في هذه الوحدة، سوف يكتسب الطلاب فهمًا لما هي البيانات، وكيف تنتج أجهزة الاستشعار بيانات يمكن استخدامها لحل مشاكل العالم الحقيقي. سيعملون كمفتشين للجسور، ويستخدمون مستشعر العين الموجود على قاعدة بيانات GO Code لمسح "الجسور" للكشف عن الشقوق باستخدام البيانات من مستشعر العين. سيتعلم الطلاب كيفية تحليل البيانات لاستخلاص استنتاجات حول سلامة الجسور، وكيفية استخدام البيانات جنبًا إلى جنب مع الطريقة العلمية لوضع واختبار فرضية حول الجسور التي تحتاج إلى إصلاح على وجه الخصوص. سيقومون بالإبلاغ عن نتائجهم المستندة إلى البيانات في تقرير فحص الجسر.
ما هي البيانات؟
البيانات هي المعلومات التي يتم جمعها واستخدامها كمرجع أو تحليل. هناك العديد من أنواع البيانات المختلفة التي يتفاعل معها الطلاب يوميًا. من التحقق من توقعات الطقس لاتخاذ قرار بشأن ما سترتديه، إلى استخدام نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) للسفر، تشكل البيانات حضورًا مستمرًا. في البيئات المهنية، تشكل البيانات مصدرًا لكل شيء بدءًا من استراتيجيات الأعمال وحتى التشخيصات الطبية. في هذه الوحدة، سوف يركز الطلاب على البيانات المتعلقة بـ VEX GO.
يقوم المستشعر بإرسال بيانات حول العالم المحيط به. يمكن استخدام بيانات المستشعر لمساعدة الروبوت على اتخاذ القرارات، أو يمكن جمعها وتقديمها كدليل لدعم أو دحض ادعاء ما. في هذه الوحدة، يتعلم الطلاب كيفية جمع بيانات مستشعر العين، ثم استخدام البيانات لاختبار الادعاء المقدم لهم. في جميع أنحاء الوحدة، يقومون بتسجيل البيانات وتقديمها باستخدام أوراق جمع البيانات وعرض بياناتهم في تقارير فحص الجسور. وبحلول نهاية الوحدة، سوف يقدم المشاركون ادعاءاتهم الخاصة، ويجمعون بيانات الاستشعار لاختبار ادعائهم، ويستخدمون البيانات المجمعة كدليل لتحديد ما إذا كانت ادعائهم صحيحة. على الرغم من أن هذه الوحدة تركز على بيانات المستشعر، فإن جمع البيانات وتنظيمها وتفسيرها ثم استخدامها لدعم المطالبة هي مهارة قيمة سيستخدمها الطلاب في مختلف التخصصات الأكاديمية.
ما هو المستشعر؟
المستشعر هو جهاز يساعد الروبوت أو الجهاز على فهم العالم المحيط به. ويفعل ذلك عن طريق جمع المدخلات من بيئته، وتحويلها إلى شكل يمكن قراءته وفهمه. نحن نتفاعل مع أجهزة الاستشعار يوميا. ومن الأمثلة الشائعة على ذلك الباب الأوتوماتيكي في السوبر ماركت. يرسل مستشعر الحركة المثبت أعلى الباب إشارات ميكروويف أو موجات فوق صوتية، والتي ترتد إلى المستشعر. عندما يقترب الشخص من الباب، يتم مقاطعة الموجات، مما يؤدي إلى تغيير نمط الإشارات التي ترتد. يكتشف المستشعر هذا التغيير ويرسل إشارة كهربائية إلى آلية التحكم في الباب، مما يدفعه إلى الفتح.
لكي يتعلم الطلاب كيفية برمجة الروبوت بنجاح، يجب عليهم فهم كيفية عمل المستشعرات التي يستخدمونها، لأن بيانات المستشعر لا تكون جيدة إلا بقدر المدخلات التي يتلقاها. في مثال الباب الأوتوماتيكي لدينا، إذا اكتشف المستشعر الموجود على الباب حدوث تغيير في الموجات فوق الصوتية التي ترتد إليه بسبب هطول أمطار غزيرة، فسوف يفتح الباب حتى لو لم يكن هناك أحد يسمح له بالدخول إلى المتجر.
إن فهم كيفية عمل مستشعر الباب يسمح لك باستكشاف الأخطاء وإصلاحها. ربما إضافة مظلة أكبر على أبواب المتجر سوف يمنع تأثر المستشعر بالمطر. والشيء نفسه ينطبق على الطلاب الذين يتعلمون كيفية برمجة الروبوت. عند البرمجة، يمكن لبيانات المستشعر غير المتوقعة أن تجعل الروبوت يتصرف بطرق لا يتوقعها الطلاب، مما يؤدي في بعض الأحيان إلى اعتقادهم أن الروبوت أو المستشعر معطل. يجب على الطلاب أن يفهموا كيفية حصول المستشعرات على المعلومات والإبلاغ عنها لتجنب ذلك وللحصول على أساس يمكن الاعتماد عليه في استكشاف أخطاء مشروع الترميز وإصلاحها.
في هذه الوحدة، سوف يستخدم الطلاب جهاز استشعار العين لجمع البيانات. سيحتاج الطلاب إلى معرفة كيفية جمع مستشعر العين للبيانات من أجل استخدام البيانات بنجاح للإجابة على الأسئلة. سيسمح هذا الفهم للطلاب أيضًا ببناء وتصحيح أخطاء مشاريع أكثر تعقيدًا باستخدام مستشعر العين في المستقبل.
مستشعر العين VEX GO
كيف يعمل مستشعر العين VEX GO
لا يكتشف مستشعر العين VEX GO الألوان. بل إنه يكتشف ما إذا كان هناك كائن قريب، وإذا كان الأمر كذلك، فإنه يعرض قيمة اللون الرقمية لهذا الكائن. يعمل المستشعر عن طريق إصدار ضوء أبيض. ثم ينعكس الضوء مرة أخرى على الجسم، ويقوم مستشعر العين بقياس شدة الألوان في الضوء المنعكس. يقوم المستشعر بإجراء عملية حسابية بناءً على مستويات الكثافة تلك لتحديد قيمة اللون، والتي يتم عرضها في VEXcode GO Monitor. يمكن تفسير قيمة الصبغة باستخدام مخطط الصبغة لتحديد اللون.
ربما تكون قد استخدمت مستشعر العين في مشروع كان يتطلب من الروبوت تنفيذ سلوك يعتمد على اللون المكتشف (مثل الانعطاف إلى اليمين إذا تم اكتشاف اللون الأزرق). وللقيام بذلك، تتم مقارنة قيمة اللون التي يحددها المستشعر مع النطاقات المحددة مسبقًا للأحمر والأزرق والأخضر. إذا كانت القيمة ضمن هذا النطاق، فسيتم الإبلاغ عنها كـ "True"، وإذا لم تكن كذلك، فسيتم الإبلاغ عنها كـ "False". لا يزال المستشعر لا يكتشف اللون الأحمر أو الأزرق أو الأخضر - فهو يقارن البيانات الرقمية بنطاقات معروفة من القيم ويحول البيانات إلى ألوان لنا بشكل أساسي.
عرض بيانات المستشعر
يمكن رؤية البيانات التي تم الإبلاغ عنها بواسطة مستشعر العين في وحدة التحكم في الشاشة أثناء تشغيل المشروع. لعرض بيانات المستشعر في الشاشة، اسحب كتلة الاستشعار من صندوق الأدوات إلى أيقونة الشاشة. سيتم عرض لون العين بالدرجات كقيمة لون، والتي يمكن للطلاب مقارنتها بمخطط اللون لتحديد اللون الذي يعتقد مستشعر العين أنه يكتشفه.
لتذكيرك بكيفية مراقبة قيم المستشعر، حدد الزر كيفية المراقبة في أي وقت.
مخطط الصبغة
يصور مخطط الصبغة القيم العددية لكل لون كما وردت بواسطة مستشعر العين. تتراوح قيمة الصبغة من 0 إلى 360 درجة، بدءًا باللون الأحمر وتتحرك في ترتيب قوس قزح حول الرسم البياني الدائري. في بعض الأحيان، قد لا تتطابق قيمة الصبغة المكتشفة مع اللون الذي تراه موجودًا في البيئة. قد يكون هذا بسبب جودة الضوء المحيط الموجود حول المستشعر، ولا يعني ذلك أن المستشعر به عطل.
الإضاءة المحيطة ومستشعر العين
نظرًا لأن اللون هو ضوء منعكس، فإن الضوء المحيط (الضوء الموجود في المنطقة التي يستخدم فيها المستشعر) سيؤثر على قيمة اللون التي يبلغ عنها المستشعر. على سبيل المثال، قد يقوم شعاع VEX GO الأخضر بالإبلاغ عن الرقم "57"، والذي يقع في المنطقة "الصفراء" على مخطط الصبغة. لا يرجع هذا إلى عطل في المستشعر، بل إلى الضوء المحيط الموجود حول المستشعر. قد تختلف قيم اللون بالنسبة للطلاب المختلفين في نفس الفصل الدراسي، حتى إذا كانوا يقومون بمسح نفس الكائن باستخدام مستشعر العين. يعتمد كل هذا على كمية الضوء في المنطقة التي يتواجد فيها الطلاب. على سبيل المثال، قد يؤدي الجلوس بالقرب من النافذة أو في يوم غائم بشكل خاص إلى تغيير الطريقة التي يرسل بها المستشعر بيانات قيمة اللون.
في المختبر 1، سوف يقوم الطلاب بعرض بيانات مستشعر العين الرقمية في شاشة VEXcode GO. سيقومون بتسجيل البيانات من أقسام الجسر المختلفة التي يقومون بمسحها باستخدام مستشعر العين ومطابقة البيانات الرقمية مع مخطط الصبغة. وسوف يقومون بعد ذلك بمقارنة القيم التي أبلغ عنها المستشعر مع استخدام Eye Light وبدونه. ستكون هذه القيم مختلفة لأنه عندما يضيء المزيد من الضوء الكائن الذي يكتشفه المستشعر، ستتغير شدة الضوء المنعكس، وبالتالي تتغير قيمة اللون المبلغ عنها. سيساعد هذا في بناء فهم الطلاب لكيفية اكتشاف مستشعر العين للمعلومات.
الأسود والأبيض والرمادي
قد يلاحظ الطلاب أن قيم الصبغة المبلغ عنها للون الأسود أو الأبيض أو الرمادي (مثل الألوان الموجودة على البلاط) غير موثوقة. وذلك لأن اللون الأسود هو في الأساس غياب اللون، بينما اللون الأبيض هو في الأساس مزيج من كل الألوان. عند مقارنة هذه الفكرة بمخطط الصبغة، لن تجد خيارًا متاحًا لجميع الألوان أو صفرًا من الألوان. لذلك فإن قيمة اللون المذكورة قد لا تتوافق مع ما نتصوره عن اللون.
تنزيل وفتح مشاريع VEX GO
في بعض المختبرات، سيتم منح الطلاب مشاريع لطباعة البيانات على وحدة التحكم في الطباعة. ينبغي تنزيل هذه المشاريع قبل بدء الدرس، حتى يمكن فتحها واستخدامها عند الحاجة. يمكنك اختيار تنزيلها للطلاب، أو أن يقوم الطلاب بتنزيلها بأنفسهم. تتواجد ملفات المشاريع في قائمة المواد. لمعرفة المزيد حول كيفية تحميل المشاريع التي تم تنزيلها وفتحها، راجع مقالات مكتبة VEX الخاصة بالجهاز: