การเชื่อมต่อหุ่นยนต์เพื่อการศึกษากับวิทยาการคอมพิวเตอร์

วิทยาการหุ่นยนต์ไม่เพียงแต่เป็นอนาคตเท่านั้น แต่ยังเป็นปัจจุบันด้วย ด้วยการทำให้นักเรียนคุ้นเคยกับการเขียนโปรแกรม เซ็นเซอร์ และระบบอัตโนมัติ พวกเขาจะฝึกฝนทักษะการคิดเชิงคำนวณเชิงวิพากษ์ที่จำเป็นต่อการประสบความสำเร็จทั้งในด้านการทำงานและชีวิตประจำวันในศตวรรษที่ 21 ในด้านวิชาการ หุ่นยนต์เพื่อการศึกษาให้โอกาสในการเรียนรู้ที่หลากหลาย เนื่องจากสาขาวิชานี้มี STEM (วิทยาศาสตร์ เทคโนโลยี วิศวกรรมศาสตร์ และคณิตศาสตร์) และแม้แต่ STEAM (วิทยาศาสตร์ เทคโนโลยี วิศวกรรมศาสตร์ ศิลปะ และคณิตศาสตร์) เป็นข้อกำหนดเบื้องต้น วิทยาการหุ่นยนต์เพื่อการศึกษาเป็นแบบสหวิทยาการเสมอในรูปแบบที่จับต้องได้และนำไปประยุกต์ใช้กับนักเรียนได้ นอกจากนี้ กิจกรรมที่เกี่ยวข้องกับหุ่นยนต์เพื่อการศึกษายังจำเป็นต้องให้นักเรียนทำงานร่วมกัน คิดอย่างมีคอมพิวเตอร์ แก้ปัญหา (ระบุและแก้ไขปัญหา) และสร้างสิ่งใหม่ๆ ซึ่งเป็นทักษะพื้นฐานทั้งหมดสำหรับมืออาชีพแห่งศตวรรษที่ 21

วิทยาการหุ่นยนต์อาศัยวิทยาการคอมพิวเตอร์อย่างมากในด้านการเขียนโปรแกรมและความสามารถด้านซอฟต์แวร์ วิทยาการหุ่นยนต์เพื่อการศึกษาเน้นย้ำสิ่งนี้สำหรับนักเรียนโดยทำให้การเขียนโปรแกรมจับต้องได้มากขึ้นเมื่อพวกเขาโต้ตอบกับหุ่นยนต์ทางกายภาพ และในขณะที่หุ่นยนต์ของพวกเขาโต้ตอบกันและ/หรือกับสิ่งแวดล้อม หุ่นยนต์เพื่อการศึกษาสามารถใช้เพื่อฝึกฝนทักษะของนักเรียนในการวางแผนโปรแกรม รหัสเทียม ผังงาน และการคิดเชิงคำนวณ หุ่นยนต์ทางกายภาพช่วยให้นักเรียนคิดว่าข้อมูลดิจิทัลถูกจัดเก็บ ประมวลผล สื่อสาร และเรียกค้นอย่างไร

เคล็ดลับ ข้อเสนอแนะ & มาตรฐานที่เป็นไปได้บางประการในการกำหนดเป้าหมาย

• จัดระเบียบห้องเรียนของคุณเพื่ออำนวยความสะดวกในการเรียนรู้จากโครงงาน (PBL) และให้นักเรียนทำงานร่วมกันเป็นทีมเพื่อทำโครงงานให้สำเร็จ จัดเตรียมเกณฑ์การให้คะแนนสำหรับทั้งความพยายามในการทำงานร่วมกันและสำหรับโครงงานที่สามารถบรรลุได้เมื่อเริ่มต้นโครงงาน เพื่อให้นักเรียนรับรู้ถึงความคาดหวังของคุณ 
• ให้นักเรียนใช้สมุดบันทึก แผนภูมิกำหนดการ และเครื่องมือการวางแผนอื่นๆ เพื่อวางแผนและดำเนินการพัฒนาโครงการ ทีมควรบันทึกการตัดสินใจออกแบบโดยใช้ข้อความ กราฟิก การนำเสนอ และ/หรือการสาธิตในการพัฒนาโปรแกรมที่ซับซ้อน (มาตรฐาน CSTA: 3A-AP-23) 
• เตือนนักเรียนเมื่อเริ่มโครงงานปลายเปิดว่าจะมีวิธีแก้ปัญหาที่ "ถูกต้อง" มากกว่าหนึ่งข้อ และการวิจารณ์เชิงสร้างสรรค์มีจุดมุ่งหมายเพื่อปรับปรุงโครงงานไม่ให้วิพากษ์วิจารณ์พวกเขา 
• ถามคำถามนักเรียนที่จะช่วยให้พวกเขาพิจารณาความรู้เดิมที่เรียนในชั้นเรียนนี้และชั้นเรียนอื่นๆ
• แจ้งให้ครูคณิตศาสตร์ เทคโนโลยี หรือครูคนอื่นๆ ของนักเรียนทราบว่านักเรียนกำลังทำอะไรในชั้นเรียนของคุณ เพื่อที่พวกเขาจะได้ช่วยเหลือและ/หรือให้คำแนะนำและข้อเสนอแนะ
• แนะนำโครงการที่กระตุ้นให้ทีมนักเรียนแก้ปัญหาผ่านการออกแบบและ/หรือการเขียนโปรแกรมหุ่นยนต์ (มาตรฐาน CSTA: 3B-AP-09) เมื่อเป็นไปได้ ให้ทีมเลือกและกำหนดปัญหาเพื่อแก้ไขด้วยตนเองตามความสนใจของพวกเขา (มาตรฐาน CSTA: 3A-AP-13) ทีมควรออกแบบและพัฒนาโซลูชันการคำนวณซ้ำโดยใช้เหตุการณ์เพื่อเริ่มต้นคำสั่ง (มาตรฐาน CSTA: 3A-AP-16) 
• อย่าแก้ปัญหาที่เกิดขึ้นกับทีม แต่ควรช่วยให้พวกเขาพัฒนากลยุทธ์การแก้ไขปัญหาอย่างเป็นระบบเพื่อระบุและแก้ไขข้อผิดพลาดของตนเอง (มาตรฐาน CSTA: 3A-CS-03) สนับสนุนให้ทีมใช้ชุดกรณีทดสอบเสมอเพื่อตรวจสอบว่าโปรแกรมทำงานตามข้อกำหนดการออกแบบ (มาตรฐาน CSTA: 3B-AP-21) แนะนำนักเรียนผ่านการฝึกวิเคราะห์โปรแกรมทีละขั้นตอนและพฤติกรรมที่ไม่คาดคิดที่ต้องแก้ไข 
• กระตุ้นให้นักเรียนมองหาหลายวิธีในการแก้ปัญหา  ในส่วนของการแก้ไขปัญหา ให้สร้างบรรยากาศการเรียนรู้ที่นักเรียนถูกคาดหวังให้ "ล้มเหลว" ในตอนแรก “ความล้มเหลวไปข้างหน้า” คือทักษะชีวิตอันทรงคุณค่า 
• เมื่อทีมสร้างต้นแบบเสร็จแล้ว ให้นำเสนอผลงานต่อทั้งชั้นเรียนและให้ชั้นเรียนทำหน้าที่เป็นผู้ใช้สมมุติ (มาตรฐาน CSTA: 3A-AP-19) จากนั้นพวกเขาสามารถปฏิบัติตามกระบวนการวงจรชีวิตของซอฟต์แวร์เพื่อพัฒนาต่อไปได้ (มาตรฐาน CSTA: 3B-AP-17) สิ่งนี้จะช่วยให้ทีมสามารถประเมินและปรับแต่งโปรแกรมและหุ่นยนต์ของตนเพื่อให้สามารถใช้งานได้และเข้าถึงได้มากขึ้น (มาตรฐาน CSTA: 3A-AP-21)
• อนุญาตให้นักเรียนใช้เครื่องมือในการทำงานร่วมกันที่มีในระหว่างกระบวนการพัฒนา (มาตรฐาน CSTA: 3A-AP-22) เครื่องมือเหล่านั้นอาจรวมถึงโซเชียลมีเดีย โดยเฉพาะอย่างยิ่งหากแพลตฟอร์มเหล่านั้นเพิ่มการเชื่อมต่อของผู้คนในวัฒนธรรมและสาขาอาชีพที่แตกต่างกัน (มาตรฐาน CSTA: 3A-IC-27) ตัวอย่างเช่น ทีมอาจตั้งค่าการโทรผ่าน Skype เพื่อนำเสนอโครงการของตนแก่นักเรียนในชั้นเรียนอื่นเพื่อรับคำติชม
• ให้นักเรียนฝึกฝนทักษะในการคิดอย่างมีวิจารณญาณเกี่ยวกับอัลกอริทึมในแง่ของประสิทธิภาพ ความถูกต้อง และความชัดเจน เพื่อให้พวกเขาสามารถให้ข้อเสนอแนะที่ดีขึ้นแก่ทีมของตนเองและทีมอื่นๆ (มาตรฐาน CSTA: 3B-AP-11) วิธีหนึ่งในการทำเช่นนี้คือการเป็นผู้นำการอภิปรายโดยที่คุณประเมินคุณสมบัติที่สำคัญของโปรแกรมผ่านกระบวนการ เช่น การตรวจสอบโค้ด (มาตรฐาน CSTA: 3B-AP-23)
• ใช้หุ่นยนต์เพื่อการศึกษาเป็นโอกาสในการเน้นย้ำถึงลักษณะทางกายภาพของปัญหาที่ซับซ้อน เช่น การเคลื่อนที่ผ่านเขาวงกต หรือการดำเนินการตามลำดับพฤติกรรมรอบๆ ห้องเรียน ความสามารถในการระบุตำแหน่งและแยกส่วนประกอบของปัญหาใหญ่ที่ต้องแก้ไขด้วยสายตาจะช่วยให้นักเรียนฝึกฝนทักษะในการแยกแยะปัญหาออกเป็นส่วนประกอบย่อยๆ และประยุกต์ใช้โครงสร้าง เช่น ขั้นตอนการทำงาน โมดูล และ/หรือวัตถุ (มาตรฐาน CSTA: 3A-AP-17) . นอกจากนี้ เน้นรูปแบบทั่วไปในปัญหาที่ซับซ้อนซึ่งสามารถนำไปใช้กับวิธีแก้ปัญหาได้ (มาตรฐาน CSTA: 3B-AP-15)
• ใช้หุ่นยนต์เพื่อการศึกษาเพื่อเน้นวิธีที่ระบบคอมพิวเตอร์ส่งผลกระทบต่อการปฏิบัติส่วนบุคคล จริยธรรม สังคม เศรษฐกิจ และวัฒนธรรมผ่านการอ่าน การนำเสนอ ฯลฯ (มาตรฐาน CSTA: 3A-IC-24) ที่อธิบายว่าปัญญาประดิษฐ์ขับเคลื่อนซอฟต์แวร์จำนวนมากและอย่างไร ระบบทางกายภาพ (มาตรฐาน CSTA: 3B-AP-08) การติดตามผลที่ดีในช่วงชั้นเรียนดังกล่าวคือการขอให้นักเรียนคาดการณ์ว่านวัตกรรมด้านการคำนวณและ/หรือวิทยาการหุ่นยนต์ที่เราพึ่งพาในปัจจุบันอาจมีการพัฒนาเพื่อตอบสนองความต้องการของเราในอนาคตอย่างไร (มาตรฐาน CSTA: 3B-IC-27)

ลิงค์ตัวอย่างกิจกรรม