Designer, Ingenieure und Informatiker schaffen Lösungen, die jeden Tag Probleme lösen. In dieser Parade Float-Einheit nutzen die Studierenden den Engineering Design Process, um ein authentisches Problem zu lösen. Die Schüler erforschen, wie sie einen autonomen Roboter-Paradewagen entwerfen, bauen und programmieren können, um durch ein Labyrinth zu navigieren, das die realen Hindernisse einer Paraderoute nachahmt.
Was ist ein Paradewagen?
Eine Parade ist eine große oder kleine Gruppe von Menschen, die gemeinsam gehen und oft in Kostümen gekleidet sind, gefolgt von Blaskapellen und Festwagen. Ein Paradewagen ist eine dekorierte Plattform, die entweder auf einem Fahrzeug aufgebaut oder hinter einem Fahrzeug gezogen wird. Paraden finden oft an Feiertagen oder zu Ehren einer Person statt und sind in der Regel eine Art Feier.
Wiederholung
Iteration ist 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. Iteration ist der Teil der EDV, in dem Produkte prototypisiert, getestet, verfeinert und erneut prototypisiert werden, bis sie die vom Designteam festgelegten Kriterien erfüllen. Durch Iteration verbessern Sie Ihr Produktdesign.
In dieser Einheit erwecken die Schüler das erste Design ihres Schwimmkörpers zum Leben und diskutieren über das Design und Möglichkeiten zur Verbesserung. Sie nehmen Änderungen vor, testen und verfeinern erneut und wiederholen diesen Zyklus oder iterieren, bis sie mit dem Design zufrieden sind und es den Projektanforderungen entspricht.
Der technische Designprozess
Die Studierenden nutzen den Engineering Design Process (EDP), um einen Paradewagen zu entwerfen und zu bauen. Die EDV 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 EDV lässt sich in folgende Schritte gliedern: DEFINIEREN → LÖSUNGEN ENTWICKELN → OPTIMIEREN.
- Bei der Definition technischer Probleme geht es darum, das zu lösende Problem im Hinblick auf Erfolgskriterien und Einschränkungen bzw. Grenzen möglichst klar anzugeben.
- Das Entwerfen von Lösungen für technische Probleme beginnt mit der Generierung einer Reihe verschiedener möglicher Lösungen und der anschließenden Bewertung potenzieller Lösungen, um festzustellen, 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 verbessert wird, indem weniger wichtige Merkmale durch wichtigere ersetzt werden.
Der EDP ist zyklischer oder . Dabei handelt es sich um einen Prozess der Herstellung, Prüfung, Analyse und Verfeinerung eines Produkts oder Prozesses. Basierend auf den Testergebnissen werden neue Iterationen erstellt und weiter modifiziert, bis das Designteam mit den Ergebnissen zufrieden ist.
In dieser Einheit verwenden die Schüler die EDV, um sich einen Roboter-Paradewagen auszudenken, ihn zu planen und zu bauen. Nach einem ersten Bau testen und verbessern die Gruppen ihr Float-Design, um Designkriterien und -beschränkungen zu erfüllen.
Was ist Pseudocode?
Pseudocode ist eine Kurzschreibweise für die Codierung, die verbale und schriftliche Beschreibungen von Code kombiniert.
Oftmals können Studierende den Weg zur Lösung „erraten und überprüfen“. Dies führt jedoch nicht dazu, dass sie ein konzeptionelles Verständnis der Codierungskonzepte entwickeln. Das Schreiben von Pseudocode hilft den 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 die Schüler fragen:
- Was wollen sie mit ihrem Projekt erreichen?
- Wie fassen Sie die Absicht oder das Ziel des Projekts in kurzen, konkreten Aussagen zusammen?
Wenn die Schüler in diesem Beispiel gebeten würden, einen Pseudocode zu erstellen, der den Roboter dazu bewegen soll, sich vorwärts zu bewegen, eine Wand zu erkennen, nach rechts abzubiegen und sich dann wieder vorwärts zu bewegen, wäre das folgender:
- 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
- 600 mm vorwärts fahren
Sobald ein Pseudocode erstellt wurde, erstellen die Schüler den Code, um dem Roboter zu zeigen, wie er jeden Schritt seines Pseudocodes erfolgreich abschließen kann.
Zersetzung
Zerlegung beinhaltet die Zerlegung eines komplexen Problems in Verhaltensweisen, die besser beherrschbar und leichter zu verstehen sind. Durch die Zerlegung 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 ihn in kleinere Befehle aufteilen. Die Verfeinerung des Aufschlüsselungsprozesses ist für die Schüler zum Üben wichtig, da sie die Befehle zunächst möglicherweise nicht in kleinere Komponenten zerlegen:
| Bewegen Sie sich in einer quadratischen Aufteilung 1 | Bewegen Sie sich in einer quadratischen Aufteilung 2 | Bewegen Sie sich in einer quadratischen Panne 3 |
|---|---|---|
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Sequenzierung
Sequenzierung ist die spezifische Reihenfolge, in der Verhaltensweisen in einem Algorithmus oder einer Reihe von Anweisungen ausgeführt werden. Eine Aktion oder ein Ereignis führt zur nächsten geordneten Aktion in einer Sequenz. Die Reihenfolge ist wichtig, damit Schüler ihre Roboter richtig programmieren können.
Um einem Roboter genau und präzise zu sagen, 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 er programmiert wurde.
Die Schüler programmieren ihren Paradewagen so, dass er sich durch ein Paradelabyrinth bewegt. Sie müssen die Befehle in ihrem Projekt so anordnen, dass sich ihr Schwimmer in der richtigen Reihenfolge vorwärts, rückwärts, links und rechts bewegt, um durch das Parade-Labyrinth zu navigieren.
Was ist VEXcode GO?
VEXcode GO ist eine Codierungsumgebung, die zur Kommunikation mit VEX GO-Robotern verwendet wird. Schüler nutzen die Drag-and-Drop-Schnittstelle, um VEXcode GO-Projekte zu erstellen, die die Aktionen ihrer Roboter steuern. Der Zweck jedes Blocks kann anhand visueller Hinweise wie seiner -Form, Farbe und Beschriftung identifiziert werden.
Die folgenden VEXcode GO-Blöcke werden in dieser Einheit verwendet:
[Fahren für] - bewegt den Antriebsstrang für eine bestimmte Strecke entweder vorwärts oder rückwärts. Wählen Sie aus, in welche Richtung sich der Antriebsstrang bewegen soll, und legen Sie fest, wie weit er sich bewegen soll, indem Sie einen Wert in das Oval eingeben.
[Drehen um] - dreht den Antriebsstrang um eine bestimmte Gradzahl nach links oder rechts. Wählen Sie die Richtung aus, in die sich der Antriebsstrang drehen soll, und legen Sie fest, wie weit er sich bewegen soll, indem Sie eine Gradzahl in das Oval eingeben.
[Warten] – Wartet eine bestimmte Zeit, bevor mit dem nächsten Block fortgefahren wird.
[Kommentar] – ermöglicht Programmierern das Schreiben von Informationen zur Beschreibung ihres Projekts. Kommentare verändern das Projekt oder die es umgebenden Blöcke nicht.
[Spin for] - dreht einen Motor in einer bestimmten Richtung über eine bestimmte Entfernung von der aktuellen Position aus.
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Standardmäßig warten andere Blöcke, bis der Motor mit der Bewegung fertig ist. Sie können den Pfeil auswählen, um „und nicht warten“ zu erweitern. Dies führt dazu, dass andere Blöcke weiterlaufen, 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 und befolgen Sie dann die Schritte im Artikel Verwenden der VEX Classroom App , um zu erfahren, wie Sie die GO Brain-Firmware aktualisieren, GO Brains umbenennen und suchen usw Überwachen Sie die Batterien von GO Brains in Ihrem Klassenzimmer. Weitere Informationen zu VEXcode GO finden Sie im VEXcode GO Abschnitt der VEX Robotics VEX Library.