Omówienie zawartości zestawu LOFI Robot CODEBOX i tematyki kursu

Lekcja rozpoczynająca cały kilkunastogodzinny projekt. Uczniowie dowiedzą się czym jest Arduino, poznają nazwy kilku języków programowania oraz poznają skład zestawu LOFI Robot CODEBOX

CELE, POJĘCIA, MATERIAŁY ▼

Cele zajęć

Cele ogólne:
• Wyrabianie umiejętności rozumienia, analizowania i rozwiązywania problemów na bazie logicznego i abstrakcyjnego myślenia.
• Doskonalenie myślenia algorytmicznego.
• Programowanie i rozwiązywanie problemów z wykorzystaniem komputera oraz
innych urządzeń cyfrowych, poprzez układanie i programowanie algorytmów.
• Zgłębianie znajomość zasad działania urządzeń cyfrowych oraz wykonywania programów.
• Rozwijanie kompetencji społecznych, takich jak: komunikacja i współpraca w grupie, udział w projektach zespołowych oraz organizacja i zarządzanie projektami.

Cele szczegółowe
Uczeń potrafi:
• Wyjaśnić na czym polega cykl zajęć z LOFI Robot CODEBOX.
• Wymienić nazwy kilku języków programowania.
• Wyjaśnić czym jest Arduino.
• Podać przykłady wykorzystania Arduino.
• Nazwać poszczególne elementy zestawu LOFI Robot CODEBOX.
• Opisać zastosowanie przykładowych części elektronicznych zestawu.
• Uzgodnić skład zespołu do pracy w grupie.

Treści programowe (związek z podstawą programową)

Podstawa programowa z informatyki – szkoła podstawowa:
Etap II – klasy IV – VIII, w tym klasy VII – VIII: IV.1, IV.2, IV.3, IV.4,
Etap II – klasy VII-VIII: II.5, III.3, IV.1.

Pojęcia kluczowe

• LOFI Robot CODEBOX
• sterownik Arduino
• adapter LOFI Brain
• czujniki: przycisk, potencjometr, czujnik odległości, czujnik natężenia światła
• dioda LED, wyświetlacz LED
• serwomotor
• Arduino IDE
• C/C+
• programowanie
Metody pracy
• Wykład problemowy,
• Pogadanka,
• Dyskusja dydaktyczna związana z wykładem,
• Pokaz,
• Ćwiczenia laboratoryjne.

Materiały pomocnicze

• Zestaw LOFI Robot CODEBOX
• Wyświetlacz LED 8×8 pikseli RGB

ZWIŃ ▲

Czas na realizację zajęć:

1 godzina lekcyjna (45 minut)

Przebieg zajęć

1. Wprowadzenie w tematykę i integracja grupy:

Czas na realizację tej części: ok 15 minut.
Rozpoczynamy wykład problemowy, w czasie którego informujemy uczniów, że zaczynamy cykl zajęć, w czasie których będziemy projektowali gry, ale inne niż znamy ze współczesnych komputerów. Będą to gry bez wyrafinowanej grafiki i dźwięku. Będą najprostsze jak to tylko możliwe, bazujące na refleksie, zręczności, zdrowej rywalizacji i pomysłowości.

Będziemy tworzyć grę “Strzelnica”, “Wyścigi na refleks” i inne, na jakie pozwoli nam czas i Wasza kreatywność.

Tym razem będziemy pracowali w tekstowym języku programowania C oraz z zestawem LOFI Robot CODEBOX bazującym na popularnym mikrokontrolerze Arduino.

Zadajemy uczniom pytanie: “Jakie języki programowania znają”?
Słuchamy różnych odpowiedzi uczniów, dajemy się wypowiedzieć każdemu chętnemu dziecku. Nie przerywamy wypowiedzi, nawet jeśli niektóre odpowiedzi uczniów powtarzają się, są nieprecyzyjne, czy błędne. Każdą wypowiedź ucznia możemy zakończyć krótkim potwierdzeniem (jeśli podawał dobre przykłady) lub zaprzeczeniem, np. “Nie do końca się z Tobą zgadzam” (jeśli powiedział coś źle) i przekazujemy głos kolejnym uczniom zachęcając do poszukiwania skojarzeń i odpowiedzi na postawione pytanie.

Przykładowe odpowiedzi:
• Scratch
• Java
• C, C++
• Python
• Visual Basic, Visual Basic .NET
• JavaScript
• PHP
• Perl
• Swift
• Delphi/Object Pascal

Zadajemy uczniom pytanie: “Kto wie co to jest Arduino”?
• Słuchamy odpowiedzi i wyjaśniamy: Arduino jest to platforma programistyczna oparta na projekcie Open Hardware. Przeznaczona jest do tworzenia samodzielnych interaktywnych obiektów i ogólnodostępnych tanich narzędzi, elastycznych i łatwych w użyciu przez hobbystów.

• Przykładem wykorzystania Arduino może być projekt termometru i wyświetlacza LED pokazującego temperaturę lub dowolny tekst na szyldzie sklepowym. Arduino często też jest podstawą do budowy sterowalnego lub autonomicznego pojazdu, robota, łazika czy innych projektów, w których niezbędne jest zaprogramowanie konkretnego działania, z wykorzystaniem różnego rodzaju czujników (odległości, temperatury, natężenia światła, natężenia dźwięku, przycisków, potencjometrów) oraz diod, wyświetlaczy, silników, serwomotorów itp.

• Typowa płyta Arduino zawiera kontroler (czyli “mózg”), cyfrowe i analogowe wejścia i wyjścia oraz interfejs USB służący do połączeń z komputerem. Komputer we współpracy z Arduino wykorzystywany jest do zaprogramowania kontrolera, który później może działać samodzielnie (bez podłączenia do komputera).

• Programowanie odbywa się w aplikacji Arduino IDE, a język programowania Arduino przypomina język C. Ze względu na prostotę składni programowanie Arduino świetnie sprawdza się jako pierwszy tekstowy język programowania.

• Wewnątrz Arduino IDE kod programu jest pośrednio kompilowany, a następnie wgrywany do podłączonej płyty Arduino.

W czasie naszego projektu poznacie podstawowe zasady działania elektronicznych czujników i modułów, przy pomocy których będziemy konstruować własne urządzenia do gier.

2. Część zasadnicza:

Czas na realizację tej części: ok 20 minut.

W tej części pokazujemy uczniom i omawiamy zawartości zestawu LOFI Robot CODEBOX.

W skład zestawu wchodzą części mechaniczne i elektroniczne (wyjmujemy z pudełka / prosimy uczniów o rozpakowanie i wyjmowanie, pokazujemy i omawiamy / uczniowie oglądają).

Części mechaniczne:

• części drewniane, z których konstruować będziemy podstawowe konstrukcje do lekcji,
• śrubokręt krzyżakowy i śrubki M3 do montowania elementów drewnianych.

Części elektroniczne:

sterownik Arduino UNO – sterownik to główna płytka programowalna do pamięci, której wgrywamy tworzone przez nas programy, płytka ma szereg WEJŚĆ i WYJŚĆ, do których podłączać możemy różnego rodzaju moduły elektroniczne zależnie od potrzeb – czujniki, silniki, diody LED i wyświetlacz,
adapter LOFI Brain – to nakładka na płytkę Arduino, które upraszcza podłączanie do niej zewnętrznych modułów przy pomocy uniwersalnego złącza 3 pinowego,

LOFI Brain 2.0 - opisy złącz

czujniki – w zestawie znajdują się następujące czujniki, które możemy podłączyć do Arduino:
dwa czujniki światła – fotorezystory,
przycisk,
potencjometr,
czujnik odległości (jako jedyny czujnik z kompletu podłączany jest przewodem czterożyłowym do dedykowanego wejścia).

serwomotor – w zestawie znajduje się jeden silnik typu serwo – umożliwiający konstruowanie układów poruszających się w zakresie 0 do 180 stopni, dzięki czemu idealnie nadaje się jako napęd przegubów, chwytaków, ramion, wskaźników itp.

kabelki krokodylki – w zestawie znajdują się dwa przewody zakończone złączami typu “krokodylek” można je podłączyć do modułu z przyciskiem dzięki czemu możemy sprawdzać przewodność elektryczną różnego rodzaju obiektów i używać ich jako nietypowych przycisków. Właściwość tę wykorzystamy na jednej z lekcji.

wyświetlacz LED – w zestawie znajduje się wyświetlacz posiadający matrycę o rozdzielczości 8×8 pixeli – to niezwykle mało w porównaniu do typowego ekranu (np. Full HD 1920×1080), ale pixele w tym wyświetlaczu są bardzo duże i mogą świecić w pełnej palecie kolorów, dlatego świetnie nadaje się on do generowania różnego rodzaju efektów świetlnych i wystarczy do wyświetlenia prostych komunikatów, np. liczb, emotikonów i prostych grafik.

Uczniowie powinni podzielić się na tyle grup ile zestawów LOFI Robot CODEBOX posiada nauczyciel na lekcji. Dobrze, aby każda z grup została przypisana do konkretnego zestawu (można na kartce zapisać nazwiska osób i włożyć ją do konkretnego pudełka).

Uczniowie w grupach oglądają poszczególne elementy, wymieniają się spostrzeżeniami, w razie wątpliwości dopytują nauczyciela.

3. Podsumowanie i ewaluacja:

Czas na realizację tej części: ok. 10 minut.

Prosimy aby uczniowie ostrożnie spakowali i podpisali zestawy. Jeden przedstawiciel każdej grupy przynosi zestaw na wyznaczone przez nauczyciela miejsce w klasie.

Zadajemy uczniom pytanie: Czego nauczyliśmy się na dzisiejszej lekcji?
• wiemy co będziemy robić w czasie cyklu zajęć – projektować gry, programować w języku tekstowym, konstruować proste narzędzia elektro-mechaniczne,
• wiemy czym jest Arduino,
• znamy przykładowe projekty wykonane w Arduino,
• znamy nazwy kilku tekstowych języków programowania,
• wiemy co wchodzi w skład zestawu LOFI Robot CODEBOX.

Na zakończenie opowiadamy uczniom, co będziemy robić i czego się nauczymy podczas kolejnej lekcji: nauczymy się wgrywać skrypty z komputera na kontroler Arduino przez kabel USB.

O autorze scenariusza:

Grzegorz Zawistowski

Grzegorz Zawistowski

Nauczyciel informatyki w szkole podstawowej. Miłośnik komputerów, nowinek technicznych i robotyki. Szkoleniowiec i trener m.in, w #Superkoderach i Mistrzach Kodowania.