Φόντο
Σε αυτήν την Ενότητα, οι μαθητές θα κατανοήσουν τι είναι τα δεδομένα και πώς οι αισθητήρες παράγουν δεδομένα που μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την επίλυση προβλημάτων του πραγματικού κόσμου. Θα ενεργούν ως επιθεωρητές γεφυρών και θα χρησιμοποιούν τον αισθητήρα ματιών στη βάση κώδικα GO για να σαρώνουν "γέφυρες" και να ανιχνεύουν ρωγμές χρησιμοποιώντας τα δεδομένα από τον αισθητήρα ματιών. Θα μάθουν να αναλύουν δεδομένα για να εξάγουν συμπεράσματα σχετικά με την ασφάλεια των γεφυρών και πώς να χρησιμοποιούν δεδομένα μαζί με την επιστημονική μέθοδο για να διατυπώνουν και να ελέγχουν μια υπόθεση σχετικά με το ποιες γέφυρες ειδικότερα χρειάζονται επισκευή. Θα αναφέρουν τα αποτελέσματα που βασίζονται σε δεδομένα σε μια Έκθεση Επιθεώρησης Γέφυρας.
Τι είναι τα Δεδομένα;
Τα δεδομένα είναι πληροφορίες που συλλέγονται και χρησιμοποιούνται για αναφορά ή ανάλυση. Υπάρχουν πολλά διαφορετικά είδη δεδομένων με τα οποία οι μαθητές αλληλεπιδρούν καθημερινά. Από τον έλεγχο της πρόγνωσης καιρού για να αποφασίσετε τι θα φορέσετε, μέχρι τη χρήση του GPS για ταξίδια, τα δεδομένα είναι μια συνεχής παρουσία. Σε επαγγελματικά περιβάλλοντα, τα δεδομένα επηρεάζουν τα πάντα, από τις επιχειρηματικές στρατηγικές έως τις ιατρικές διαγνώσεις. Σε αυτήν την Ενότητα, οι μαθητές θα επικεντρωθούν σε δεδομένα που σχετίζονται με το VEX GO.
Ένας αισθητήρας μεταδίδει δεδομένα για τον κόσμο γύρω του. Τα δεδομένα αισθητήρων μπορούν να χρησιμοποιηθούν από ένα ρομπότ για να λάβει αποφάσεις ή μπορούν να συλλεχθούν και να παρουσιαστούν ως αποδεικτικά στοιχεία για να υποστηρίξουν ή να αντικρούσουν έναν ισχυρισμό. Σε αυτήν την Ενότητα, οι μαθητές μαθαίνουν να συλλέγουν δεδομένα από τους αισθητήρες ματιών και στη συνέχεια να τα χρησιμοποιούν για να ελέγξουν έναν ισχυρισμό που τους δίνεται. Σε όλη τη Μονάδα, καταγράφουν και παρουσιάζουν δεδομένα χρησιμοποιώντας Φύλλα Συλλογής Δεδομένων και εμφανίζουν τα δεδομένα τους σε Αναφορές Επιθεώρησης Γέφυρας. Μέχρι το τέλος της Ενότητας, θα υποβάλουν τους δικούς τους ισχυρισμούς, θα συλλέξουν δεδομένα αισθητήρων για να ελέγξουν τον ισχυρισμό και θα χρησιμοποιήσουν τα συλλεγμένα δεδομένα ως αποδεικτικά στοιχεία για να διαπιστώσουν εάν ο ισχυρισμός τους είναι αληθής. Παρόλο που αυτή η Ενότητα επικεντρώνεται σε δεδομένα αισθητήρων, η συλλογή, η οργάνωση και η ερμηνεία δεδομένων και στη συνέχεια η χρήση τους για την υποστήριξη ενός ισχυρισμού είναι μια πολύτιμη δεξιότητα που οι μαθητές θα χρησιμοποιήσουν σε όλους τους ακαδημαϊκούς κλάδους.
Τι είναι ένας αισθητήρας;
Ένας αισθητήρας είναι μια συσκευή που βοηθά ένα ρομπότ ή μια συσκευή να κατανοήσει τον κόσμο γύρω του. Αυτό επιτυγχάνεται συλλέγοντας δεδομένα από το περιβάλλον του και μετατρέποντάς τα σε μορφή που μπορεί να διαβαστεί και να κατανοηθεί. Αλληλεπιδρούμε με αισθητήρες καθημερινά. Ένα συνηθισμένο παράδειγμα είναι μια αυτόματη πόρτα σε ένα σούπερ μάρκετ. Ένας αισθητήρας κίνησης τοποθετημένος πάνω από την πόρτα εκπέμπει σήματα μικροκυμάτων ή υπερηχητικά κύματα, τα οποία αναπηδούν πίσω στον αισθητήρα. Όταν ένα άτομο πλησιάζει την πόρτα, τα κύματα διακόπτονται, αλλάζοντας το μοτίβο των σημάτων που αναπηδούν πίσω. Ο αισθητήρας ανιχνεύει αυτήν την αλλαγή και στέλνει ένα ηλεκτρικό σήμα στον μηχανισμό ελέγχου της πόρτας, προτρέποντάς την να ανοίξει.
Για να μάθουν με επιτυχία οι μαθητές πώς να προγραμματίζουν ένα ρομπότ, πρέπει να κατανοήσουν πώς λειτουργούν οι αισθητήρες που χρησιμοποιούν, επειδή τα δεδομένα ενός αισθητήρα είναι τόσο καλά όσο τα δεδομένα εισόδου που λαμβάνει. Στο παράδειγμα της αυτόματης πόρτας, εάν ο αισθητήρας στην πόρτα ανιχνεύσει μια αλλαγή στα υπερηχητικά κύματα που αντανακλώνται σε αυτήν λόγω έντονης βροχής, η πόρτα θα ανοίξει παρόλο που δεν υπάρχει κανείς εκεί για να μπει στο κατάστημα.
Η κατανόηση του τρόπου λειτουργίας του αισθητήρα της πόρτας επιτρέπει την αντιμετώπιση προβλημάτων για την επίλυση του προβλήματος. Ίσως η προσθήκη μιας μεγαλύτερης τέντας πάνω από τις πόρτες του καταστήματος θα αποτρέψει την επίδραση του αισθητήρα στη βροχή. Το ίδιο ισχύει και για τους μαθητές που μαθαίνουν να γράφουν κώδικα σε ένα ρομπότ. Κατά την κωδικοποίηση, τα μη αναμενόμενα δεδομένα από τους αισθητήρες μπορούν να προκαλέσουν στο ρομπότ συμπεριφορά με τρόπους που οι μαθητές δεν προβλέπουν, με αποτέλεσμα μερικές φορές να πιστεύουν ότι το ρομπότ ή ο αισθητήρας είναι χαλασμένοι. Οι μαθητές πρέπει να κατανοήσουν πώς οι αισθητήρες λαμβάνουν και αναφέρουν πληροφορίες, προκειμένου να το αποφύγουν αυτό και να έχουν μια βάση πάνω στην οποία θα βασίσουν την αντιμετώπιση προβλημάτων ενός έργου κωδικοποίησης.
Σε αυτήν την ενότητα, οι μαθητές θα χρησιμοποιήσουν τον αισθητήρα ματιών για τη συλλογή δεδομένων. Οι μαθητές θα πρέπει να γνωρίζουν πώς ο αισθητήρας ματιών συλλέγει δεδομένα προκειμένου να τα χρησιμοποιήσουν με επιτυχία για να απαντήσουν σε ερωτήσεις. Αυτή η κατανόηση θα επιτρέψει επίσης στους μαθητές να δημιουργούν και να εντοπίζουν σφάλματα σε πιο σύνθετα έργα χρησιμοποιώντας τον αισθητήρα ματιών στο μέλλον.
Ο αισθητήρας ματιών VEX GO
Πώς λειτουργεί ο αισθητήρας ματιών VEX GO
Ο αισθητήρας VEX GO Eye Sensor δεν ανιχνεύει χρώματα. Αντίθετα, ανιχνεύει εάν ένα αντικείμενο βρίσκεται κοντά και, εάν ναι, εμφανίζει την ψηφιακή τιμή απόχρωσης αυτού του αντικειμένου. Ο αισθητήρας λειτουργεί εκπέμποντας ένα λευκό φως. Στη συνέχεια, το φως ανακλάται πίσω από το αντικείμενο και ο αισθητήρας ματιών μετρά την ένταση των χρωμάτων στο ανακλώμενο φως. Ο αισθητήρας εκτελεί έναν υπολογισμό με βάση αυτά τα επίπεδα έντασης για να προσδιορίσει μια τιμή απόχρωσης, η οποία αναφέρεται στο VEXcode GO Monitor. Η τιμή της απόχρωσης μπορεί να ερμηνευτεί χρησιμοποιώντας ένα διάγραμμα απόχρωσης για τον προσδιορισμό ενός χρώματος.
Μπορεί να έχετε χρησιμοποιήσει τον Αισθητήρα Οφθαλμού σε ένα έργο όπου το ρομπότ εκτελούσε μια συμπεριφορά με βάση το χρώμα που ανιχνεύθηκε (όπως να στρίψει δεξιά εάν ανιχνευόταν μπλε). Για να γίνει αυτό, η τιμή απόχρωσης που καθορίζεται από τον αισθητήρα συγκρίνεται με τα προκαθορισμένα εύρη για κόκκινο, μπλε και πράσινο. Εάν η τιμή είναι εντός αυτού του εύρους, θα αναφέρεται ως «True» (Αληθές). Εάν όχι, θα αναφέρεται ως «False» (Ψευδές). Ο αισθητήρας εξακολουθεί να μην ανιχνεύει το χρώμακόκκινο, μπλε ή πράσινο – συγκρίνει τα αριθμητικά δεδομένα με γνωστά εύρη τιμών και ουσιαστικά «μετατρέπει» τα δεδομένα σε χρώματα για εμάς.
Προβολή δεδομένων αισθητήρα
Τα δεδομένα που αναφέρονται από τον αισθητήρα ματιών μπορούν να προβληθούν στην Κονσόλα παρακολούθησης καθώς εκτελείται ένα έργο. Για να δείτε δεδομένα αισθητήρα στην οθόνη, σύρετε ένα μπλοκ ανίχνευσης από την Εργαλειοθήκη στο εικονίδιο της οθόνης. Η απόχρωση των ματιών σε μοίρες θα εμφανίζεται ως τιμή απόχρωσης, την οποία οι μαθητές μπορούν να συγκρίνουν με το Διάγραμμα Απόχρωσης προκειμένου να προσδιορίσουν το χρώμα που ο Αισθητήρας Οφθαλμών πιστεύει ότι ανιχνεύει.
Για μια υπενθύμιση σχετικά με τον τρόπο παρακολούθησης των τιμών αισθητήρων, επιλέξτε το κουμπί Πώς να παρακολουθείτεοποιαδήποτε στιγμή.
Το Διάγραμμα Απόχρωσης
Το Διάγραμμα Απόχρωσης απεικονίζει τις αριθμητικές τιμές για κάθε χρώμα όπως αναφέρονται από τον Αισθητήρα Οφθαλμού. Η τιμή απόχρωσης κυμαίνεται από 0 έως 360 μοίρες, ξεκινώντας με κόκκινο και κινούμενη σε σειρά ουράνιου τόξου γύρω από το κυκλικό διάγραμμα. Κατά καιρούς, η τιμή απόχρωσης που ανιχνεύεται ενδέχεται να μην ταιριάζει με το χρώμα που βλέπετε στο περιβάλλον. Αυτό μπορεί να οφείλεται στην ποιότητα του περιβάλλοντος φωτός που υπάρχει γύρω από τον αισθητήρα και δεν σημαίνει ότι ο αισθητήρας δυσλειτουργεί.
Φως περιβάλλοντος και ο αισθητήρας ματιών
Επειδή το χρώμα είναι ανακλώμενο φως, το φως περιβάλλοντος (το φως που υπάρχει στην περιοχή όπου χρησιμοποιείται ο αισθητήρας) θα επηρεάσει την τιμή απόχρωσης που αναφέρεται από τον αισθητήρα. Για παράδειγμα, μια πράσινη δέσμη VEX GO μπορεί να αναφέρει τον αριθμό «57», ο οποίος εμπίπτει στην «κίτρινη» περιοχή στο Διάγραμμα Απόχρωσης. Αυτό δεν οφείλεται σε δυσλειτουργία του αισθητήρα, αλλά στο φως περιβάλλοντος που υπάρχει γύρω από τον αισθητήρα. Οι τιμές απόχρωσης ενδέχεται να εμφανίζονται διαφορετικά για διαφορετικούς μαθητές στην ίδια τάξη, ακόμα κι αν σαρώνουν το ίδιο αντικείμενο με τον αισθητήρα ματιών. Όλα αυτά εξαρτώνται από την ποσότητα φωτός στην περιοχή όπου βρίσκονται οι μαθητές. Αν κάθεστε κοντά σε ένα παράθυρο, για παράδειγμα, ή σε μια ιδιαίτερα συννεφιασμένη μέρα, μπορεί να αλλάξει ο τρόπος με τον οποίο ο αισθητήρας αναφέρει τα δεδομένα τιμής απόχρωσης.
Στο Εργαστήριο 1, οι μαθητές θα δουν τα αριθμητικά δεδομένα του αισθητήρα ματιών στο VEXcode GO Monitor. Θα καταγράψουν τα δεδομένα από τα διαφορετικά τμήματα της γέφυρας που σαρώνουν χρησιμοποιώντας τον αισθητήρα Eye Sensor και θα αντιστοιχίσουν τα αριθμητικά δεδομένα με το διάγραμμα απόχρωσης. Στη συνέχεια, θα συγκρίνουν τις τιμές που αναφέρονται από τον αισθητήρα με και χωρίς τη χρήση του Eye Light. Αυτές οι τιμές θα είναι διαφορετικές επειδή όταν περισσότερο φως φωτίζει το αντικείμενο που ανιχνεύεται από τον αισθητήρα, η ένταση του ανακλώμενου φωτός θα αλλάξει, αλλάζοντας έτσι την αναφερόμενη τιμή απόχρωσης. Αυτό θα βοηθήσει τους μαθητές να κατανοήσουν καλύτερα τον τρόπο με τον οποίο ο αισθητήρας ματιών ανιχνεύει πληροφορίες.
Μαύρο, Λευκό και Γκρι
Οι μαθητές μπορεί να παρατηρήσουν ότι οι αναφερόμενες τιμές απόχρωσης για το μαύρο, το λευκό ή το γκρι (όπως τα χρώματα στο πλακίδιο) δεν είναι αξιόπιστες. Αυτό συμβαίνει επειδή το μαύρο είναι ουσιαστικά η απουσία χρώματος και το λευκό είναι ουσιαστικά ο συνδυασμός όλων των χρωμάτων. Όταν συγκρίνετε αυτήν την ιδέα με το Διάγραμμα Απόχρωσης, δεν υπάρχει διαθέσιμη επιλογή για όλα τα χρώματα ή για κανένα χρώμα. Επομένως, η τιμή απόχρωσης που αναφέρεται ενδέχεται να μην ευθυγραμμίζεται με αυτό που αντιλαμβανόμαστε ως χρώμα.
Λήψη και άνοιγμα έργων VEX GO
Σε ορισμένα από τα Εργαστήρια, θα δοθούν στους μαθητές έργα για την εκτύπωση δεδομένων στην Κονσόλα Εκτύπωσης. Αυτά τα έργα θα πρέπει να ληφθούν πριν από την έναρξη του μαθήματος, ώστε να μπορούν να ανοιχτούν και να χρησιμοποιηθούν όταν χρειαστεί. Μπορείτε να επιλέξετε να τα κατεβάσετε για τους μαθητές ή να τα κατεβάσουν οι ίδιοι οι μαθητές. Τα αρχεία για τα έργα βρίσκονται στη λίστα υλικών. Για να μάθετε περισσότερα σχετικά με τον τρόπο φόρτωσης και ανοίγματος ληφθέντων έργων, ανατρέξτε σε αυτά τα άρθρα της Βιβλιοθήκης VEX που αφορούν συγκεκριμένες συσκευές: