Wenn die Schüler an den Aktivitäten in VEX AIM-Kursen teilnehmen, verwenden sie einen zyklischen Prozess, bei dem sie zwischen dem Steuern des Roboters mit dem VEX One Stick Controller und dem anschließenden Codieren des Roboters mit VEXcode AIM hin- und herwechseln. Dieser Artikel beschreibt den Zyklus, warum er wichtig ist und wie er im Klassenzimmer umgesetzt werden kann.
Was ist der Zyklus aus Fahren und Codieren?
Der Zyklus aus Fahren und Codieren ist ein iterativer Lernprozess, bei dem die Schüler den Roboter zunächst manuell steuern, um eine Aufgabe zu erledigen, wobei sie ein physisches Modell des gewünschten Verhaltens erstellen und dieses Modell dann für ihre Codierung verwenden. Indem sie den Roboter mit dem Controller steuern, erleben die Schüler die Bewegungen und Interaktionen des Roboters mit Objekten und der Umgebung direkt. Diese praktischen Erfahrungen dienen den Schülern dann als Orientierungshilfe beim Programmieren des Roboters, damit dieser autonom fährt. Die Erkenntnisse aus dem Programmieren verfeinern wiederum ihre zukünftigen Fahrstrategien.
Warum ist der Zyklus wichtig?
Untersuchungen zeigen, dass die Kombination konkreter Erfahrungen und abstrakter Darstellungen den Lernerfolg im Vergleich zur alleinigen Verwendung einer der beiden Methoden deutlich steigert1. Der Zyklus bietet den Schülern einen Prozess, um vom Konkreten zum Abstrakten und wieder zurück zu gelangen und so die Problemlösung mit einem Roboter zu erleichtern.
Erstellen eines physischen Modells durch Fahren
Indem sie den Roboter vor dem Programmieren eine Aufgabe erledigen lassen, können die Schüler Folgendes auf praktische und konkrete Weise visualisieren:
- Wie sich der Roboter im Raum bewegt, einschließlich Geschwindigkeit, Richtung und Wenderadius.
- Wie der Roboter auf Sensoreingaben reagiert, beispielsweise aus welcher Entfernung der AI Vision Sensor ein bestimmtes Objekt erkennen kann.
- Wie der Roboter mit Objekten interagiert, beispielsweise mit Hindernissen auf dem Feld, die vermieden oder aufgenommen und bewegt werden müssen.
- Wie unterschiedliche Pfade genutzt werden können, um zum selben Endergebnis zu gelangen.
Diese konkrete Darstellung verschiedener Roboterverhaltensweisen kann dann in die abstrakteren Codierungskonzepte übersetzt werden, die für die Erstellung eines erfolgreichen Codierungsprojekts erforderlich sind. Das Dokumentieren der während der Fahrt gemachten Entdeckungen bietet den Schülern eine zusätzliche Unterstützungsquelle, auf die sie zurückgreifen können, wenn sie mit der Codierungsphase beginnen.
Erstellen eines Rechenmodells durch Codierung
TDas physische und mentale Modell, das die Schüler durch das Fahren erstellt haben, können sie dann auf ihre Programmierprojekte anwenden. Die Schüler können mit den Erkenntnissen, die sie beim Fahren gewonnen haben, beginnen, um ihr Programmierprojekt zu planen und umzusetzen. Dieses wird konkreter, da es auf der realen, greifbaren Erfahrung des Autofahrens aufbaut. Nachdem die Schüler ihre Programmierprojekte getestet haben, können sie in die konkrete Welt des Autofahrens zurückkehren, um ihre Projekte zu iterieren und zu verbessern.
Durch die Dokumentation von Projekten und aller daran vorgenommenen Änderungen während der Codierungsphase des Zyklus erhalten die Schüler erneut ein metakognitives Werkzeug, das ihnen bei der Iteration ihrer Codierungsprojekte helfen kann.
Erleichterung des Zyklus aus Fahren und Codieren
Der Abschnitt „Geführte Übungen“ jeder Unterrichtsstunde und jeder Unterrichtseinheit in einem VEX AIM-Kurs enthält Schritt-für-Schritt-Anleitungen für Schüler und Lehrer zur Teilnahme an diesem Unterrichtsteil. Es werden Links zu druckbaren Aufgabenkarten sowohl für den Fahrteil des Zyklus als auch für den Codierungszyklus bereitgestellt. Weitere Informationen zur Verwendung von Aufgabenkarten finden im Artikel „Verwenden von Aufgabenkarten mit Schülern“.
Erleichtern Sie die Fahrphase
- Legen Sie Erwartungen für die Zusammenarbeit fest, um sicherzustellen, dass jedes Gruppenmitglied am angeleiteten Übungsteil der Lektion teilnimmt. Weitere Informationen zur Zusammenarbeit beim Codieren finden Sie im Artikel Paarprogrammierung für die Zusammenarbeit von Studenten verwenden.
- Teilen Sie die Fahraufgabenkarte mit den Schülern. Stellen Sie sicher, dass alle Schüler das Ziel der Aufgabe verstehen und ihre Felder wie auf der Unterrichtsseite gezeigt eingerichtet haben.
- Gehen Sie durch den Raum, während die Schüler abwechselnd die Fahraufgabe wie auf der Aufgabenkarte beschrieben erledigen. Die Schüler sollten die Diskussionsfragen auf der Aufgabenkarte als Leitfaden für ihr Gespräch während der Fahrt verwenden. Wenn Sie die einzelnen Gruppen besuchen, verwenden Sie die Fragen in den bereitgestellten Lehrernotizen, um die Schüler dazu anzuleiten, basierend auf ihrer Fahrerfahrung eine Hypothese darüber zu entwickeln, wie sie am besten mit der Codierung ihrer Projekte beginnen können.
- Die Schüler sollten die Erfolgskriterien und die Checkliste auf der Aufgabenkarte verwenden, um sicherzustellen, dass sie den Fahrteil der angeleiteten Übung abgeschlossen haben. Sobald sie dies getan und ihre Übung mithilfe des Satzanfangs und der Zeichnung am unteren Rand der Aufgabenkarte dokumentiert haben, müssen sie sich bei Ihnen melden, um die Hypothese mitzuteilen, die ihre Gruppe während der Fahrt aufgestellt hat, zusammen mit den Beweisen, die sie zur Untermauerung dieser Hypothese haben.
Erleichtern Sie die Codierungsphase
- Verteilen Sie die Codierungsaufgabenkarte und erinnern Sie die Schüler daran, die Hypothese, die sie während der Fahrphase aufgestellt haben, zu verwenden, um mit dem Aufbau ihres VEXcode AIM-Projekts zu beginnen.
- Gehen Sie durch den Raum, während die Schüler abwechselnd die Codierungsaufgabe wie auf der Aufgabenkarte beschrieben erledigen. Die Schüler sollten die Diskussionsfragen auf der Aufgabenkarte als Leitfaden für ihr Gespräch beim Codieren verwenden. Nutzen Sie bei Ihren Besuchen in den einzelnen Gruppen die Fragen in den bereitgestellten Lehrernotizen, um das Verständnis der Schüler für den Unterrichtsinhalt zu ermitteln und sie zu Schlussfolgerungen zu führen.
Wechseln Sie je nach Bedarf zwischen Fahren und Codieren
Nachdem die Schüler ihr erstes Codierprojekt erstellt und ihre Tests auf ihrer Codieraufgabenkarte dokumentiert haben, sollten sie zwischen Fahren und Codieren hin- und herwechseln, um ihr Projekt so oft wie nötig zu verbessern. Die Studierenden sollten immer dazu ermutigt werden, jeweils eine Idee zum Testen und Verbessern auszuwählen, anstatt viele Änderungen auf einmal vorzunehmen. Gehen Sie weiter durch den Raum und bitten Sie die Schüler, zu erklären, wo sie sich im Prozess befinden und welche Änderungen sie an ihrem Projekt vorgenommen haben und warum.
Durch die effektive Förderung des Zyklus können Lehrer den Schülern dabei helfen, sich sowohl auf abstrakte als auch auf konkrete Weise mit Codierungskonzepten auseinanderzusetzen und so ein tieferes Verständnis zu fördern. Ausführliche Informationen zur Implementierung des Zyklus finden Sie im AIM-Einführungskurs in PD+.
1 Pashler, Harold, et al. Organisation von Unterricht und Studium zur Verbesserung des Lernens der Schüler (NCER 2007-2004). Nationales Zentrum für Bildungsforschung, USA Bildungsministerium, 2007.