Łączenie robotyki edukacyjnej z informatyką

Robotyka to nie tylko przyszłość, ale także teraźniejszość. Zaznajamiając uczniów z programowaniem, czujnikami i automatyzacją, doskonalą umiejętności krytycznego myślenia obliczeniowego potrzebne do osiągnięcia sukcesu zarówno na rynku pracy XXI wieku, jak i w życiu codziennym. Z akademickiego punktu widzenia robotyka edukacyjna zapewnia szeroką gamę możliwości uczenia się, ponieważ jej warunkami wstępnymi są STEM (nauka, technologia, inżynieria i matematyka), a nawet STEAM (nauka, technologia, inżynieria, sztuka i matematyka). Robotyka edukacyjna ma zawsze charakter interdyscyplinarny w sposób namacalny i możliwy do zastosowania dla uczniów. Ponadto zajęcia obejmujące robotykę edukacyjną wymagają od uczniów współpracy, myślenia obliczeniowego, rozwiązywania problemów (identyfikowania i rozwiązywania problemów) oraz wprowadzania innowacji – a są to umiejętności podstawowe dla profesjonalistów XXI wieku.

Robotyka w dużym stopniu opiera się na informatyce, jeśli chodzi o możliwości programowania i oprogramowania. Robotyka edukacyjna zwraca na to uwagę uczniów, czyniąc programowanie bardziej namacalnym w miarę interakcji z fizycznymi robotami oraz podczas interakcji ich robotów ze sobą i/lub z otoczeniem. Robotykę edukacyjną można wykorzystać do dalszego doskonalenia umiejętności uczniów w zakresie planowania programów, pseudokodu, schematów blokowych i myślenia obliczeniowego. Fizyczny robot skłania uczniów do zastanowienia się nad tym, w jaki sposób informacje cyfrowe są przechowywane, przetwarzane, przekazywane i odzyskiwane.

Wskazówki, sugestie, & potencjalnych standardów, na które warto zwrócić uwagę

• Zorganizuj swoją klasę tak, aby ułatwić naukę metodą projektów (PBL) i poproś uczniów o współpracę w zespołach w celu ukończenia projektu. Na początku projektu podaj rubryki dotyczące zarówno wspólnych wysiłków, jak i dostarczalnego projektu, aby uczniowie poznali Twoje oczekiwania. 
• Niech uczniowie korzystają z dzienników, wykresów harmonogramu i innych narzędzi planowania do planowania i realizacji projektów. Zespoły powinny dokumentować decyzje projektowe za pomocą tekstu, grafiki, prezentacji i/lub demonstracji podczas opracowywania złożonych programów (norma CSTA: 3A-AP-23). 
• Na początku projektu otwartego przypomnij uczniom, że będzie więcej niż jedno „poprawne” rozwiązanie i że konstruktywna krytyka ma na celu ulepszenie projektów, a nie ich krytykowanie. 
• Zadawaj uczniom pytania, które pomogą im rozważyć wiedzę zdobytą na tych i innych zajęciach.
• Poinformuj nauczycieli matematyki, technologii i innych nauczycieli, nad czym uczniowie pracują w Twojej klasie, aby mogli pomóc i/lub udzielić wskazówek i sugestii.
• Przedstaw projekty, które zachęcają zespoły studenckie do rozwiązywania problemów poprzez projektowanie i/lub programowanie robota (norma CSTA: 3B-AP-09). Jeśli to możliwe, pozwól zespołom wybrać i zdefiniować problem do samodzielnego rozwiązania w oparciu o ich zainteresowania (norma CSTA: 3A-AP-13). Zespoły powinny projektować i iteracyjnie rozwijać swoje rozwiązania obliczeniowe, wykorzystując zdarzenia do inicjowania instrukcji (norma CSTA: 3A-AP-16). 
• Nie rozwiązuj problemów, które pojawiają się w zespołach. Zamiast tego pomóż im opracować systematyczne strategie rozwiązywania problemów, aby zidentyfikować i naprawić własne błędy (norma CSTA: 3A-CS-03). Zachęcaj zespoły, aby zawsze korzystały z serii przypadków testowych w celu sprawdzenia, czy program działa zgodnie ze specyfikacjami projektowymi (norma CSTA: 3B-AP-21). Poprowadź uczniów przez praktykę polegającą na szczegółowej analizie programu i nieoczekiwanych zachowaniach, które należy naprawić. 
• Zachęć uczniów, aby szukali wielu sposobów rozwiązania problemu.  Jeśli chodzi o rozwiązywanie problemów, stwórz atmosferę uczenia się, w której od uczniów oczekuje się początkowo „porażek”. „Niepowodzenie” to cenna umiejętność życiowa. 
• Kiedy zespoły ukończą prototypy, poproś je o zaprezentowanie swojej pracy całej klasie, a klasa będzie służyć jako hipotetyczni użytkownicy (standard CSTA: 3A-AP-19). Następnie mogą postępować zgodnie z procesem cyklu życia oprogramowania, aby je dalej rozwijać (norma CSTA: 3B-AP-17). Umożliwi to zespołom ocenę i udoskonalenie programów i robotów, aby uczynić je bardziej użytecznymi i dostępnymi (norma CSTA: 3A-AP-21).
• Pozwól swoim uczniom korzystać z wszelkich narzędzi do współpracy dostępnych podczas procesu programowania (norma CSTA: 3A-AP-22). Narzędzia te mogłyby nawet obejmować media społecznościowe, zwłaszcza jeśli platformy te zwiększają łączność między ludźmi z różnych dziedzin kultury i kariery (norma CSTA: 3A-IC-27). Na przykład zespoły mogą nawiązać rozmowę przez Skype, aby zaprezentować swoje projekty uczniom z innych zajęć w celu uzyskania opinii.
• Niech uczniowie doskonalą swoje umiejętności krytycznego myślenia o algorytmach pod kątem ich wydajności, poprawności i przejrzystości, aby mogli zapewnić lepszą informację zwrotną swoim i innym zespołom (norma CSTA: 3B-AP-11). Jednym ze sposobów osiągnięcia tego jest poprowadzenie dyskusji, podczas której ocenia się kluczowe cechy programu w procesie takim jak przegląd kodu (norma CSTA: 3B-AP-23).
• Wykorzystaj robotykę edukacyjną jako okazję do uwypuklenia fizyczności złożonych problemów, takich jak poruszanie się po labiryncie lub wykonywanie sekwencji zachowań w klasie. Umiejętność wizualnego zlokalizowania i wyodrębnienia elementów większego problemu do rozwiązania pomoże uczniom doskonalić umiejętności rozkładania problemów na mniejsze elementy i stosowania konstrukcji, takich jak procedury, moduły i/lub obiekty (norma CSTA: 3A-AP-17) . Ponadto podkreśl możliwe do uogólnienia wzorce złożonego problemu, które można następnie zastosować do rozwiązania (norma CSTA: 3B-AP-15).
• Wykorzystaj robotykę edukacyjną, aby podkreślić, w jaki sposób systemy komputerowe wpływają na praktyki osobiste, etyczne, społeczne, ekonomiczne i kulturowe poprzez odczyty, prezentacje itp. (norma CSTA: 3A-IC-24), które również opisują, w jaki sposób sztuczna inteligencja napędza wiele oprogramowania i systemy fizyczne (norma CSTA: 3B-AP-08). Dobrym uzupełnieniem takich sesji zajęć byłoby poproszenie uczniów o przewidzenie, w jaki sposób innowacje obliczeniowe i/lub robotyki, od których obecnie jesteśmy zależni, mogą ewoluować, aby sprostać naszym potrzebom w przyszłości (norma CSTA: 3B-IC-27).

Linki do przykładowych działań