Przesyłanie informacji

(UWAGA: ta lekcja zawiera część A i część B. Obie są ważne dla zrealizowania pełnego zakresu standardu kształcenia. Jeśli masz ograniczony czas na przeprowadzenie lekcji, przejrzyj obie części i wybierz elementy odpowiadające potrzebom uczniów).

Celem ogólnym lekcji jest porównanie wielu sposobów wysyłania wiadomości za pomocą kodów (wzorców). Model oferuje ciekawą, praktyczną okazję do przetestowania i porównania szyfrów zaprojektowanych przez uczniów. Zachęć uczniów, aby zaprojektowali i zbudowali własne szyfry i urządzenia do ich wysyłania. Podkreśl, że nie ma jednego poprawnego modelu.

• Podstawy naukowe – Przesyłanie informacji:
  • Zapoznaj się z sugerowanymi możliwościami szyfrowania w sekcji „Wymyśl”, w której uczniowie używają błysków światła i sygnałów dźwiękowych do wysyłania wiadomości za pomocą kodów na różne sposoby.
  • Obie podane metody są szyframi podstawień, gdzie każda litera staje się liczbą, której odpowiada jeden lub więcej błysków światła lub dźwięków – A=1, B=2, itd.
  • Aby testy prowadzone przez uczniów były użyteczne, potrzebne będą odpowiednie kryteria i ograniczenia. Można je ustalić w ramach części lekcji „Włącz się”.
• Przekaż podstawowe informacje – Przesyłanie informacji: Korzystając ze swoich standardowych pomocy naukowych, podziel się z uczniami odpowiednimi informacjami, obrazkami i definicjami:
  • Szyfry to serie kodów, które służą do przekazywania wiadomości za pomocą cyfr, liter, dźwięków, świateł i symboli. Na przykład w alfabecie Morse'a każdej literze odpowiadają długie lub krótkie błyski światła lub sygnały dźwiękowe.
  • Ludzie w różnych czasach i miejscach używali wielu systemów kodów do przesyłania zaszyfrowanych informacji.
  • Obecnie informacje są często przesyłane z jednego źródła do drugiego elektronicznie, za pomocą kodu binarnego, w którym cyfry 1 i 0 służą do przedstawiania tekstu, dźwięku i obrazów. Cyfry te są rozszyfrowywane przez urządzenia elektroniczne, takie jak telefony komórkowe, i zmieniane w formę, którą rozpoznajemy.
  • Kryteria to wymagania, które muszą być spełnione, aby projekt zakończył się sukcesem, takie jak łatwość użytkowania i bezpieczeństwo.
    Ograniczenia to inaczej granice, w jakich projekt musi się zmieścić, np. ograniczenia czasowe lub kosztowe.
  • Ważne słownictwo: wzorce, kod, przesyłanie informacji, kryteria, ograniczenia
• Budowanie i programowanie: Zapoznaj się z sugestiami zawartymi w Planie modułu. W ramach tej lekcji warto również:
  • Poszerzyć wiedzę uczniów, korzystając z samouczków czujników światła i kolorów, dostępnych w menu Rozpocznij w aplikacji SPIKE.
  • Przeprowadzić jedną lub więcej lekcji z modułu Nauka, aby zdobyć więcej doświadczenia w budowaniu i zapoznać się z blokami słów w aplikacji SPIKE.
  • Skorzystać z lekcji Komunikacja za pomocą światła i dźwięku, aby podsunąć inspirację i pomóc w budowaniu.
• Materiały: Wyszukaj wydrukowaną lub cyfrową wersję alfabetu Morse'a, aby pokazać go uczniom w części „Włącz się”.

CZĘŚĆ A (45 minut)

• Przedstaw głównych bohaterów historii i pierwsze zadanie: Maria, Leo, Daniel i Sofie używają specjalnego kodu, aby dzielić się pomysłami. Stwórzcie swój własny kod, aby porozumiewać się ze znajomymi!

• CHWILA NA ZASTANOWIENIE – poprowadź krótką dyskusję na temat lekcji. Jeśli chcesz, możesz skorzystać z ilustracji.

  • W jaki sposób kody służą do przesyłania informacji? (kody dźwiękowe wydawane np. przez bębny lub inne źródła; alfabet Morse'a, który wykorzystuje wzór długich i krótkich sygnałów; sygnały świetlne na lotnisku lub emitowane przez statki. Możesz pokazać uczniom przykład alfabetu Morse'a).
  • Jakie mogą być kryteria projektowania kodu? (do zakodowania informacji używa się wzorca, wiadomość jest wiernie przekazywana, system jest łatwy i szybki w użyciu)
  • A co z ograniczeniami? (odległość, materiały, bezpieczeństwo, tj. unikanie sytuacji, w której zbyt wielu uczniów porusza się jednocześnie; jeśli wysłanie wiadomości za pomocą jakiegoś kodu jest zbyt wolne, może to opóźnić dostarczenie pilnej informacji)
  • Pomóż uczniom zdefiniować kryteria i ograniczenia, do których będą się stosować: taki sam zestaw kryteriów i ograniczeń dla całej klasy z pewnością ułatwi porównywanie między grupami. Kilka różniących się zestawów będzie sprzyjać różnorodności rozwiązań.

• Rozdaj każdej grupie zestaw SPIKE^™ Essential i urządzenie.

• Kiedy uczniowie będą pracować, możesz pokazać im poniższe przykłady, aby pomóc im w programowaniu. Podkreśl, że nie ma jednego poprawnego modelu lub programu. Ta lekcja ma charakter otwartego projektu – uczniowie mogą projektować i budować dowolne modele i kody do przesyłania wiadomości.

• Poproś uczniów, aby:

  • Utworzyli i zapisali co najmniej dwa różne kody do wysyłania słów, używając liter A–E (na przykład A = odgłos wilka; B = odgłos ptaka; C = odgłos kota i tak dalej).
  • Zaczęli BUDOWAĆ i PROGRAMOWAĆ model do wysyłania zaszyfrowanych wiadomości przy użyciu różnych systemów. Pokaż, jak pomoże im to komunikować się ze znajomymi.
  • Przetestowali swoje kody w parach lub z innymi grupami, korzystając z ustalonych kryteriów i ograniczeń.

• Zachęć uczniów, żeby zastanowili się, jak można zaprogramować matrycę świetlną, aby powstał wzorzec służący do przekazywania informacji. Na przykład uczniowie mogą użyć wspólnych kryteriów i ograniczeń projektowania, a następnie przetestować poniższe pomysły:

  • Słowo DBA zapisane w formie cyfr z pikseli na matrycy świetlnej, z kodem dla wszystkich liter A–E.
  • Słowo BACA zapisane za pomocą odgłosów zwierząt, z kodem dla wszystkich liter A–E.

• W połowie pracy poproś uczniów, aby wymienili się pomysłami, tak jak to zwykle robią podczas lekcji, a następnie aby zmodyfikowali swoje modele, inspirując się sugestiami innych.

Przykładowe pomysły

• Zbierz uczniów, aby mogli wymienić się spostrzeżeniami. 

• Niech każda grupa zademonstruje na swoim modelu i wyjaśni:

  • w jaki sposób jej projekty kodu testowego wykorzystują różne wzorce do przesyłania informacji;
  • kryteria i ograniczenia zastosowane w zaprojektowanych rozwiązaniach;
  • porównanie wyników testów dla dwóch projektów kodu danej grupy;
  • czy kody grupy umożliwiły łatwą wymianę informacji i w jaki sposób.

• Zachęć do dzielenia się pomysłami i sugestiami dotyczącymi części modelu lub programowania, z którymi grupy mają problemy.

Jeśli chcesz przejść do części B – Wytłumacz, poproś uczniów, aby nie rozkładali swoich modeli lub przewidź czas na ich ponowne zbudowanie.

CZĘŚĆ B (45 minut)

• Powtórz kroki z części A — Wytłumacz, zachęcając uczniów do dzielenia się spostrzeżeniami, poddawania nowych pomysłów i by zainspirować ich do dalszej pracy nad programowaniem modelu.

• Ustal sposób, w jaki uczniowie będą pokazywać sobie nawzajem swoje modele i je oceniać. Na przykład grupy mogą się rozdzielać i tworzyć nowe grupy, albo uczniowie mogą stanąć w dwóch kołach zwróconych do siebie twarzami, a następnie, obracając się w przeciwnych kierunkach, pokazywać swoje modele kolejnym partnerom. Zbierz dane porównawcze dla każdego oglądanego modelu lub poproś uczniów, aby zanotowali takie dane, które powinny obejmować między innymi porównanie funkcji kolejnych modeli z ich własnymi modelami pod kątem spełniania głównych kryteriów, czyli szybkości, dokładności i łatwości użycia. Zachęć uczniów, aby zanotowali pomysły, które chcieliby wypróbować, i zastanowili się, który projekt najlepiej rozwiązuje problem wysyłania tajnych wiadomości do znajomych.

• Poproś uczniów, aby:

  • (15 min) Kontynuowali BUDOWANIE i PROGRAMOWANIE, wykorzystując inspiracje pozyskane od innych uczniów.
  • (10 min) Na podstawie ukończonych modeli pokazali klasie swoje projekty i ich działanie i wspólnie porównali, w jakim stopniu różne projekty ich kodów spełniają kryteria szybkości, dokładności i łatwości użycia. Zbierz głosy od uczniów na temat projekt kodu, który najlepiej rozwiązuje problem wysyłania tajnych wiadomości do znajomych.

• (5 min) Poproś uczniów, żeby podzielili się wiedzą, pomysłami lub umiejętnościami, które:

  • pomogły im ukończyć zadanie;
  • nabyli podczas projektowania i programowania swoich modeli.

• Poproś uczniów, żeby sprzątnęli zestawy i uporządkowali miejsca pracy.

• Zadawaj pytania naprowadzające, aby skłonić uczniów do myślenia i podejmowania decyzji podczas wymyślania, budowania i programowania.

Obserwacje – lista kontrolna

• Przejrzyj ponownie cele szczegółowe lekcji (sekcja Wsparcie dla nauczyciela).

• Korzystając z listy kontrolnej, odnotuj postępy uczniów:

  • Projektują co najmniej dwa różne szyfry do przesyłania informacji.
  • Określają kryteria (np. wiadomość jest dokładnie przesyłana, do zakodowania informacji używany jest wzorzec, system jest szybki i łatwy w użyciu) oraz ograniczenia (np. odległość, materiały, bezpieczeństwo) dotyczące testowania systemu i korzystania z niego.
  • Oceniają każdy z kodów i rozwiązań projektowych pod kątem szybkości, dokładności i łatwości użycia.

Samoocena

Poproś uczniów o wybranie klocka, który ich zdaniem najlepiej pokazuje, jak im poszło.

• Niebieski klocek: wydaje mi się, że potrafię stworzyć program, kierując się instrukcjami.
• Żółty klocek: potrafię stworzyć program, kierując się instrukcjami.
• Zielony klocek: potrafię stworzyć program, kierując się instrukcjami, a do tego potrafię pomóc koledze lub koleżance.

Wrażenia ze wspólnej pracy

Niech uczniowie w swoich małych grupach porozmawiają na temat tego, jak układała się ich wspólna praca.
Zachęcaj ich do używania na przykład takich wyrażeń:

• Podobało mi się, kiedy ty…
• Opowiedz coś więcej o tym, kiedy ty…

Jeśli chcesz, żeby lekcja była łatwiejsza:

• Ogranicz zadanie uczniów do zaprojektowanie wzorca kodu, który będzie umożliwiał odpowiadanie na proste pytania: jednym błyskiem na „nie” i dwoma błyskami na „tak”. Następnie ułatw im porównanie modeli, stosując pytania z odpowiedzią „tak lub nie” lub mniejszą liczbę kryteriów.

Jeśli chcesz, żeby lekcja była trudniejsza:

• Poproś uczniów, aby rozszerzyli swoje rozwiązania projektowe o dodatkowe litery alfabetu, tak aby dało się przekazywać informacje złożone z innych słów. (przykładowe kody zawierały tylko słowa składające się z liter A–E). Przygotuj ich na to, że ich system może napotkać problemy, ponieważ niektóre kody nie będą skalowalne.

• Przekaż uczniom materiały edukacyjne na temat szyfrów i kodów używanych do przekazywania informacji, w tym takich, których użyto w ważnych momentach historii (np. alfabet Morse'a, kody flagowe z czasów Wojny Secesyjnej, szyfry oparte na języku plemienia Czoktawów wykorzystane podczas I wojny światowej, czy urządzenie Enigma z czasów II wojny światowej, lub wyszukaj hasło „najlepsze szyfry w historii”). Poproś uczniów, aby zapoznali się z jedną z tych metod, a następnie zaprezentowali zdobytą wiedzę za pomocą plakatu wyjaśniającego i ilustrującego jej działanie.

Jeśli wykorzystasz to dodatkowe ćwiczenie, czas zajęć przekroczy przewidziane 45 minut.