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機器人使計算機科學人性化
機器人也使計算機更加實用,真實,實際和直接,從而鼓舞新的一代科學家對這個領(lǐng)域產(chǎn)生濃厚的興趣
計算機科學已經(jīng)失去了吸引力,但是機器人可起到很好的作用,即使計算機行業(yè)已經(jīng)滲透到我們生活每方面,cs作為一個研究領(lǐng)域經(jīng)常被視為與相同生活分離的,因此為了建立相關(guān)聯(lián)系,人性化機器人教育學(IPER,www.roboteducationorg)正在開發(fā)人性化機器人,軟件,課程去教授計算機軟件基礎(chǔ)課程,具有適當?shù)慕虒W理念和培訓,是計算機軟件更人性化,誰該為目前缺少興趣負責,但是計算機軟件教育長期以來“學生排斥”伴隨著可能是社會行業(yè)的慣例和不幸的好萊塢式的成見,盡管有佷多希望(如卡內(nèi)基梅隆大學和喬治亞理工學院),但總體上來說,比較少的學生參加計算機軟件課程。
再次,也許缺乏興趣,只是反映了美國的經(jīng)濟狀況,但是你看看過去20年的這些數(shù)字,至少,一些變量不能解釋成經(jīng)濟繁榮和蕭條,婦女和少數(shù)民族在計算機行業(yè)占得比例是很少的,然而,在25年前他們的人數(shù)在美國達到高峰,從1998年至2004年女性在計算機軟件行業(yè)的比例下降了百分之八十,從百分之一點五下降到百分之零點二五,根據(jù)洛杉磯加利福尼亞大學高等教育研究所(www.gseis.ucla.edu/her i/heri.html)對所有類型的學生來說,這個趨勢與CS客觀的聲譽有關(guān),正如反映在下降的招生人數(shù)上,而且根據(jù)高等教育研究所,繼最近在CS性別問題的研究,現(xiàn)在我們知道更多有關(guān)CS教育的弱點,最值得注意的是,學生的個人價值與CS教育環(huán)境不一致,例如,在實驗室里,長期孤獨的時間里,糾結(jié)細節(jié)是與學生所要找尋的是相反的,如果CS教育工作者面對這一事實和發(fā)展需要解決它的教學原則,我們希望至少在CS教育日益嚴重的危機可能得到改善,為此,我和在IPRE的同事制定和實施了一項多年的項目,這個項目創(chuàng)新的介紹CS課程和可以激勵所有學生的教材設(shè)計,課程圍繞一個小型的個人計算機,(約一本平裝書的大小)暫時命名為在佐治亞技術(shù)研究所正在開發(fā)的“陀螺”(參圖在這里)我們的愿望是每個學生將購買一個在大學書店,一個零售大約為150美元,使用他們貫穿整個CS的探索,IPRE的首創(chuàng)資金來自微軟的一百萬美元的贈款,其宣布成立是在2006年7月。
像“機器人舞蹈”項目代表了一個更自然的學習環(huán)境,注重創(chuàng)意不只是正確的。
乍一看,使用機器人可能聽起來像一個比較怪的方式來吸引那些在傳統(tǒng)上被嚇到的學生進入CS行業(yè),排除在外,或淘汰出該領(lǐng)域,人們可以想象機器人只會是問題惡化而不是幫助緩減它,而CS是根本上解決問題,在課堂上給學生分配實例問題 可以影響他們?nèi)绾慰创鼵S的實用性和相關(guān)性,例如,導師解析編譯器的例子已經(jīng)失去了在日常生活中與CS接觸的機會,專門使用小團體的例子是相當于計算機科學,計算機科學家,我們必須提供即刻贊賞和理解所有動機。
在這種情況下,機器人提供內(nèi)在動機,教師與學生探索科學與工程的背后,學生繼續(xù)的原因是(如好玩,好奇心,向家庭和朋友炫耀)同那些傳統(tǒng)上的理解是不同的,當一個學生寫一個程序產(chǎn)生輸出是“5”后來發(fā)現(xiàn)正確的輸出是“4”教師可能會嘗試激發(fā)學生在藝術(shù)和科學調(diào)試方面內(nèi)在的興趣,然而生產(chǎn)正確答案的目標只是激勵一些學生,而其他人看到的只是“請教練”,現(xiàn)在考慮一個任務,讓學生編寫一個舞蹈機器人的程序,拋開正確答案的觀念,此外,教師不必人為激勵學生,因為學生有他們自己的動機,他們啟動調(diào)試會話,渴望了解和修復程序,不是因為導師認為是錯的,但是因為機器人沒有做他們想要它做的,像“機器人舞蹈”項目代表了一個更自然的學習環(huán)境,注重的是創(chuàng)意而不只是正確。
陀螺儀的主程序在學生的電腦上運行,傳感器的信息通過無線連接傳到筆記本電腦上,繼電器控制命令返回到機器人那里,傳感器包括彩色攝像機,車輪位置和麥克風(鮑爾奇塔克,本.啊克塞爾羅德,佐治亞理工學院的丹尼爾.沃克,佐治亞特蘭大的基思.奧哈拉)
我們所說的在課堂上的個人機器人是建立在創(chuàng)意巨人的肩膀上的,包括:
卡雷爾,以ASCII字符的形式或只有幾個像素高的機器人玩具,他通過網(wǎng)格世界落呼機,
愛麗絲,呈現(xiàn)精美的字符控制(如雞,雪人,烤箱)它允許學生創(chuàng)建動畫的故事,樂高提,這些構(gòu)建自己的機器人打包作為一個套件,(樂高頭腦風暴)
我們在課堂個人機器人身上加上視覺對話,它會從包裝盒里出現(xiàn),以一個小雞蛋或一個小生物的形式在自己的車輪周圍滾動,學生寫一個簡單的控制程序或即時通訊等其他機器人,采用IMS讓他們協(xié)調(diào)機器人的行為,他們將在現(xiàn)實世界的墻壁和重立的環(huán)境下運作,與卡雷爾的蜂鳴器標簽的網(wǎng)格世界是完全不相同的,此外,被稱作Myro的軟件,可以用在真正的機器人任項目中,我們正在開發(fā)機器人的動作,反應和環(huán)境遙感,(Myro是在IronPython和#上運行,網(wǎng)絡(luò)和單聲道,開源代碼實現(xiàn)),這將有助于學生進步,從入門課程到更高級的概念(如數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和面向?qū)ο缶幊蹋┻@將能夠控制各種 各種模擬,教育和商業(yè)機器人,包MobileRobots.com 的先驅(qū),iRobot.com的倫巴,樂高機器人,它將加強學生了解軟件內(nèi)執(zhí)行意為著什么,盡管有物理世界的約束和因素,幫助帶來一種真實感的教室,這是無可替代的。
遵循哲學原理“教學的可擴展性”,IPER看起來更像簡單的工具,立即理解和使用,給學生們提供了很大的幫助,就像那些成熟的學生的教學的腳手架(pyrorobotics.org/aaai05-pyro-tutorial.pdf ). Python這個工具語言是直觀的,強大的,易于學習的(www.python.org)我們幾年來一直在探索其使用在CS教育,現(xiàn)在,我們希望發(fā)展和支持一個圖書館,超越Myro,陀螺儀,和教學法的可擴展性的硬件,軟件和課件工具的Python教學CS。
機器人是沒有克服的銀彈,目前難以吸引和保持。但他們可以組合使用,與其他思想創(chuàng)造一個更加有意義的,方便的,有趣的,智力挑戰(zhàn)的教學。我們希望他們不限成員名額的分配和可擴展性的教學框架,將有助于吸引,激勵,訓練,保持大量的學生和不同群體,我們的宗旨是為他們找到更滿意的CS,以及和完善其計算思維,創(chuàng)造力,和職業(yè)抱負的地方。2007年的春天,在布林莫爾學院和佐治亞理工學院,我們在教室里測試這些想法,然后再接下的三年里探索可能性,如果一切順利的話,也許這些個人機器人將有助于CS恢復它曾經(jīng)的吸引力。
參考文獻
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道格拉斯布蘭克(dblank@brynmawr.edu)是濱州Bryn Mawr計算機科學在布林莫爾學院的副教授, IPRE是聯(lián)合項目的佐治亞技術(shù)研究所,布林莫爾學院和微軟研究院是由塔克鮑爾奇佐治亞理工學院管理的