Zkoumání rychlosti - Python

• Osnova aktivity
  Tato zkoumání nejprve seznámí studenty s nastavením rychlosti pro jízdu a poté je požádá, aby prozkoumali, jak rychlost robota ovlivňuje jeho hybnost. Klikněte zde (Google / .docx / .pdf) pro osnovu této aktivity. Pochopení hybnosti robota bude důležitým konceptem, který bude třeba aplikovat v bowlingové hře Strike Challenge.

• Co budou studenti programovat
  Použití šablony projektu Speedbot (Drivetrain 2-motor, bez gyroskopu) umožňuje studentům změnit nastavení rychlosti Speedbota jednoduše přidánímset_drive_velocityk instrukcidrive_for. V řízené části aktivity studenti pohybují Speedbotem různými rychlostmi a na konci aktivity je studenti vyzývají, aby své dovednosti v programování rychlosti aplikovali na testy přenosu hybnosti a energie.

Zde je přehled uživatelského rozhraní VEXcode V5. Studenti se s těmito záložkami/tlačítky seznámí během aktivit v této STEM laboratoři Momentum Alley. V celé STEM laboratoři jsou také k dispozici odkazy s dalšími informacemi o těchto kartách/tlačítkách.

Pokud student používá VEXcode V5 poprvé, může si tutoriály kdykoli během tohoto zkoumání přečíst. Výukové programy se nacházejí v panelu nástrojů.

Předveďte studentům každý krok řešení problémů.

• Názvy projektů mohou mít mezery mezi slovy nebo za nimi.

  

• Můžete studenty požádat, aby k názvu projektu přidali své iniciály nebo název své skupiny. To pomůže rozlišit projekty, pokud požádáte studenty, aby je odevzdali.
• Protože se jedná o první aktivitu s programováním, kterou se vaši studenti mohou pokusit, měli byste jednotlivé kroky namodelovat a poté studenty požádat o provedení stejných akcí. Učitel by pak měl sledovat, zda studenti správně dodržují kroky.
• Ujistěte se, že studenti vybrali v nabídce Soubor možnost Otevřít příklady.
• Ujistěte se, že studenti vybrali šablonu projektu Speedbot (pohon se 2 motory, bez gyroskopu).
• Můžete studentům upozornit, že na stránce s příklady je několik možností, ze kterých si mohou vybrat. Při stavbě a používání jiných robotů budou mít možnost používat různé šablony.

• Zdůrazněte, že když poprvé otevřeli VEXcode V5, okno bylo označeno jako Projekt VEXcode. Projekt VEXcode je výchozí název projektu při prvním otevření VEXcode V5. Jakmile byl projekt přejmenován na Drive a uložen, zobrazení se aktualizovalo a zobrazovalo nový název projektu. Pomocí tohoto okna v panelu nástrojů je snadné zkontrolovat, zda studenti používají správný projekt.

• Řekněte studentům, že jsou nyní připraveni začít se svým prvním projektem. Vysvětlete studentům, že pouhým provedením několika jednoduchých kroků budou schopni vytvořit a spustit projekt, který posune Speedbota vpřed.

• Připomeňte studentům, aby si své projekty během práce ukládali. Sekce Pythonz knihovny VEX vysvětluje postupy ukládání ve VEXcode V5.

Toto je dobrý bod k zastavení a k tomu, aby si studenti individuálně nebo ve skupinách zopakovali kroky, které právě dokončili při zahájení nového projektu ve VEXcode V5. Požádejte studenty, aby se nad tím zamysleli individuálně, než se o to podělí ve své skupině nebo s celou třídou.

Všimněte si, že druhá a třetí instrukce (řádky 33 a 34 na obrázku výše) jsou stejné jako čtvrtá a pátá instrukce (řádky 35 a 36 výše), ale s jiným parametrem rychlosti. Po přidání třetí instrukce si studenti mohou zvýraznit řádky, které se mají opakovat, a zkopírovat je a vložit, aby dokončili projekt. Pak mohou změnit rychlost ve čtvrtém řádku na 75 procent. 

• Připomeňte studentům, aby odpojili USB kabel od robotického mozku. Pokud je robot během spouštění projektu připojen k počítači, může to způsobit, že bude tahat za připojovací kabel.

• Zastavte se a diskutujte
  Požádejte studenty, aby předpověděli, co si myslí, že se stane, když si tento projekt stáhneme a spustíme ho na robotu Speedbot. Řekněte studentům, aby si své předpovědi zaznamenali do technických sešitů. Pokud to čas dovolí, požádejte každou skupinu, aby se podělila o svou předpověď.

  Studenti by měli předpovědět, že se Speedbot nejprve bude pohybovat vpřed svou výchozí rychlostí (50 %), poté pomaleji (25 %) než je výchozí rychlost, a nakonec rychleji (75 %) než je výchozí rychlost.

• Předveďte první
  Předveďte spuštění projektu před třídou, než ho všichni studenti zkusí najednou. Shromážděte studenty na jednom místě a nechte dostatek prostoru pro pohyb Speedbota, pokud je umístěn na podlaze.

  Řekněte studentům, že nyní je řada na nich, aby spustili svůj projekt. Ujistěte se, že mají volnou cestu a že do sebe žádní Speedboti nenarazí.

• Chcete-li změnit příkaz drive_forzforwardnareverse, jednoduše změňte první parametr na REVERSE. Díky tomu se motory v hnacím ústrojí budou pohybovat v opačném směru.

• Počet mm lze změnit, ale v tomto příkladu je ponecháme na 150 mm, jak bylo nastaveno v předchozím kroku.

• Připomeňte studentům, aby před spuštěním projektu odpojili USB kabel od robotického mozku.

• Připomeňte studentům, aby si své projekty během práce ukládali. Knihovna VEX má sekci proPython, která vysvětluje postupy ukládání ve VEXcode V5.

V případě potřeby požádejte týmy, aby se o testovací prostor a míč podělily, ale je možné zřídit i více testovacích prostor, každý s vlastním míčem. Rozhodněte se, zda chcete zřídit testovací oblast (prostory), nebo zda chcete, aby tak učinili studenti.

• Sběr a analýza dat, dokonce i jednoduché rozpoznávání vzorů, jsou základní vědecké dovednosti. Tato aktivita dodává analýze dat strukturu tím, že zabraňuje běžným chybným krokům.

• Všimněte si, že instrukce studentům neříkají, aby měnili dojezdovou vzdálenost robota spolu se změnou rychlosti robota. Toto je záměrné uplatnění toho, co vědci zabývající se učením nazývají strategií kontroly proměnných. Naučit začínající badatele manipulovat s jednou proměnnou (tj. v tomto případě rychlostí) za účelem určení jejího vlivu na druhou proměnnou (tj. vzdálenost, kterou míč urazí po srážce), je důležité, protože to nemusí být nutně přístup, který studenti osvojí spontánně, a ne spíše přístup „hádej a ověřuj“. Typické metody typu „hádej a ověřuj“ často manipulují s více než jednou proměnnou najednou (tj. mění jak rychlost, tak vzdálenost, kterou robot urazí) a pozorují vliv soutoku na vzdálenost, kterou míč urazí po rotaci. Tato aktivita se snaží studenty od toho odvést, protože vztahy mezi proměnnými jsou pak nejednoznačné. Je to vyšší rychlost robota, větší vzdálenost, kterou robot urazí, nebo obojí, co vede míč k většímu letu? Na to nedokážeme odpovědět, když manipulujeme s oběma proměnnými současně.

• Týmy se však mohou spontánně pokusit řídit robota na různé vzdálenosti. Pokud si toho všimnete, požádejte je, aby změnili pouze vzdálenost, ale rychlost zachovali stejnou, jako byla při pokusu s původní vzdáleností 500 mm. Tímto způsobem mohou porovnat stejnou rychlost s různými ujetými vzdálenostmi, aby zjistili, zda ujetá vzdálenost robota také ovlivňuje, jak daleko míč urazí.

• Připravte si prostor pro odrážení míče různými směry na různé vzdálenosti. V případě potřeby zavírejte dveře a/nebo okna.

• Tabulku pro Zkoumání rychlosti lze uložit níže, nebo si ji studenti mohou znovu vytvořit ve svých technických sešitech.

• Rubriku pro hodnocení týmových inženýrských sešitů naleznete zde (Google / .docx / .pdf) a rubriku pro hodnocení individuálních sešitů naleznete zde (Google / .docx / .pdf). Kdykoli plánujete hodnotit práci studentů pomocí rubriky (rubrik), nezapomeňte jim rubriku sdílet ještě předtím, než začnou na projektu pracovat.

1. Pohyb míče je důkazem toho, že robot během srážky přenesl energii. Studenti mohou také jako důkaz popsat rychlost míče po nárazu nebo směr jeho pohybu.

2. Vzdálenost, kterou míč urazí, závisí na hmotnosti/váze použitého míče a rychlosti nastavené pro robota.

3. Studenti by si měli uvědomit, že vyšší rychlosti vedou k větší vzdálenosti míče než nižší rychlosti. Explicitně to spojte s hybností robota. Zdůrazněte, že hmotnost robota se nezměnila, pouze jeho rychlost, ale že obojí přispívá k hybnosti robota. Zeptejte se jich, jestli si myslí, že by míč doletěl stejně daleko, kdyby byl robot těžší. Pravděpodobně ano. Více o vlivu hmotnosti míče během srážky se dočtete v dalším čtení.

4. Studentské skupiny si mohly zvolit velmi proměnlivé rychlosti, ale celkovým cílem učení je, aby si studenti uvědomili, že vyšší rychlosti vedou k větší hybnosti, která přenáší na míč více energie během srážek.