Educatieve robotica verbinden met informatica

Robotica is niet alleen de toekomst, maar ook het heden. Door studenten vertrouwd te maken met programmeren, sensoren en automatisering, scherpen ze kritische computationele denkvaardigheden aan die nodig zijn om te slagen in zowel het personeelsbestand van de 21e eeuw als in het dagelijks leven. Academisch gezien biedt educatieve robotica een breed scala aan leermogelijkheden omdat de discipline STEM (Science, Technology, Engineering en Math) en zelfs STEAM (Science, Technology, Engineering, Art en Math) als voorwaarden heeft. Educatieve robotica is altijd interdisciplinair op een manier die tastbaar en toepasbaar is voor studenten. Bovendien vereisen activiteiten met educatieve robotica dat studenten samenwerken, computationeel denken, problemen oplossen (problemen identificeren en oplossen) en innoveren - allemaal fundamentele vaardigheden voor professionals van de 21e eeuw.

Robotica leunt zwaar op informatica voor zijn programmeer- en softwaremogelijkheden. Educatieve robotica benadrukt dit voor leerlingen door programmeren tastbaarder te maken als ze interactie hebben met fysieke robots en als hun robots met elkaar en/of met de omgeving interageren.  Educatieve robotica kan worden gebruikt om de vaardigheden van leerlingen op het gebied van programmaplanning, pseudocode, stroomdiagrammen en computationeel denken verder aan te scherpen. Een fysieke robot laat leerlingen nadenken over hoe digitale informatie wordt opgeslagen, verwerkt, gecommuniceerd en opgehaald.

Tips, suggesties, & enkele mogelijke standaarden om te targeten

• Organiseer uw klaslokaal om projectgebaseerd leren (PGO) te vergemakkelijken en laat studenten in teams samenwerken om het project te voltooien. Geef aan het begin van het project rubrieken voor zowel samenwerkingsinspanningen als voor het af te leveren project, zodat studenten uw verwachtingen herkennen.
• Laat leerlingen dagboeken, planningsgrafieken en andere planningstools gebruiken om projectontwikkeling te plannen en uit te voeren. Teams moeten ontwerpbeslissingen documenteren met behulp van tekst, afbeeldingen, presentaties en/of demonstraties bij de ontwikkeling van complexe programma's (CSTA-standaard: 3A-AP-23).
• Herinner de leerlingen aan het begin van een project met een open einde eraan dat er meer dan één "juiste" oplossing zal zijn en dat opbouwende kritiek bedoeld is om projecten te verbeteren en niet om ze te bekritiseren.
• Stel vragen aan de leerlingen die hen zullen helpen om de voorkennis die ze in deze en andere lessen hebben geleerd, in overweging te nemen.
• Laat de wiskunde-, technologie- of andere docenten van uw leerlingen weten waar leerlingen in uw klas aan werken, zodat ze u kunnen helpen en/of begeleiding en suggesties kunnen geven.
• Introduceer projecten die studententeams ertoe aanzetten problemen op te lossen door het ontwerpen en/of programmeren van een robot (CSTA Standard: 3B-AP-09). Laat teams waar mogelijk een probleem kiezen en definiëren om voor zichzelf op te lossen op basis van hun interesses (CSTA-standaard: 3A-AP-13). Teams moeten hun computationele oplossingen ontwerpen en iteratief ontwikkelen door gebeurtenissen te gebruiken om instructies te initiëren (CSTA-standaard: 3A-AP-16).
• Los geen problemen op die zich voor teams voordoen. Help ze in plaats daarvan om systematische strategieën voor probleemoplossing te ontwikkelen om hun eigen fouten te identificeren en op te lossen (CSTA-standaard: 3A-CS-03). Moedig teams aan om altijd een reeks testgevallen te gebruiken om te controleren of een programma presteert volgens de ontwerpspecificaties (CSTA-standaard: 3B-AP-21). Begeleiden van studenten bij het oefenen van een stapsgewijze analyse van het programma en het onverwachte te repareren gedrag.
• Moedig leerlingen aan om meerdere manieren te zoeken om een probleem op te lossen. Met betrekking tot het oplossen van problemen, creëer een leeromgeving waarin van studenten wordt verwacht dat ze in eerste instantie "falen". "Vooruit falen" is een waardevolle levensvaardigheid.
• Wanneer teams prototypes voltooien, laat ze hun werk dan presenteren aan de hele klas en laat de klas dienen als hypothetische gebruikers (CSTA-standaard: 3A-AP-19). Vervolgens kunnen ze een softwarelevenscyclusproces volgen om ze verder te ontwikkelen (CSTA-standaard: 3B-AP-17). Hierdoor kunnen teams hun programma's en robots evalueren en verfijnen om ze bruikbaarder en toegankelijker te maken (CSTA-standaard: 3A-AP-21).
• Laat je leerlingen alle samenwerkingstools gebruiken die beschikbaar zijn tijdens het ontwikkelingsproces (CSTA-standaard: 3A-AP-22). Die tools kunnen zelfs sociale media omvatten, vooral als die platforms de connectiviteit van mensen in verschillende culturen en carrièregebieden vergroten (CSTA-standaard: 3A-IC-27). Teams kunnen bijvoorbeeld een Skype-gesprek opzetten om hun projecten voor feedback aan studenten in andere klassen te presenteren.
• Laat uw leerlingen hun vaardigheden aanscherpen door kritisch na te denken over algoritmen in termen van efficiëntie, correctheid en duidelijkheid, zodat ze betere feedback kunnen geven aan hun eigen en andere teams (CSTA-standaard: 3B-AP-11). Een manier om dit te doen is door een discussie te leiden waarin u de belangrijkste kwaliteiten van een programma evalueert door middel van een proces zoals een codebeoordeling (CSTA-standaard: 3B-AP-23).
• Gebruik educatieve robotica als een kans om de lichamelijkheid van complexe problemen te benadrukken, zoals bewegen door een doolhof of het uitvoeren van reeksen gedragingen in de klas. Door componenten van een groter op te lossen probleem visueel te lokaliseren en te isoleren, kunnen leerlingen hun vaardigheden aanscherpen bij het ontleden van problemen in kleinere componenten en het toepassen van constructies zoals procedures, modules en/of objecten (CSTA-standaard: 3A-AP-17) . Markeer verder de generaliseerbare patronen in het complexe probleem die vervolgens kunnen worden toegepast op een oplossing (CSTA-standaard: 3B-AP-15).
• Gebruik educatieve robotica om de manieren te benadrukken waarop computersystemen van invloed zijn op persoonlijke, ethische, sociale, economische en culturele praktijken door middel van lezingen, presentaties, enz. (CSTA-standaard: 3A-IC-24) die ook beschrijven hoe kunstmatige intelligentie veel software en fysieke systemen (CSTA-standaard: 3B-AP-08). Een goed vervolg op dergelijke klassikale sessies zou zijn om leerlingen te vragen te voorspellen hoe computationele en/of robotica-innovaties waarvan we momenteel afhankelijk zijn, zich zouden kunnen ontwikkelen om in de toekomst aan onze behoeften te voldoen (CSTA-standaard: 3B-IC-27).

Links naar voorbeeldactiviteiten