Φόντο
Σχεδιαστές, μηχανικοί και επιστήμονες υπολογιστών δημιουργούν λύσεις που λύνουν καθημερινά προβλήματα. Σε αυτήν την ενότητα Parade Float, οι μαθητές θα χρησιμοποιήσουν τη Διαδικασία Σχεδιασμού Μηχανικής για να λύσουν ένα αυθεντικό πρόβλημα. Οι μαθητές θα εξερευνήσουν πώς να σχεδιάσουν, να κατασκευάσουν και να κωδικοποιήσουν ένα αυτόνομο ρομποτικό άρμα παρέλασης για να πλοηγηθούν μέσα σε έναν λαβύρινθο που μιμείται τα πραγματικά εμπόδια μιας διαδρομής παρέλασης.
Τι είναι ένα άρμα παρέλασης;
Μια παρέλαση είναι μια μεγάλη ή μικρή ομάδα ανθρώπων που περπατούν μαζί και συχνά είναι ντυμένοι με κοστούμια, ακολουθούμενη από μπάντες και άρματα. Ένα άρμα παρέλασης είναι μια διακοσμημένη πλατφόρμα, είτε κατασκευασμένη πάνω σε όχημα είτε ρυμουλκούμενη πίσω από ένα όχημα. Οι παρελάσεις πραγματοποιούνται συχνά σε κάποια αργία ή προς τιμήν κάποιου και συνήθως είναι κάποιου είδους γιορτή.
Επανάληψη
Η Επανάληψη ορίζεται ως η πράξη ή η διαδικασία επανάληψης. Για τους σκοπούς μας, η επανάληψη είναι ο συστηματικός, κυκλικός βρόχος σχεδιασμού στον οποίο τα προϊόντα σχεδιάζονται, κατασκευάζονται, δοκιμάζονται και βελτιώνονται μέχρι να λύσουν αποτελεσματικά ένα μηχανικό πρόβλημα. Η επανάληψη είναι το μέρος του EDP όπου τα προϊόντα πρωτοτυποποιούνται, δοκιμάζονται, βελτιώνονται και πρωτοτυποποιούνται ξανά μέχρι να πληρούν τα κριτήρια που έχει καθορίσει η ομάδα σχεδιασμού. Η επανάληψη σημαίνει βελτίωση του σχεδιασμού του προϊόντος σας.
Σε αυτήν την ενότητα, οι μαθητές θα ζωντανέψουν το πρώτο σχέδιο του πλωτήρα τους, θα συμμετάσχουν σε συζήτηση σχετικά με το σχέδιο και τους τρόπους βελτίωσής του. Θα κάνουν τροποποιήσεις, θα δοκιμάσουν και θα βελτιώσουν ξανά, επαναλαμβάνοντας αυτόν τον κύκλο ή επαναλαμβάνοντας, μέχρι να είναι ικανοποιημένοι με το σχέδιο και να πληροί τις απαιτήσεις του έργου.
Η Διαδικασία Σχεδιασμού Μηχανικής
Οι μαθητές θα χρησιμοποιήσουν τη Διαδικασία Σχεδιασμού Μηχανικής (EDP) για να σχεδιάσουν και να κατασκευάσουν ένα άρμα παρέλασης. Το EDP είναι μια σειρά από βήματα που ακολουθούν οι μηχανικοί για να βρουν λύσεις σε προβλήματα. Συχνά, η λύση περιλαμβάνει τον σχεδιασμό ενός προϊόντος που πληροί ορισμένα κριτήρια ή επιτελεί μια συγκεκριμένη εργασία.
Το EDP μπορεί να αναλυθεί στα ακόλουθα βήματα: ΟΡΙΣΜΟΣ → ΑΝΑΠΤΥΞΗ ΛΥΣΕΩΝ → ΒΕΛΤΙΣΤΟΠΟΙΗΣΗ.
- Ο ορισμός προβλημάτων μηχανικής περιλαμβάνει τη διατύπωση του προβλήματος που πρέπει να λυθεί όσο το δυνατόν σαφέστερα όσον αφορά τα κριτήρια επιτυχίας και τους περιορισμούς ή τα όρια.
- Σχεδιασμός λύσεων σε προβλήματα μηχανικής ξεκινά με τη δημιουργία ενός αριθμού διαφορετικών πιθανών λύσεων και στη συνέχεια αξιολογεί τις πιθανές λύσεις για να διαπιστωθεί ποιες ανταποκρίνονται καλύτερα στα κριτήρια και τους περιορισμούς του προβλήματος.
- Βελτιστοποίηση της λύσης σχεδιασμού περιλαμβάνει μια διαδικασία κατά την οποία οι λύσεις δοκιμάζονται και βελτιώνονται συστηματικά και ο τελικός σχεδιασμός βελτιώνεται αντικαθιστώντας λιγότερο σημαντικά χαρακτηριστικά με εκείνα που είναι πιο σημαντικά.
Η EDP είναι κυκλική ή επαναληπτική στη φύση της. Είναι μια διαδικασία κατασκευής, δοκιμής και ανάλυσης, καθώς και βελτίωσης ενός προϊόντος ή μιας διαδικασίας. Με βάση τα αποτελέσματα των δοκιμών, δημιουργούνται νέες επαναλήψεις και συνεχίζουν να τροποποιούνται μέχρι η ομάδα σχεδιασμού να μείνει ικανοποιημένη με τα αποτελέσματα.
Σε αυτήν την ενότητα, οι μαθητές θα χρησιμοποιήσουν το EDP για να ονειρευτούν, να σχεδιάσουν και να κατασκευάσουν ένα ρομποτικό άρμα παρέλασης. Μετά από μια αρχική κατασκευή, οι ομάδες θα δοκιμάσουν και θα βελτιώσουν τον σχεδιασμό του πλωτήρα τους ώστε να πληρούν τα κριτήρια και τους περιορισμούς σχεδιασμού.
Τι είναι ο Ψευδοκώδικας;
Ο ψευδοκώδικας είναι μια συντομογραφία για την κωδικοποίηση που συνδυάζει λεκτικές και γραπτές περιγραφές κώδικα.
Συχνά, οι μαθητές μπορούν να «μαντέψουν και να ελέγξουν» τον τρόπο με τον οποίο θα βρουν μια λύση. Αυτό, ωστόσο, δεν τους οδηγεί στο να οικοδομήσουν μια εννοιολογική κατανόηση των εννοιών του κώδικα. Η συγγραφή ψευδοκώδικα βοηθά τους μαθητές να προχωρήσουν πέρα από μια επιφανειακή κατανόηση του προγραμματισμού, σε μια πιο εννοιολογική κατανόηση. Ο ψευδοκώδικας απαιτεί από τους μαθητές να σκεφτούν εννοιολογικά την λύση κωδικοποίησης που θα χρησιμοποιήσουν πριν ξεκινήσουν τον προγραμματισμό. Οι εκπαιδευτικοί θα πρέπει να συζητήσουν τον ψευδοκώδικα με τους μαθητές ρωτώντας τους:
- Τι θέλουν να πετύχει το έργο τους;
- Πώς θα αναλύσετε την πρόθεση ή τον στόχο του έργου σε σύντομες και συγκεκριμένες δηλώσεις;
Σε αυτό το παράδειγμα, αν ζητηθεί από τους μαθητές να δημιουργήσουν έναν ψευδοκώδικα που να θέλει το ρομπότ να κινηθεί προς τα εμπρός, να εντοπίσει έναν τοίχο, να στρίψει δεξιά και στη συνέχεια να κινηθεί ξανά προς τα εμπρός, αυτός θα ήταν ο εξής:
- Οδηγήστε το ρομπότ προς τα εμπρός μέχρι να απέχει 50 mm από έναν τοίχο
- Σταματήστε το ρομπότ
- Γυρίστε το ρομπότ κατά 90 μοίρες
- Σταματήστε το ρομπότ
- Οδηγήστε προς τα εμπρός 600 mm
Μόλις δημιουργηθεί ένας ψευδοκώδικας, οι μαθητές θα δημιουργήσουν τον κώδικα για να καθοδηγήσουν το ρομπότ σχετικά με τον τρόπο επιτυχούς ολοκλήρωσης κάθε βήματος του ψευδοκώδικά τους.
Αποσύνθεση
Η αποσύνθεση περιλαμβάνει την ανάλυση ενός σύνθετου προβλήματος σε συμπεριφορές που είναι πιο διαχειρίσιμες και πιο εύκολα κατανοητές. Η ανάλυση του προβλήματος σε μικρότερα μέρη σημαίνει ότι κάθε μέρος μπορεί να εξεταστεί λεπτομερέστερα και να λυθεί με μεγαλύτερη ευκολία. Για παράδειγμα, αν ένας μαθητής θέλει το ρομπότ του να κινείται σε τετράγωνο, θα πρέπει να το χωρίσει σε μικρότερες εντολές. Η βελτίωση της διαδικασίας ανάλυσης είναι σημαντική για να εξασκηθούν οι μαθητές, καθώς μπορεί να μην αναλύσουν τις εντολές σε μικρότερα στοιχεία στην αρχή:
| Μετακίνηση σε μια τετραγωνική ανάλυση 1 | Μετακίνηση σε μια τετράγωνη ανάλυση 2 | Μετακίνηση σε μια τετράγωνη ανάλυση 3 |
|---|---|---|
|
|
|
Αλληλούχιση
Η αλληλουχία είναι η συγκεκριμένη σειρά με την οποία εκτελούνται οι συμπεριφορές σε έναν αλγόριθμο ή ένα σύνολο οδηγιών. Μια ενέργεια ή ένα συμβάν οδηγεί στην επόμενη διατεταγμένη ενέργεια σε μια ακολουθία. Η αλληλουχία είναι σημαντική, ώστε οι μαθητές να μπορούν να κωδικοποιήσουν σωστά τα ρομπότ τους.
Για να πούμε σε ένα ρομπότ ακριβώς και με ακρίβεια πώς να κινηθεί, απαιτούνται τόσο η αποσύνθεση όσο και η αλληλούχιση. Καταρχάς, το πρόβλημα, όπως το πώς να πλοηγηθεί κανείς σε έναν λαβύρινθο, θα αναλυθεί σε μικρότερα βήματα και συμπεριφορές. Στη συνέχεια, μόλις εντοπιστούν αυτές οι συμπεριφορές, πρέπει να οργανωθούν στη σωστή σειρά. Αυτό είναι σημαντικό, επειδή το ρομπότ θα κινείται μόνο ακριβώς όπως έχει προγραμματιστεί.
Οι μαθητές θα προγραμματίσουν το άρμα της παρέλασης ώστε να κινείται μέσα σε έναν λαβύρινθο της παρέλασης. Θα πρέπει να ακολουθήσουν τις εντολές στο έργο τους έτσι ώστε το άρμα τους να κινείται προς τα εμπρός, προς τα πίσω, αριστερά και δεξιά με τη σωστή σειρά για να πλοηγηθούν στον λαβύρινθο της παρέλασης.
Τι είναι το VEXcode GO;
Το VEXcode GO είναι ένα περιβάλλον κωδικοποίησης που χρησιμοποιείται για την επικοινωνία με τα ρομπότ VEX GO. Οι μαθητές χρησιμοποιούν τη διεπαφή μεταφοράς και απόθεσης για να δημιουργήσουν έργα VEXcode GO που ελέγχουν τις ενέργειες των ρομπότ τους. Ο σκοπός κάθε μπλοκ μπορεί να αναγνωριστεί χρησιμοποιώντας οπτικές ενδείξεις όπως το σχήμα ,χρώμα και την ετικέτα του.
Τα ακόλουθα μπλοκ VEXcode GO θα χρησιμοποιηθούν σε αυτήν την ενότητα:
[Οδήγηση για] - κινεί το σύστημα μετάδοσης κίνησης είτε προς τα εμπρός είτε προς τα πίσω για μια δεδομένη απόσταση. Επιλέξτε την κατεύθυνση προς την οποία θα κινηθεί το σύστημα μετάδοσης κίνησης και ορίστε την απόσταση εισάγοντας μια τιμή στο οβάλ.
[Στροφή για] - περιστρέφει το σύστημα μετάδοσης κίνησης αριστερά ή δεξιά για έναν δεδομένο αριθμό μοιρών. Επιλέξτε την κατεύθυνση προς την οποία θα στρίψει το σύστημα μετάδοσης κίνησης και ορίστε την απόσταση που θα έχει εισάγοντας έναν αριθμό μοιρών στο οβάλ.
[Αναμονή] - Περιμένει για ένα συγκεκριμένο χρονικό διάστημα πριν μετακινηθεί στο επόμενο μπλοκ.
[Σχόλιο] - επιτρέπει στους προγραμματιστές να γράφουν πληροφορίες που θα βοηθήσουν στην περιγραφή του έργου τους. Τα σχόλια δεν αλλάζουν το έργο ή τα μπλοκ που το περιβάλλουν.
[Περιστροφή για] - θα περιστρέψει έναν κινητήρα σε μια δεδομένη κατεύθυνση για μια δεδομένη απόσταση από το σημείο που βρίσκεται αυτήν τη στιγμή.
- Από προεπιλογή, τα άλλα μπλοκ θα περιμένουν μέχρι να ολοκληρωθεί η κίνηση του κινητήρα. Μπορείτε να επιλέξετε το βέλος για να επεκτείνετε την επιλογή "και μην περιμένετε" - αυτό θα προκαλέσει τη συνέχιση της εκτέλεσης άλλων μπλοκ ενώ κινείται ο κινητήρας ή η ομάδα κινητήρων.
Για να ξεκινήσετε να χρησιμοποιείτε το VEXcode GO στην τάξη σας, κατεβάστε την εφαρμογή VEX Classroom στη συσκευή ενός δασκάλου και, στη συνέχεια, ακολουθήστε τα βήματα στο άρθρο Χρήση της εφαρμογής VEX Classroom για να μάθετε πώς να ενημερώνετε το υλικολογισμικό του GO Brain, να μετονομάζετε και να εντοπίζετε το GO Brains και να παρακολουθείτε τις μπαταρίες του GO Brains στην τάξη σας. Για περισσότερες πληροφορίες σχετικά με το VEXcode GO, επισκεφθείτε την ενότητα του VEXcode GO της Βιβλιοθήκης VEX Robotics VEX.