In dieser Einheit entwickeln die Schüler ein Verständnis dafür, was Daten sind und wie Sensoren Daten erzeugen, die zur Lösung realer Probleme verwendet werden können. Sie fungieren als Brückeninspektoren und verwenden den Augensensor auf der GO-Codebasis, um „Brücken“ zu scannen und anhand der Daten des Augensensors Risse zu erkennen. Sie lernen, Daten zu analysieren, um Rückschlüsse auf die Sicherheit von Brücken zu ziehen, und wie man Daten zusammen mit der wissenschaftlichen Methode verwendet, um eine Hypothese darüber aufzustellen und zu testen, welche Brücken insbesondere reparaturbedürftig sind. Sie werden ihre datenbasierten Ergebnisse in einem Brückeninspektionsbericht veröffentlichen.
Was sind Daten?
Daten sind Informationen, die gesammelt und zu Referenz- oder Analysezwecken verwendet werden. Studierende interagieren täglich mit vielen unterschiedlichen Datentypen. Ob beim Überprüfen des Wetterberichts, um zu entscheiden, was man anzieht, oder bei der Nutzung von GPS auf Reisen: Daten sind ständig präsent. Im professionellen Umfeld sind Daten die Grundlage für alles, von Geschäftsstrategien bis hin zu medizinischen Diagnosen. In dieser Einheit konzentrieren sich die Studierenden auf Daten im Zusammenhang mit VEX GO.
Ein Sensor meldet Daten über die ihn umgebende Welt. Sensordaten können von einem Roboter zur Entscheidungsfindung verwendet oder als Beweismittel gesammelt und vorgelegt werden, um eine Behauptung zu untermauern oder zu widerlegen. In dieser Einheit lernen die Schüler, Daten von Augensensoren zu erfassen und diese dann zu verwenden, um eine ihnen mitgeteilte Behauptung zu prüfen. In der gesamten Einheit erfassen und präsentieren sie Daten mithilfe von Datenerfassungsblättern und zeigen ihre Daten in Brückeninspektionsberichten an. Am Ende der Einheit werden sie ihre eigenen Behauptungen aufstellen, Sensordaten sammeln, um die Behauptung zu testen, und die gesammelten Daten als Beweise verwenden, um festzustellen, ob ihre Behauptung wahr ist. Obwohl sich diese Einheit auf Sensordaten konzentriert, ist das Sammeln, Organisieren und Interpretieren von Daten und deren anschließende Verwendung zur Untermauerung einer Behauptung eine wertvolle Fähigkeit, die den Studierenden in allen akademischen Disziplinen von Nutzen sein wird.
Was ist ein Sensor?
Ein Sensor ist ein Gerät, das einem Roboter oder Gerät hilft, die Welt um sich herum zu verstehen. Dies geschieht, indem es Eingaben aus seiner Umgebung sammelt und in eine Form umwandelt, die gelesen und verstanden werden kann. Wir interagieren täglich mit Sensoren. Ein gängiges Beispiel ist eine automatische Tür in einem Supermarkt. Ein über der Tür angebrachter Bewegungssensor sendet Mikrowellensignale oder Ultraschallwellen aus, die zum Sensor zurückprallen. Nähert sich eine Person der Tür, werden die Wellen unterbrochen und das Muster der zurückprallenden Signale verändert. Der Sensor erkennt diese Veränderung und sendet ein elektrisches Signal an die Steuerung der Tür, das diese zum Öffnen veranlasst.
Damit Schüler erfolgreich lernen können, wie man einen Roboter programmiert, müssen sie verstehen, wie die verwendeten Sensoren funktionieren. Denn die Daten eines Sensors sind nur so gut wie die Eingaben, die er erhält. In unserem Beispiel mit der automatischen Tür öffnet sich die Tür, wenn der Sensor an der Tür aufgrund von starkem Regen eine Veränderung der zurückgeworfenen Ultraschallwellen erkennt, auch wenn niemand da ist, um den Zutritt in den Laden zu ermöglichen.
Wenn Sie wissen, wie der Türsensor funktioniert, können Sie das Problem bei der Fehlersuche beheben. Vielleicht kann die Anbringung einer größeren Markise über den Ladentüren verhindern, dass der Sensor durch den Regen beeinträchtigt wird. Das Gleiche gilt für Schüler, die das Programmieren eines Roboters lernen. Beim Codieren können unerwartete Sensordaten dazu führen, dass sich der Roboter auf eine Art und Weise verhält, die die Schüler nicht erwarten. Dies führt manchmal dazu, dass sie denken, der Roboter oder der Sensor sei defekt. Um dies zu vermeiden und eine Grundlage für die Fehlerbehebung bei einem Codierungsprojekt zu haben, müssen die Studierenden verstehen, wie Sensoren Informationen erfassen und melden.
In dieser Einheit verwenden die Schüler den Augensensor zum Sammeln von Daten. Die Schüler müssen wissen wie der Augensensor Daten sammelt, um die Daten erfolgreich zum Beantworten von Fragen nutzen zu können. Dieses Verständnis wird es den Schülern in Zukunft auch ermöglichen, komplexere Projekte mit dem Augensensor zu erstellen und zu debuggen.
Der VEX GO Augensensor
So funktioniert der VEX GO Augensensor
Der VEX GO Eye Sensor erkennt keine Farben. Vielmehr erkennt es, ob sich ein Objekt in der Nähe befindet und zeigt in diesem Fall den digitalen Farbtonwert dieses Objekts an. Der Sensor funktioniert, indem er ein weißes Licht aussendet. Das Licht wird dann vom Objekt zurückreflektiert und der Augensensor misst die Intensität der Farben im reflektierten Licht. Der Sensor führt auf Grundlage dieser Intensitätsstufen eine Berechnung durch, um einen Farbtonwert zu ermitteln, der im VEXcode GO Monitor gemeldet wird. Der Farbtonwert kann mithilfe einer Farbtonkarte zur Bestimmung einer Farbe interpretiert werden.
Möglicherweise haben Sie den Augensensor in einem Projekt verwendet, bei dem der Roboter je nach erkannter Farbe ein bestimmtes Verhalten ausführen musste (z. B. nach rechts abbiegen, wenn Blau erkannt wurde). Dazu wird der vom Sensor ermittelte Farbtonwert mit den vorgegebenen Bereichen für Rot, Blau und Grün verglichen. Wenn der Wert innerhalb dieses Bereichs liegt, wird „True“ gemeldet, andernfalls „False“. Der Sensor erkennt immer noch nicht die Farben Rot, Blau oder Grün – er vergleicht die numerischen Daten mit bekannten Wertebereichen und „wandelt“ die Daten im Wesentlichen für uns in Farben um.
Sensordaten anzeigen
Die vom Augensensor gemeldeten Daten können während der Ausführung eines Projekts in der Monitorkonsole angezeigt werden. Um Sensordaten im Monitor anzuzeigen, ziehen Sie einen Sensorblock aus der Toolbox auf das Monitorsymbol. Der Augenfarbton in Grad wird als Farbtonwert angezeigt, den die Schüler mit der Farbtontabelle vergleichen können, um die Farbe zu bestimmen, die der Augensensor zu erkennen glaubt.
Eine Erinnerung zum Überwachen von Sensorwerten können Sie jederzeit durch Auswahl der Schaltfläche So überwachen Sie abrufen.
Die Farbtonkarte
Das Farbtondiagramm stellt die numerischen Werte für jede Farbe dar, wie sie vom Augensensor gemeldet werden. Der Farbtonwert reicht von 0 bis 360 Grad, beginnend mit Rot und sich in Regenbogenreihenfolge um das Kreisdiagramm bewegend. Manchmal stimmt der erkannte Farbtonwert möglicherweise nicht mit der Farbe überein, die Sie in der Umgebung sehen. Dies kann an der Qualität des Umgebungslichts rund um den Sensor liegen und bedeutet nicht, dass der Sensor nicht richtig funktioniert.
Umgebungslicht und Augensensor
Da es sich bei Farbe um reflektiertes Licht handelt, beeinflusst das Umgebungslicht (das Licht in der Umgebung, in der der Sensor verwendet wird) den vom Sensor gemeldeten Farbtonwert. Beispielsweise kann ein grüner VEX GO Beam die Zahl „57“ melden, die im Farbtondiagramm in den „gelben“ Bereich fällt. Dies liegt nicht an einer Fehlfunktion des Sensors, sondern am Umgebungslicht rund um den Sensor. Die Farbtonwerte können für verschiedene Schüler im selben Klassenzimmer unterschiedlich ausfallen, selbst wenn sie mit dem Augensensor dasselbe Objekt scannen. Dies hängt alles von der Lichtmenge in dem Bereich ab, in dem sich die Schüler befinden. Wenn Sie beispielsweise in der Nähe eines Fensters sitzen oder es ein besonders bewölkter Tag ist, kann sich die Art und Weise ändern, in der der Sensor Farbtonwertdaten meldet.
In Labor 1 sehen sich die Studierenden die numerischen Augensensordaten im VEXcode GO Monitor an. Sie zeichnen die Daten der verschiedenen Brückenabschnitte auf, die sie mit dem Augensensor scannen, und gleichen die numerischen Daten mit der Farbtontabelle ab. Anschließend vergleichen sie die vom Sensor gemeldeten Werte mit und ohne Verwendung von Eye Light. Diese Werte unterscheiden sich, weil sich bei stärkerer Lichteinstrahlung auf das vom Sensor erkannte Objekt die Intensität des reflektierten Lichts ändert und sich somit der gemeldete Farbtonwert ändert. Dadurch wird den Schülern klarer, wie der Augensensor Informationen erkennt.
Schwarz, Weiß und Grau
Den Schülern fällt möglicherweise auf, dass die angegebenen Farbtonwerte für Schwarz, Weiß oder Grau (wie die Farben auf der Kachel) unzuverlässig sind. Dies liegt daran, dass Schwarz im Wesentlichen die Abwesenheit von Farbe und Weiß im Wesentlichen die Kombination aller Farben ist. Wenn Sie diese Idee mit der Farbtontabelle vergleichen, gibt es keine Option für alle Farben oder Nullfarben. Daher stimmt der angegebene Farbtonwert möglicherweise nicht mit unserer Farbwahrnehmung überein.
Herunterladen und Öffnen von VEX GO-Projekten
In einigen Laboren erhalten die Studierenden Projekte zum Drucken von Daten auf der Druckkonsole. Diese Projekte sollten vor Beginn der Unterrichtsstunde heruntergeladen werden, damit sie bei Bedarf geöffnet und verwendet werden können. Sie können wählen, ob Sie sie für die Schüler herunterladen möchten oder ob die Schüler sie selbst herunterladen sollen. Die Dateien zu den Projekten finden Sie in der Materialliste. Weitere Informationen zum Laden und Öffnen heruntergeladener Projekte finden Sie in diesen gerätespezifischen Artikeln der VEX-Bibliothek: