教育用ロボット工学とコンピューター サイエンスの接続

ロボット工学は未来であるだけでなく、現在でもあります。 学生がプログラミング、センサー、自動化に慣れることで、21 世紀の労働力と日常生活の両方で成功するために必要な重要な計算的思考スキルを磨きます。 学術的には、教育ロボット工学には STEM (科学、技術、工学、数学)、さらには STEAM (科学、技術、工学、芸術、数学) が前提条件として含まれているため、幅広い学習の機会が提供されます。 教育用ロボット工学は、生徒にとって具体的で応用可能な方法で常に学際的です。 さらに、教育用ロボット工学に関わる活動では、学生が協力し、計算的に考え、トラブルシューティング (問題を特定して解決する)、革新することが必要になります。これらはすべて、21 世紀の専門家にとっての基本的なスキルです。

ロボット工学は、プログラミングとソフトウェアの機能をコンピューター サイエンスに大きく依存しています。 教育ロボット工学は、学生が物理的なロボットと対話したり、ロボット同士や環境と対話したりする際に、プログラミングをより具体的にすることで、この点を強調します。 教育用ロボット工学は、プログラム計画、疑似コード、フローチャート、計算的思考における生徒のスキルをさらに磨くために使用できます。 物理的なロボットを使用して、学生はデジタル情報がどのように保存、処理、通信、取得されるかについて考えることができます。

ヒント、提案、 & ターゲットとなる可能性のある標準

• プロジェクトベース学習 (PBL) を促進するように教室を組織し、生徒がチームで協力してプロジェクトを完了できるようにします。 学生があなたの期待を認識できるように、プロジェクトの開始時に共同作業と成果物プロジェクトの両方のルーブリックを提供します。 
• 学生に日誌、スケジュール表、その他の計画ツールを使用して、プロジェクト開発を計画および実行させます。 チームは、複雑なプログラムの開発において、テキスト、グラフィック、プレゼンテーション、および/またはデモンストレーションを使用して、設計上の決定を文書化する必要があります (CSTA 標準: 3A-AP-23)。 
• 自由形式のプロジェクトを開始するときに、「正しい」解決策は複数あること、建設的な批判はプロジェクトを批判するものではなく改善することを目的としているということを生徒に思い出させます。 
• このクラスや他のクラスで学んだ予備知識を検討するのに役立つ質問を生徒に投げかけます。
• 生徒の数学、テクノロジー、または他の教師に生徒がクラスで取り組んでいることを知らせて、生徒が支援したり、指導や提案を提供したりできるようにします。
• ロボットの設計および/またはプログラミングを通じて学生チームに問題解決を促すプロジェクトを導入します (CSTA 標準: 3B-AP-09)。 可能であれば、チームが興味に基づいて自分たちで解決する問題を選択して定義できるようにします (CSTA 標準: 3A-AP-13)。 チームは、イベントを使用して命令を開始することにより、計算ソリューションを設計し、反復的に開発する必要があります (CSTA 標準: 3A-AP-16)。 
• チームに生じる問題を解決しない。 代わりに、彼ら自身のエラーを特定して修正するための体系的なトラブルシューティング戦略を開発できるように支援してください (CSTA 標準: 3A-CS-03)。 プログラムが設計仕様 (CSTA 標準: 3B-AP-21) に従って動作することを検証するために、常に一連のテスト ケースを使用することをチームに奨励します。 プログラムと修正が必要な予期しない動作を段階的に分析する練習を学生に指導します。 
• 生徒たちに、問題を解決するための複数の方法を探すよう促します。  トラブルシューティングに関しては、生徒が最初は「失敗する」ことが期待される学習の雰囲気を作ります。 「前に進む」ことは大切なライフスキルです。 
• チームがプロトタイプを完成させたら、その成果をクラス全体に発表させ、クラス全員を仮想のユーザーとして機能させます (CSTA 標準: 3A-AP-19)。 その後、ソフトウェア ライフサイクル プロセスに従って、さらに開発を進めることができます (CSTA 標準: 3B-AP-17)。 これにより、チームはプログラムとロボットを評価および改良して、より使いやすくアクセスしやすくすることができます (CSTA 標準: 3A-AP-21)。
• 学生が開発プロセス中に利用可能な共同ツールを使用できるようにします (CSTA 標準: 3A-AP-22)。 特にそれらのプラットフォームが異なる文化やキャリア分野の人々のつながりを高める場合、これらのツールにはソーシャル メディアも含まれる可能性があります (CSTA 標準: 3A-IC-27)。 たとえば、チームは Skype 通話を設定して、他のクラスの生徒にプロジェクトを提示してフィードバックを求めることができます。
• 生徒たちに、効率、正確さ、明確さの観点からアルゴリズムについて批判的に考えるスキルを磨いてもらい、自分のチームや他のチームにより良いフィードバックを提供できるようにしてください (CSTA 標準: 3B-AP-11)。 これを行う 1 つの方法は、コード レビュー (CSTA 標準: 3B-AP-23) などのプロセスを通じてプログラムの主要な品質を評価するディスカッションを主導することです。
• 迷路の中を移動したり、教室内で一連の行動を実行したりするなど、複雑な問題の物理性を強調する機会として教育用ロボット工学を使用します。 解決すべき大きな問題のコンポーネントを視覚的に見つけて分離できることは、学生が問題を小さなコンポーネントに分解し、プロシージャ、モジュール、オブジェクトなどの構成要素を適用するスキルを磨くのに役立ちます (CSTA 標準: 3A-AP-17)。 。 さらに、解決策に適用できる複雑な問題の一般化可能なパターンを強調します (CSTA 標準: 3B-AP-15)。
• 教育用ロボット工学を使用して、コンピューティング システムが個人、倫理、社会、経済、文化の実践にどのような影響を与えるかを、読書やプレゼンテーションなどを通じて強調します (CSTA 標準: 3A-IC-24)。また、人工知能が多くのソフトウェアやソフトウェアをどのように駆動するかについても説明します。物理システム (CSTA 標準: 3B-AP-08)。 このような授業のフォローアップとしては、現在私たちが依存しているコンピューター技術やロボット工学の革新が、将来どのように進化してニーズを満たすことができるかを生徒に予測してもらうことがよいでしょう (CSTA 標準: 3B-IC-27)。

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