Opetusrobotiikan yhdistäminen tietojenkäsittelytieteeseen

Robotiikka ei ole vain tulevaisuus, vaan se on myös nykyhetki. Opiskelijat perehtyvät ohjelmointiin, sensoreihin ja automaatioon, ja he hiovat kriittistä laskennallista ajattelua, jota tarvitaan menestyäkseen sekä 2000-luvun työelämässä että jokapäiväisessä elämässä. Akateemisesti koulutusrobotiikka tarjoaa laajan valikoiman oppimismahdollisuuksia, koska tieteenalalla on STEM (Science, Technology, Engineering ja Math) ja jopa STEAM (Science, Technology, Engineering, Art ja Math) edellytyksenä. Opetusrobotiikka on aina poikkitieteellistä tavalla, joka on konkreettista ja opiskelijoille soveltuvaa. Lisäksi koulutusrobotiikkaan liittyvät toiminnot edellyttävät, että opiskelijat tekevät yhteistyötä, ajattelevat laskennallisesti, tekevät vianmäärityksen (tunnistavat ja ratkaisevat ongelmia) ja innovoivat – kaikki 2000-luvun ammattilaisten perustaidot.

Robotiikka on vahvasti riippuvainen tietojenkäsittelystä ohjelmointi- ja ohjelmistoominaisuuksiensa vuoksi. Opetusrobotiikka korostaa tätä opiskelijoille tekemällä ohjelmoinnista konkreettisempaa, kun he ovat vuorovaikutuksessa fyysisten robottien kanssa ja kun heidän robottinsa ovat vuorovaikutuksessa keskenään ja/tai ympäristön kanssa. Opetusrobotiikan avulla voidaan edelleen hioa opiskelijoiden taitoja ohjelmasuunnittelussa, pseudokoodissa, vuokaavioissa ja laskennallisessa ajattelussa. Fyysinen robotti saa opiskelijat pohtimaan, kuinka digitaalista tietoa tallennetaan, käsitellään, välitetään ja haetaan.

Vinkkejä, ehdotuksia, & potentiaalista tavoitetta

• Järjestä luokkahuoneesi helpottamaan projektipohjaista oppimista (PBL) ja pyydä oppilaita tekemään yhteistyötä ryhmissä projektin loppuunsaattamiseksi. Anna rubriikit sekä yhteistoiminnalle että suoritettavalle projektille projektin alussa, jotta opiskelijat tunnistavat odotuksesi. 
• Pyydä opiskelijoita käyttämään päiväkirjoja, aikataulukaavioita ja muita suunnittelutyökaluja projektin kehittämisen suunnitteluun ja toteuttamiseen. Tiimien tulee dokumentoida suunnittelupäätökset käyttämällä tekstiä, grafiikkaa, esityksiä ja/tai demonstraatioita monimutkaisten ohjelmien kehittämisessä (CSTA-standardi: 3A-AP-23). 
• Muistuta opiskelijoille avoimen projektin alussa, että "oikeita" ratkaisuja on enemmän kuin yksi ja että rakentava kritiikki on tarkoitettu parantamaan projekteja, ei kritisoimaan niitä. 
• Esitä opiskelijoille kysymyksiä, jotka auttavat heitä pohtimaan tällä ja muilla luokilla opittua aiempaa tietoa.
• Kerro oppilaidesi matematiikan, tekniikan tai muille opettajille, mitä oppilaat työskentelevät luokassasi, jotta he voivat auttaa ja/tai antaa ohjeita ja ehdotuksia.
• Esittele projekteja, jotka kannustavat opiskelijaryhmiä ratkaisemaan ongelmia suunnittelemalla ja/tai ohjelmoimalla robotin (CSTA-standardi: 3B-AP-09). Mikäli mahdollista, anna tiimien valita ja määritellä itse ratkaistava ongelma kiinnostuksen kohteidensa perusteella (CSTA-standardi: 3A-AP-13). Tiimien tulee suunnitella ja iteratiivisesti kehittää laskennallisia ratkaisujaan käyttämällä tapahtumia ohjeiden käynnistämiseen (CSTA-standardi: 3A-AP-16). 
• Älä ratkaise joukkueille tulevia ongelmia. Sen sijaan auta heitä kehittämään järjestelmällisiä vianetsintästrategioita omien virheiden tunnistamiseksi ja korjaamiseksi (CSTA-standardi: 3A-CS-03). Kannusta ryhmiä aina käyttämään sarjaa testitapauksia varmistaakseen, että ohjelma toimii suunnitteluspesifikaatioidensa mukaisesti (CSTA-standardi: 3B-AP-21). Ohjaa oppilaita ohjelman vaiheittaisen analyysin ja odottamattomien korjattavien käyttäytymismallien läpi. 
• Kannusta oppilaita etsimään useita tapoja ratkaista ongelma.  Vianmäärityksen osalta luo oppimisen ilmapiiri, jossa oppilaiden odotetaan "epäonnistuvan" aluksi. "Eteenpäin epäonnistuminen" on arvokas elämäntaito. 
• Kun tiimit valmistavat prototyyppejä, pyydä heitä esittelemään työnsä koko luokalle ja pyydä luokkaa toimimaan hypoteettisina käyttäjinä (CSTA-standardi: 3A-AP-19). Sen jälkeen he voivat seurata ohjelmiston elinkaariprosessia kehittääkseen niitä edelleen (CSTA-standardi: 3B-AP-17). Tämän ansiosta tiimit voivat arvioida ja tarkentaa ohjelmiaan ja robottejaan tehdäkseen niistä käyttökelpoisempia ja saavutettavimpia (CSTA-standardi: 3A-AP-21).
• Anna oppilaidesi käyttää kaikkia kehitysprosessin aikana käytettävissä olevia yhteistyötyökaluja (CSTA-standardi: 3A-AP-22). Näihin työkaluihin voisi kuulua jopa sosiaalinen media, varsinkin jos ne lisäävät eri kulttuuri- ja uraaloilla olevien ihmisten yhteyksiä (CSTA-standardi: 3A-IC-27). Ryhmät voivat esimerkiksi järjestää Skype-puhelun esitelläkseen projektejaan muiden luokkien opiskelijoille palautetta varten.
• Pyydä oppilaitasi hiomaan taitojaan ajatella algoritmeja kriittisesti niiden tehokkuuden, oikeellisuuden ja selkeyden suhteen, jotta he voivat antaa parempaa palautetta omille ja muille tiimeille (CSTA-standardi: 3B-AP-11). Yksi tapa tehdä tämä on johtaa keskustelua, jossa arvioit ohjelman keskeisiä ominaisuuksia esimerkiksi kooditarkistuksen avulla (CSTA-standardi: 3B-AP-23).
• Käytä opetusrobotiikkaa mahdollisuutena korostaa monimutkaisten ongelmien fyysisyyttä, kuten liikkumista sokkelossa tai käyttäytymissarjoja luokkahuoneessa. Kyky paikantaa ja eristää visuaalisesti suuremman ratkaistavan ongelman komponentteja auttaa opiskelijoita hiomaan taitojaan ongelmien hajottamisessa pienemmiksi komponenteiksi ja soveltamaan rakenteita, kuten proseduureja, moduuleita ja/tai objekteja (CSTA-standardi: 3A-AP-17) . Korosta lisäksi monimutkaisen ongelman yleistettävissä olevia kuvioita, joita voidaan sitten soveltaa ratkaisuun (CSTA-standardi: 3B-AP-15).
• Käytä opetusrobotiikkaa korostaaksesi tapoja, joilla tietokonejärjestelmät vaikuttavat henkilökohtaisiin, eettisiin, sosiaalisiin, taloudellisiin ja kulttuurisiin käytäntöihin lukemien, esitysten jne. avulla (CSTA-standardi: 3A-IC-24), jotka myös kuvaavat, kuinka tekoäly ohjaa monia ohjelmistoja ja fyysiset järjestelmät (CSTA-standardi: 3B-AP-08). Tällaisten luokkaistuntojen hyvä jatkotoimi olisi pyytää oppilaita ennustamaan, kuinka tällä hetkellä riippuvaiset laskennalliset ja/tai robotiikkainnovaatiot voivat kehittyä vastaamaan tarpeitamme tulevaisuudessa (CSTA-standardi: 3B-IC-27).

Linkkejä esimerkkitoimintoihin