在無結構遊戲中連線幼兒園兒童和無螢幕編碼

KIBO機器人試圖平衡幼兒巨大的學習潛力與他們喜歡的玩耍方式的實際情況。

幼兒園兒童使用積木為KIBO機器人構建程式。

阿曼達·貝克

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本文發表在《大眾科學》的前部落格網路中,反映了作者的觀點,不一定代表《大眾科學》的觀點


我這一代人,最幸運的也是在初中後期才開始學習程式設計。在 21 世紀初,大多數有計算機程式設計課程的高中都只有一門課,或者如果有充滿激情的老師願意爭取資源,可能會有兩門課。因此我知道,我會繼續對基本程式設計概念可以多早引入兒童(無論是在課堂內外)感到驚訝。今年夏天與可以構建機器人和設計影片遊戲的小學三年級學生相處了一段時間後,我努力保持有意識的開放心態。

這就是為什麼當 KinderLab Robotics 的人聯絡我,想讓我瞭解他們為 4-7 歲兒童設計的新機器人時,我決定試一試。我對其他基於編碼的玩具略有了解,去年聖誕節我為我的三歲和五歲侄女挑選了 Code-A-Piller。我和一些朋友聊了聊,安排了一些時間和一位幼兒園小朋友,並借到了一個 KIBO 套件。

當我第一次開啟盒子時,我對它外觀的樸素感到驚訝。與 Code-A-Piller 相比,甚至與普通玩具店的任何貨架相比,這個簡單、棕色的機身看起來根本不像兒童玩具。但與 KinderLab 的聯合創始人 Marina Umaschi Bers 博士的對話表明,這種外觀是故意的。Bers 博士是塔夫茨大學艾略特-皮爾遜兒童研究與人類發展系和計算機科學系的教授。她絕不是青年編碼領域的新手,她曾參與開發非常受歡迎的基於圖形的編碼語言 ScratchJr。她還出版了關於將無結構遊戲融入其他兒童領域的書籍、文章和演講。


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在地下室堡壘和後院戰場的情況下,從 KIBO 的空白開始是完全合理的。Bers 博士解釋說,顛覆物體的預期用途是這個年齡段兒童玩耍的基本要素。從簡單的外觀開始,不僅允許個性化,而且還為孩子們打開了更大的解釋空間,讓他們瞭解任何特定部件可以並且應該以多種方式使用。當這種理論轉化為實物產品時,這意味著開啟一個包含極其空白的板子的盒子。機器人的主體有用於輪子、馬達和一套可互換感測器的插槽。該設定提供了巨大的適應潛力,但這也使得入門的學習曲線有些陡峭。

在和我的侄女們玩過她們的 Code-A-Piller 之後,我知道警告不要強行使輪子轉動得比馬達預期的速度快意味著,對於目標受眾中年齡較小的孩子,監督和可能的干預是必要的。我的侄女們會靠在她們的玩具上,推它,把它撞倒,看看它背上堆著東西能走多遠。考慮到 KIBO 的複雜性和成本,我不太願意放任自流。

我招募的五歲測試者像任何幼兒園小朋友一樣開始了——把盒子裡的東西都倒出來,問每一個部件是做什麼的,然後把它放到一邊,轉而問她是否可以用提供的記號筆在機器人上畫畫。我們決定讓她在工具包的乾擦板上畫畫,同時我解釋了馬達、輪子和感測器的工作原理。與 Code-A-Piller 不同——Code-A-Piller 的身體部件帶有預定義的運動命令,只需卡入到位並建立一個越來越長的命令鏈——KIBO 配有一系列與機器人本身分離的命令塊。木製積木有簡單的移動選項(向前、向後、搖晃、旋轉等),但它們也有更復雜的選項,如“如果”、“重複”和“等待”。(注意:並非所有命令塊都包含在工具包的所有版本中)。

一個全新的機器人已準備就緒,但首先停下來畫一會。圖片來源:阿曼達·貝克

我驚訝於幼兒園小朋友能如此迅速地掌握條件命令,她很興奮能讓機器人在拍手後旋轉並播放她喊自己名字的錄音。KIBO 命令在大的、適合兒童的積木上,這些積木可以推在一起形成一個視覺鏈,並且每個積木都有一個條形碼。無需螢幕、應用程式或智慧手機。組裝積木很有趣,甚至她三歲的弟弟也能理解運動命令的含義。但很多時間都花在了從沙發下或她弟弟下面挖出小的、用魔術貼固定的定製品上。

雖然條形碼掃描器可以快速輸入長長的命令鏈(併發出令人滿意的嗶嗶聲),但掃描的物理任務很快變得令人沮喪。對於幼兒園小朋友是這樣,對於後來聽到我家有一個可程式設計機器人而被我招來的三個成年工程師也是這樣。幼兒園小朋友很難握穩機器人,於是把它遞過來說:“這可以是你的工作。我不喜歡那部分。”工程師們真的希望能夠在地面上滑動積木進行連續掃描,但始終無法使其對齊。他們最終還是拿起機器人並單獨掃描每個積木。(**注意:積木已經過重新設計,條形碼要大得多。**)

一旦程式被掃描進去,KIBO 確實有機會大放異彩。感測器可以監聽拍手聲、尋找光線並檢查與周圍物體的距離。機器人會移動、停止、唱歌、播放錄音、亮起燈光並防止自己撞到牆壁。當她龐大的命令鏈起作用時,幼兒園小朋友非常興奮,她跳著舞為機器人歡呼。她也對僅僅測試感測器本身感興趣。只需一個簡單的命令,當它感應到光線時開啟燈泡,她就檢查了她的整個客廳——指向燈、沙發下、身後——看看多少光線足夠。

作為已經有一些程式設計經驗的人,工具包的編碼元素是合理的。但孩子們和家長都希望顏色編碼或說明更明確地說明哪些東西可以(或必須)一起使用。知道“如果”迴圈需要關閉可能對大多數人來說並不直觀,而將其開啟不會產生來自機器人的清晰、可操作的錯誤訊息。顏色編碼有助於將相似的功能分組,但它不夠清晰,無法阻止幼兒園小朋友想將“3”用魔術貼貼在“如果”塊上,而不是“重複”塊上。

建立一個基於積木的程式,等待拍手,開啟一系列三個燈,重複播放兩次錄音三次,向後移動,搖晃,向右轉,旋轉,向左轉,然後向前移動。圖片來源:阿曼達·貝克

在清理方面,部件的精確性質似乎與目標受眾的清理風格不符。小心地將馬達重新裝入泡沫塑膠中這一任務落到了有耐心並能理解所涉及費用的成年人身上。雖然與單個孩子一起玩很有收穫,但費用可能會使它更適合教室而不是家庭。為我的侄女們購買 Code-A-Piller 是一筆可觀的開銷——即使作為她們兩個人之間 60 美元的共享禮物也讓我猶豫了。KIBO 套件的價格從 229 美元到 529 美元不等。我可以理解成本,因為感測器的複雜性以及適應性設計帶來的巨大擴充套件學習潛力。但這個成本會讓很多人望而卻步。就像兒童友好的積木和家長必需的電子產品護理一樣,可能存在一種不匹配,使得人們無法真正放開孩子們進行他們想要的無結構遊戲。也許目標受眾中年齡較大的孩子,或者那些習慣性地在收起樂高玩具之前清點它們的數量的孩子,可以承擔必要的護理。

總的來說,我對它的適應性以及建立史詩般的巢狀和重複條件命令鏈的機會印象深刻,我很難過地把它送回去。當我問幼兒園小朋友她最喜歡的部分時,她咯咯地笑著並戲劇性地複述了一個關於她弟弟名字的錄音定時不準,導致機器人反覆且不正確地在整個房子裡喊他名字的故事。兒童編碼領域只會不斷擴大,從功能有限的廉價即插即用選項到帶有複雜感測器和開放式編碼輸入的高價機器,一切都將發揮作用。KIBO 試圖佔據真正的編碼概念、可靠且適應性強的電子產品以及新手觀眾的困難中間地帶,這些新手觀眾的隨意探索意願既是其最大的資產,也是最難的設計挑戰。並且試圖在不涉及螢幕使用的情況下這樣做是許多父母和老師可以支援的努力。

**KinderLab Robotics 提供了一個 KIBO 21 機器人套件(499 美元)和一個積木擴充套件套件(30 美元)的副本,該副本在試用期結束後被退回。**

Amanda Baker is a science communicator and outreach advocate. She has a geoscience PhD from Cornell University and has managed open-access, academic journals as well as the outreach journal Frontiers for Young Minds. She is currently writing and editing science content for kids, from curriculum materials to magazines like Smore. She has served as a Science Olympiad national event supervisor and taught a first-year writing seminar on sustainable earth systems while at Cornell.

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