Skip to main content

Laboratoria STEM
Aleja Rozmachu Nauczyciel

Portalu Nauczycieli

Ikona Zestawu narzędzi nauczyciela Zestaw narzędzi nauczyciela

  • Zarys ćwiczenia
    Podczas tej eksploracji uczniowie najpierw zapoznają się z ustalaniem prędkości jazdy, a następnie poproszą ich o zbadanie, w jaki sposób prędkość robota wpływa na jego pęd. Kliknij tutaj (Google / .docx / .pdf), aby zobaczyć zarys tego działania. Zrozumienie pędu robota będzie ważną koncepcją do zastosowania w grze w kręgle Strike Challenge.

  • Co będą programować uczniowie
    Korzystanie z projektu szablonowego Speedbota (układ napędowy z 2 silnikami, bez żyroskopu) umożliwia uczniom zmianę ustawień prędkości Speedbota po prostu przez dodanie set_drive_velocity do drive_for instrukcja. Część ćwiczenia z przewodnikiem polega na tym, że uczniowie poruszają Speedbotem z różnymi prędkościami, a na koniec ćwiczenia mają zastosować swoje umiejętności programowania prędkości w testach transferu pędu i energii.

Speedbot jest gotowy do jazdy z różnymi prędkościami!

To badanie pomoże Ci dowiedzieć się więcej na temat programowania Speedbota tak, aby jechał z prędkością najlepiej dostosowaną do danego zadania. W końcowym wyzwaniu Strike Challenge będziesz musiał znaleźć prędkość Speedbota, która pozwoli mu być szybkim i mieć duży pęd, a jednocześnie zachować kontrolę, aby uderzyć piłkę pod dobrym kątem i z dużą siłą.

Ikona Zestawu narzędzi nauczyciela Zestaw narzędzi nauczyciela

Oto przegląd interfejsu użytkownika VEXcode V5. Uczniowie zostaną zapoznani z tymi zakładkami/przyciskami podczas zajęć w laboratorium STEM Momentum Alley. W całym laboratorium STEM dostępne są także łącza umożliwiające uzyskanie dodatkowych informacji na temat tych zakładek/przycisków. Obraz interfejsu użytkownika VEXcode V5 Python

Instrukcje VEXcode V5 Pythona, które zostaną wykorzystane w pierwszej części tego badania:

  • drivetrain.set_drive_velocity(50, PROCENT)

  • układ napędowy.napęd_for(DO PRZODU, 200, MM)

  • Aby uzyskać więcej informacji na temat instrukcji, wybierz opcję Pomoc, a następnie wybierz ikonę znaku zapytania obok instrukcji, aby wyświetlić więcej informacji.

    Obraz pomocy w VEXcode V5 otwarty w oknie projektu Python

    Upewnij się, że masz wymagany sprzęt, notatnik inżynierski i VEXcode V5  pobrany i gotowy.

Ikona porad dla nauczycieli Wskazówki dla nauczycieli

Jeżeli po raz pierwszy uczeń korzysta z VEXcode V5, może w każdej chwili skorzystać z Samouczków. Samouczki znajdują się na pasku narzędzi. Obraz ikony Tutorials podświetlonej na pasku narzędzi VEXcode V5

Każda grupa uczniów powinna otrzymać wymagany sprzęt i notes inżynierski grupy. Następnie otwórz VEXcode V5.

Wymagane materiały:
Ilość Potrzebne materiały
1

Robot Speedbot

1

Naładowany akumulator robota

1

Kod VEX V5

1

Kabel USB (w przypadku korzystania z komputera)

1

Notatnik inżynieryjny

1

Piłka (wielkość i kształt piłki nożnej) 

1

Wolna przestrzeń o wymiarach 3m x 3m

1

Miernik lub linijka

1

Rolka taśmy

1

Tabela danych

Ikona porad dla nauczycieli Wskazówki dla nauczycieli

Modeluj każdy etap rozwiązywania problemów dla uczniów.

Krok 1:  Przygotowanie do eksploracji

Czy zanim rozpoczniesz ćwiczenie, masz gotowy każdy z tych elementów?

  • Czy wszystkie silniki są podłączone do właściwych portów ?

  • Czy inteligentne kable są całkowicie włożone do wszystkich silników?

  • Czy Brain jest włączony?

  • Czy akumulator jest naładowany?

Krok 2: Rozpocznij nowy projekt

Aby rozpocząć projekt, wykonaj następujące kroki:

  • Otwórz menu Plik i wybierz Otwórz przykłady.

    Obraz menu plików otwartego w VEXcode V5 z podświetloną opcją Otwarte przykłady

     

  • Wybierz i otwórz projekt szablonu Speedbot (2-silnikowy układ napędowy, bez żyroskopu). Projekt szablonu zawiera konfigurację silnika Speedbota . Jeśli szablon nie zostanie użyty, Twój robot nie uruchomi poprawnie projektu.

    Obraz szablonu Speedbota w menu Przykładowe projekty

     

  • Ponieważ będziesz pracować nad badaniem prędkości, nadasz swojemu projektowi nazwę DriveVelocity. Po zakończeniu wybierz opcję Zapisz.

    Obraz zmiany nazwy tytułu projektu

     

Ikona porad dla nauczycieli Wskazówki dla nauczycieli

  • Nazwy projektów mogą zawierać spacje pomiędzy słowami lub po nich.

    Zmień nazwę V5

  • Możesz poprosić uczniów o dodanie swoich inicjałów lub nazwy grupy do nazwy projektu. Pomoże to rozróżnić projekty, jeśli poprosisz uczniów o ich przesłanie.

  • Ponieważ jest to pierwsze ćwiczenie z programowania, jakie mogą podjąć uczniowie, należy modelować poszczególne kroki, a następnie poprosić uczniów o wykonanie tych samych czynności. Następnie nauczyciel powinien monitorować uczniów, aby upewnić się, że prawidłowo wykonują podane czynności.

  • Upewnij się, że uczniowie wybrali opcję Otwarte przykłady z menu Plik.

  • Upewnij się, że uczniowie wybrali projekt szablonowy Speedbot (2-silnikowy układ napędowy, bez żyroskopu).

  • Możesz wskazać uczniom, że na stronie Przykłady jest kilka opcji do wyboru. Budując i używając innych robotów, będą mieli okazję korzystać z różnych szablonów.

  • Sprawdź, czy nazwa projektu DriveVelocity znajduje się teraz w oknie pośrodku paska narzędzi. Image of the project name in the Toolbar

Ikona Zestawu narzędzi nauczyciela Przybornik nauczyciela - Zapisywanie projektów

  • Zwróć uwagę, że kiedy po raz pierwszy otworzyli VEXcode V5, okno miało etykietę VEXcode Project. Projekt VEXcode jest domyślną nazwą projektu przy pierwszym otwarciu VEXcode V5. Po zmianie nazwy projektu na Dysk i zapisaniu wyświetlacz został zaktualizowany, aby pokazać nową nazwę projektu. Korzystając z tego okna na pasku narzędzi, łatwo sprawdzić, czy uczniowie korzystają z właściwego projektu.

  • Powiedz uczniom, że są teraz gotowi, aby rozpocząć swój pierwszy projekt. Wyjaśnij uczniom, że wykonując kilka prostych kroków, będą w stanie stworzyć i uruchomić projekt, który popchnie Speedbota do przodu.

  • Przypomnij uczniom, aby zapisali swoje projekty w trakcie pracy. Sekcja Python z biblioteki VEX wyjaśnia praktyki zapisywania w VEXcode V5.

Ikona Zestawu narzędzi nauczyciela Zestaw narzędzi dla nauczyciela - Zatrzymaj się i porozmawiaj

Jest to dobry moment na przerwę i poproszenie uczniów o przejrzenie, indywidualnie lub w grupach, kroków, które właśnie zostały wykonane podczas rozpoczynania nowego projektu w VEXcode V5. Poproś uczniów, aby zastanowili się indywidualnie, zanim podzielą się informacjami w swojej grupie lub całej klasie.

Krok 3: Jedź do przodu na odległość 150 mm z różnymi prędkościami

Nie jesteś jeszcze gotowy, aby rozpocząć programowanie robota, aby jechał do przodu z różnymi prędkościami! 

  • Zanim zaczniemy programować, musimy zrozumieć, czym jest instrukcja. Instrukcja składa się z trzech części. Obraz polecenia języka Python ze zidentyfikowanym każdym komponentem

Ikona porad dla nauczycieli Wskazówki dla nauczycieli

Gdy zaczniesz wpisywać instrukcję, możesz zauważyć funkcję autouzupełniania. Użyj klawiszy „W górę” i „W dół”, aby wybrać żądaną nazwę, a następnie naciśnij „Tab” lub (Enter/Return) na klawiaturze, aby dokonać wyboru. Aby uzyskać więcej informacji na temat tej funkcji, zapoznaj się z artykułem Python . Image of the autocomplete feature in a Python project

  • Dodaj instrukcje do projektu: Obraz poleceń języka Python do dodania do projektu

Ikona porad dla nauczycieli Wskazówki dla nauczycieli

Zauważ, że instrukcja druga i trzecia (linie 33 i 34 na powyższym obrazku) są takie same jak instrukcja czwarta i piąta (linie 35 i 36 powyżej), ale mają inny parametr prędkości. Po dodaniu trzeciej instrukcji uczniowie mogą zaznaczyć wiersze, które mają zostać powtórzone, a następnie skopiować je i wkleić, aby ukończyć projekt. Następnie mogą zmienić prędkość w czwartej linii na 75 procent. 

  • Wybierz ikonę Slot, aby wybrać jedno z ośmiu dostępnych slotów w Robot Brain i wybierz slot 1.

    Obraz przedstawiający wybór gniazda 1 dla projektu Drive Velocity na pasku narzędzi

     

  • Podłącz V5 Robot Brain do komputera za pomocą kabla micro USB i włącz V5 Robot Brain. Ikona Brain na pasku narzędzi zmieni kolor na zielony po pomyślnym nawiązaniu połączenia.

  • Wybierz Pobierz , aby pobrać projekt do Brain.

     

Ikona Zestawu narzędzi nauczyciela Zestaw narzędzi nauczyciela

  • Przypomnij uczniom, aby odłączyli kabel USB od mózgu robota. Podłączenie robota do komputera podczas wykonywania projektu może spowodować, że robot będzie ciągnął za kabel połączeniowy.
  • Sprawdź, czy Twój projekt został pobrany (Python) patrząc na ekran Robot Brain. Nazwa projektu DriveVelocity powinna znajdować się w gnieździe 1.

    Obraz programu DriveVelocity pobrany do gniazda 1 w V5 Brain

Ikona Zestawu narzędzi nauczyciela Zestaw narzędzi nauczyciela

  • Zatrzymaj się i omów
    Poproś uczniów, aby przewidzieli, co ich zdaniem się stanie, gdy ten projekt zostanie pobrany i uruchomiony na robocie Speedbot. Powiedz uczniom, aby zapisali swoje przewidywania w zeszytach inżynierskich. Jeśli czas na to pozwala, poproś każdą grupę o podzielenie się swoją prognozą.

    Uczniowie powinni przewidzieć, że Speedbot będzie najpierw poruszał się do przodu ze swoją domyślną prędkością (50%), następnie wolniej (25%) niż domyślna prędkość, a następnie szybciej (75%) niż domyślna prędkość.

  • Model First
    Modeluj prowadzenie projektu przed klasą, zanim wszyscy uczniowie spróbują jednocześnie. Zbierz uczniów w jednym miejscu i zostaw wystarczająco dużo miejsca, aby Speedbot mógł się poruszać, jeśli zostanie umieszczony na podłodze.

    Powiedz uczniom, że teraz ich kolej na realizację projektu. Upewnij się, że mają wolną drogę i że żadne Speedboty nie wpadną na siebie.

  • Uruchom (Python) projekt na robocie, upewniając się, że projekt jest wybrany, a następnie naciśnij przycisk Uruchom na Robot Brain. Gratulujemy stworzenia pierwszego projektu!

    Obraz ekranu mózgu umożliwiającego uruchomienie projektu DriveVelocity

Krok 4: Jedź do przodu i do tyłu przez 150 mm z różnymi prędkościami

Teraz, gdy zaprogramowałeś robota, aby jechał do przodu z różnymi prędkościami, zaprogramuj go tak, aby jechał do przodu i do tyłu z różnymi prędkościami.

  • Zmień parametr w drugiej instrukcji drive_for , aby wyświetlić REVERSE.

    Obraz skorygowanego parametru w projekcie

  • Wybierz nazwę projektu, aby zmienić ją z DriveVelocity na ReverseVelocity.

  • Wybierz ikonę slotu, aby wybrać nowy slot. Wybierz miejsce 2.

    Obraz wyboru gniazda 2 na pasku narzędzi

     

  • Pobierz (Python) projekt.

  • Sprawdź, czy Twój projekt został pobrany (Python) patrząc na ekran Robot Brain. Nazwa projektu ReverseVelocity powinna być wymieniona w Slocie 2.

    Obraz programu ReverseVelocity pobrany do gniazda 2 w V5 Brain

  • Uruchom (Python) projekt na robocie, upewniając się, że projekt jest wybrany, a następnie naciśnij przycisk Uruchom na Robot Brain.

    Obraz ekranu mózgu umożliwiającego uruchomienie projektu Reverse Velocity

Ikona Zestawu narzędzi nauczyciela Zestaw narzędzi nauczyciela - Ukończenie kroku 4

  • Aby zmienić polecenie drive_for do przodu na do tyłu, po prostu zmień pierwszy parametr na REVERSE. Spowoduje to ruch silników w układzie napędowym w przeciwnym kierunku.

  • Liczbę mm można zmienić, ale w tym przykładzie pozostawimy ją na poziomie 150 mm, jak ustawiliśmy w poprzednim kroku.

  • Przypomnij uczniom, aby przed uruchomieniem projektu odłączyli kabel USB od Robot Brain.

  • Przypomnij uczniom, aby zapisali swoje projekty w trakcie pracy. Biblioteka VEX zawiera sekcję dotyczącą Pythona , która wyjaśnia praktyki zapisywania w VEXcode V5.

Ikona porad dla nauczycieli Wskazówki dla nauczycieli

W razie potrzeby poproś zespoły, aby podzieliły się obszarem testowym i piłką, ale można również utworzyć wiele obszarów testowych, każdy z własną piłką. Zdecyduj, czy chcesz ustawić obszary testowe, czy też chcesz, aby zrobili to uczniowie.

Krok 5: Konfiguracja obszaru testowego

Obraz konfiguracji obszaru testowego z liniami oddzielonymi i oznaczonymi co 50 cm od 0 do 3 m
Przykładowy układ obszaru testowego

  • Za pomocą taśmy i miarki utwórz na podłodze linię o długości 3 m, jak pozioma linia pokazana na powyższym obrazku.

    • Po utworzeniu linii użyj jeszcze raz taśmy i miarki, aby utworzyć 1 m linii na 3 m linii, tak jak pionowe linie na powyższym obrazku. Przyklej taśmą linię o długości 1 m w odstępach co 50 cm na linii pionowej, zaczynając od 0 cm.

    • Krótsze linie poziome powinny być wyśrodkowane na dłuższej linii pionowej.

  • Podczas konfigurowania obszaru jeden lub dwóch członków Twojego zespołu powinno stworzyć nowy projekt o nazwie Momentum. Ustaw prędkość na 50% i pozwól Speedbotowi podjechać do pierwszej linii na wysokości 50 cm. Pamiętaj, że 1 cm = 10 mm, aby robot przejechał do przodu 50 cm lub 500 milimetrów.

Ikona Zestawu narzędzi nauczyciela Teacher Toolbox - Dlaczego to ćwiczenie?

  • Gromadzenie i analiza danych, nawet proste rozpoznawanie wzorców, to podstawowe umiejętności naukowe. To działanie dodaje struktury analizie danych, zapobiegając typowym błędom.

  • Zwróć uwagę, że instrukcje nie mówią uczniom, aby zmieniali odległość, na jaką porusza się robot, jednocześnie zmieniając prędkość robota. Jest to celowe zastosowanie tego, co naukowcy zajmujący się uczeniem się nazywają strategią kontroli zmiennych. Nauczenie początkujących badaczy manipulowania jedną zmienną na raz (w tym przypadku prędkością) w celu określenia jej wpływu na drugą zmienną (tj. odległość, jaką przebędzie piłka po zderzeniu) jest ważne, ponieważ niekoniecznie jest to podejście, które uczniowie przyjmą spontanicznie, metodą zgadywania i sprawdzania. Typowe podejście polegające na zgadywaniu i sprawdzaniu często manipuluje więcej niż jedną zmienną na raz (tj. zmienia się zarówno prędkość, jak i odległość, jaką pokonuje robot) i obserwuje wpływ zbieżności na odległość, jaką pokonuje piłka po obrocie. To ćwiczenie ma na celu odciągnięcie uczniów od tego tematu, ponieważ relacje między zmiennymi są wówczas niejednoznaczne. Czy to większa prędkość robota, im większa odległość, jaką robot pokonuje, czy też jedno i drugie powoduje, że piłka leci dalej? Nie możemy odpowiedzieć na to pytanie, manipulując obiema zmiennymi jednocześnie.

  • Jednakże zespoły mogą spontanicznie próbować prowadzić robota na różne odległości. Jeśli to zaobserwujesz, poproś ich jedynie o zmianę odległości, ale utrzymanie prędkości na poziomie takim, jak było w próbie z pierwotną odległością 500 mm. W ten sposób mogą porównać tę samą prędkość z różnymi dystansami, aby sprawdzić, czy odległość przebyta przez robota ma również wpływ na odległość, jaką pokonuje piłka.

Krok 6: Testowanie transferu energii podczas zderzeń

Obraz ustawienia do gry w kręgle z robotem na linii 0 cm i piłką na linii 50 cm
Obszar testowy gry w kręgle z robotem i piłką

Obszar testowy w grze w kręgle z robotem i piłką

Wyśrodkuj piłkę na linii poziomej w odległości 50 cm i umieść robota tak, aby jego przód był wyśrodkowany na linii poziomej w odległości 0 cm. Upewnij się, że przód robota jest skierowany w stronę piłki. Uruchom swój pierwszy projekt Momentum z prędkością ustawioną na 50% i zwracaj szczególną uwagę, gdy robot zderza się z piłką.

Zapisz ustawioną prędkość, przebytą odległość i odległość przebytą przez piłkę w tej tabeli danych (Google / .pdf). Pierwszy wiersz tabeli został dla Ciebie uruchomiony w oparciu o projekt Momentum, nad którym pracowałeś w poprzednim kroku. Kontynuuj dodawanie danych do tej tabeli, próbując ustawić różne prędkości. Następnie możesz dodać dane innych zespołów, omawiając swoje ustalenia w klasie.

Ikona porad dla nauczycieli Wskazówki dla nauczycieli

  • Przygotuj miejsce, w którym piłka będzie odbijać się w różnych kierunkach i na różne odległości. W razie potrzeby zamknij drzwi i/lub okna.

  • Tabela badania prędkości może zostać zapisana poniżej lub uczniowie mogą odtworzyć tę tabelę w swoich notatnikach inżynierskich.

  • Rubrykę dotyczącą oceny notatników inżynieryjnych można znaleźć tutaj (Google / .docx / .pdf), a rubrykę dotyczącą oceny indywidualnych notatników można znaleźć tutaj (Google / .docx / .). Ilekroć planujesz ocenić pracę uczniów za pomocą rubryk, pamiętaj, aby udostępnić im tę rubrykę, zanim zaczną pracować nad projektem.

Podczas gromadzenia danych pomyśl i odpowiedz na poniższe pytania w swoim notatniku inżynierskim:

  • Jak można stwierdzić, że pęd robota przekazał energię piłce podczas zderzenia? Wyjaśnij ze szczegółami.

  • Powtórz test jeszcze co najmniej dwa razy. Spróbuj ustawić prędkość mniejszą niż 50%. Ustaw piłkę na swoim miejscu i zapisz w tabeli, jak daleko przeleciała piłka. Spróbuj także prędkości większej niż 50%. Ustaw piłkę na swoim miejscu i zapisz w tabeli, jak daleko przeleciała piłka.

  • Kiedy wszystkie grupy zakończą swoje trzy testy, omówcie prędkości wybrane przez pozostałe grupy i odległość, jaką przebyła piłka w swoich testach. Gdy zespoły będą udostępniać swoje dane, dodawaj wnioski do tabeli.

  • Poszukaj wzorców w danych. Czy droga przebyta przez piłkę zwiększa się czy zmniejsza wraz ze wzrostem zadanej prędkości?

Ikona Zestawu narzędzi nauczyciela Zestaw narzędzi dla nauczycieli - Odpowiedzi

  1. Ruch piłki świadczy o tym, że robot podczas zderzenia przekazał energię. Jako dowód uczniowie mogą również opisać prędkość piłki po uderzeniu lub kierunek jej ruchu.

  2. Odległość, jaką pokonuje piłka, zależy od masy/ciężaru użytej piłki i prędkości ustawionej dla robota.

  3. Uczniowie powinni zdawać sobie sprawę, że wyższe prędkości powodują, że piłka leci dalej niż mniejsze prędkości. Wyraźnie połącz to z pędem robota. Podkreśl, że ciężar robota się nie zmienił, a jedynie jego prędkość, ale że oba te czynniki wpływają na pęd robota. Zapytaj ich, czy ich zdaniem piłka poleciałaby tak daleko, gdyby robot był cięższy. Prawdopodobnie tak. Więcej na temat wpływu masy piłki podczas zderzenia napiszemy w następnym czytaniu.

  4. Grupy uczniów mogły wybrać bardzo zmienne prędkości, ale ogólnym celem nauczania jest uświadomienie uczniom, że wyższe prędkości prowadzą do większego pędu, który przekazuje więcej energii piłce podczas zderzeń.