Skip to main content

STEM-laboratoria
Momentum Alley Docent

Docentenportaal

Leraar Toolbox-pictogram Gereedschapskist voor docenten

  • Activiteitenoverzicht
    Deze verkenning laat leerlingen eerst kennismaken met het instellen van de rijsnelheid en vraagt ​​hen vervolgens om te onderzoeken hoe de snelheid van de robot zijn momentum beïnvloedt. Klik hier (Google / .docx / .pdf) voor het overzicht van deze activiteit. Het begrijpen van het momentum van de robot zal een belangrijk concept zijn om toe te passen op het bowlingspel Strike Challenge.

  • Wat de leerlingen gaan programmeren
    Met behulp van het Speedbot-sjabloonproject (Aandrijflijn 2-motor, Geen Gyro) kunnen de leerlingen de snelheidsinstellingen van de Speedbot wijzigen door simpelweg set_drive_velocity toe te voegen aan de drive_for instructie. Tijdens het begeleide deel van de activiteit moeten leerlingen de Speedbot met verschillende snelheden bewegen en aan het einde van de activiteit wordt hen gevraagd hun vaardigheden op het gebied van het programmeren van snelheid toe te passen op tests van momentum en energieoverdracht.

Speedbot is klaar om met verschillende snelheden te rijden!

Dit onderzoek zal je helpen meer te leren over het programmeren van de Speedbot om te rijden met snelheden die het beste geschikt zijn voor de taak. In de Strike Challenge aan het einde moet je een snelheid voor de Speedbot vinden die hem in staat stelt snel te zijn en een groot momentum te hebben, maar toch de controle te behouden om de bal onder een goede hoek en met grote kracht te raken.

Leraar Toolbox-pictogram Gereedschapskist voor docenten

Hier is een overzicht van de gebruikersinterface van VEXcode V5. Studenten maken kennis met deze tabbladen/knoppen tijdens de activiteiten in dit Momentum Alley STEM Lab. Er zijn ook koppelingen beschikbaar in het STEM Lab die meer informatie geven over deze tabbladen/knoppen. Afbeelding van de gebruikersinterface van VEXcode V5 Python

VEXcode V5 Python-instructies die in het eerste deel van dit onderzoek zullen worden gebruikt:

  • aandrijflijn.set_drive_velocity(50, PERCENT)

  • aandrijflijn.drive_for(FORWARD, 200, MM)

  • Voor meer informatie over een instructie selecteert u Help en selecteert u vervolgens het vraagtekenpictogram naast een instructie om meer informatie te zien.

    Afbeelding van de Help in VEXcode V5 geopend in een Python-projectvenster

    Zorg ervoor dat u over de benodigde hardware beschikt, dat uw technische notebook en VEXcode V5  zijn gedownload en gereed zijn.

Icoon voor tips voor docenten Tips voor docenten

Als dit de eerste keer is dat de student VEXcode V5 gebruikt, kan hij of zij op elk moment tijdens deze verkenning de Tutorials raadplegen. De zelfstudies bevinden zich in de werkbalk. Afbeelding van het Tutorials-pictogram gemarkeerd in de VEXcode V5-werkbalk

Elke groep leerlingen moet de benodigde hardware en het technische notitieboekje van de groep ontvangen. Open vervolgens VEXcode V5.

Benodigde materialen:
Hoeveelheid Benodigde materialen
1

Speedbot-robot

1

Opgeladen robotbatterij

1

VEXcode V5

1

USB-kabel (bij gebruik van een computer)

1

Techniek notitieboekje

1

Bal (de grootte en vorm van een voetbal) 

1

Vrije ruimte van 3 x 3 meter

1

Meterstok of liniaal

1

Een rol tape

1

Data tafel

Icoon voor tips voor docenten Tips voor docenten

Modelleer elk van de stappen voor probleemoplossing voor de leerlingen.

Stap 1:  Voorbereiden op de verkenning

Heeft u al deze voorwerpen gereed voordat u met de activiteit begint?

  • Zijn alle motoren aangesloten op de juiste poorten?

  • Zijn de slimme kabels volledig in alle motoren gestoken?

  • Is het brein ingeschakeld?

  • Is de batterij opgeladen?

Stap 2: Start een nieuw project

Voer de volgende stappen uit om het project te starten:

  • Open het menu Bestand en selecteer Voorbeelden openen.

    Afbeelding van het bestandsmenu geopend in VEXcode V5 met Open voorbeelden gemarkeerd

     

  • Selecteer en open het Speedbot-sjabloonproject (Aandrijflijn 2-motor, Geen Gyro). Het sjabloonproject bevat de motorconfiguratievan de Speedbot. Als de sjabloon niet wordt gebruikt, zal uw robot het project niet correct uitvoeren.

    Afbeelding van de Speedbot-sjabloon in het menu Voorbeeldprojecten

     

  • Omdat u snelheid gaat verkennen, geeft u uw project de naam DriveVelocity. Als u klaar bent, selecteert u Opslaan.

    Afbeelding van de gewijzigde naam van de projecttitel

     

Icoon voor tips voor docenten Tips voor docenten

  • Projectnamen kunnen spaties tussen of na de woorden bevatten.

    Hernoem V5

  • Je kunt leerlingen vragen om hun initialen of de naam van hun groep aan de projectnaam toe te voegen. Dit helpt de projecten te differentiëren als je de leerlingen vraagt ​​ze in te dienen.

  • Omdat dit de eerste activiteit met programmeren is die uw leerlingen kunnen proberen, moet u de stappen modelleren en vervolgens de leerlingen vragen dezelfde acties uit te voeren. De docent moet vervolgens de leerlingen controleren om er zeker van te zijn dat ze de stappen correct volgen.

  • Zorg ervoor dat de leerlingen Voorbeelden openen hebben geselecteerd in het menu Bestand.

  • Zorg ervoor dat de leerlingen het sjabloonproject Speedbot (Aandrijflijn 2-motor, Geen Gyro) hebben geselecteerd.

  • Op de pagina Voorbeelden kunt u de leerlingen erop wijzen dat er verschillende keuzes zijn waaruit ze kunnen kiezen. Terwijl ze andere robots bouwen en gebruiken, krijgen ze de kans om verschillende sjablonen te gebruiken.

  • Controleer of de projectnaam DriveVelocity nu in het venster in het midden van de werkbalk staat. Image of the project name in the Toolbar

Leraar Toolbox-pictogram Teacher Toolbox - Projecten opslaan

  • Wijs erop dat toen ze VEXcode V5 voor het eerst openden, het venster de naam VEXcode Project had. VEXcode Project is de standaard projectnaam wanneer VEXcode V5 voor het eerst wordt geopend. Nadat het project de naam Drive had gekregen en was opgeslagen, werd het scherm bijgewerkt om de nieuwe projectnaam weer te geven. Met dit venster in de werkbalk kunt u eenvoudig controleren of de leerlingen het juiste project gebruiken.

  • Vertel de leerlingen dat ze nu klaar zijn om aan hun eerste project te beginnen. Leg de leerlingen uit dat ze door slechts een paar eenvoudige stappen te volgen een project kunnen creëren en uitvoeren dat de Speedbot vooruit zal helpen.

  • Herinner de leerlingen eraan dat ze hun projecten moeten opslaan terwijl ze eraan werken. In de sectie Python van de VEX-bibliotheek worden de opslagpraktijken in VEXcode V5 uitgelegd.

Leraar Toolbox-pictogram Docententoolbox - Stop en bespreek

Dit is een goed moment om even te pauzeren en de leerlingen individueel of in groepen de stappen te laten herhalen die zojuist zijn voltooid bij het starten van een nieuw project in VEXcode V5. Vraag de leerlingen om individueel na te denken voordat ze dit binnen hun groep of aan de hele klas delen.

Stap 3: Rijd 150 mm vooruit met verschillende snelheden

Je bent nog niet klaar om de robot te programmeren om met verschillende snelheden vooruit te rijden! 

  • Voordat we beginnen met programmeren, moeten we begrijpen wat een instructie is. Een instructie bestaat uit drie delen. Afbeelding van een Python-opdracht waarbij elk onderdeel is geïdentificeerd

Icoon voor tips voor docenten Tips voor docenten

Mogelijk ziet u een functie voor automatisch aanvullen wanneer u de instructie begint te typen. Gebruik de toetsen “Omhoog” en “Omlaag” om de gewenste naam te selecteren en druk vervolgens op “Tab” of (Enter/Return) op uw toetsenbord om de selectie te maken. Voor meer informatie over deze functie, bekijk het Python artikel. Image of the autocomplete feature in a Python project

  • Voeg de instructies toe aan het project: Afbeelding van de Python-opdrachten die aan het project moeten worden toegevoegd

Icoon voor tips voor docenten Tips voor docenten

Merk op dat de tweede en derde instructies (regels 33 en 34 in de afbeelding hierboven) hetzelfde zijn als de vierde en vijfde instructies (regels 35 en 36 hierboven), maar met een andere snelheidsparameter. Na het toevoegen van de derde instructies kunnen leerlingen de regels markeren die moeten worden herhaald en deze kopiëren en plakken om het project te voltooien. Vervolgens kunnen ze de snelheid in de vierde regel wijzigen naar 75 procent. 

  • Selecteer het Slotpictogram om een ​​van de acht beschikbare slots op het Robotbrein te kiezen en selecteer slot 1.

    Afbeelding van het selecteren van slot 1 voor het Drive Velocity-project in de werkbalk

     

  • Sluit de V5 Robot Brain aan op de computer met behulp van een micro-USB-kabel en schakel de V5 Robot Brain in. Het Brain-pictogram in de werkbalk wordt groen zodra er een succesvolle verbinding tot stand is gebracht.

  • Selecteer Download om het project naar de Brain te downloaden.

     

Leraar Toolbox-pictogram Gereedschapskist voor docenten

  • Herinner de leerlingen eraan om de USB-kabel los te koppelen van het Robotbrein. Als de robot tijdens het uitvoeren van een project op een computer is aangesloten, kan het zijn dat de robot aan de aansluitkabel trekt.
  • Controleer of uw project gedownload (Python) is door naar het scherm van Robot Brain te kijken. De projectnaam DriveVelocity moet worden vermeld in Slot 1.

    Afbeelding van het DriveVelocity-programma gedownload naar slot 1 op de V5 Brain

Leraar Toolbox-pictogram Gereedschapskist voor docenten

  • Stop en bespreek
    Vraag de leerlingen om te voorspellen wat zij denken dat er zal gebeuren als dit project wordt gedownload en uitgevoerd op de Speedbot-robot. Vertel de leerlingen dat ze hun voorspellingen in hun technische notitieboekjes moeten noteren. Als de tijd het toelaat, vraag dan elke groep om hun voorspelling te delen.

    De leerlingen moeten voorspellen dat de Speedbot eerst vooruit zal gaan met de standaardsnelheid (50%), dan langzamer (25%) dan de standaardsnelheid en dan sneller (75%) dan de standaardsnelheid.

  • Model eerst
    Model voert het project uit voor de klas voordat alle leerlingen het in één keer proberen. Verzamel de leerlingen in één gebied en laat voldoende ruimte over voor de Speedbot om te bewegen als deze op de grond wordt geplaatst.

    Vertel de leerlingen dat het nu hun beurt is om hun project uit te voeren. Zorg ervoor dat ze een duidelijk pad hebben en dat er geen Speedbots tegen elkaar aanlopen.

  • Voer (Python) het project uit op de robot door ervoor te zorgen dat het project is geselecteerd en druk vervolgens op de knop Run op het Robotbrein. Gefeliciteerd met het maken van uw eerste project!

    Afbeelding van het hersenscherm om het DriveVelocity-project uit te voeren

Stap 4: Rijd 150 mm vooruit en achteruit met verschillende snelheden

Nu je je robot hebt geprogrammeerd om met verschillende snelheden vooruit te rijden, programmeer hem dan om nu met verschillende snelheden vooruit en achteruit te rijden.

  • Wijzig de parameter in de tweede drive_for instructie om REVERSEweer te geven.

    Afbeelding van de aangepaste parameter in het project

  • Selecteer de projectnaam om deze te wijzigen van DriveVelocity in ReverseVelocity.

  • Selecteer het Slotpictogram om een ​​nieuw slot te kiezen. Selecteer sleuf 2.

    Afbeelding van selectie van slot 2 in de werkbalk

     

  • Download (Python) het project.

  • Controleer of uw project gedownload (Python) is door naar het scherm van Robot Brain te kijken. De projectnaam ReverseVelocity moet worden vermeld in Slot 2.

    Afbeelding van het ReverseVelocity-programma gedownload naar slot 2 op de V5 Brain

  • Voer (Python) het project uit op de robot door ervoor te zorgen dat het project is geselecteerd en druk vervolgens op de knop Run op het Robotbrein.

    Afbeelding van het hersenscherm om het Reverse Velocity-project uit te voeren

Leraar Toolbox-pictogram Docententoolbox - Stap 4 voltooien

  • Om de opdracht drive_for te wijzigen van forward naar reverse, wijzigt u eenvoudigweg de eerste parameter in REVERSE. Hierdoor bewegen de motoren in de aandrijflijn in de tegenovergestelde richting.

  • Het aantal mm kan worden gewijzigd, maar voor dit voorbeeld laten we ze op 150 mm staan, zoals ingesteld in de vorige stap.

  • Herinner de leerlingen eraan dat ze de USB-kabel van het Robotbrein moeten loskoppelen voordat ze het project uitvoeren.

  • Herinner de leerlingen eraan dat ze hun projecten moeten opslaan terwijl ze eraan werken. De VEX-bibliotheek heeft een sectie voor Python waarin de opslagpraktijken in VEXcode V5 worden uitgelegd.

Icoon voor tips voor docenten Tips voor docenten

Vraag teams om indien nodig het testgebied en de bal te delen, maar er kunnen ook meerdere testgebieden met elk hun eigen bal worden ingericht. Bepaal of je de toetsruimte(s) wilt inrichten, of dat je wilt dat studenten dit doen.

Stap 5: Uw testgebied instellen

Afbeelding van de opstelling van het testgebied met lijnen die elke 50 cm van 0 tot 3 meter gescheiden en gelabeld zijn
Voorbeeld testruimte-indeling

  • Gebruik tape en een meterstok om een ​​lijn van 3 meter op de vloer te creëren, zoals de horizontale lijn in de afbeelding hierboven.

    • Nadat de lijn is gemaakt, gebruikt u nogmaals tape en uw meterstok om lijnen van 1 meter over de lijn van 3 meter te maken, zoals de verticale lijnen in de afbeelding hierboven. Plak een lijn van 1 meter op elke 50 cm markering op de verticale lijn, beginnend bij 0 cm.

    • De kortere horizontale lijnen moeten gecentreerd zijn op de langere verticale lijn.

  • Terwijl het gebied wordt ingericht, moeten een of twee leden van uw team een ​​nieuw project creëren met de naam Momentum. Stel de snelheid in op 50% en laat de Speedbot vooruit rijden naar de eerste lijn op 50 cm. Houd er rekening mee dat 1 cm = 10 mm, de robot zal dus 50 cm of 500 millimeter vooruit rijden.

Leraar Toolbox-pictogram Teacher Toolbox - Waarom deze activiteit?

  • Het verzamelen en analyseren van gegevens, zelfs eenvoudige patroonherkenning, zijn fundamentele wetenschappelijke vaardigheden. Deze activiteit voegt structuur toe aan die data-analyse door veelvoorkomende misstappen te voorkomen.

  • Merk op dat de instructies de leerlingen niet vertellen dat ze de rijafstand van de robot moeten variëren en ook de snelheid van de robot. Dit is een doelbewuste toepassing van wat leerwetenschappers de Controle van Variabelen Strategie noemen. Het is belangrijk om beginnende onderzoekers te leren één variabele tegelijk te manipuleren (dat wil zeggen de snelheid in dit geval) om de invloed ervan op een tweede variabele (dat wil zeggen de afstand die de bal aflegt na een botsing) te bepalen, omdat dit niet noodzakelijkerwijs een benadering is die studenten zullen volgen. spontaan over op een gok-en-check-aanpak. Typische gis-en-controle-benaderingen manipuleren vaak meer dan één variabele tegelijk (dat wil zeggen, het veranderen van zowel de snelheid als de afstand die de robot aflegt) en het observeren van de impact van de samenvloeiing op de afstand die de bal aflegt na rotatie. Deze activiteit probeert leerlingen daarvan weg te leiden, omdat de relaties tussen de variabelen dan dubbelzinnig zijn. Is het de hogere snelheid van de robot, de grotere afstand die de robot aflegt, of zijn het beide die ervoor zorgen dat de bal verder reist? Daar kunnen we geen antwoord op geven als we beide variabelen tegelijkertijd manipuleren.

  • Teams kunnen echter spontaan proberen de robot over verschillende afstanden te laten rijden. Als u dit waarneemt, vraag hen dan alleen om de afstand te veranderen, maar de snelheid hetzelfde te houden als bij een proef met de oorspronkelijke afstand van 500 mm. Op die manier kunnen ze dezelfde snelheid vergelijken met verschillende rijafstanden om te zien of de rijafstand van de robot ook van invloed is op de afstand die de bal aflegt.

Stap 6: Testen van de energieoverdracht tijdens botsingen

Afbeelding van de bowlingopstelling met de robot op de 0cm-lijn en de bal op de 50cm-lijn
Bowling challenge-testgebied met robot en bal

Bowling challenge testbaan met robot en bal

Centreer de bal op de horizontale lijn op 50 cm en plaats uw robot zo dat de voorkant ervan gecentreerd is op de horizontale lijn op 0 cm. Zorg ervoor dat de voorkant van de robot in de richting van de bal wijst. Voer je eerste Momentum-project uit waarbij de snelheid is ingesteld op 50% en let goed op wanneer de robot tegen de bal botst.

Noteer de ingestelde snelheid, de afgelegde afstand en de afstand die de bal heeft afgelegd in deze gegevenstabel (Google / .pdf). De eerste rij van de tabel is voor u gestart op basis van het Momentum-project waaraan u in de vorige stap hebt gewerkt. Ga door met het toevoegen van gegevens aan deze tabel terwijl u verschillende snelheden probeert in te stellen. Vervolgens kunt u de gegevens van andere teams toevoegen terwijl u uw bevindingen klassikaal bespreekt.

Icoon voor tips voor docenten Tips voor docenten

  • Bereid het gebied voor zodat de bal over verschillende afstanden in verschillende richtingen kan stuiteren. Sluit indien nodig deuren en/of ramen.

  • De tabel voor Exploring Velocity kan van onderaf worden opgeslagen, of leerlingen kunnen de tabel opnieuw maken in hun technische notitieboekjes.

  • Een rubriek voor het evalueren van teamengineering-notebooks kunt hier vinden (Google ), en een rubriek voor het evalueren van individuele notebooks kunt u hier vinden (Google .). Wanneer u van plan bent het werk van leerlingen met een of meer rubrieken te evalueren, zorg er dan voor dat u de rubriek met hen deelt voordat ze aan het project beginnen te werken.

Denk na en beantwoord de onderstaande vragen in uw technische notitieboekje terwijl u uw gegevens verzamelt:

  • Hoe kun je zien dat het momentum van de robot tijdens de botsing energie naar de bal overbracht? Leg uit met details.

  • Herhaal de test nog minstens twee keer. Probeer een snelheid van minder dan 50%. Zet de bal terug op zijn plaats en noteer in de tabel hoe ver de bal reist. Probeer ook een snelheid van meer dan 50%. Zet de bal terug op zijn plaats en noteer in de tabel hoe ver de bal reist.

  • Wanneer alle groepen hun drie tests hebben voltooid, bespreek dan de snelheden die de andere groepen hebben gekozen en hoe ver de bal tijdens hun tests heeft afgelegd. Terwijl teams hun gegevens delen, voegt u hun bevindingen toe aan uw tabel.

  • Zoek naar patroon(en) in de gegevens. Neemt de afstand die de bal aflegt toe of af naarmate de ingestelde snelheid toeneemt?

Leraar Toolbox-pictogram Docententoolbox - Antwoorden

  1. De beweging van de bal is een bewijs dat de robot tijdens de botsing energie heeft overgedragen. De leerlingen kunnen ook de snelheid van de bal na de botsing of de bewegingsrichting als bewijs omschrijven.

  2. De afstand die de bal aflegt is afhankelijk van de massa/gewicht van de gebruikte bal en de snelheid die voor de robot is ingesteld.

  3. De leerlingen moeten inzien dat hogere snelheden ertoe leiden dat de bal verder reist dan lagere snelheden. Verbind dit expliciet met het momentum van de robot. Benadruk dat het gewicht van de robot niet is veranderd, alleen de snelheid, maar dat beide bijdragen aan het momentum van de robot. Vraag hen of ze denken dat de bal net zo ver zou reizen als de robot zwaarder was. Vermoedelijk wel. In de volgende lezing leest u meer over de effecten van de massa van de bal tijdens de botsing.

  4. Studentengroepen hebben misschien sterk variabele snelheden gekozen, maar het algemene leerdoel is dat studenten herkennen dat hogere snelheden leiden tot een groter momentum, waardoor er tijdens botsingen meer energie naar de bal wordt overgebracht.