Образовательная программа «Программирование киберфизических систем» Модуль «Введение в программирование в игре “Защита пасеки”»
Данный модуль открывает знакомство учащихся с программированием в игре «Берлога: Защита пасеки» в рамках большой образовательной программы «Программирование киберфизических систем». Также этот модуль может быть проведен отдельно в рамках мероприятия (например, фестиваля или «Дня Берлоги»).
1. Аудитория, на которую рассчитан модуль
Модуль может проводиться для школьников начиная с 5 класса общеобразовательной школы. Учащиеся могут не обладать опытом программирования или приобретенными знаниями по Информатике. В рамках модуля предполагается работа с игрой на компьютере, поэтому учащимся понадобятся базовые навыки работы за компьютером – с графическим интерфейсом с мышкой и т.д.
2. Программа модуля
Программа модуля представлена в следующей таблице:
| № | Тема занятия | Кол-во часов | Образовательный результат |
|---|---|---|---|
| 1 | «Защита пасеки»: игра, которая учит | 1 | Знакомство с образовательной игрой «Берлога: Защита пасеки»: сюжетом игры, основными элементами и механиками игры, интерфейсом возможностями игрока. Цель и тактическая составляющая игры «Берлога: Защита пасеки». |
| 2 | Тактик и программист в игре | 2 | Различение деятельности управления и программирования на примере игры. Опыт тактического управления в игре. Выделение потребности в программировании для ситуации в игре. Понятие автоматизации в управлении на примере игры. Основы алгоритма управления дронами в игре. |
| 3 | Программирование дронов в игре | 1 | Знакомство с интерфейсом программирования в игре. Разработка и применение программы автономной работы дрона в игре. |
3. Сценарий занятия по теме «Тактик и программист в игре»
Занятие рассматривает игру «Защита пасеки» в качестве виртуальной среды, воссоздающей ситуацию управления – игроку необходимо управлять дронами для решения практической задачи. По отношению к этой ситуации управления выделяются разные позиции и способы работы, которые учащиеся проживают в мышлении, коммуникации и действии. Педагог сопровождает работу учащихся и помогаем им обнаружить новые для себя различения и способы работы.
3.1 Содержание занятия
С точки зрения предметных результатов занятия, учащиеся познакомятся с деятельностью управления с использованием программ на примере игры «Защита пасеки».
Деятельность в игре может быть рассмотрена из двух позиций:
Тактик реализует деятельность управления – добивается поставленной цели имеющимися средствами, работает над более эффективной работой системы (дроны в игре).
Программист реализует деятельность программирования в двух залогах – как инженер-исследователь, который восстанавливает принципы работы технической системы, и как инженер-разработчик, который модифицирует техническую систему согласно техническому заданию от управленца.
Через сравнение из этих двух позиций можно следующим образом зафиксировать отношения между тремя позициями по отношению к разработке и использованию систем управления (киберфизических систем):
Эту схему можно рассмотреть на примере игры «Защита пасеки»:
• каждый уровень и волна в игре предполагают ситуацию управления, заданную целю и начальные условия;
• игрок управляет процессом работы дронов на игровом поле: дроны в значительной степени автономны, но можно повлиять на их стартовое положение и применение спец. способностей;
• игроку помогает цифровая система управления – программы дронов, которые можно усовершенствовать;
• в первой части модуля (на данном занятии) программист будет в позиции исследователя, восстанавливая общие принципы программного управления в игре;
• во второй части модуля (на следующем занятии) программист в позиции инженера будет усовершенствовать программы.
В рамках модуля учащиеся сопоставят ручное управление и автономное управления дронами, тем самым познакомятся с понятием автономности, автономного управления – принципа организации систем, при котором система способна функционировать самостоятельно с минимальным участием человека.
С точки зрения метапредметных результатов, учащиеся освоят способ содержательной коммуникации – представление версий и отношение к другим версиям учащихся. Это станет возможно благодаря введению общего планшета – пространства для визуализации общей мыслительной работы и обсуждения содержания.
3.2. Формат проведения занятия
Занятие проводится в командах по 2 человека. Каждая команда определяет, кто займет позицию тактика-управленца, а кто – программиста.
Учащимся предстоит работать попеременно в трех режимах:
- работа за компьютером в игре «Защита пасеки»;
- внутреннее обсуждение, фиксация результатов на бумаге в виде выводов и схем;
- общее обсуждение – высказывание версий, работа с пониманием версий других команд, фиксация результатов обсуждения.
Это означает, что педагогу придется контролировать режим использования компьютера, в т.ч. переход от игры к обсуждению смыслов.
Педагог ведет занятие, не в трансляционной, а в задачной логике: для учащихся формулируется задача (или две задачи одновременно – по одной для каждой из позиций), которую они решают самостоятельно. Это предполагается удержания разного темпа движения команд в решении задачи. Педагог может сопровождать процесс решения, по отдельности помогая учащимся выдвинуть версию действия и реализовать его, но не подменяя при этом ход решения учащегося собственным. Наличие различных версий команд создает ситуацию здоровой конкуренции и разнообразие гипотез, которые могут продемонстрировать различия в понимании ситуации учащимися. Решения задачи выносятся на общее обсуждение, педагог помогает фиксировать важные моменты обсуждения на общей доске. При обсуждении версий рекомендуется начинать с самых слабых версий и последовательно переходить к более сильным и развернутым.
Игра «Защита пасеки» имеет встроенные инструменты постановки практических задач игрокам и решения этих задач, в т.ч. с использованием программирования. Педагог может помогать учащимся разобраться со сложными моментами в интерфейсе. На следующем занятии учащимся также будет необходимо программировать с помощью языка расширенных иерархических машин состояний, который требует понимания самого синтаксиса языка графических знаков, так и прагматики его использования при решения задачи.
3.3. Ключевые задачи, решаемые в рамках занятия
Педагог предлагает учащимся следующую последовательность задач:
Задача 1-а (тактику): Пройдите обучающий уровень игры, используя только дроны типа «Степлер». Сформулируйте:
1) в чем сильные и слабые стороны этого дрона;
2) какие ваши действия (тактика) хотелось бы оптимизировать за счет автоматизации дронов.
Задача 1-б (программисту): Проанализируйте работу дронов, которым управляет тактик. Сформулируйте логику его работы, попробуйте изобразить ее на схеме.
По итогам первой части занятия, когда большая часть учащихся пройдет обучающий уровень, педагог переходит к обсуждению предложенных версий от команд, фиксируя интересные варианты на доске. При выступлении программистов команды могут выражать отношения, опровергать гипотезы и дополнять их.
Задача 2 (командам): Выберите из предложенных вариантов улучшения работы дрона тот, который не будет противоречить логике работы дрона и вы попробуете запрограммировать.
Решение этой задачи будет на следующем занятии.
3.4 Вопросы на рефлексию
В рамках итоговой рефлексии педагог может задать следующие вопросы:
- Чем отличаются позиции тактика и программиста в игре? С чем они работают? Какие инструменты используют?
- Чем вы управляли в игре? Каковы были цели и условия управления?
- Чем отличается непосредственное управление дроном от автономного? Какие примеры автономного управления в реальности вы можете привести?
- С какими трудностями вы столкнулись при прохождении игры? При восстановлении логики работы программы?