Этой весной в субботу машины размером с игрушку бродили по классной комнате инновационного центра Roxbury. Однако никто не следил за ними с пультом дистанционного управления. Вместо этого каждая машина использовала код для автономного реагирования на препятствия — код, написанный классной комнатой, полной учеников средней школы.
Эндрю Фишберг, сотрудник группы по расширенным возможностям и системам в лаборатории Линкольна, видел, как студенты взаимодействуют с быстрым автономным роботом-конкурентом, управляемым в сложных условиях (RACECAR), во время семинара в Летнем институте Beaver Works (BWSI). Тем не менее, BWSI нацелен на старшеклассников, которые уже преуспели в науке, технологиях, инженерном деле и математике, и Фишберг беспокоился о том, что программа дойдет до учеников слишком поздно, чтобы оказать максимальное влияние. «Учиться программированию становится все труднее, чем позже вы попадаете к ученикам», — говорит он. «Я думаю, что будущее этих вещей в среднем школьном возрасте».
Итак, с помощью нескольких волонтеров, включая Эйассу Шимелиса из группы технологий передовых концепций и нескольких волонтеров средней школы — почти всех из которых по совпадению назвали Даном — и сети Тимоти Смита, Фишберг разработал четырехнедельную программу для ознакомления со средним образованием. Школьники к программированию, программируя гоночные автомобили.
Сеть Тимоти Смита названа в честь богатого торговца, который провел большую часть своей жизни в Роксбери, штат Массачусетс, и после своей смерти в 1918 году завещал свое имение, чтобы улучшить благосостояние жителей Роксбери. С 1996 года это доверие использовалось, чтобы донести до жителей преимущества компьютерных технологий через десятки государственных технологических центров и образовательных программ. Сотрудничество между сетью Тимоти Смита и Лабораторией Линкольна могло бы помочь программе RACECAR охватить средних школьников, у которых иначе не было бы возможности научиться кодировать. «Наш девиз — инклюзивность», — говорит Халид Мустафа, директор по ИТ сети Тимоти Смита. «Слишком часто у нас есть все эти правила, которые отфильтровывают людей. Как мы приглашаем людей?»
Обе группы хотели подчеркнуть доступность. Хотя кодирование становится фундаментальной частью современного образования, школы в сообществах с ограниченными бюджетами на образование значительно реже предлагают занятия по информатике. Проведение семинара в инновационном центре Roxbury, а не в Beaver Works Centre в Кембридже, сделало его более доступным для студентов с низким уровнем дохода и цветных студентов.
Семинар растянулся на четыре часа каждую субботу на месяц. Каждый раз присутствовало от одного до двух десятков студентов. Первые три семинара были посвящены основам кодирования, таким как логические данные (данные, которые имеют одно из двух возможных значений, часто истинное или ложное) и различие между «или» и «исключительным или» («исключительным или» верно, если только один значение истинно, тогда как «или» истинно, если хотя бы одно значение истинно).
«Мы не хотим никого блокировать, потому что раньше у них не было возможности программировать, поэтому нам пришлось начинать с нуля», — объясняет Фишберг. Он будет учить принципам и демонстрировать код на экране в передней части классной комнаты, а затем попросить учеников совместно сформулировать ответы. Чаще всего созданный студентами код не будет работать так, как он того хотел. В этот момент Фишберг проводил студентов по коду, объясняя логику, с которой компьютеры подходят к проблемам, и позволяя студентам самим находить ошибки. Обычно код выдает числа, как и ожидалось, в течение нескольких минут.
В четвертую субботу Фишберг вывел гоночные машины. Чуть больше, чем телефонная книга, автомобили имеют колеса и корпус готового автомобиля с дистанционным управлением, на котором смонтирован кусок картона с вращающимся лидаром, небольшой процессор и аккумулятор. Автомобили стоят около $ 500 каждый, и их дебютировали на этом мероприятии RACECAR для средней школы в качестве экономически эффективной альтернативы гоночным автомобилям, используемым в BWSI. Волнение от волонтеров, студентов и наблюдателей было ощутимым. «В основном все, что они изучали … превращается в логику управления автомобилем», — сказал Фишберг. «Это приложение действительно способствует достижению целей обучения».
Гоночные машины «видят», используя лидар — лидарная система каждого автомобиля излучает импульс лазерного света и измеряет, сколько времени требуется, чтобы прийти в норму. Направляя лазерные лучи в 720 направлениях вокруг автомобиля, система лидаров может отображать расстояние между ним и ближайшими препятствиями. Студенты начали с калибровки своих гоночных автомобилей, выяснили, в каком направлении отмечены нулевые градусы при измерениях лидара, обведя машину кусками картона и выяснив изменения в показаниях лидара. Они также откалибровали машину так, чтобы она ехала прямо вперед, когда это будет предложено, а затем перешли к более сложным задачам кодирования, таким как остановка машины при обнаружении препятствия. Студенты были в восторге от их успехов и предложили проекты для сложных полос препятствий, на которых машины могли ориентироваться.
И Фишберг, и Мустафа надеются сделать семинар этого года первым из многих. Кодирование становится жизненно важным навыком, и знакомство с ним учащихся в молодом возрасте открывает двери в их образовании — например, в BWSI, которое предназначено для старшеклассников, которые хорошо работают в областях STEM. «Мы стремимся расширяться», — говорит Мустафа. «Наша цель — действительно установить этот [класс] в качестве модели».
Мустафа считал, что самой важной частью семинара и сотрудничества между сетью Тимоти Смита и Лабораторией Линкольна было то, как он объединял людей, которые иначе не смогли бы поделиться своими навыками. «Как мы даем друг другу доступ друг к другу?» Мустафа спрашивает. «Это действительно ключ».