Kuris Raspberry Pi robotikos rinkinys moko koduoti?
Keletas raspberry pi robotikos rinkinių tikrai moko koduoti pagal struktūrizuotas mokymo programas, o ne tik siūlo programuojamas funkcijas. „GoPiGo3“, „XRP Platform“, „SunFounder PiCar-X“ ir „Picobricks“ išsiskiria savo edukacinėmis sistemomis, palaikančiomis perėjimą nuo blokinio-kodavimo iki „Python“.
Skirtumas tarp rinkinio, kurį galite programuoti, ir to, kuris moko programuoti, yra labai svarbus. Išanalizavus daugybę platformų ir jų tikrosios mokymosi medžiagos, dauguma rinkinių patenka į nerimą keliantį modelį: tai programuojami žaislai su plona dokumentacija, o ne mokymo priemonės. Tėvai išleidžia 150–300 USD, tikėdamiesi, kad jų vaikas išmoks koduoti, tik atras kelis scenarijų pavyzdžius ir neturės aiškaus kelio į priekį.
Kodavimo švietimo spragos supratimas
Ne visi „programuojami“ robotai moko programuoti. Šis skirtumas suvilioja daugumą pirkėjų.
Programuojamas rinkinys suteikia API arba sąsają, kur galite rašyti kodą, kad jį valdytumėte. Mokomasis rinkinys susideda iš pamokų, iššūkių ir progreso, kuris sistemingai ugdo skaičiavimo mąstymo įgūdžius. Pirmasis suteikia jums įrankius; pastarasis parodo, kaip mąstyti.
Vusterio politechnikos instituto OpenSTEM platformos tyrimai rodo, kad studentams reikia 15–25 valandų struktūrinio vadovavimo, kad jie galėtų savarankiškai kurti prasmingas robotų programas. Tačiau dauguma vartotojų robotikos rinkinių pateikia mažiau nei tris valandas mokymo turinio.
Kodavimo kalba yra mažiau svarbi nei mokymosi kelias. „Scratch“ moko loginio mąstymo per vaizdinius blokus. Python kuria teksto{2}} sintaksės įgūdžius. Arduino C++ pristato aparatūros-lygio valdymą. Kiekvienas iš jų turi vertę, bet tik tuo atveju, jei rinkinys pateikia sudėtingų iššūkių, kurie palaipsniui didina sudėtingumą. Robotas, palaikantis visas tris kalbas be struktūrinių pamokų, nei vienos iš jų veiksmingai nemoko.
Geriausi Raspberry Pi robotikos rinkiniai su visapusiškais mokomaisiais pagrindais
Trys platformos suteikia visapusišką kodavimo mokymą, o ne išsklaidytus pavyzdžius.
GoPiGo3: klasės standartas
„Dexter Industries“ sukūrė „GoPiGo3“ specialiai švietimo reikmėms, ir tai rodo. Platforma palaiko Scratch 3, Python ir Blockly, tačiau tikroji stiprybė slypi operacinėje sistemoje Raspbian for Robots, kuri sukuria visapusišką mokymosi aplinką.
Mokymo programa apima 40+ struktūrizuotą veiklą per jų internetinį portalą. Mokiniai pradeda nuo vaizdinio bloko kodavimo, kad suprastų programos eigą, tada pereina prie Python, kur aiškios pamokos parodo, kaip blokai paverčiami tekstiniu kodu. Kiekviena pamoka remiasi ankstesnėmis sąvokomis, įvedant kintamuosius, sąlyginius elementus, kilpas ir funkcijas logine seka.
Mokytojai praneša, kad studentai visą pažangą baigia per 25–35 klasės valandas. Mokymo programos dizainas atsirado dėl Dexterio darbo su daugiau nei 400 mokyklų, patobulintas naudojant tikrąjį klasės naudojimą, o ne teorinį dizainą. Kaina yra apie 250 USD už visą bazinį rinkinį.
XRP platforma: sukūrė FIRST Robotics veteranai
„SparkFun“ patirtinė robotikos platforma atsirado iš konsorciumo, įskaitant DEKA tyrimų ir Vusterio politechnikos institutą, kad būtų pašalintos robotikos švietimo spragas. Platformos centre yra Raspberry Pi Pico W, o ne visa Pi plokštė, todėl ji yra labiau susikaupusi ir mažiau slegianti pradedantiesiems.
WPI sukūrė struktūrizuotus internetinius modulius, išbandytus su šimtais studentų. Mokymo programa prasideda Blockly drag{1}}and-drop kodavimu, pereinama per Python ir baigiasi WPILib - ta pačia sistema, kurią naudoja FIRST Robotics Competition komandos. Tai sukuria tiesioginį kelią nuo pirmosios programos iki konkurencingos robotikos.
Mokymosi seka apytiksliai 30 valandų pertraukia mokinius nuo pagrindinio motorinio valdymo iki jutiklių integravimo, linijos sekimo, kliūčių vengimo ir savarankiško sprendimų priėmimo{0}}. Skirtingai nuo rinkinių, kuriuose jums kyla klausimas, „ką man daryti toliau“, kiekvienas modulis atskleidžia naujų iššūkių, dėl kurių ankstesnes koncepcijas reikia taikyti sudėtingesniais būdais.
Mokiniai gali pasiekti platformą per interneto naršyklę be programinės įrangos diegimo galvos skausmo. Rinkinys kainuoja maždaug 200 USD, su didelėmis pedagogų nuolaidomis. Atvirojo-šaltinio pobūdis reiškia, kad mokymo programa ir toliau plečiama prisidedant prie bendruomenės.
SunFounder PiCar{0}}X: Vaizdas į tekstinį tiltą
„SunFounder“ „PiCar{0}}X“ išsiskiria išskirtinai aiškiu kodavimu nuo vaizdo iki teksto{1}}pagrįsto kodavimo. Rinkinys veikia ir su „Scratch“, ir su „Python“, tačiau unikaliai parodo „Python“ kodo atitikmenį kiekvienai „Scratch“ programai realiuoju laiku-.
Šis lygiagretus vaizdas padeda mokiniams suprasti, kaip vaizdiniai blokai paverčiami teksto sintaksė, nepriverčiant staigiai pereiti. Kai mokinys tempia „judėti į priekį“ bloką, Python lange matomas car.forward(50). Šis pažinimo tiltas sumažina bauginimą, kurį daugelis besimokančių jaučia pirmą kartą susidūrę su tekstu{4}}pagrįstu kodu.
Pridedama dokumentacija apima 15 struktūrizuotų projektų, kurių kiekviename pristatomos naujos programavimo koncepcijos, remiantis ankstesnėmis pamokomis. „SunFounder“ taip pat teikia išsamias vaizdo pamokas, kuriose rodomi surinkimo ir programavimo žingsniai, kurie yra labai svarbūs besimokantiems vizualiai arba šeimoms, neturinčioms techninių žinių.
Platforma palaiko veidų aptikimą, spalvų atpažinimą ir kitas AI programas, naudodama aiškų pavyzdinį kodą, leidžiantį vidutinio lygio studentams tyrinėti kompiuterinį regėjimą, įvaldę pagrindinį judesio valdymą. Komplekto kaina yra apie 200-250 USD, priklausomai nuo konfigūracijos.
Raspberry Pi robotikos rinkiniai su stipriomis mokymo bibliotekomis
Kelios platformos teikia didelius kodavimo išteklius be oficialių mokymo programų struktūrų.
„Freenove 4WD Smart Car“ apima išsamią mokymo programą PDF, apimančią Python programavimo pagrindus naudojant pažangias koncepcijas. Nors dokumentacijos struktūra nėra formali pamoka, ji sistemingai apima kintamuosius, funkcijas, klases ir į objektus{2}}orientuotą programavimą, taikomą robotikai.
Ką „Freenove“ daro ypač gerai: rodo visą, veikiantį sudėtingos elgsenos kodą, o ne tik fragmentus. Mokiniai gali paleisti programas, kurios atlieka kliūčių vengimą arba eilutę, tada studijuoja kodą, kad suprastų įgyvendinimą. Šis „darbinio pavyzdžio“ metodas tinka savarankiškiems-besimokantiesiems, kuriems patinka savarankiškas tyrinėjimas.
Picobricks platforma naudoja visiškai kitokį požiūrį. Rinkinyje yra blok-pagrįstas IDE, specialiai sukurtas pradedantiesiems, leidžiantis mokiniams kurti programas vilkdami-ir-nustatydami, tuo pat metu rodydami atitinkamą Python kodą. Sistema apima 25 pradedančiųjų projektus, integruotus į sąsają.
Picobricks puikiai pašalina techninę sąrankos trintį. Viskas vyksta per jų pasirinktinį IDE neįdiegiant kelių programinės įrangos paketų ar nesusidorojant su bibliotekos priklausomybėmis. Šeimoms, kuriose techninis trikčių šalinimas tampa mokymosi kliūtimi, šis supaprastintas metodas daugiausia dėmesio skiria kodavimo sąvokoms, o ne konfigūravimo problemoms.
Bloku-pagrįstas sprendimas, palyginti su tekstu-pagrįstu sprendimu
Programavimo kalbos pasirinkimas turi atitikti besimokančiojo etapą, o ne roboto galimybes.
Block{0}}pagrįstos aplinkos, pvz., „Scratch“ ir „Blockly“, moko programos struktūrą be sintaksės kliūčių. Mokiniai mokosi sąlyginės logikos, ciklų, kintamųjų ir funkcijų - pagrindinių sąvokų, kurios perkeliamos į bet kurią teksto kalbą. MIT atliktas tyrimas rodo, kad vos 8 metų mokiniai gali suvokti sudėtingas programavimo koncepcijas per blokus, kurie juos sugadintų kaip tekstą.
Perėjimas prie teksto{0}}pagrįsto kodavimo turėtų įvykti, kai mokiniai gali savarankiškai kurti darbo blokų programas, sprendžiančias kelių{1}}veiksmų problemas. Paprastai tai įvyksta po 10{4}}15 valandų blokavimo. Per anksti priverstas koduoti tekstą sukelia nusivylimą; per ilgas delsimas riboja pažangą.
Python dominuoja mokomojoje robotikoje dėl rimtų priežasčių. Jo skaitoma sintaksė sumažina pažinimo apkrovą, palyginti su C++ arba Java, todėl mokiniai gali sutelkti dėmesį į problemų -sprendimą, o ne į skyrybos taisykles. Didelės Python bibliotekos reiškia, kad mokiniai gali greitai pereiti nuo pagrindinio judėjimo prie kompiuterinės vizijos, žiniatinklio API ir mašininio mokymosi nekeisdami kalbų.
Scratch išlieka vertingas net mokiniams, pasiruošusiems koduoti tekstą. Sudėtingos programos su 100+ blokais tampa nepatogios, natūraliai stumdamos mokinius link teksto, kai to reikalauja jų projektai. Šis organinis perėjimas sukuria geresnį mokymąsi nei priverstinis kalbos progresas.
Ką iš tikrųjų reiškia „moko koduoti“.
Tikras kodavimo mokymas ugdo skaičiavimo mąstymą, o ne tik sintaksės įsiminimą.
Skaičiuojantis mąstymas skirstomas į keturis pagrindinius įgūdžius: skaidymą (problemų skaidymas į mažesnes dalis), modelio atpažinimą (panašybių nustatymas), abstrakciją (nereikalingų detalių pašalinimą) ir algoritminį mąstymą (žingsnis{0}}po{1}}sprendimų kūrimas). Raspberry pi robotikos rinkinys, kuriame mokoma koduoti, sistemingai lavina šiuos įgūdžius.
Apsvarstykite kliūčių vengimą kaip pavyzdį. Prastas mokymo metodas suteikia visą kodą, kurį studentai nukopijuoja nesuprasdami. Stiprus požiūris padeda mokiniams: nustatyti problemą (aptikti kliūtis), suskaidyti ją į dalis (išmatuoti atstumą, priimti sprendimą, imtis veiksmų), atpažinti modelius (panaši kelių jutiklių logika), abstrahuoti sprendimą (funkcijos, kurios veikia bet kokiai kliūtis) ir sukurti algoritmą (konkretūs veiksmai tinkama tvarka).
Šis mokymasis reikalauja iššūkių su progresuojančiais sunkumais. Studentai turėtų susidurti su problemomis, kurios šiek tiek viršija jų dabartinius gebėjimus, dėl kurių reikia taikyti žinomas sąvokas naujais būdais. Robotikos rinkinio vaidmuo yra pateikti šiuos iššūkius logiška seka, o ne tik pasiūlyti platformą, kurioje galimi iššūkiai.
Dokumentacijos kokybė tiesiogiai veikia mokymosi efektyvumą. Aiškus paaiškinimas, ką kodas daro (ir kodėl) yra svarbesnis už kodo kiekį. Vienoje gerai-paaiškintoje 20 eilučių programoje pateikiama daugiau nei dešimt nepaaiškinamų 100 eilučių pavyzdžių.
Amžiaus ir patirties suderinimas
Skirtingi rinkiniai tinka skirtingiems besimokančiųjų etapams, nepaisant rinkodaros teiginių, kad „amžius 8–80“.
XRP platforma skirta vidurinei mokyklai (6–8 klasės) kaip miela vieta. „Blockly“ sąsaja pašalina kliūtis jaunesniems studentams, o WPILib progresas yra iššūkis aukštųjų mokyklų moksleiviams. Pradinių klasių mokiniai, jaunesni nei 10 metų, dažnai susiduria su variklio kodavimo sąvokomis ir koordinuoja geometriją, kurios reikia išplėstinėms pamokoms.
„GoPiGo3“ puikiai tinka platesniems amžiaus tarpsniams dėl didelio mokymo programos gylio. Mokytojai praneša apie sėkmingą naudojimą nuo 4 klasės iki ankstyvojo koledžo, kuris pasiektas įtraukus į mokymo programą įvairiais taškais. Jaunesni studentai gali praleisti ištisus semestrus „Scratch“ veikloje, o vidurinės mokyklos mokiniai pereina tiesiai į Python jutiklių integravimą.
Suaugę besimokantys asmenys dažnai renkasi Freenove rinkinius būtent todėl, kad praleidžia struktūrizuotą pamoką. Asmuo, turintis programavimo patirties kitomis kalbomis, nori veiksmingų pavyzdžių ir geros API dokumentacijos, o ne ranka{1}}laikytis pagrindinių sąvokų. Išsamus, bet nestruktūrizuotas mokymo stilius atitinka savarankiško-mokymosi nuostatas.
Picobricks platforma ypač tinka šeimoms, auginančioms kelis skirtingų lygių vaikus. Bendra aparatinė įranga su pradedantiesiems-patogaus bloko kodavimu reiškia, kad jaunesni broliai ir seserys gali pradėti prasmingus projektus, o vyresni pereina į Python arba Arduino, todėl investicijos į rinkinį gali padėti įvairiems mokymosi keliams.
Mokymo programos ir techninės įrangos kompromisas
Geresnė aparatinė įranga automatiškai nesukuria geresnio mokymosi.
Yahboom G1 Tank pasižymi įspūdinga aliuminio konstrukcija, galingais varikliais ir didelėmis išplėtimo galimybėmis. Tačiau ji suteikia minimalią mokymosi struktūrą, išskyrus pagrindinius API dokumentus. Mokiniai gauna sudėtingą platformą, kurioje nėra aiškios pažangos, ugdydami įgūdžius, kad galėtų ją efektyviai naudoti.
Palyginkite tai su „CamJam EduKit 3“ – nebrangiu rinkiniu su pagrindiniais komponentais, kuriuose yra išskirtinai gerai{1}}sukurti darbalapiai. Studentai, turintys „CamJam“, išmoksta daugiau praktinio programavimo, nes ribota aparatinė įranga sutelkia dėmesį į kodo logiką, o ne į aparatinės įrangos sudėtingumą.
Šis modelis kartojasi visoje rinkoje. Aukščiausios kokybės robotų rinkiniai pabrėžia mechaninę kokybę, jutiklių įvairovę ir išplėtimo galimybes, - visa tai svarbu pažangiems projektams, bet nesvarbu, jei studentai niekada neišugdo įgūdžių, reikalingų tiems projektams kurti.
Idealus pirmasis raspberry pi robotikos rinkinys teikia pirmenybę mokymosi struktūrai, o ne techninei įrangai. Įgiję pagrindinių įgūdžių, mokiniai visada gali pridėti jutiklių arba sukurti sudėtingesnius robotus. Pradedant nuo įspūdingos aparatūros, bet dėl netinkamo mokymo sukuriami brangūs lentynų papuošimai.
Dažni mokymosi spąstai
Trys problemos dažnai trukdo koduoti mokymąsi naudojant robotikos rinkinius.
Kodo pavyzdys be paaiškinimo: Mokiniai vykdo pateiktus scenarijus, kurie priverčia robotą atlikti įspūdingą elgesį, bet nieko nesužino apie kodo veikimą. Jie įsimena, kad robotas.forward(10) juda į priekį nesuprasdamas parametrų, funkcijų iškvietimų ar programos srauto. Įspūdinga demonstracinė versija užmaskuoja mokymosi nesėkmes.
Konfigūracijos pragaras: Dvidešimt minučių kova su programinės įrangos diegimu ir bibliotekos priklausomybėmis sunaikina mokymosi pagreitį. Jauni besimokantieji ypač praranda dėmesį techninių trikčių šalinimo metu. Rinkiniai, kuriems reikalinga didelė sąranka, geriau tinka šeimoms, turinčioms techninės patirties; kitiems reikia „plug{2}}and-“ aplinkos.
Dokumentacijos dykuma: Atlikę tris pavyzdines programas, mokiniai susimąsto „kas toliau? Be struktūrizuotų iššūkių atitinkamo sudėtingumo lygiu, mokymasis stringa. Studentams reikia problemų, dėl kurių jie turi sujungti ir išplėsti žinomas sąvokas, o ne tik labiau nesusijusius pavyzdžius.
Sėkmingas mokymasis reikalauja, kad mokiniai produktyviai kovotų - susidurdami su iššūkiais, kuriuos reikia apgalvoti, tačiau turinčius savo dabartinius įgūdžius. Per lengvas sukelia nuobodulį; per sunku sukelia nusivylimą. Švietimui-skirti rinkiniai užtikrina šią pažangą; programuojami,-bet-ne{6}}mokomieji rinkiniai leidžia studentams ieškoti projektų idėjų forumuose.
Atrankos darymas
Rinkitės pagal mokymosi tikslus, o ne funkcijų sąrašus.
Jei tikslas yra išmokyti programavimo pagrindų pradedantiesiems, pirmenybę teikite mokymo programos struktūrai, o ne aparatinei įrangai. „GoPiGo3“ ir „XRP Platform“ užtikrina sistemingą įgūdžių ugdymą. Robotai atrodo paprastesni nei aukščiausios kokybės alternatyvos, tačiau studentai išmoksta daug daugiau.
Šeimoms, norinčioms kartu tyrinėti robotiką be oficialios mokymo programos, SunFounder PiCar{0}}X arba Freenove rinkiniai suteikia lankstumo ir patikimų dokumentų. Tėvai, kuriems patinka mokymosi struktūra, gali veiksmingai padėti mokiniams įgyvendinti projektus.
Studentams, turintiems programavimo patirties, naudingos tinkamos platformos su gera API dokumentacija, o ne struktūrizuotos mokymo programos. „Yahboom“ bakas arba „Adeept RaspTank“ suteikia sudėtingą techninę įrangą sudėtingiems projektams įgyvendinti nemokant jau įsisavintų pagrindų.
Mokyklos ir formaliojo švietimo įstaigos turėtų pasirinkti platformas su visa mokymo programa ir klasės valdymo palaikymu. Šioje erdvėje dominuoja „GoPiGo3“, o XRP FIRST Robotics jungtis daro ją vertinga{2}}konkuruojančioms komandoms.
Tinkamas „raspberry pi“ robotikos rinkinys moko koduoti, kai suteikia struktūrą, eigą ir aiškius tolesnius veiksmus kiekviename etape - ne tik galimybę būti programuojamam.
Dažnai užduodami klausimai
Ar vaikai gali išmokti programuoti be struktūrinių pamokų?
Savarankiškas{0}}mokymasis kai kuriems mokiniams tinka, tačiau daugeliui jų reikia struktūrinio tobulėjimo. Tyrimai rodo, kad 70-80 % mokinių atsisako robotikos rinkinių neturėdami aiškių kito{5}}veiksmo nurodymų. Studentai, turintys ankstesnės programavimo patirties ar išskirtinį problemų sprendimo polėkį, gali mokytis vien iš pavyzdžių, tačiau jie yra mažuma.
Ar „Scratch“ yra per paprasta, jei tikslas yra tikras programavimas?
Scratch moko tikro skaičiavimo mąstymo, kuris tiesiogiai perkeliamas į teksto kalbas. MIT tyrimai rodo, kad studentai, kurie įvaldo Scratch sąvokas, sėkmingiau pereina prie Python, nei tie, kurie pradeda nuo teksto kodavimo. Vaizdinis formatas pašalina sintaksę kaip kliūtį kuriant loginį mąstymą. Paprastai studentai natūraliai išauga Scratch po 15–25 valandų.
Kiek laiko studentai gali rašyti originalias programas?
Pagal struktūrines mokymo programas dauguma studentų pagrindines savarankiškas programas parašo po 8-12 valandų. Norint sukurti sudėtingą savarankišką elgesį, paprastai reikia 25–35 valandų sukauptos patirties. Pažanga labai priklauso nuo amžiaus, ankstesnio loginio mąstymo ir praktikos dažnumo. Studentai, dirbantys 2-3 kartus per savaitę, mokosi greičiau nei kartą per savaitę.
Ar robotikos rinkiniai tinka mokant profesionalaus programavimo?
Robotika suteikia motyvaciją ir greitą grįžtamąjį ryšį, todėl programavimo koncepcijos tampa konkretesnės. Tačiau mokiniai ilgainiui turėtų pereiti ne tik į robotizaciją, bet ir prie bendros paskirties programavimo{1}}. Įgūdžiai visiškai perduodami, tačiau žiniatinklio kūrimui, duomenų analizei ir kitoms sritims reikalingi skirtingi projektų tipai. Žiūrėkite į robotiką kaip į patrauklų įvadą, o ne į visapusišką programavimo mokymą.
Pagrindiniai atrankos kriterijai
Pradedantiesiems 10-14 m: XRP platforma arba GoPiGo3 su struktūrizuotomis mokymo programomis
Besimokantiesiems vizualiai: SunFounder PiCar{0}}X su lygiagrečiu „Scratch“ / „Python“ ekranu
Savarankiškiems{0}}mokiniams: Freenove rinkiniai su išsamiomis pamokomis
Supaprastintai sąrankai: „Picobricks“ su integruotu bloku{0}}pagrįstu IDE
Naudojimui klasėje: GoPiGo3 su mokytojų ištekliais ir mokymo programa
Pasirinkus geriausią „raspberry pi“ robotikos rinkinį, skirtą mokyti koduoti, priklauso nuo platformos mokymo struktūros suderinimo su besimokančiojo poreikiais ir patirties lygiu.