
بروزرسانی: 10 اردیبهشت 1404
دانش آموزان کلاس بومی برای اولین بار در یک برنامه آزمایشی - ScienceDaily پلت فرم جدید را یاد می گیرند
مهندسان دانشگاه نورث وسترن اولین پلتفرم برنامه نویسی کامپیوتری را توسعه داده اند که به بچه ها امکان می دهد دستگاه های پایدار، بدون باتری و جمع آوری انرژی بسازند و برنامه نویسی کنند.
هستر می گوید: «برخی از سیستم های بازی در زمان بی کاری انرژی بیشتری نسبت به یخچال مصرف می کنند. "این دقیقاً همان چیزی است که ما می خواهیم برنامه نویسان آینده از آن اجتناب کنند."
جوزیا هستر از Northwestern، نویسنده ارشد این مطالعه، گفت: در سراسر کشور، کدنویسی در حال تبدیل شدن به بخشی استاندارد از برنامه های درسی است و دانش آموزان در حال یادگیری نحوه کدنویسی زودتر و زودتر هستند. "امید ما این است که وقتی دانش آموزان کدنویسی را یاد می گیرند، در مورد مفاهیم انرژی و پایداری نیز بیاموزند. با MakeCode بدون باتری، ما می خواهیم مربیان را قادر به آموزش نسل جدیدی از برنامه نویسانی کنیم که شیوه های محاسبات و برنامه نویسی پایدار را درک می کنند."
این ابزار جدید که MakeCode بدون باتری نام دارد، مبتنی بر مایکروسافت MakeCode است، یک پلتفرم آنلاین رایگان آموزش کدنویسی که مبتدیان را با اصول کدنویسی آشنا می کند. پلت فرم بصری برنامه نویسی را آسان می کند. کاربران به سادگی بلوک هایی از کدهای از پیش ساخته شده را کشیدن و رها می کنند تا بازی هایی مانند تتریس بسازند، دستگاه هایی را برنامه ریزی کنند که می توانند گام ها را بشمارند یا صدا تولید کنند، و برنامه هایی ایجاد کنند که حسگرها، صفحه نمایش ها، دکمه ها و موتورها را به هم متصل می کنند.
خوشبختانه، دانش آموزان کلاسی که در حال یادگیری کدنویسی دستگاه های بدون باتری هستند، نگران هیچ یک از این ها نخواهند بود. MakeCode بدون باتری تمام کارهای سنگین را برای آنها انجام می دهد، بنابراین آنها می توانند در عوض روی طراحی دستگاه ها و کاوش در منابع انرژی تمرکز کنند. دانش آموزان می توانند به جای نوشتن کدهای پیچیده برای رسیدگی به قطع های متناوب برق، بیشتر در مورد چگونگی برداشت و استفاده از انرژی فکر کنند - مفاهیم مهم برای برنامه نویسان آینده.
اگرچه ممکن است راحت به نظر برسند، اما باتری های لیتیوم یون هزینه زیادی برای محیط زیست دارند. استخراج لیتیوم نه تنها انرژی و آب بسیار زیادی دارد، لیتیوم نیز ماده ای قابل اشتعال و سمی است که می تواند در کارخانه های بازیافت آتش بگیرد. شرکت های بزرگ فناوری تخمین می زنند که تا 50 سال آینده تریلیون ها دستگاه اینترنت اشیا بیشتری را ببینیم. این باعث می شود تعداد زیادی باتری استفاده شده و در نهایت دور ریخته شود. Hester می خواهد از نیاز به این باتری ها و بنابراین تبدیل شدن به یک آتش سوزی واقعی زباله جلوگیری کند.
هستر می گوید: «برنامه نویسی این دستگاه ها به ویژه سخت است، زیرا باید نحوه محافظت ایمن، سریع و صحیح در برابر قطعی برق متناوب را در نظر بگیرید و پس از بازگشت انرژی، آن حالت را بازیابی کنید.
هستر با آگاهی از میراث بومی هاوایی خود، دستگاه های بدون باتری را با هدف پایدارتر کردن محاسبات توسعه می دهد. در پاییز 2020، هستر و همکارانش اولین Gameboy بدون باتری را معرفی کردند که انرژی را از خورشید و انرژی جنبشی خود کاربر را از فشار دادن دکمه ها برداشت می کند. سپس، در پاییز 2021، همان تیم BFree را پرده برداری کرد، یک پلتفرم کدنویسی جدید که سازندگان، علاقه مندان و برنامه نویسان مبتدی را قادر می سازد دستگاه های الکترونیکی بدون باتری خود را بسازند که با انرژی برداشت شده کار می کنند.
تحقیقات پشت پلتفرم جدید امروز (30 مارس) در نشریه منتشر شد مجموعه مقالات انجمن ماشین های محاسباتی در فناوری های تعاملی، موبایل، پوشیدنی و همه جا حاضر. این پلتفرم نیازی به سخت افزار سفارشی ندارد و به صورت آنلاین در دسترس است.
اختراع مجدد کدنویسی با "روش پایداری هاوایی"
از آنجایی که MakeCode کاملاً آنلاین است، تنها الزامات برنامه ریزی دستگاه های هوشمند پایدار، دسترسی به اینترنت و تجهیزات الکترونیکی کمتر از ۴۰ دلار است که به راحتی در AdaFruit یا سایر وب سایت های سازنده و دانش آموزی یافت می شوند. این دسترسی به طور قابل توجهی دامنه بالقوه شیوه های محاسباتی پایدار را گسترش می دهد.
اجتناب از آتش سوزی زباله دان
هستر گفت: "این به خوبی با برنامه های درسی مربوط به فرهنگی بومی هاوایی گره خورده است." "در فرهنگ من، ما دائماً می پرسیم که چگونه می توانیم کمترین تأثیر را بر محیط خود بگذاریم و در عین حال کارهای خوبی انجام دهیم. ما می خواهیم محیط را بهتر از آنچه که پیدا کرده ایم ترک کنیم و از آن مراقبت کنیم... [the land]. انگیزه شخصی من این است که راه هایی را برای اختراع مجدد یا تجسم مجدد برنامه های درسی محاسباتی که در چارچوب اخلاق بومی هاوایی و پایداری است، کشف کنم.
Hester در آن زمان گفت: «سازندگان در سراسر اینترنت می پرسند که چگونه عمر باتری دستگاه های خود را افزایش دهند. آنها سوال اشتباهی می پرسند. ما از آنها می خواهیم باتری را فراموش کنند و در عوض به راه های پایدارتر برای تولید انرژی فکر کنند.
در هاوایی، کدنویسی تا سال 2025 به بخشی از برنامه های درسی STEM دانش آموزان تبدیل می شود. با MakeCode بدون باتری، هستر و تیمش امیدوارند که دانش آموزان در مدرسه ابتدایی Pūʻōhala یاد بگیرند که چگونه دستگاه های هوشمند و پایدار را برنامه ریزی کنند و در عین حال سؤالات مهمی درباره پایداری در طول مسیر بپرسند. مسیر. در حال حاضر، مدرسه فناوری های پایدار، از جمله پرینت سه بعدی با استفاده از مواد پایدار - بدون استفاده از پلاستیک مجاز است.
کریستوفر کریمر، دکتری، افزود: «صنعت فناوری احتمالاً ظرف پنج تا 10 سال آینده دستگاه های بدون باتری را افزایش خواهد داد». نامزد در آزمایشگاه هستر. بنابراین نیاز به بهبود آموزش در زمینه برنامه نویسی بدون باتری وجود دارد.
کریمر گفت: «MakeCode بدون باتری این کار را با کمی بیشتر از یک تراشه حافظه، پنل خورشیدی یا دیگر برداشت کنندگان انرژی انجام می دهد». این مراحل برای برنامه نویس غافل است و به آنها آزادی کامل می دهد تا تا حد امکان خلاق باشند.
منبع
هستر استادیار مهندسی برق و کامپیوتر و علوم کامپیوتر در دانشکده مهندسی مک کورمیک Northwestern است. او همچنین استاد طراحی جونیور نژاد آلن کی و جانی کوردل است. کریمر اولین نویسنده مقاله است.
پروژه "MakeCode بدون باتری: برنامه نویسی دسترسی برای محاسبات متناوب" توسط بنیاد ملی علوم پشتیبانی شد.
MakeCode بدون باتری از افزونه ای استفاده می کند که به طور خودکار و نامرئی MakeCode را به نسخه ای تبدیل می کند که از برنامه نویسی دستگاه های الکترونیکی پشتیبانی می کند که انرژی را از منابع محیطی مانند ارتعاشات، حرکت، انتقال فرکانس رادیویی و خورشید جمع آوری می کند.
تا به حال، برنامه نویسی دستگاه های بدون باتری بسیار دشوار بوده است - فقط برای برنامه نویسان با تجربه عمیق و دارای تخصص تخصصی محفوظ است. مشکل اصلی این است که برداشت انرژی غیرقابل پیش بینی است، بنابراین برنامه هایی که روی دستگاه های بدون باتری اجرا می شوند ممکن است هر بار که خورشید در پشت ابر قرار می گیرد یا کاربر از له کردن دکمه ها فاصله می گیرد، با شکست مواجه می شوند.
به عنوان بخشی از یک برنامه آزمایشی که توسط بنیاد ملی علوم پشتیبانی می شود، معلمان مدرسه ابتدایی Pūʻōhala در Kāneʻohe، هاوایی، شروع به پیاده سازی MakeCode بدون باتری در برنامه های درسی STEM مبتنی بر مکان و پایداری خود کردند.
هستر این پروژه را پس از بحث و گفتگو با معلمان یک مدرسه دولتی دوزبانه (هاوایی و انگلیسی) آغاز کرد که به اکثریت دانش آموزان بومی (بومی هاوایی) خدمت می کند. اگرچه دانش آموزان در حال حاضر از MakeCode در کلاس های برنامه نویسی و STEM استفاده می کنند، به نظر می رسد مفهوم استفاده از باتری برای تامین انرژی دستگاه های حاصل با اهمیت فرهنگی پایداری در تضاد است.
کدنویسی را یاد بگیرید. اما آن را بدون باتری بسازید.
برنامه افزودنی جدید برنامه MakeCode اصلی را تغییر می دهد تا تحمل خطا را فعال کند، و تضمین می کند که وضعیت برنامه تحت منابع انرژی متناوب باقی می ماند.