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STEM 연구소
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  • 활동 개요
    이 탐구에서는 먼저 학생들에게 운전 속도 설정을 소개하고 로봇의 속도가 운동량에 어떤 영향을 미치는지 탐구하도록 요청합니다. 이 활동의 ​​개요를 보려면 여기(Google )를 클릭하세요. 로봇의 운동량을 이해하는 것은 스트라이크 챌린지 볼링 게임에 적용하는 중요한 개념이 될 것입니다.

  • 학생들이 프로그래밍할 내용
    Speedbot(Drivetrain 2-모터, 자이로 없음) 템플릿 프로젝트를 사용하면 학생들은 간단히 setDriveVelocity(50, 퍼센트) 명령을 DriveFor(1)에 추가하여 Speedbot의 속도 설정을 변경할 수 있습니다. , 인치) 지시. 활동의 안내 부분에서는 학생들이 Speedbot을 다양한 속도로 움직이게 하며, 활동이 끝나면 속도 프로그래밍 기술을 운동량 및 에너지 전달 테스트에 적용하도록 요청합니다.

Speedbot은 다양한 속도로 운전할 준비가 되어 있습니다!

이 조사는 작업에 가장 적합한 속도로 운전하도록 Speedbot을 프로그래밍하는 방법에 대해 자세히 배우는 데 도움이 될 것입니다. 마지막에 있는 스트라이크 챌린지에서는 스피드봇이 빠르고 큰 추진력을 가지면서도 제어력을 유지하여 좋은 각도와 큰 힘으로 공을 칠 수 있는 속도를 찾아야 합니다.

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다음은 VEXcode V5의 사용자 인터페이스에 대한 개요입니다. 학생들은 Momentum Alley STEM Lab 활동 중에 이러한 탭/버튼을 접하게 됩니다. 이러한 탭/버튼에 대한 자세한 정보를 제공하기 위해 STEM Lab 전체에 링크도 제공됩니다.

V5 인터페이스

    이 조사의 첫 번째 부분에서 사용될 VEXcode V5 명령어는 다음과 같습니다.

    • Drivetrain.setDriveVelocity(50, 퍼센트);

    • Drivetrain.driveFor(전방, 200, mm);

    • 지침에 대한 자세한 내용을 보려면 도움말을 선택한 다음 명령 옆에 있는 물음표 아이콘을 선택하여 자세한 내용을 확인하세요.

      C++의 Drive For 명령에 대한 도움말 정보

      필요한 하드웨어, 엔지니어링 노트북, VEXcode V5  다운로드하여 준비했는지 확인하세요.

    교사 팁 아이콘 교사 팁

    학생이 VEXcode V5를 처음 사용하는 경우 탐색 중에 언제든지 튜토리얼을 참조할 수 있습니다. 튜토리얼은 도구 모음에 있습니다.

    2020-11-30_14-15-09.jpg

    각 그룹의 학생들은 필요한 하드웨어와 그룹의 엔지니어링 노트를 받아야 합니다. 그런 다음 VEXcode V5를 엽니다.

    필요한 재료:
    수량 필요한 재료
    1

    스피드봇 로봇

    1

    충전된 로봇 배터리

    1

    VEX코드 V5

    1

    USB 케이블(컴퓨터를 사용하는 경우)

    1

    엔지니어링 노트북

    1

    공(축구공의 크기와 모양)

    1

    3m x 3m 공간

    1

    미터 막대 또는 눈금자

    1

    테이프 롤

    1

    데이터 테이블

    교사 팁 아이콘 교사 팁

    학생들을 위한 각 문제 해결 단계를 모델링합니다.

    1단계:  탐험 준비

    활동을 시작하기 전에 이러한 각 항목이 준비되어 있습니까?

    2단계: 새 프로젝트 시작

    프로젝트를 시작하려면 다음 단계를 완료하세요.

    • 파일 메뉴를 열고 예제 열기를 선택합니다.

      파일 메뉴에서 예제 열기 옵션이 강조 표시됩니다.

       

    • Speedbot(Drivetrain 2-motor, No Gyro) 템플릿 프로젝트를 선택하고 엽니다. 템플릿 프로젝트에는 Speedbot의 모터 구성가 포함되어 있습니다. 템플릿을 사용하지 않으면 로봇이 프로젝트를 올바르게 실행하지 않습니다.

      예제 프로젝트 메뉴의 Speedbot 템플릿 이미지

       

    • 속도 탐색 작업을 할 것이므로 프로젝트 이름을 DriveVelocity로 지정합니다. 완료되면 저장을 선택하세요.

      VEXcode V5의 툴바에서 프로젝트 제목 이름 바꾸기

       

     

     

    교사 팁 아이콘 교사 팁

    • 프로젝트 이름에는 단어 사이나 뒤에 공백이 있을 수 있습니다.

      V5 이름 바꾸기

    • 학생들에게 프로젝트 이름에 자신의 이니셜이나 그룹 이름을 추가하도록 요청할 수 있습니다. 이렇게 하면 학생들에게 프로젝트를 제출하도록 요청하는 경우 프로젝트를 차별화하는 데 도움이 됩니다.

    • 이는 학생들이 시도할 수 있는 첫 번째 프로그래밍 활동이므로 단계를 모델링한 다음 학생들에게 동일한 작업을 완료하도록 요청해야 합니다. 그런 다음 교사는 학생들이 단계를 올바르게 따르고 있는지 모니터링해야 합니다.

    • 학생들이 파일 메뉴에서 예제 열기를 선택했는지 확인하세요.

    • 학생들이 Speedbot(Drivetrain 2-모터, 자이로 없음) 템플릿 프로젝트를 선택했는지 확인하십시오.

    • 예제 페이지에서 선택할 수 있는 선택 항목이 여러 개 있다는 점을 학생들에게 지적할 수 있습니다. 다른 로봇을 만들고 사용하면서 다른 템플릿을 사용할 기회도 갖게 됩니다.

    • 이제 프로젝트 이름 DriveVelocity 이 도구 모음 중앙에 있는 창에 있는지 확인하세요.

    교사 도구 상자 아이콘 교사 도구 상자 - 프로젝트 저장

    • VEXcode V5를 처음 열었을 때 창에는 VEXcode 프로젝트라는 라벨이 붙어 있었습니다. VEXcode 프로젝트는 VEXcode V5를 처음 열 때 기본 프로젝트 이름입니다. 프로젝트 이름을 Drive로 바꾸고 저장하면 디스플레이가 업데이트되어 새 프로젝트 이름이 표시됩니다. 도구 모음에 있는 이 창을 사용하면 학생들이 올바른 프로젝트를 사용하고 있는지 쉽게 확인할 수 있습니다.

    • 학생들에게 이제 첫 번째 프로젝트를 시작할 준비가 되었다고 말해주세요. 학생들에게 몇 가지 간단한 단계만 따르면 Speedbot을 발전시킬 프로젝트를 만들고 실행할 수 있다고 설명합니다.

    • 학생들에게 작업하는 동안 프로젝트를 저장하도록 상기시켜 주십시오. VEX 라이브러리의 C++ 섹션에서는 VEXcode V5의 저장 방법을 설명합니다.

    교사 도구 상자 아이콘 교사 도구 상자 - 멈추고 토론하세요

    이는 일시 중지하고 학생들이 VEXcode V5에서 새 프로젝트를 시작할 때 개별적으로 또는 그룹으로 방금 완료한 단계를 검토하도록 하는 좋은 포인트입니다. 학생들에게 그룹 내에서 또는 학급 전체에 공유하기 전에 개별적으로 생각해 보도록 요청하십시오.

    3단계: 다양한 속도로 150mm 전진

    이제 다양한 속도로 전진하도록 로봇을 프로그래밍할 준비가 되었습니다!

    • 프로그래밍을 시작하기 전에 명령어가 무엇인지 이해해야 합니다. 지침에는 세 부분이 있습니다. 

    교사 팁 아이콘 교사 팁

    명령어 입력을 시작하면 자동 완성 기능이 표시될 수 있습니다. "위" 및 "아래" 키를 사용하여 원하는 이름을 선택한 다음 키보드에서 "Tab" 또는 (Enter/Return)을 눌러 선택합니다. 이 기능에 대한 자세한 내용은 C++ 문서를 확인하세요.

    • 프로젝트에 지침을 추가합니다.

    교사 팁 아이콘 교사 팁

    두 번째 및 세 번째 명령어(라인 29 및 30)는 네 번째 및 다섯 번째 명령어(라인 31 및 32)와 동일하지만 속도 매개변수가 다릅니다. 세 번째 지침을 추가한 후 학생들은 29행과 30행을 강조표시하여 그 아래에 있는 행을 복사하여 붙여넣어 31행과 32행을 만들 수 있습니다. 그런 다음 라인 31의 속도를 75%로 변경할 수 있습니다.

    • 슬롯 아이콘을 선택하여 로봇 브레인에서 사용 가능한 8개의 슬롯 중 하나를 선택하고 슬롯 1을 선택합니다.

       

    • 마이크로 USB 케이블을 사용하여 V5 Robot Brain을 컴퓨터에 연결하고 V5 Robot Brain의 전원을 켜세요. 성공적으로 연결되면 도구 모음 의 두뇌 아이콘이 녹색 으로 변합니다.

    • 프로젝트를 Brain에 다운로드하려면 다운로드 선택하세요.

       

    교사 도구 상자 아이콘 교사 도구 상자

    • 학생들에게 로봇 브레인에서 USB 케이블을 분리하라고 상기시켜 주세요. 프로젝트를 실행하는 동안 로봇을 컴퓨터에 연결하면 로봇이 연결 케이블을 당길 수 있습니다.

    • Robot Brain의 화면을 보고 프로젝트가 다운로드되지 는지(C++) 확인하세요. 프로젝트 이름 DriveVelocity가 슬롯 1에 나열되어야 합니다.

    교사 도구 상자 아이콘 교사 도구 상자

    • 중지하고 토론
      학생들에게 이 프로젝트가 다운로드되어 Speedbot 로봇에서 실행될 때 어떤 일이 일어날 것이라고 생각하는지 예측하도록 요청하십시오. 학생들에게 공학 노트에 자신의 예측을 기록하라고 지시합니다. 시간이 허락한다면 각 그룹에게 예측을 공유하도록 요청하십시오.

      학생들은 Speedbot이 먼저 기본 속도(50%)로 전진한 다음 기본 속도보다 느리고(25%) 기본 속도보다 빠르게(75%) 움직일 것이라고 예측해야 합니다.

    • 모델 우선
      모든 학생이 동시에 시도하기 전에 학급 앞에서 프로젝트를 실행하는 모델을 만듭니다. 학생들을 한 곳에 모으고 Speedbot을 바닥에 놓아도 움직일 수 있을 만큼 충분한 공간을 확보하십시오.

      이제 학생들에게 프로젝트를 실행할 차례라고 말합니다. 경로가 명확하고 Speedbot이 서로 충돌하지 않는지 확인하십시오.

    • 프로젝트가 선택되었는지 확인한 다음 로봇 브레인에서 Run 버튼을 눌러 로봇에서 프로젝트를 실행(C++) 합니다. 첫 번째 프로젝트 생성을 축하합니다!

    4단계: 서로 다른 속도로 150mm 동안 전진 및 후진 주행

    이제 로봇이 다양한 속도로 전진하도록 프로그래밍했으므로 이제 다양한 속도로 전진 및 후진하도록 프로그래밍하세요.

    • 두 번째 드라이브For 명령어의 매개변수를 -150을 표시하도록 변경합니다.

    • 프로젝트 이름을 선택하여 DriveVelocity 에서 ReverseVelocity로 변경합니다.

    • 새 슬롯을 선택하려면 슬롯 아이콘을 선택하세요. 슬롯 2를 선택합니다.

      툴바에서 슬롯 2 선택 이미지

       

    • (C++) 프로젝트를 다운로드합니다.

    • Robot Brain의 화면을 보고 프로젝트가 다운로드되지 는지(C++) 확인하세요. 프로젝트 이름 ReverseVelocity가 슬롯 2에 나열되어야 합니다.

    • 프로젝트가 선택되었는지 확인한 다음 로봇 브레인에서 Run 버튼을 눌러 로봇에서 프로젝트를 실행(C++) 합니다.

    교사 도구 상자 아이콘 교사 도구 상자 - 4단계 완료

    •  드라이브For 명령을 정방향 에서 역방향으로 변경하려면 첫 번째 매개변수를 -150으로 변경하면 됩니다. 그러면 구동계의 모터가 반대 방향으로 움직입니다.

    • mm 수는 변경할 수 있지만 이 예에서는 이전 단계에서 설정한 대로 150mm로 유지하겠습니다.

    • 프로젝트를 실행하기 전에 로봇 브레인에서 USB 케이블을 분리하도록 학생들에게 상기시켜 주세요.

    • 학생들에게 작업하는 동안 프로젝트를 저장하도록 상기시켜 주십시오. VEX 라이브러리에는 VEXcode V5의 저장 방법을 설명하는 C++ 섹션이 있습니다.

    교사 팁 아이콘 교사 팁

    필요한 경우 팀에게 테스트 영역과 공을 공유하도록 요청하세요. 하지만 각자 자신의 공이 있는 여러 테스트 영역을 설정할 수도 있습니다. 시험 영역을 설정할지, 아니면 학생들이 그렇게 하도록 할지 결정하세요.

    5단계: 테스트 영역 설정

    테스트 영역 레이아웃 예시

    • 테이프와 미터 막대를 사용하여 위 이미지에 표시된 수평선과 같이 바닥에 3m 선을 만듭니다.

      • 선을 만든 후 테이프와 미터기를 한 번 더 사용하여 위 이미지의 수직선처럼 3m 선에 걸쳐 1m 선을 만듭니다. 0cm에서 시작하여 수직선의 50cm 표시마다 1m 선을 테이프로 붙입니다.

      • 더 짧은 수평선이 더 긴 수직선의 중앙에 위치해야 합니다.

    • 영역이 설정되는 동안 팀 구성원 한두 명은 Momentum이라는 새 프로젝트를 만들어야 합니다. 속도를 50%로 설정하고 Speedbot이 50cm의 첫 번째 라인까지 앞으로 이동하도록 합니다. 1cm = 10mm이므로 로봇은 50cm 또는 500mm 앞으로 이동합니다.

    교사 도구 상자 아이콘 교사 도구 상자 - 이 활동이 필요한 이유는 무엇입니까?

    • 데이터 수집과 분석, 심지어 단순한 패턴 인식도 기본적인 과학 기술입니다. 이 활동은 일반적인 실수를 방지하여 해당 데이터 분석에 구조를 추가합니다.

    • 지침에는 학생들에게 로봇의 속도를 변화시키면서 로봇의 주행 거리를 변화시키라고 지시하지 않는다는 점에 유의하십시오. 이는 학습 과학자들이 변수 제어 전략이라고 부르는 것을 의도적으로 적용한 것입니다. 초보 연구자에게 한 번에 하나의 변수(예: 이 경우 속도)를 조작하여 두 번째 변수(즉, 충돌 후 공이 이동하는 거리)에 대한 영향을 결정하도록 가르치는 것은 학생들이 반드시 채택할 접근법이 아니기 때문에 중요합니다. 추측과 확인을 통해 자발적으로 접근합니다. 일반적인 추측 및 확인 접근 방식은 종종 한 번에 두 개 이상의 변수를 조작하고(즉, 로봇이 이동하는 속도와 거리를 모두 변경) 회전 후 공이 이동하는 거리에 대한 합류점의 영향을 관찰합니다. 이 활동은 변수 간의 관계가 모호하기 때문에 학생들이 그런 상황에서 벗어나도록 안내하려고 합니다. 공이 더 멀리 이동하도록 유도하는 것은 로봇의 더 높은 속도, 로봇이 더 먼 거리를 이동하는 것입니까, 아니면 둘 다입니까? 두 변수를 동시에 조작하는 경우에는 이에 대해 답변할 수 없습니다.

    • 그러나 팀은 자발적으로 로봇을 다른 거리로 운전하려고 시도할 수도 있습니다. 이것을 관찰하면 거리만 변경하고 속도는 원래 500mm 거리를 사용한 시험에서와 동일하게 유지하도록 요청하십시오. 이렇게 하면 동일한 속도를 다양한 주행 거리와 비교하여 로봇의 주행 거리가 공의 이동 거리에도 영향을 미치는지 확인할 수 있습니다.

    6단계: 충돌 중 에너지 전달 테스트

    로봇과 공을 이용한 볼링 챌린지 테스트 공간

    공을 수평선 중앙 50cm에 놓고 로봇의 전면이 수평선 중앙 0cm에 오도록 로봇을 배치합니다. 로봇의 앞부분이 공의 방향을 향하고 있는지 확인하세요. 속도가 50%로 설정된 첫 번째 Momentum 프로젝트를 실행하고 로봇이 공과 충돌할 때 세심한 주의를 기울이십시오.

    설정된 속도, 주행 거리, 공이 이동한 거리를 이 데이터 테이블에 기록합니다(Google ). 테이블의 첫 번째 행은 이전 단계에서 작업한 Momentum 프로젝트를 기반으로 시작되었습니다. 다양한 속도를 설정하면서 이 테이블에 데이터를 계속 추가해 보세요. 그런 다음 학급에서 발견한 내용을 토론하면서 다른 팀의 데이터를 추가할 수 있습니다.

    교사 팁 아이콘 교사 팁

    • 공이 다양한 거리에 대해 다양한 방향으로 튕겨나갈 영역을 준비합니다. 필요에 따라 문 및/또는 창문을 닫습니다.

    • Exploring Velocity에 대한 표는 아래에서 저장하거나 학생들이 엔지니어링 노트북에서 표를 다시 만들 수 있습니다.

    • 팀 엔지니어링 노트북을 평가하기 위한 기준표는 여기(Google )에서 찾을 수 있으며, 개별 노트북을 평가하기 위한 기준표 여기에서 찾을 수 있습니다(Google . PDF). 루브릭을 사용하여 학생 작업을 평가할 계획이라면 프로젝트 작업을 시작하기 전에 루브릭을 학생과 공유해야 합니다.

    데이터를 수집하면서 엔지니어링 노트에 아래 질문에 대해 생각하고 응답해 보세요.

    • 충돌 중에 로봇의 운동량이 공에 에너지를 전달했다는 것을 어떻게 알 수 있습니까? 세부적으로 설명하세요.

    • 테스트를 최소한 두 번 이상 반복하십시오. 속도를 50% 미만으로 시도해 보십시오. 공을 제자리에 놓고 공이 얼마나 멀리 이동했는지 표에 기록합니다. 또한 속도를 50% 이상으로 시도해 보십시오. 공을 제자리에 놓고 공이 얼마나 멀리 이동했는지 표에 기록합니다.

    • 모든 그룹이 세 가지 테스트를 완료하면 다른 그룹이 선택한 속도와 테스트에서 공이 얼마나 멀리 이동했는지 토론합니다. 팀이 데이터를 공유할 때 결과를 테이블에 추가하세요.

    • 데이터에서 패턴을 찾아보세요. 설정된 속도가 증가하면 공이 이동하는 거리가 증가합니까, 감소합니까?

    교사 도구 상자 아이콘 교사 도구 상자 - 답변

    1. 공의 움직임은 충돌 중에 로봇이 에너지를 전달했다는 증거입니다. 학생들은 충격 후 공의 속도나 이동 방향을 증거로 설명할 수도 있습니다.

    2. 공이 이동하는 거리는 사용된 공의 질량/무게와 로봇에 설정된 속도에 따라 달라집니다.

    3. 학생들은 속도가 높을수록 공이 낮은 속도보다 더 멀리 이동한다는 점을 인식해야 합니다. 이를 로봇의 운동량에 명시적으로 연결합니다. 로봇의 무게는 변하지 않았고 속도만 바뀌었지만 두 가지 모두 로봇의 운동량에 영향을 미친다는 점을 강조하세요. 로봇이 더 무거우면 공이 더 멀리 이동할 것이라고 생각하는지 물어보세요. 아마도 그럴 것입니다. 다음 읽기에서는 충돌 중 공의 질량이 미치는 영향에 대해 더 자세히 설명합니다.

    4. 학생 그룹은 광범위하게 가변적인 속도를 선택했을 수 있지만 전반적인 학습 목표는 학생들이 속도가 높을수록 충돌 중에 공에 더 많은 에너지를 전달하는 더 큰 운동량으로 이어진다는 것을 인식하는 것입니다.