện] thiết lập nam châm điện VEX GO ở hai chế độ khác nhau: tăng hoặc giảm.
	Khối <Detects color> báo cáo liệu Cảm biến mắt có phát hiện màu sắc được chỉ định của vật thể hay không.
	My Blocks (Định nghĩa) được sử dụng để xác định một chồng khối.
	Khối My Blocks (Lệnh) được sử dụng để thực thi các khối đã xác định.
	Khối [Bình luận] cho phép bạn viết thông tin để giúp mô tả những gì bạn muốn xảy ra trong dự án của mình.

My Blocks hoạt động như thế nào?

Khối của tôi được sử dụng để tạo một chuỗi các khối có thể được sử dụng nhiều lần trong suốt một dự án. Thay vì phải tạo lại cùng một chuỗi mỗi lần, việc nhóm chuỗi khối thành một khối duy nhất sẽ dễ dàng hơn. Bằng cách tạo My Block, bạn chỉ cần tạo chuỗi một lần và sau đó có thể sử dụng lại. Điều này có thể giúp chia nhỏ các dự án dài hơn để dễ thực hiện hơn. Xem video bên dưới để biết cách sử dụng My Blocks trong một dự án. Video hướng dẫn sau đây có trong VEXcode GO và cho biết cách sử dụng My Blocks trong một dự án. Video này cũng được nhúng trong Phòng thí nghiệm 4 để bạn có thể chia sẻ với học sinh của mình. (Bạn và học sinh của bạn có thể truy cập video này và tất cả Hướng dẫn VEXcode GO bất kỳ lúc nào trong VEXcode GO.)

Để biết thêm thông tin về cách sử dụng Khối của tôi, hãy xem bài viết Sử dụng khối của tôi trong Thư viện VEXcode GO VEX.

Chuẩn bị cho Thử thách Mở trong Bài học này

Trong bài học này, sinh viên sẽ được yêu cầu sử dụng những gì họ đã học được trước đây để tạo ra một dự án để giải quyết một thách thức. Vì điều quan trọng là phải thường xuyên thách thức sinh viên giải quyết vấn đề và áp dụng các kỹ năng mà họ đã học theo một cách mới, chúng tôi khuyến khích bạn thử thách sinh viên của mình và sử dụng các chiến lược này để xây dựng khả năng phục hồi và giúp hướng dẫn họ thông qua các hoạt động trong Phòng thí nghiệm. Sau đây là một số gợi ý giúp học sinh thử nghiệm các dự án của mình: 

Đưa ra phản hồi mà không đưa ra giải pháp - Việc mắc lỗi trong khi vượt qua thử thách được mong đợi và khuyến khích. “Lỗi trong học tập có thể tạo ra cơ hội, [và] có thể giúp nhận ra các kết nối.”² Tạo ra một quy trình giải quyết vấn đề quen thuộc với học viên của anh chị em có thể giúp các em học cách xác định một vấn đề và tiến lên phía trước khi mắc lỗi, từ đó giảm thiểu sự gián đoạn và thất vọng. Hãy thử sử dụng chu trình giải quyết vấn đề sau đây với học viên của bạn để giúp họ khắc phục sự cố các dự án của họ và đưa ra các giải pháp của riêng họ. 

Chu kỳ giải quyết vấn đề của

• Mô tả vấn đề
  • Yêu cầu học viên giải thích điều gì sai. Học viên sẽ có thể liên hệ lỗi đó với mục tiêu được chia sẻ hoặc thử thách trong tầm tay.
    • Cơ sở Mã di chuyển trong dự án của họ như thế nào? Robot nên di chuyển như thế nào? 
• Xác định khi nào và ở đâu vấn đề bắt đầu
  • Hỏi học viên lần đầu tiên họ nhận thấy vấn đề.
    • Phần nào của dự án đang được thực hiện?
  • Nếu sinh viên gặp khó khăn trong việc xác định lỗi nằm ở đâu trong dự án, hãy khuyến khích họ sử dụng tính năng Project Stepping trong VEXcode GO. Các tín hiệu trực quan được cung cấp với tính năng Project Stepping có thể được sử dụng để giúp sinh viên khắc phục sự cố dự án của họ bằng cách có khả năng xem các khối đang được thực hiện cùng một lúc. Điều này sẽ giúp họ hình dung rõ hơn về khối nào có thể gây ra lỗi, do đó quá trình gỡ lỗi có thể trở nên hiệu quả và có mục tiêu hơn. Để biết thêm thông tin về cách sử dụng tính năng Project Stepping, hãy xem Stepping Through a Project trong VEXcode GO VEX LibraryArticle. 
• Thực hiện chỉnh sửa & bài kiểm tra
  • Khi học viên tìm thấy lỗi, họ nên chỉnh sửa dự án của mình. Học sinh có thể kiểm tra dự án với mỗi chỉnh sửa được thực hiện. Nếu dự án thành công, họ có thể chuyển sang bước tiếp theo trong chu trình giải quyết vấn đề. Nếu dự án không thành công, họ có thể quay lại quá trình ban đầu và thử lại.
• Suy ngẫm
  • Yêu cầu học viên suy nghĩ về lỗi các em đã mắc phải và khắc phục trong quá trình này.
    • Lỗi là gì? Em đã học được gì từ sai lầm này? Nó có thể giúp bạn như thế nào khi mã hóa Cơ sở Mã vào lần tới?
  • Khuyến khích học viên nhận ra những sai lầm của mình và những điều các em đã học được từ quá trình này để giúp khuyến khích tư duy cầu tiến. Việc nhấn mạnh vào tư duy cầu tiến có thể giúp học viên tìm hiểu khi nào và làm thế nào để kiên trì cũng như khi nào cần yêu cầu giúp đỡ.³ Nếu học viên có thể coi quá trình của mình là tiền đề cho việc học mới, thì các em có thể sử dụng các bước ở đây để tiếp tục việc học của chính mình cũng như thúc đẩy việc học của các bạn cùng lớp. Khi học viên gặp phải những vấn đề này và suy ngẫm về những lỗi lầm của các em, hãy khuyến khích các em chia sẻ những lỗi lầm của mình và xử lý với các học viên khác. Bằng cách này, học viên có thể trở thành “tài liệu học tập cho nhau”.⁴

Giúp sinh viên vượt ra ngoài việc đoán và kiểm tra - Lúc đầu, sinh viên sẽ đoán và kiểm tra để thử nghiệm với các khối khác nhau trong dự án của họ, nhưng bạn sẽ muốn họ bắt đầu đưa ra lựa chọn dựa trên mục tiêu của dự án. Yêu cầu học viên giải thích mục tiêu của dự án của họ cho bạn, sau đó hỏi những gì trong dự án của họ đang hướng tới mục tiêu đó, những gì còn thiếu và tại sao. Khuyến khích sinh viên xây dựng một dự án từ cấp độ khái niệm về những gì họ muốn robot làm và tại sao, sẽ giúp họ vượt qua phỏng đoán và kiểm tra và bắt đầu viết mã có chủ ý.

Phòng thí nghiệm 3 và 4 của Bài học này bao gồm các hoạt động được thiết kế để khám phá và sẽ yêu cầu học sinh của bạn kiên trì giải quyết một thách thức. Học sinh sẽ cần thay đổi các thông số trong các khối Drivetrain và tạo My Blocks để thu thập và phân phối Đĩa đến các khu vực khác nhau dựa trên màu sắc của chúng. Có thể mất nhiều lần lặp lại các dự án của họ để thu thập và sắp xếp các Đĩa. Sử dụng các đề xuất được nêu trong phần này để chuẩn bị cho học viên về quy trình thử và sai, đồng thời giúp các em khắc phục sự cố các dự án của mình để đạt được mục tiêu của thử thách. Phần Tạo điều kiện thuận lợi của Play Phần 1 và 2 có các hỗ trợ giảng dạy bổ sung để hướng dẫn học sinh vượt qua những thử thách này trong Phòng thí nghiệm. Có một kế hoạch về cách bạn sẽ cung cấp hỗ trợ cho việc giải quyết vấn đề và thử nghiệm và lỗi được yêu cầu trong Phòng thí nghiệm này có thể giúp bạn đáp ứng nhu cầu cá nhân của học sinh.

Xem bài viết Xây dựng khả năng phục hồi trong STEM Labs VEX Library để biết thêm thông tin về cách phản hồi hiệu quả có thể giúp sinh viên xây dựng khả năng phục hồi và tư duy phát triển trong khi làm việc thông qua STEM Labs.

---

¹ NASA, Tổng quan về sứ mệnh sao Hỏa 2020, https://mars.nasa.gov/mars2020/mission/overview/, 2021.
² Hattie, John và Shirley Clarke. Học trực quan: Phản hồi. Routledge, Taylor & Francis Group, 2019.
³ Ibid.
⁴ Ibid, tr. 121