VEX V5 Workcell: Μοντέλο Βιομηχανικού Ρομποτικού Βραχίονα για Εκπαίδευση STEM

Περίληψη

Η βιομηχανική ρομποτική χρησιμοποιείται σε όλες σχεδόν τις μεταποιητικές βιομηχανίες και απασχολεί χιλιάδες εργαζόμενους. Ωστόσο, παρά την ευρεία χρήση της σε όλο τον κόσμο, η εισαγωγή της βιομηχανικής ρομποτικής σε εκπαιδευτικό περιβάλλον είναι δύσκολο να επιτευχθεί και περιορισμένη στην πράξη. Αυτή η εργασία περιγράφει τα εμπόδια στην εισαγωγή της βιομηχανικής ρομποτικής σε ένα εκπαιδευτικό περιβάλλον και παρουσιάζει τη λύση χρησιμοποιώντας έναν ρομποτικό βραχίονα που ονομάζεται VEX V5 Workcell. Το VEX V5 Workcell αναπτύχθηκε για να βελτιώσει την προσβασιμότητα της βιομηχανικής ρομποτικής σε μαθητές δευτεροβάθμιας και τεχνικής εκπαίδευσης. Τα ζητήματα προσβασιμότητας κατά την εισαγωγή της βιομηχανικής ρομποτικής σε ένα εκπαιδευτικό περιβάλλον είναι ένας συνδυασμός περιορισμών μεγέθους, ανησυχιών για την ασφάλεια, υψηλού κόστους και περιορισμένης εμπειρίας προγραμματισμού. Το υλικό και το λογισμικό που δημιουργούνται από την VEX Robotics παρέχουν στους φοιτητές την ευκαιρία να αναπτύξουν τεχνικές δεξιότητες και δεξιότητες επίλυσης προβλημάτων, κατασκευάζοντας και προγραμματίζοντας ένα προσομοιωμένο κελί εργασίας παραγωγής με ένα ρομπότ πέντε αξόνων.

Λέξεις-κλειδιά:

διδασκαλία βιομηχανικής ρομποτικής· STEM· Python· C++, κωδικοποίηση βασισμένη σε μπλοκ· VEX Robotics· ρομποτικός βραχίονας· εκπαιδευτική ρομποτική

ΕΓΩ. Εισαγωγή

Η χρήση της ρομποτικής στην εκπαίδευση έχει γίνει μια διεπιστημονική, πρακτική, αυθεντική μαθησιακή εμπειρία για μαθητές όλων των ηλικιών.¹² Η ενασχόληση με τη ρομποτική στην εκπαίδευση μπορεί να πυροδοτήσει το ενδιαφέρον των νεότερων μαθητών για τις επιστήμες, καθώς και να τους δώσει την εμπειρία και το μέσο για να μάθουν σημαντικές δεξιότητες όπως η λογική σκέψη, η αλληλουχία και η επίλυση προβλημάτων. Καθώς οι μαθητές προχωρούν στην εκπαιδευτική τους σταδιοδρομία με τη ρομποτική, μπορούν να βασιστούν στις θεμελιώδεις δεξιότητες επίλυσης προβλημάτων και λογικής σκέψης για να μελετήσουν πιο σύνθετες έννοιες της μηχανικής και της επιστήμης των υπολογιστών που ζωντανεύουν αφηρημένες έννοιες φυσικής και μαθηματικών.¹²

«Η κατασκευή ρομπότ είναι μια δημοφιλής επιλογή έργου για την εφαρμογή της μάθησης βασισμένης σε προβλήματα (PBL) στις τάξεις.» Ο λόγος για τον οποίο αποτελεί τόσο δημοφιλή επιλογή μπορεί να εξηγηθεί από τον διεπιστημονικό χαρακτήρα του θέματος: η ρομποτική απαιτεί πολλές διαφορετικές επιστημονικές, τεχνικές και τεχνολογικές δεξιότητες, όπως φυσική, ηλεκτρονική, μαθηματικά και προγραμματισμός. Είναι ένα ιδανικό μάθημα επειδή μπορούν να συνδεθούν με αυτό τόσα πολλά διαφορετικά μαθήματα. Επιπλέον, τα ίδια τα ρομπότ αιχμαλωτίζουν τη φαντασία των παιδιών και των εφήβων, παρέχοντας έμπνευση και κίνητρο».¹³

Καθώς η τεχνολογία εξελίσσεται συνεχώς και ο προγραμματισμός γίνεται μια επιθυμητή δεξιότητα, τα εκπαιδευτικά ιδρύματα επιθυμούν να προετοιμάσουν τους μαθητές τους για την αγορά εργασίας, εισάγοντάς τους στη βιομηχανική ρομποτική και την κατασκευή. Τα βιομηχανικά ρομπότ και οι ρομποτικοί βραχίονες είναι προγραμματιζόμενες μηχανές που έχουν σχεδιαστεί για να εκτελούν μια συγκεκριμένη εργασία ή λειτουργία.¹

«Τα ρομποτικά συστήματα χρησιμοποιούνται γενικά για την εκτέλεση μη ασφαλών, επικίνδυνων, ακόμη και επαναλαμβανόμενων εργασιών χειριστή.» Έχουν πολλές διαφορετικές λειτουργίες, όπως χειρισμό υλικών, συναρμολόγηση, συγκόλληση, φόρτωση και εκφόρτωση μιας μηχανής ή εργαλείου, και χαρακτηριστικά όπως: βαφή, ψεκασμός κ.λπ. ^{ρομπότ διαμορφώνονται για λειτουργία με τη διδασκαλία τεχνικής και επανάληψης.}

Η έρευνα δείχνει ότι οι μαθητές έχουν θετικές στάσεις και εμπειρίες χρησιμοποιώντας ρομπότ στην τάξη.¹⁶ Ωστόσο, παρά τις θετικές στάσεις των μαθητών, υπάρχουν εμπόδια που περιορίζουν τη χρήση της βιομηχανικής ρομποτικής σε ένα εκπαιδευτικό περιβάλλον: ένας συνδυασμός περιορισμών μεγέθους, ανησυχιών για την ασφάλεια, υψηλού κόστους και περιορισμένης εμπειρίας προγραμματισμού. Αυτή η εργασία θα συζητήσει πώς το VEX V5 Workcell αποτελεί μια λύση για την εισαγωγή της βιομηχανικής ρομποτικής σε ένα εκπαιδευτικό περιβάλλον.

ΙΙ. Νέα και Προσιτά Ρομποτικά Μοντέλα (υλικό):

Καθώς η τεχνολογία εξελίσσεται, όλο και περισσότεροι φοιτητές ενδιαφέρονται για τη ρομποτική ως επάγγελμα. Η ρομποτική μπορεί να πυροδοτήσει το ενδιαφέρον των μαθητών στους τομείς της επιστήμης και των μαθηματικών, καθώς και να τους δώσει την ευκαιρία να εξασκηθούν στην επίλυση προβλημάτων και στη λογική σκέψη.¹² Οι δεξιότητες που αναπτύσσονται από την εργασία με την εκπαιδευτική ρομποτική, όπως η επίλυση προβλημάτων και η λογική σκέψη, μπορούν επίσης να εφαρμοστούν και είναι θεμελιώδεις στην καριέρα της βιομηχανικής ρομποτικής και της μεταποίησης. Για να καλύψουν την ανάγκη και τη ζήτηση των ειδικών στον τομέα της ρομποτικής που έχουν αποκτήσει δεξιότητες προγραμματισμού, επίλυσης προβλημάτων και λογικής σκέψης, οι εκπαιδευτικοί επιθυμούν να εισαγάγουν τη βιομηχανική ρομποτική στις τάξεις τους.¹⁷ Ωστόσο, υπάρχουν περιορισμοί στην ενσωμάτωση των βιομηχανικών ρομπότ σε ένα εκπαιδευτικό περιβάλλον για την προετοιμασία αυτών των μαθητών για να πετύχουν σε μια καριέρα στον κατασκευαστικό κλάδο. Είναι δαπανηρό όχι μόνο να αγοραστεί, αλλά και να συντηρηθεί ένας λειτουργικός ρομποτικός βραχίονας. Αυτό το κόστος μπορεί να περιορίσει τον αριθμό των ρομπότ με τα οποία μπορούν να αλληλεπιδράσουν οι μαθητές και, κατά συνέπεια, να περιορίσει την ανεξάρτητη πρακτική εμπλοκή των μαθητών.¹¹ Οι ρομποτικοί βραχίονες βιομηχανικού μεγέθους απαιτούν επίσης μεγάλο χώρο και υπάρχει πάντα κίνδυνος για την ασφάλεια κατά την εργασία με βιομηχανικά ρομπότ. Οι άπειροι μαθητές θα μπορούσαν να βλάψουν κατά λάθος τον εαυτό τους, τον εξοπλισμό ή άλλους.¹¹ Λόγω αυτών των παραγόντων, τα εκπαιδευτικά ιδρύματα στρέφονται σε μικρότερα, ασφαλέστερα και πιο οικονομικά μοντέλα βιομηχανικών ρομπότ.

«Ενώ ο χειρισμός μεγάλων ρομπότ απαιτεί συνεχή επίβλεψη και πρέπει να γίνεται σε ειδικά ρομποτικά κελιά, πολλά πανεπιστήμια επιλέγουν πλέον να αγοράζουν επιπλέον ρομπότ σε μέγεθος γραφείου που επιτρέπουν στους φοιτητές να εργάζονται ανεξάρτητα.» Καθώς αυτά τα μηχανήματα προγραμματίζονται με τον ίδιο όπως τα μεγαλύτερα ρομπότ^{τα αποτελέσματα μπορούν να εφαρμοστούν άμεσα στα μεγάλα μηχανήματα για εφαρμογές πλήρους κλίμακας.}

Το VEX V5 Workcell είναι ένα μικρότερο, ασφαλέστερο και πιο οικονομικό μοντέλο βιομηχανικού ρομπότ, αρκετά μικρό για να τοποθετηθεί σε θρανίο τάξης και με τη συνιστώμενη αναλογία τριών μαθητών προς ένα ρομπότ, επιτρέπει στους μαθητές την ευκαιρία για πρακτική εμπειρία με το ρομπότ. Το V5 Workcell είναι ασφαλέστερο επειδή έχει μικρότερο μέγεθος, καθώς και τη δυνατότητα προγραμματισμού ενός διακόπτη προφυλακτήρα που λειτουργεί ως φρενάρισμα έκτακτης ανάγκης εάν χρειαστεί.

Το V5 Workcell επιτρέπει επίσης στους μαθητές να βιώσουν μια εμπειρία κατασκευής που διαφορετικά δεν θα ήταν δυνατή. Οι μαθητές που ασχολούνται με επαγγελματικούς ρομποτικούς βραχίονες βιομηχανικού μεγέθους αποκτούν πολύτιμες γνώσεις και δεξιότητες προγραμματίζοντάς τους, αλλά μπορεί να μην κατανοούν πώς κινούνται και λειτουργούν επειδή δεν συμμετείχαν στη διαδικασία κατασκευής. Η συμμετοχή στη διαδικασία κατασκευής όχι μόνο δίνει στους μαθητές την ευκαιρία να δημιουργήσουν μια ισχυρότερη σύνδεση μεταξύ του υλικού και του λογισμικού, αλλά τους επιτρέπει επίσης να αποκτήσουν περισσότερες βασικές γνώσεις για το πώς λειτουργεί το ρομπότ. Αυτή η ευκαιρία μπορεί να δώσει στους μαθητές τις γνώσεις και την εμπειρία κατασκευής που χρειάζονται για να αντιμετωπίσουν αποτελεσματικά τα προβλήματα του υλικού, καθώς και να επιλύσουν προβλήματα.¹³ Η ενσωμάτωση της φυσικής κατασκευής ρομπότ στην εκπαίδευση στη βιομηχανική ρομποτική δίνει επίσης στους μαθητές την ευκαιρία να ζωντανέψουν αφηρημένες έννοιες και εξισώσεις της φυσικής, της μηχανικής και των μαθηματικών. Η εξάσκηση αυτών των εννοιών STEM στο πλαίσιο αυτό επιτρέπει επίσης στους μαθητές να δουν πώς εφαρμόζονται στη βιομηχανία.

Τα περισσότερα άλλα μικρότερα και πιο οικονομικά μοντέλα βιομηχανικών ρομπότ διατίθενται προσυναρμολογημένα και συχνά κατασκευάζονται μόνο για μία λειτουργία. Ένα πλεονέκτημα του υλικού V5 Workcell είναι ότι οι μαθητές δεν περιορίζονται σε μία μόνο κατασκευή ρομπότ. Οι μαθητές κατασκευάζουν το V5 Workcell από εξαρτήματα του συστήματος VEX Robotics V5, το οποίο έχει πολλές διαφορετικές κατασκευές, συμπεριλαμβανομένης της βασικής λειτουργίας του ρομποτικού βραχίονα (φαίνεται στο Σχήμα 1), της αλλαγής του EOAT (εργαλεία στο τέλος του βραχίονα) και της προσθήκης πολλαπλών μεταφορικών ιμάντων και αισθητήρων (φαίνεται στο Σχήμα 2). Αυτό δίνει στους φοιτητές εμπειρία όχι μόνο στην κατασκευή του ίδιου του ρομποτικού βραχίονα, αλλά και στο σύνολο ενός μικρού μοντέλου κελιού εργασίας για την κατασκευή. Αυτό επιτρέπει στους μαθητές να συμμετάσχουν σε μια διαδικασία κατασκευής που αναδεικνύει μαθηματικές και μηχανικές έννοιες που οι μαθητές δεν θα μπορούσαν να βιώσουν χωρίς την κατασκευή. Αυτό επιτρέπει επίσης στους μαθητές να κατανοήσουν πώς λειτουργεί το V5 Workcell σε φυσικό επίπεδο, κάτι που μεταφέρεται και στον προγραμματισμό. Αυτό καθιστά το V5 Workcell ένα παιδαγωγικό εργαλείο που όχι μόνο εισάγει τους μαθητές σε έννοιες βιομηχανικής ρομποτικής και προγραμματισμού, αλλά τους εισάγει και σε έννοιες κατασκευής, μηχανικής και μαθηματικών, όπως το καρτεσιανό σύστημα συντεταγμένων και τη λειτουργία ενός ρομπότ σε τρισδιάστατο χώρο.

Οι διαφορετικές κατασκευές παρέχονται στις οδηγίες κατασκευής που καθοδηγούν τον μαθητή στην βήμα προς βήμα κατασκευή (φαίνεται στο Σχήμα 3). Αυτό καθιστά την κατασκευή του V5 Workcell προσβάσιμη σε μαθητές που μπορεί να μην έχουν καμία εμπειρία στην κατασκευή γενικά, στην κατασκευή με μέταλλο ή στη χρήση εργαλείων.

Σχήμα 3: Ένα βήμα από το Εργαστήριο 4 Οδηγίες Κατασκευής

Το VEX V5 Workcell παρέχει στα εκπαιδευτικά ιδρύματα μια μικρότερη, ασφαλέστερη και πιο οικονομική επιλογή μοντέλου βιομηχανικού ρομπότ που όχι μόνο είναι ευέλικτο στις κατασκευαστικές του δυνατότητες, αλλά παρέχει στους μαθητές μια πιο ανεξάρτητη, πρακτική μαθησιακή εμπειρία σε σύγκριση με τους επαγγελματικούς ρομποτικούς βραχίονες βιομηχανικού μεγέθους.

III. Διδασκαλία Προγραμματισμού (λογισμικό):

Με την τεχνολογία να προοδεύει με εκθετικούς ρυθμούς, πολλές χειρωνακτικές εργασίες στη βιομηχανική κατασκευή συμπληρώνονται πλέον από αυτοματισμούς.⁴ Αυτό μπορεί να συμπληρώσει την εργασία και, σε ορισμένες περιπτώσεις, μπορεί να δημιουργήσει μεγαλύτερη ζήτηση για εργασία, αλλά απαιτεί επίσης από τους εργαζόμενους να έχουν ισχυρή γνώση προγραμματισμού προκειμένου να χειρίζονται, να επισκευάζουν και να συντηρούν τον αυτοματισμό.⁴ Ο προγραμματισμός είναι μια δεξιότητα που μπορεί να χρειαστεί χρόνια για να γίνει ένα άτομο ικανό και οι περισσότερες γλώσσες προγραμματισμού που χρησιμοποιούνται στη βιομηχανία είναι πολύπλοκες και έχουν σχεδιαστεί για χρήση από επαγγελματίες μηχανικούς.³ Αυτό σημαίνει ότι τα προγράμματα που είναι απαραίτητα για να εκτελεί το ρομπότ ακόμη και τις πιο απλές εργασίες απαιτούν την πρόσληψη ενός ειδικού προγραμματισμού.³

«Για παράδειγμα, ο χειροκίνητος προγραμματισμός ενός ρομποτικού συστήματος συγκόλλησης με τόξο για την κατασκευή ενός μεγάλου κύτους οχήματος διαρκεί περισσότερο από οκτώ μήνες, ενώ ο χρόνος κύκλου της ίδιας της διαδικασίας συγκόλλησης είναι μόνο δεκαέξι ώρες.» Σε την περίπτωση, ο χρόνος προγραμματισμού είναι^{360 φορές ο χρόνος εκτέλεσης.}

Αυτό το επίπεδο εξειδίκευσης στον προγραμματισμό περιορίζει την πρόσβαση για φοιτητές και εκπαιδευτικούς που επιθυμούν να μάθουν για τις βασικές αρχές προγραμματισμού της βιομηχανικής ρομποτικής, αλλά έχουν ελάχιστη έως καθόλου εμπειρία στον προγραμματισμό.

«Ο προγραμματισμός ρομπότ είναι χρονοβόρος, πολύπλοκος, επιρρεπής σε σφάλματα και απαιτεί εξειδίκευση τόσο στην εργασία όσο και στην πλατφόρμα.» Στη βιομηχανική ρομποτική, υπάρχουν πολυάριθμες γλώσσες προγραμματισμού και εργαλεία ειδικά για κάθε προμηθευτή, τα οποία απαιτούν συγκεκριμένη επάρκεια. Ωστόσο, για να αυξηθεί το επίπεδο αυτοματισμού στη βιομηχανία, καθώς και για να επεκταθεί χρήση ρομπότ σε άλλους τομείς, όπως η ρομποτική υπηρεσιών και η διαχείριση καταστροφών, πρέπει^{είναι δυνατό για μη ειδικούς να εκπαιδεύουν τα ρομπότ.}

Η εκμάθηση προγραμματισμού ως αρχάριος σε οποιαδήποτε ηλικία είναι δύσκολη.⁸ Η εκμάθηση του τρόπου κατανόησης της ροής του έργου παράλληλα με την εκμάθηση σύνταξης μπορεί όχι μόνο να είναι συντριπτική, αλλά και αποθαρρυντική, ακόμη και εντελώς τρομακτική.⁵ Προκειμένου οι μαθητές και οι εκπαιδευτικοί να αποκτήσουν εμπειρία με τη βιομηχανική ρομποτική, η πολυπλοκότητα του προγραμματισμού αυτών των ρομπότ πρέπει να μειωθεί, ώστε να μπορούν να συμμετάσχουν και οι αρχάριοι προγραμματιστές. Αυτό μπορεί να γίνει απλοποιώντας τη γλώσσα προγραμματισμού από τις παραδοσιακές γλώσσες που βασίζονται σε κείμενο. Η απλοποίηση μιας γλώσσας προγραμματισμού έχει σημειώσει επιτυχία στην εισαγωγή και τη διδασκαλία σε μικρά παιδιά του προγραμματισμού σε διάφορους τομείς, συμπεριλαμβανομένης της εκπαίδευσης.³ Λόγω αυτής της επιτυχίας, μια απλοποιημένη γλώσσα προγραμματισμού μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να διδάξει στα άτομα τα βασικά του προγραμματισμού βιομηχανικών ρομπότ και θα τους επέτρεπε να αναπτύξουν τις βασικές δεξιότητες που μπορούν αργότερα να χρησιμοποιήσουν για να επιτύχουν στη βιομηχανία.³

Το VEX V5 Workcell επιτρέπει στους μαθητές να προγραμματίσουν ένα βιομηχανικό μοντέλο ρομποτικού βραχίονα χρησιμοποιώντας το VEXcode V5, μια γλώσσα προγραμματισμού που βασίζεται σε μπλοκ και υποστηρίζεται από Scratch blocks.¹⁸ (scratch.mit.edu) Ο μαθητής είναι σε θέση να προγραμματίσει με το VEXcode V5, μια απλοποιημένη γλώσσα προγραμματισμού. Οι μαθητές μπορούν να δημιουργήσουν ένα έργο για να χειριστούν με επιτυχία το Workcell και επίσης να κατανοήσουν τον σκοπό και τη ροή του έργου σε βαθύτερο επίπεδο. Μελέτες έχουν δείξει ότι αρχάριοι χωρίς προηγούμενη εμπειρία προγραμματισμού μπορούν να γράψουν με επιτυχία προγράμματα που βασίζονται σε μπλοκ για να ολοκληρώσουν βασικές εργασίες βιομηχανικής ρομποτικής.³

Μελέτες έχουν επίσης δείξει ότι οι φοιτητές αναφέρουν ότι η φύση μιας γλώσσας προγραμματισμού που βασίζεται σε μπλοκ, όπως η VEXcode V5, είναι εύκολη λόγω της περιγραφής των μπλοκ σε φυσική γλώσσα, της μεθόδου μεταφοράς και απόθεσης για την αλληλεπίδραση με τα μπλοκ και της ευκολίας ανάγνωσης του έργου.⁶ Η VEXcode V5 αντιμετωπίζει επίσης σημεία ανησυχίας σχετικά με μια γλώσσα προγραμματισμού που βασίζεται σε μπλοκ σε σύγκριση με την πιο συμβατική προσέγγιση που βασίζεται σε κείμενο. Μερικά από τα μειονεκτήματα που εντοπίστηκαν είναι η αντιληπτή έλλειψη αυθεντικότητας και η μειωμένη ισχύς.⁶ Το VEXcode V5 αντιμετωπίζει τόσο την αντιληπτή έλλειψη αυθεντικότητας όσο και την εμφάνιση μειωμένης ισχύος ενσωματώνοντας ένα εργαλείο γνωστό ως «προβολέα κώδικα». Το πρόγραμμα προβολής κώδικα επιτρέπει σε έναν μαθητή να δημιουργήσει ένα έργο μπλοκ και στη συνέχεια να δει το ίδιο έργο σε μορφή κειμένου είτε σε C++ είτε σε Python. Αυτή η μετατροπή επιτρέπει στους μαθητές να ξεπεράσουν τους περιορισμούς μιας γλώσσας που βασίζεται σε μπλοκ και τους παρέχει επίσης τα εργαλεία υποστήριξης που χρειάζονται για να γεφυρώσουν με επιτυχία το χάσμα στη σύνταξη από τα μπλοκ στο κείμενο. Το VEXcode V5 χρησιμοποιεί παρόμοιες συμβάσεις ονομασίας για μπλοκ και εντολές, για να διευκολύνει τη μετάβαση από μπλοκ σε κείμενο.

Μια μελέτη που πραγματοποιήθηκε από τους Weintrop και Wilensky^{για τη σύγκριση του προγραμματισμού που βασίζεται σε μπλοκ και} προγραμματισμού που βασίζεται σε κείμενο σε τάξεις Πληροφορικής Λυκείου, διαπίστωσε ότι οι μαθητές που χρησιμοποιούν τη γλώσσα που βασίζεται σε μπλοκ έδειξαν μεγαλύτερα κέρδη στη μάθησή τους και υψηλότερο επίπεδο ενδιαφέροντος για μελλοντικά μαθήματα πληροφορικής. Οι μαθητές που χρησιμοποιούσαν τη γλώσσα κειμένου θεώρησαν την εμπειρία τους στον προγραμματισμό πιο παρόμοια με αυτήν που κάνουν οι προγραμματιστές στη βιομηχανία και πιο αποτελεσματική στη βελτίωση των δεξιοτήτων προγραμματισμού τους. Το VEXcode V5 προσφέρει στους αρχάριους προγραμματιστές τα καλύτερα και των δύο κόσμων, επιτρέποντάς τους πρώτα να χτίσουν μια ισχυρή βάση σε έννοιες προγραμματισμού, την οποία μπορούν στη συνέχεια να χρησιμοποιήσουν κατά τη μετάβαση σε C++ ή Python, οι οποίες υποστηρίζονται και οι δύο από το VEXcode V5 και βασίζονται σε κείμενο.

Το VEXcode V5 είναι μια προσβάσιμη και δωρεάν γλώσσα προγραμματισμού βασισμένη σε μπλοκ για ένα βιομηχανικό μοντέλο ρομπότ που χρησιμοποιείται σε εκπαιδευτικά περιβάλλοντα, γεγονός που καθιστά τον προγραμματισμό ρομπότ πιο προσβάσιμο σε μαθητές και εκπαιδευτικούς που διαφορετικά δεν θα μπορούσαν να τα χρησιμοποιήσουν. Τα εργασιακά περιβάλλοντα στον κατασκευαστικό τομέα αλλάζουν συνεχώς με την τεχνολογία και οι γλώσσες προγραμματισμού που βασίζονται σε μπλοκ, όπως το VEXcode V5, ενδέχεται να είναι σε θέση να παρέχουν καλύτερα στους φοιτητές που φιλοδοξούν να γίνουν μελλοντικοί εργαζόμενοι στον κατασκευαστικό τομέα τις δεξιότητες και τις βασικές γνώσεις προγραμματισμού που χρειάζονται για να επιτύχουν σε κατασκευαστικές και βιομηχανικές θέσεις εργασίας.³

IV. Μεγάλες Ιδέες

Ένα από τα μεγαλύτερα πλεονεκτήματα του V5 Workcell είναι ότι οι μαθητές έχουν την ευκαιρία να μάθουν και να επικεντρωθούν σε ευρύτερες έννοιες και βασικές αρχές που αποτελούν θεμέλια όχι μόνο για τον προγραμματισμό, αλλά και για τη μηχανική και τον επαγγελματικό τομέα της βιομηχανικής ρομποτικής. Η εστίαση σε μερικές ευρύτερες έννοιες που μπορούν να εφαρμοστούν σε διαφορετικά περιβάλλοντα και καταστάσεις δίνει στους μαθητές την ευκαιρία να αποκτήσουν μια πιο εις βάθος κατανόηση και μια βαθύτερη μαθησιακή εμπειρία σχετικά με αυτές τις δεξιότητες και τα θέματα. Οι Halpern και Hackel υποστηρίζουν ότι «η έμφαση στην εις βάθος κατανόηση των βασικών αρχών συχνά αποτελεί καλύτερο διδακτικό σχεδιασμό από την πιο εγκυκλοπαιδική κάλυψη ενός ευρέος φάσματος θεμάτων».¹⁴

Οι μαθητές θα διερευνήσουν διάφορες έννοιες όπως:

• Κατασκευή με μέταλλο και ηλεκτρονικά
• Το καρτεσιανό σύστημα συντεταγμένων
• Πώς κινείται ένας ρομποτικός βραχίονας στον τρισδιάστατο χώρο
• Επαναχρησιμοποίηση κώδικα
• Μεταβλητές
• 2D λίστες
• Ανάδραση αισθητήρα για αυτοματοποίηση
• Συστήματα μεταφοράς και πολλά άλλα.

Οι φοιτητές θα αποκτήσουν βασικές γνώσεις αυτών των εννοιών, οι οποίες μπορούν να μεταφερθούν και να εφαρμοστούν αργότερα σε ένα ευρύ φάσμα τομέων όπως τα μαθηματικά, ο προγραμματισμός, η μηχανική και η κατασκευή. Ενώ αποκτούν μια εισαγωγή σε αυτές τις έννοιες, οι μαθητές είναι ενεργά σε θέση να λύνουν προβλήματα, να συνεργάζονται, να είναι δημιουργικοί και να αναπτύσσουν ανθεκτικότητα. Όλες αυτές οι δεξιότητες είναι σημαντικές σε οποιοδήποτε περιβάλλον και συνδέονται με τις δεξιότητες του σημερινού 21ου αιώνα.

«Η γνώση έχει καταστεί ζωτικής σημασίας στον 21ο αιώνα και οι άνθρωποι πρέπει να αποκτήσουν τέτοιες δεξιότητες για να ενταχθούν στο εργατικό δυναμικό, οι οποίες ονομάζονται δεξιότητες του 21ου αιώνα». Γενικά, οι δεξιότητες του 21ου αιώνα περιλαμβάνουν τη συνεργασία, την επικοινωνία, τον ψηφιακό γραμματισμό, την ιδιότητα του πολίτη, την επίλυση προβλημάτων, την κριτική σκέψη, τη δημιουργικότητα και την παραγωγικότητα. Αυτές οι δεξιότητες χαρακτηρίζονται ως δεξιότητες του 21ου αιώνα για να υποδείξουν ότι σχετίζονται περισσότερο με τις τρέχουσες οικονομικές και κοινωνικές εξελίξεις παρά με εκείνες του περασμένου αιώνα που χαρακτηρίζονται ως βιομηχανικός τρόπος παραγωγής.¹⁵

Β. Συμπεράσματα

Σκοπός της παρούσας εργασίας είναι να παρουσιάσει τα πλεονεκτήματα του VEX V5 Workcell σε ένα εκπαιδευτικό περιβάλλον για την εισαγωγή στη βιομηχανική ρομποτική. Με αυτόν τον τρόπο, η παρούσα εργασία δείχνει ότι το VEX V5 Workcell παρέχει μια ολοκληρωμένη λύση για την εισαγωγή των μαθητών στη βιομηχανική ρομποτική σε ένα εκπαιδευτικό περιβάλλον που είναι οικονομικά αποδοτικό, μειώνει το φράγμα εισόδου στον προγραμματισμό και εστιάζει σε μεγάλες ιδέες που βοηθούν τους μαθητές να αναπτύξουν σημαντικές δεξιότητες.

---