مختبر الروبوت المدرسي ودوره في العملية التعليمية

مقدمة :
يعمل المهتمون في مجال التربية والتعليم على ايجاد وتوفير أساليب واستراتيجيات تعليم جديدة ومميزة ونوعية في سبيل الإرتقاء والوصول إلى أفضل النتائج في أداء وتحصيل الطلبة وإعدادهم لأسواق العمل المحلية والعالمية ، وقد ساعدت التقنيات الحديثة وتكنولوجيا المعلومات والاتصالات، على ايجاد استراتيجيات وطرق واساليب من شأنها رفع مستوى الطلبة الاكاديمي وتحسين ادائهم الدراسي بالاضافة الىتنمية مهارات التفكير لديهم .
ومن جهةٍ أخرى ساهم التطور الكبيرفي مجال المعدّات والأجهزة التقنية إلى إعادة النظر في بعض النظريات والأساليب القديمة ، فمشكلة الحفظ والتذكّر مثلاً لم تعُد همّاً كبيراً في الكثير من المواد، واستبدلت بالتفكير وأساليبه وآليات تنميته. ومشكلة البحث والحصول على المعلومة لم تعد عائقاً، إذ تمّ توفير الكثير من الأساليب التقنية التي تساعد على الوصول إلى المعلومة بسرعة ودقة وشمولية . ويقاس على هذه الأمثلة الكثير من المواضيع التي تأثرت بالتطورات الهائلة والسريعة للتكنولوجيا ولم يعد حجم المعرفة وكميتها الامر المهم في الذكاء ولكن مقدرتنا على ايجاد واستخدام الطرق التي نتوصل فيها الى حلول للمشكلات هي ما اصبح يميز الجيل الجديد .
وتعدد التغير والتنوع ليشمل كافة عناصر العملية التعليمة ابتدءً من شكل المدرسة مروراً بالطالب والمواد الدراسية وآلية عرضها انتهاء بالمعلم الذي يعد مفتاح العملية التعليمية. و تغير نمط التعليم ليتمركز ويتمحور أكثرحول الطالب بعد أن كان المعلم هومحور العملية التعليمية، كما تعددت مصادر المعرفة بعد أن كان الكتاب المدرسي والمعلم هما المصدران الوحيدان للمعلومات والمعرفة.وتعددت وتنوعت التقنيات التي تستخدم لايصال الفكرة بعد ان كانت السبورة والطبشور والورق هي المصادر الاساسية .

الروبوتات في التعليم أو الروبوت التعليمي
المفهوم والنشأة :
الأنسالة، الانسان الآلي ، الرابوط (الروبوت ) جميعها تعني شيىء واحد وهو عبارة عن أداة ميكانيكية قادرة على القيام بفعاليات ( مهام )مبرمجة سلفاً، ويقوم الروبوت بإنجاز تلك الفعاليات إما بإيعاز وسيطرة مباشرة من الإنسان أو بإيعاز من برامج حاسوبية، والفعاليات التي تبرمج الأنسالة على أداءها عادة تكون فعاليات شاقة أو خطيرة مثل البحث عن الألغام والفضاء الخارجي وتنظيف الفضلات الناتجة في المفاعلات النووية.
تم تقديم كلمة روبوت لأول مرة في مسرحية الكاتب المسرحي التشيكي كارل كابك عام 1920 .و كان عنوان المسرحية وقتها رجال آليون عالميون . وهي تعني في اللغة التشيكية "العمل الشاق" رغم أن كارل هو أول من استعمل هذه الكلمة، لكن ليس من اخترعها، بل أخوه جوزيف الذي اشتقها ،كمساعدة منه لأخيه، من الكلمة التشيكية "Robota" والتي تعني السُخرة أو العمل الجبري . من هذا التاريخ بدأت هذه الكلمة تنتشر في الكتب و أفلام الخيال العلمي الأولى التي أعطت فكرة و تصور علمي عن هؤلاء الرجال الآليون الذين سيغزون العالم. و أعطت أفق كبير ووعود عظيمة للإنسان الأعجوبة الذي سيتدخل في أمور كثيرة و أهمها الصناعة .
وضعت الكثير من الدراسات و التوقعات عن هذا الإنسان الآلي والتي فشلت فيما بعد . و لكن بعد الكثير من وضع التصاميم الجيدة و الانتباه الجاد إلى الكثير من التفصيلات و الأمور الدقيقة ، نجح المهندسون في تقديم أنظمة آلية متنوعة للكثير من الصناعات المتوقعة في المستقبل القريب . و اليوم و بسبب التطور الهائل للحواسيب و الذكاء الإصطناعي و التقنيات و الهوس في تطوير البرامج الفضائية فنحن على حافة إنجاز كبير آخر في مجال علوم تصميم الأنسالات . إذ أن الأنسالة هو مناول قابل للبرمجة ثانيةً و يستطيع القيام بمهام عديدة و يخصص لتحريك مواد ، أجزاء ،و أدوات أو ماكينات معينة عبر حركات مختلفة البرمجة لأداء عدد من المهام.
يمكن أن نرجع جذور الروبوت الحديث ، إلى أجهزة آلية اخترعت في الماضي البعيد و أطلق عليها "الآلات ذاتية الحركة". ففي طيبة في عهد قدماء المصريين حوالي عام 1500 قبل الميلاد كان يوجد تمثال للملك ممنون يصدر أصواتاً جميلة في الصباح. و في اليونان - في القرن الرابع ق.م. - اخترع أركيتاس عالم الرياضيات ، حمامة آلية يمكنها الطيران. و في القرن الثالث قبل الميلاد ، اخترع ستيسيبيوس العديد من الأجهزة الآلية و منها آلة موسيقية تشبه الأرغن تعمل بالمياه و ساعة مائية. و لم تكن هذه أول ساعة مائية في التاريخ ، فقد عرفها القدماء المصريون ، و لكن تميزت ساعة ستيسيبيوس بأنها مزودة بجهاز يجعل مستوى المياه ثابتاً ، و هي تعمل بنفس طريقة الغرفة العائمة في كاربريتور السيارة الحديثة.
وكان هيرون الأسكندري الذي عاش حوالي 150 ميلادي مخترعاً فذاً. فقد اخترع آلات تعمل بتدفق المياه ، و بالثقل و حتى بالبخار ، و من أهم اختراعاته آلة aeolipile التي تعتبر الشكل الأول للتوربين الذي يدار بقوة البخار ، كما صمم أيضاً آلة ميكانيكية توزع المياه المقدسة ، و طائراً آليا يمكنه الطيران و الشرب و الغناء ، و مسرحاً آلياً ، و تمثال هرقل و هو يصارع التنين و الذي يمكنه تحريكه بتدفق المياه داخله. و شرح هيرون الاسكندري معظم هذه الأجهزة الآلية في كتابه automatopoietica و عبر القرون التالية ، ظهرت مخترعات رائعة في الشرق الأقصى و الأوسط ، في الصين ، و في الهند و في اليابان و في الجزيرة العربية. و في كتاب رسالة الجزاري الذي يتضمن سرداً للأجهزة الآلية التي اخترعها العرب - وصفاً لأحد هذه الأجهزة و التي أطلق عليها نافورة الطاووس التي كانت تستخدم لغسل الأيدي ، فتقدم المياه و الصابون و المنشفة آلياً.
في أوروبا في القرون الوسطى ، اهتم الفيلسوفان ألبرت فاجنوس و روجر باكون إهتماماً كبيراً بالآلات ذاتية الحركة ، بل و صنعا البعض منها. و أدى اختراع الساعة الآلية في أواخر القرن الثالث عشر ، إلى إمداد الآلات الذاتية الحركة بالقوة الميكانيكية اللازمة لها، و هكذا أمكن اختراع الساعةالتي تدق الأجراس لتعلن الوقت. في القرن الثامن عشر ، أنتج صناع اللعب عدداً كبيراً من الآلات ذاتية الحركة و التي كانت على شكل الإنسان و يمكنها الكلام و عزف الموسيقى و الكتابة و حتى لعب الشطرنج. و من أشهر المخترعين لهذه اللعب رجل فرنسي اسمه جاك دي فوكاسون الذي صمم نولا نسيجياٍ آليا (ذاتي الحركة) و في عام 1801 استخدم هذا التصميم مخترع فرنسي آخر يدعى جوزيف ماري جاكار ، لينتج نولاً للنسيج يعمل بتحكم مجموعة من البطاقات المثقبة. في القرن الثامن عشر استخدم جهازين آليين آخرين ، تطبيقاً لمبدأ التغذية الراجعة feed back التي تعتبر شرطاً أساسياً لنظم الرقابة الآلية ذاتية التغذية (أوتوماتيكية). و هذان الجهازان الآليان هما مروحة الطاحونة الهوائيةالتي تبقي الريش متجهة نحو الريح و من ثم تستمر الطاحونة الهوائية في الدوران ، أما الجهاز الثاني فكان المنظم و المتحكم الآلي للمحرك البخاري و هو الذي يجعله مستمراً في الدوران بسرعة ثابتة.
لقد كان هدف العلماء إختراع أنسالة تستطيع القيام بالأعمال التي يؤديها الإنسان البشري ، و بالتالي احلاله محل الإنسان في وظائف معينة و خاصة في مجال الصناعة. و يتكون الروبوت من نظم الكترونية و أجهزة حساسة تناظر الجهاز العصبي و أعضاء الحس للإنسان البشري. و للروبوت أيضاً عقل الكتروني هو عبارة عن حاسبة الكترونية و بتطور استخدام الشرائح الألكترونية في الحاسبة سيصبح من الممكن تجهيز الروبوت بعقل الكتروني بالغ القوة ، و من ثم برمجته ليكون قادراً على أداء العمليات المعقدة. و في الواقع أن تطور هذا العقل الألكتروني قد فاق النظم الأخرى من أجهزة الروبوت ، و أصبح ذا كفاءة عالية في التشغيل. إن التخاطب مع الروبوت أمر صعب ، و لا بد من استخدام إحدى لغات الحاسبة الإلكترونية ، يستفيد علماء الروبوت في تجاربهم من دراسة أوجه التشابه بين نظم الإتصال و التحكم في الإنسان البشري و نظيرها في الآلة. و يعرف هذا الفرع من العلم بإسم السايبرناتيكا cybernetics ، و قد اشتق هذه الكلمة لأول مرة العالم الرياضي الأمريكي نوربرت فاينر في كتاب نشر له عام 1948. فعندما يطلبُ صناعة روبوت شبيه بالإنسان العادي فإنه يمكن توظيف قواعد الالكترونيات البيولوجية biological electronics (نبضات مصدرها عضوي حيوي). و باختصار بيونيك bionics مثلا تستخدم أذرع و أيدي صناعية و لكنها حساسة و تستجيب في حركتها إلى النبضات الكهربائية الدقيقة و التي تنشأ عن عضلات الجسم البشري العادية و كذلك أيضاً الأجزاء غير المتحركة مثل العيون البلاستيكية و الشرايين الصناعية و مفاصل الورك المصنوعة من المعدن أو الخزف.
و يعكف العلماء على اختراع المزيد من الأطراف و الأجزاء الصناعية التعويضية للجسم البشري مثل ضابطة النبض التي تعمل بالنظائر المشعة و تستخدم في تقوية القلب البشري. و إذا ضعف قلب الإنسان أو كليته أمكن استبدالهما من زرع أعضاء جديدة في شخص آخر يتبرع بهما. و ربما في المستقبل القريب ، يمكن زرع قلوب صناعية كاملة لمن يحتاجها من المرضى بالقلب. و يتنبأ العلماء بأنه في نهاية القرن الواحد و العشرين سيصبح من الممكن إستبدال كافة أجزاء الجسم البشري بأخرى صناعية ، و ربما يؤدي هذا إلى وجود شخص ذي جزء آدمي و آخر آلي، مثل الرجل الألكتروبيولوجي bionic man بطل المسلسل التلفزيوني الشهير رجل الستة ملايين دولار و هو إنسان مختلط أعيد بناء جسمه من بقايا جسم رائد فضاء يحتضر بعد تحطم سفينته أثناء عودتها لكوكب الأرض ، و أمكن بإستبدال أجزاء من جسمه بأخرى صناعية أن يقوم بأعمال خارقة.
ويمكن مقارنة أجزاء و نظم الروبوت بمثيلاتها في الجسم البشري ، فالأذن و الصوت البشري تستبدلان بميكرفون يحول موجات الصوت إلى نبضات كهربائية بينما يقوم مكبر صوت آخر بالعملية العكسية. و تقوم خلية كهروضوئية أو كاميرا تلفزيونية بتحويل موجات الضوء إلى نبضات كهربائية و هي في هذا بديلة عن العين البشرية. و النبضات الكهربائية التي تصدر عن الميكروفون أو الكاميرا التلفزيونية في الروبوت ، تشبه الإشارات و النبضات التي تتدفق خلال الجهاز العصبي للإنسان ، و هي تنقل في الروبوت بواسطة أسلاك من النحاس أو الدوائر الكهربائية المطبوعة على صفيحة السليكون ، و بدلاً من الأوعية الدموية في الإنسان فإن الروبوت يحتوي على شبكة من الأنابيب تحتوي على سوائل لها قوة ضغط معينة حيث يتحرك الروبوت عن طريق الضغط الهيدورليكي لهذه السوائل.

تاريخ الروبوتات التعليمية
في عام 1983، عرض للمواطنين في الولايات المتحدة روبوتات صغيرة متحركة، عرفت بأنها روبوتات تستخدم في المنازل أوفي التعليم، حيث تضمّنت مهامها المنزلية تنفيذ عدد محدد من الأعمال المفيدة بالإضافة إلى اعتبارها أداةً مسلّية، وأما مهامها التعليمية فقد تضمّنت استخدمها بشكل رئيسي للمتطلبات المهنية والتقنية.
وقد لاقت المصانع التي أكّدت على قدرة هذه الروبوتات للتعلّم ( للبرمجة ) إلكترونياً قبولاً للمنتج أكثر من المصانع الأخرى التي صنّعت هذه الروبوتات للإستعمال الشخصي أو للمنازل، لأنّ هذه الروبوتات الشخصية غير قادرةٍ على تنفيذ عدد كبير من المهام ، بالإضافة إلى غلاء سعرها كسلعة للتسلية. لذلك بدأ مصنّعوا هذه الروبوتات البحث عن طرق أخرى لتسويق منتجهم، فاقترح مبتكرها فكرة مناسبتها في المجال التعليمي بعيداً عن مجال الإلكترونيات، وقام المصنّعون بالإتصال بالعديد من المعلمين في أنحاء الولايات المتحدة للبحث عن طرق تفيدهم في استخدام منتجاتهم في النظام التعليمي.
لم تكن هذه بالفكرة الجديدة فالسيد سيمور بابيرت من مؤسسة MIT كان قد أثبت مسبقاً أن التحكم بمادة ملموسة ثلاثية الأبعاد وأداة إلكترونية عن طريق الكمبيوتر يعزّز أنماطاً معينة من التعلّم لدى الطلاب الصغار، وبالإعتماد على هذه الفكرة بدأ الباحثون بتطوير طرق تمكّنهم من استخدام روبوتات صغيرة متحركة كأداة تعليمية في المدارس الإبتداية والثانوية، وبذلك ظهر عددُ من الأبحاث الهادفة لتطوير المناهج، ولكنّ القليل منها كان قد اكتمل وأصبح متوفراً في الحقل التعليمي.
يتمتّع صف الروبوت التعليمي بميّزات عدّة، فهي روبوتات يتراوح طولها بين 2 إلى 3 أقدام، تتحرك دون الحاجة إلى وصلها بالكمبيوتر، كما أنها تستجيب للمتغيرات المحيطة وذلك باستخدام مستشعرات متنوعة مثل مستشعرات الضوء واللمس والصوت، كما يمكن برمجتها لتتكلم، فتضاهي بذلك جوانب معينة من سلوكيات الإنسان. و تستخدم هذه المعدّات الإلكترونية ( الروبوتات ) التقنية نفسها لتعمل كحواسيب مصغّرة ( microcomputer ) في غرفة الصف، وتستطيع جميعها التواصل مع الكمبيوتر عن طريق وصلة سيريال بورد 232 ( وهي منافذ في جهاز الكمبيوتر خاصة لإرسال بيانات لغرض التواصل باستخدام لغة الكمبيوتر بيت / بايت ). يمكن برمجة بعض الروبوتات بواسطة حواسيب مصغّرة ( microcomputer ) إذ تستخدم كل واحدةٍ منها لغة برمجة مختلفة، وتعتمد سهولة البرمجة على لغة البرمجة المستخدمة، وهناك لغات برمجة مناسبة للمبرمجين المبتدئين، وعلى المبرمج أن يقوم هو بتوجيه جميع الروبوتات، إن أراد منها تنفيذ عدد أكبر من المهام.
بعد ذلك استطاعت مجموعة شركات عالمية من تصميم حقائب وبرامج كمبيوتر مخصصة لانتاج روبوتات من صنع الطلبة بحيث يستطيع الطالب تنفيذ مجموعة كبيرة من المشاريع الخاصة به وتمكن هذه الحقائب التعليمية الطلبة من مختلف الاعمار من تصميم وبرمجة روبوتات متنوعة قادرة على أداء مهام معينة وبهذه النقلة النوعية انتقل علم الروبوت إلى المدارس بشكل فعلي حيث أصبح هنالك إمكانية لتأسيس مختبرات أو معامل خاصة بتعليم الطلبة علوم الروبوت وتمكنهم من تصميم أعداد غير محددة من هذه الروبوتات وبرمجتها بالطريقة التي يرونها مناسبة .

منقول عن مقال للسيد اسماعيل ياسين مدير المركز الوطني للروبوت التعليمي - نسر - عمان الاردن