Hintergrund
Designer, Ingenieure und Informatiker entwickeln Lösungen, die täglich Probleme lösen. In dieser Einheit zum Festzug nutzen die Schüler den technischen Entwurfsprozess, um ein authentisches Problem zu lösen. Die Schüler erkunden, wie man einen autonomen Roboter-Paradewagen entwirft, baut und programmiert, um durch ein Labyrinth zu navigieren, das die realen Hindernisse einer Paradestrecke nachahmt.
Was ist ein Festwagen?
Eine Parade ist eine große oder kleine Gruppe von Menschen, die zusammen gehen und oft Kostüme tragen, gefolgt von Blaskapellen und Festwagen. Ein Festwagen ist eine dekorierte Plattform, die entweder auf einem Fahrzeug aufgebaut ist oder hinter einem hergezogen wird. Paraden werden oft an Feiertagen oder zu Ehren einer Person abgehalten und stellen in der Regel eine Art Feier dar.
Iteration
Iteration wird als Akt oder Prozess der Wiederholung definiert. Für unsere Zwecke ist Iteration die systematische, zyklische Designschleife, in der Produkte geplant, gebaut, getestet und verbessert werden, bis sie ein technisches Problem effektiv lösen. Bei der Iteration handelt es sich um den Teil des EDP, in dem Produkte als Prototypen erstellt, getestet, verfeinert und erneut als Prototypen erstellt werden, bis sie die vom Designteam festgelegten Kriterien erfüllen. Iterieren bedeutet, Ihr Produktdesign zu verbessern.
In dieser Einheit erwecken die Schüler den ersten Entwurf ihres Wagens zum Leben und diskutieren über den Entwurf und dessen Verbesserungsmöglichkeiten. Sie nehmen Änderungen vor, testen und verfeinern erneut und wiederholen diesen Zyklus bzw. diese Iteration, bis sie mit dem Design zufrieden sind und es den Projektanforderungen entspricht.
Der technische Designprozess
Die Schüler verwenden den Engineering Design Process (EDP), um einen Festwagen zu entwerfen und zu bauen. Das EDP besteht aus einer Reihe von Schritten, die Ingenieure befolgen, um Lösungen für Probleme zu finden. Die Lösung besteht häufig darin, ein Produkt zu entwerfen, das bestimmte Kriterien erfüllt oder eine bestimmte Aufgabe erfüllt.
Die EDP lässt sich in folgende Schritte unterteilen: DEFINIEREN → LÖSUNGEN ENTWICKELN → OPTIMIEREN.
- Bei der Definition technischer Probleme geht es darum, das zu lösende Problem hinsichtlich Erfolgskriterien und Einschränkungen oder Grenzen möglichst klar zu formulieren.
- Das Entwerfen von Lösungen für technische Probleme beginnt mit der Generierung einer Reihe unterschiedlicher möglicher Lösungen und der anschließenden Bewertung potenzieller Lösungen, um zu sehen, welche die Kriterien und Einschränkungen des Problems am besten erfüllen.
- Die Optimierung der Designlösung umfasst einen Prozess, bei dem Lösungen systematisch getestet und verfeinert werden und das endgültige Design durch den Austausch weniger wichtiger Funktionen gegen wichtigere verbessert wird.
Der EDP ist zyklischer oder iterativer Natur. Es handelt sich dabei um einen Prozess der Herstellung, Prüfung, Analyse und Verfeinerung eines Produkts oder Prozesses. Basierend auf den Testergebnissen werden neue Iterationen erstellt und weiter geändert, bis das Designteam mit den Ergebnissen zufrieden ist.
In dieser Einheit verwenden die Schüler das EDP, um sich einen Roboter-Paradewagen auszudenken, zu planen und zu bauen. Nach einem ersten Aufbau testen und verbessern die Gruppen ihren Schwimmkörperentwurf, um die Entwurfskriterien und -beschränkungen zu erfüllen.
Was ist Pseudocode?
Pseudocode ist eine Kurznotation für die Codierung, die verbale und schriftliche Beschreibungen des Codes kombiniert.
Häufig können die Schüler durch Raten und Prüfen zu einer Lösung gelangen. Dies führt jedoch nicht dazu, dass sie ein konzeptionelles Verständnis der Codierungskonzepte entwickeln. Das Schreiben von Pseudocode hilft Schülern, über ein oberflächliches Verständnis der Codierung hinaus zu einem eher konzeptionellen Verständnis zu gelangen. Pseudocode erfordert, dass die Schüler konzeptionell über ihre Codierungslösung nachdenken, bevor sie mit dem Codieren beginnen. Lehrer sollten Pseudocode mit Schülern besprechen, indem sie diese fragen:
- Was möchten Sie mit Ihrem Projekt erreichen?
- Wie werden Sie die Absicht oder das Ziel des Projekts in kurze, spezifische Aussagen unterteilen?
Wenn die Schüler in diesem Beispiel aufgefordert würden, einen Pseudocode zu erstellen, der den Roboter vorwärts bewegen, eine Wand erkennen, nach rechts abbiegen und dann wieder vorwärts bewegen soll, würde dieser wie folgt aussehen:
- Fahren Sie den Roboter vorwärts, bis er 50 mm von einer Wand entfernt ist
- Stoppen Sie den Roboter
- Drehen Sie den Roboter um 90 Grad
- Stoppen Sie den Roboter
- Vortrieb 600 mm
Sobald ein Pseudocode erstellt ist, erstellen die Schüler den Code, um dem Roboter Anweisungen zu geben, wie er jeden Schritt seines Pseudocodes erfolgreich abschließen kann.
Zersetzung
Bei der Zerlegung geht es darum, ein komplexes Problem in Verhaltensweisen zu zerlegen, die besser handhabbar und leichter verständlich sind. Durch die Aufteilung des Problems in kleinere Teile kann jeder Teil detaillierter untersucht und einfacher gelöst werden. Wenn ein Schüler beispielsweise möchte, dass sich sein Roboter in einem Quadrat bewegt, muss er dies in kleinere Befehle aufteilen. Es ist wichtig, dass die Schüler den Aufschlüsselungsprozess verfeinern, da sie die Befehle möglicherweise zunächst nicht in kleinere Komponenten aufteilen:
| Bewegen Sie sich in einem quadratischen Zusammenbruch 1 | Bewegen Sie sich in einem quadratischen Zusammenbruch 2 | Bewegen Sie sich in einem quadratischen Zusammenbruch 3 |
|---|---|---|
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Sequenzierung
Sequenzierung ist die spezifische Reihenfolge, in der Verhaltensweisen in einem Algorithmus oder einem Anweisungssatz ausgeführt werden. Eine Aktion oder ein Ereignis führt zur nächsten geordneten Aktion in einer Sequenz. Die Reihenfolge ist wichtig, damit die Schüler ihre Roboter richtig codieren können.
Um einem Roboter genau und präzise mitzuteilen, wie er sich bewegen soll, sind sowohl Zerlegung als auch Sequenzierung erforderlich. Zunächst wird das Problem, beispielsweise die Navigation durch ein Labyrinth, in kleinere Schritte und Verhaltensweisen zerlegt. Sobald diese Verhaltensweisen identifiziert sind, müssen sie in die richtige Reihenfolge gebracht werden. Dies ist wichtig, da sich der Roboter nur genau so bewegt, wie es codiert ist.
Die Schüler werden ihren Festwagen so programmieren, dass er sich durch ein Paradelabyrinth bewegt. Sie müssen die Befehle in ihrem Projekt so sequenzieren, dass sich ihr Wagen in der richtigen Reihenfolge vorwärts, rückwärts, links und rechts bewegt, um durch das Paradelabyrinth zu navigieren.
Was ist VEXcode GO?
VEXcode GO ist eine Codierungsumgebung, die zur Kommunikation mit VEX GO-Robotern verwendet wird. Die Schüler verwenden die Drag & Drop-Oberfläche, um VEXcode GO-Projekte zu erstellen, die die Aktionen ihrer Roboter steuern. Der Zweck jedes Blocks kann anhand visueller Hinweise wie seinem identifiziert werden Form, Farbe und Beschriftung.
In dieser Einheit werden die folgenden VEXcode GO-Blöcke verwendet:
[Antreiben für] – bewegt den Antriebsstrang eine bestimmte Distanz entweder vorwärts oder rückwärts. Wählen Sie, in welche Richtung sich der Antriebsstrang bewegen soll, und legen Sie fest, wie weit er sich bewegen soll, indem Sie in das Oval einen Wert eingeben.
[Drehen um] – dreht den Antriebsstrang um eine bestimmte Gradzahl nach links oder rechts. Wählen Sie die Richtung, in die sich der Antriebsstrang drehen soll, und legen Sie fest, wie weit er sich bewegen soll, indem Sie die Gradzahl in das Oval eingeben.
[Warten] – Wartet eine bestimmte Zeit, bevor zum nächsten Block gewechselt wird.
[Kommentar] – ermöglicht Programmierern, Informationen zur Beschreibung ihres Projekts zu schreiben. Kommentare ändern weder das Projekt noch die umgebenden Blöcke.
[Drehen für] – dreht einen Motor in eine bestimmte Richtung über eine bestimmte Distanz von seinem aktuellen Standort aus.
- Standardmäßig warten andere Blöcke, bis der Motor seine Bewegung beendet hat. Sie können den Pfeil zum Erweitern auswählen und „nicht warten“ – dadurch werden andere Blöcke weiter ausgeführt, während sich der Motor oder die Motorgruppe bewegt.
Um mit der Verwendung von VEXcode GO in Ihrem Klassenzimmer zu beginnen, laden Sie die VEX Classroom App auf das Gerät eines Lehrers herunter. Befolgen Sie dann die Schritte im Verwendung der VEX Classroom App In diesem Artikel erfahren Sie, wie Sie GO aktualisieren Brain-Firmware, umbenennen und lokalisieren Sie GO Brains und überwachen Sie die Batterien von GO Brains in Ihrem Klassenzimmer. Für Weitere Informationen zu VEXcode GO finden Sie unter VEXcode GO-Abschnitt der VEX Robotics VEX-Bibliothek.