الروبوتات التعليمية (RE) هي مصطلح واسع يشير إلى مجموعة من الأنشطة والبرامج التعليمية والمنصات المادية والموارد التعليمية والفلسفة التربوية. هناك العديد من المدارس التي تستخدم معلم الروبوت.
RE هي وسيط تعلم يشارك فيه الأشخاص الذين يحفزهم التصميم والبناء لإبداعاتهم الخاصة. يتم إعطاء هذه الإبداعات أولًا عقليًا ثم في الشكل المادي ويتم بناؤها بأنواع مختلفة من المواد والتحكم فيها بواسطة نظام كمبيوتر.
فريف
الهدف الأساسي من الروبوتات التعليمية هو توفير مجموعة من الخبرات لتسهيل تطوير الطالب للمعرفة والمهارات والمواقف لتصميم ، تحليل ، تطبيق وتشغيل الروبوتات. يستخدم مصطلح الروبوت هنا على نطاق واسع وقد يشمل روبوتات مفصلية أو روبوتات متحركة أو مركبات مستقلة بأي مقياس. يمكن قياس دقة النهج استنادًا إلى خلفية الجمهور المستهدف وقد تكون مناسبة للطلاب في جميع المجالات التعليمية – بدءًا من البرامج الابتدائية أو برامج الدراسات العليا.
الهدف البديل ، أو الثانوي ، هو استخدام الروبوتات كتطبيق ملموس ومثير لتحفيز وتسهيل التدريس في مواضيع أخرى ، غالبًا ما تكون أساسية ، مثل برمجة الكمبيوتر أو الذكاء الاصطناعي أو التصميم الهندسي.
الغرض من الروبوتات التربوية هو استغلال رغبة الطلاب للتفاعل مع الروبوت لتفضيل العمليات المعرفية. يقترح Martial Vivet التعريف التالي للإنسان الآلي التربوي:
هو نشاط التصور ، الخلق والتشغيل ، لأغراض تربوية ، للأجسام التكنولوجية التي هي نسخ مخلصة وكبيرة جداً للعمليات الآلية والأدوات التي تستخدم يومياً ، خاصة في البيئة الصناعية.
الاختلافات بين الروبوتات التعليمية والروبوتات التعليمية هي:
علم الروبوتات التعليمي: يستخدم الأدوات والمواد التجارية ، والتي تكون باهظة الثمن في معظم الحالات ، وتستخدم أجهزة الاستشعار والمحركات بشكل مكثف ، وتركز على علم التحكم الآلي ، وتعتبر أيضًا تكاملية ، وتسمح بالانتقال من الخرسانة إلى الخلاصة.
الروبوتات التربوية: تستخدم مواد منخفضة التكلفة ، بما في ذلك المواد المعاد تدويرها ، وتدمج مجالات مختلفة من المعرفة مع التركيز على الرياضيات والعلوم الطبيعية والتكنولوجيا. أنت تتعلم عن أجهزة الكمبيوتر حتى بدون جهاز كمبيوتر ، مثل الروبوتات التعليمية ، تذهب من الخرسانة إلى الخلاصة.
بالإضافة إلى ذلك ، تسمح الروبوتات كمورد تعليمي بتطوير المعرفة الطبيعية للعلوم والتكنولوجيا بشكل عام. على وجه الخصوص إذا تم استخدام منهجية STEM (العلوم والتكنولوجيا والهندسة والرياضيات).
منهجية التدريس
تبدأ دورة في علم الروبوتات التعليمية بمقاربة المعلم لتحدي للطلاب لحل باستخدام مواد تعليمية مثل الأجزاء الميكانيكية والمكونات الإلكترونية والمثبتات ، والتي تدعمها أدوات الكمبيوتر ، تسمح بتوليد نماذج قابلة للبرمجة لتلبي المهام التي تحل المشكلة في عملية التحدي ، فإن عملية التصميم والتصميم والتجميع والبدء في النموذج الأولي تثري عملية التعلم للطالب.
في هذه الدورات ، يواجه الطلاب تحديات تتضمن المفاهيم المادية والرياضية والتكنولوجية. وبهذه الطريقة ، يعمل الطلاب على مفاهيم درست في موضوعات مختلفة من المناهج الدراسية الرسمية بطريقة عملية. هذا يحفز الطلاب في تعلم هذه المواضيع ، حيث يمكنهم تجربة التطبيقات العملية لما درسوه نظريا.
وطوال عملية الدورة يجب رفع مستوى صعوبة التحديات. هذا الأخير سيسمح بالتوازن بين صعوبة التحدي وقدرة الطفل على حلها. هذا يمنع الطفل من الشعور بالإحباط بسبب عدم قدرته على حل التحديات أو الشعور بالملل من خلال كونه بسيطًا جدًا بالنسبة لقدرته.
هناك اتجاهات تعليمية جديدة يجمع الطلاب بين المواد المادية مع البرامج التي تبسط وتؤدي إلى نتائج تعطي الطلاب فهمًا لما حدث هناك. وبهذه الطريقة ، يستطيع الطلاب فهم واستقراء المعرفة المكتسبة من خلال هذه المنهجية ويكونون قادرين على تطبيقها في موضوعات أخرى.
من خلال دمج مختلف مجالات المعرفة ، من الممكن الحصول على نتائج كبيرة. الروبوتات هي مثال على التكامل بين مختلف مجالات المعرفة. من خلال هذا الانضباط ، يتم دمج الأنظمة الميكانيكية والكهربائية والإلكترونية والكمبيوتر والاتصالات.
فيما يلي المجالات الرئيسية للعمل في الروبوتات التربوية:
الدعم في التعليم الابتدائي والثانوي.
الكبار في التدريب المهني ؛
تطبيق الروبوتات على الأشخاص المعاقين ؛
الروبوتات كأداة مختبر ؛
الروبوتات التربوية لتسهيل تطوير العمليات المعرفية والتمثيل.
تحليل وتأملات في الروبوتات التعليمية وتطبيقاتها.
الأصل
ويركز الروبوتات التعليمية بشكل رئيسي على إنشاء إنسان آلي بهدف وحيد هو تطوير القدرات الحركية والقدرات المعرفية لأولئك الذين يستخدمونها. وبهذه الطريقة ، تهدف إلى تحفيز الاهتمام بالعلوم الصعبة وتحفيز النشاط الصحي. كذلك جعل الطفل يحقق مجموعة منظمة ، ومناقشات تسمح بتطوير المهارات الاجتماعية ، واحترام دور كل فرد لكشفه وتعلم العمل كفريق.
تعود أصول الروبوتات التعليمية إلى الستينيات ، عندما اقترحت مجموعة من الباحثين من مختبر وسائل الإعلام التابع لمعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا إنشاء أجهزة تكنولوجية تسمح للأطفال بالتفاعل وبرمجة برامج لأداء أعمال معينة. وهنا عندما قامت مجموعة البحث بتأسيس الاتفاقية مع شركة LEGO لتطوير ما كان يعرف بـ LEGO / Logo ، والذي يتكون من دمج قطع البناء ليغو مع عناصر البرمجة التي يمكن تنفيذها من جهاز الكمبيوتر. في وقت لاحق ، في حوالي الثمانينيات ، قامت شركة LEGO بنشر هذه المعدات أو الألعاب في جميع أنحاء العالم للأغراض التعليمية.
المراحل
فكرة أن الروبوت قد تم بناؤه باستخدام الكابلات والمعدات للقيام بذلك في الحياة الواقعية ، ولكن هذا ليس هو الحال ، لأنه في الروبوتات التعليمية ، فإنه يهدف في البداية إلى إنشاء روبوت من خلال جهاز كمبيوتر. ويتم ذلك بفضل مساعدة البرامج الخاصة مثل xLogo (باستخدام نسخة مجانية من هذا) ، حيث يتم إجراء دراسة صغيرة لمعرفة ما إذا كان هذا الروبوت قابل للتطبيق أم لا في الواقع. هنا ، من خلال وجوده على جهاز الكمبيوتر ، يتم إنشاء الوظيفة التي سيؤديها هذا الروبوت ، والتي تكون مخصصة لأداء المهام الصغيرة (مثل جلب الأشياء أو تنظيف الأشياء ، على سبيل المثال) ويمكنك أن ترى على الشاشة كيف يبدو هذا الروبوت . في وقت لاحق ، والقضاء والترتيب ، نواصل استخدام المواد لتنفيذها في الواقع.
عند هذه النقطة ، يتم استخدام مواد مختلفة ، من أجزاء نظام البناء مثل Lego ، Múltiplo أو Robo-Ed ، إلى النفايات التي لا يتم استخدامها في المنزل (مثل صناديق الكرتون والدوائر غير المستخدمة). على الرغم من ذلك ، يتم استخدام المزيد من المواد الصفية مثل المعادن أو غيرها من المشتقات.
المراحل التي يتم تقسيمها الروبوتات التعليمية:
تحليل المشكلة ، التي يتم فيها استكشاف البيئة واستكشافها لاقتراح حل المشكلة.
التصميم ، حيث يتم تصميم الحلول الممكنة للمشكلة باستخدام مجموعة الروبوتات.
البناء ، الذي يبنى فيه النموذج بالأجزاء والمواد اللازمة لإعطاء الحركة. لهذا يتم استخدام مجموعة الروبوتات.
البرمجة ، حيث تتم برمجة حركات وسلوكيات النموذج الأولي من خلال البرنامج.
اختبار ، حيث تم بناء النموذج باستخدام مجموعة الروبوتات مع الأجزاء اللازمة لإعطائها الحركة.
الوثائق ، التي يتم جمع الأدلة التي تثبت وظيفة التصميم.
عرض ، حيث يتم عرض النموذج الأولي الذي تم إنشاؤه كحل بديل للمشكلة التي كانت واضحة في البيئة.
وقبل البدء في تطوير المراحل ، يجب أن يؤخذ بعين الاعتبار أنه يجب طرح حالة صعبة على الطلاب ؛ أنه ينبغي تنظيم الفصول الدراسية في فرق وفقًا لتطور الكفاءات والقدرات ؛ وأنه ينبغي توفير ورقة يمكن لكل مجموعة فيها إجراء جرد للمواد.
الأهداف
بعض أهداف تعليم الروبوتات هي:
اجعل الطلاب أكثر تنظيمًا.
روّج للتجارب ، حيث تشكل الأخطاء جزءًا من التعلم واكتشاف الذات.
كن أكثر مسؤولية مع الأشياء الخاصة بك.
تطوير قدر أكبر من التنقل بين يديك.
تطوير علمك
تطوير مهارات المجموعة ، مما يتيح التنشئة الاجتماعية للناس.
تطوير قدراتك الإبداعية.
القدرة على مراقبة كل التفاصيل.
تعرف على تشغيل لغة البرمجة.
تطوير التعلم بطريقة ممتعة.
قم بتكييف الطلاب في عمليات الإنتاج الحالية ، حيث تلعب الأتمتة دوراً هاماً للغاية.
على وجه التحديد في أهداف التعليم في مرحلة الطفولة المبكرة على النحو التالي:
تطوير المهارات والقدرات الهامة لمستقبلك.
حل التحديات التي أثيرت من خلال اللعبة.
تعزيز الإبداع والابتكار.
إنشاء علاقات بين الأشياء في الفضاء.
تدريجيا بناء علاقات المكانية والزمانية.
وأهداف شركة Robotics التعليمية مع الطلاب المعوقين هي:
كن تعليمًا و / أو علاجيًا.
مساعدة في الحصول على نشاط مدفوع.
كن مساعدة في تحقيق أنشطة الحياة اليومية.
المواد المستخدمة في الروبوتات التعليمية
غالبًا ما تستخدم البيئات الروبوتية التعليمية والترفيهية أجهزة تدعى واجهات التحكم ، أو المزيد من وحدات التحكم العامية ، 18 التي تتمثل مهمتها في الجمع بين كل عنصر من عناصر أنظمة التحويل والتكييف التي يحتاجها الكمبيوتر الشخصي للكمبيوتر الشخصي كعنصر تحكم أوتوماتيكي. نظام أو روبوت. يمكن تعريف واجهات التحكم على أنها لوحات I / O متعددة الوظائف (المدخلات / المخرجات) ، والتي يتم توصيلها بالكمبيوتر من خلال أحد منافذ الاتصالات نفسها وتعمل كواجهة بينه وبين المستشعرات والمحركات لنظام التحكم .
توفر الواجهات بشكل عام واحدة أو أكثر من الوظائف التالية:
مدخلات تناظرية ، والتي تحول المستويات التناظرية للجهد أو التيار إلى معلومات رقمية يمكن معالجتها بواسطة الكمبيوتر. يمكن توصيل أجهزة الاستشعار التناظرية المختلفة بهذا النوع من المدخلات ، مثل LDR (مقاومة تعتمد على الضوء).
مخرجات تناظرية ، والتي تحول المعلومات الرقمية إلى تيار تناظري أو جهد كهربائي حتى يتمكن الكمبيوتر من التحكم في أحداث “العالم الحقيقي”. وتتمثل مهمتها الرئيسية في تشغيل معدات التحكم المختلفة: الصمامات ، والمحركات ، وآليات السيروم ، وما إلى ذلك.
المدخلات والمخرجات الرقمية ، المستخدمة في التطبيقات التي لا يحتاج فيها نظام التحكم إلا إلى تمييز حالة كمية رقمية (على سبيل المثال ، مستشعر تلامس) وتحديد ما إذا كان يجب التصرف على عنصر في عملية معينة ، على سبيل المثال ، التنشيط / إبطال صمام الملف اللولبي.
يشمل العد والتوقيت بعض هذه البطاقات التي تفيد في عد الأحداث ، وقياس تردد وسعة النبضات ، وتوليد إشارات وبقول الموجات المربعة ، وللتقاط الإشارات في اللحظة الدقيقة.
تحتوي بعض واجهات التحكم الأكثر تقدمًا أيضًا على الإلكترونيات الدقيقة لتكييف وتحويل الإشارات ، باستخدام المعالجات الدقيقة والذاكرة الخاصة بها. وبالتالي ، فهي قادرة على تخزين برامج التحكم الصغيرة المرسلة من جهاز كمبيوتر يمكن تنفيذها بعد ذلك حتى إذا لم تعد مرتبطة بها.
كما يتميز بعضها بمكتبات البرمجة I / S للسماح بالاستخدام مع مختلف اللغات ذات الأغراض العامة ، بما في ذلك: LOGO و JAVA و BASIC و C. وهناك لغة برمجة أخرى شائعة الاستخدام في الروبوتات التعليمية هو Scratch ، وهو مشروع برمجيات حرة يهدف إلى تطوير بسيط التطبيقات بمثابة رابط لاكتساب أنواع أخرى من المهارات والقدرات التي يحتاجها الطلاب في تطويرهم من خلال مسارات المناهج الخاصة بهم. Scratch هي لغة برمجة مرئية تسمح بإنشاء رسوم متحركة بطريقة بسيطة ويمكن أن تكون بمثابة نقطة انطلاق لعالم البرمجة الأكثر تقدمًا.
هناك أيضا مجموعات الروبوتات التعليمية مثل Acer CloudProfessor و Neulog Sense و Panda Painter Kit من Flexbot و Next و Makeblock و LEGO WeDo و bq Zum Kit و littleBits و LEGO Mindstorms EV3 و Beebot و OzobotBit أو Aisoy1.
المواد الرئيسية تعمل وفقا لعمر المستخدمين.
اعتمادا على عمر المستخدم الذي توجه إليه الروبوتات التعليمية ، هناك أنواع مختلفة من المواد. حسب السن:
المرحلة الدراسية: في المرحلة التعليمية الروبوتية التعليمية عادة ما يتم العمل بها من خلال أدوات تصنيع الروبوت التي تحتوي على جميع الأجزاء اللازمة لتكون قادرة على تصنيعها. لديهم مكونات معيارية ومكونات إلكترونية وحركية أخرى للعدة مثل المحركات وأجهزة الاستشعار ، إلخ. تتم البرمجة من البرامج المغلقة مع الكتل. بعض العلامات التجارية الأكثر ارتباطًا في هذه المرحلة هي LEGO أو Fisher Technik أو BQ.
مرحلة الكبار: في هذه المرحلة ، تعتمد الروبوتات التعليمية على العمل من خلال النماذج الأولية مع لوحات الأجهزة المجانية (Arduino and Raspberry) والمكونات العامة الأخرى ، سواء الإلكترونية والحركة. عادة ما تكون المنتجات ليست ماركة محددة ، باستثناء لوحات الأجهزة المذكورة أعلاه مثل Arduino و Raspberry.