Κ Α Λ Υ Ψ Ω

Κέντρο Εκπαιδευτικών Δραστηριοτήτων STEM & Εκπαιδευτικής Ρομποτικής με Ανοιχτό Υλικό και Ανοιχτό Λογισμικό του Δήμου Λεβαδέων

Στόχος κατασκευής

Σκοπός του έργου είναι η κατανόηση από τους μαθητές της επίδρασης της τεχνολογίας στην ανάπτυξη της νέας γνώσης. Αυτό επιτυγχάνεται ακολουθώντας παιδαγωγικές αρχές στηριζόμενες στην υπολογιστική σκέψη και την υπολογιστική επιστήμη, στο πλαίσιο της διεπιστημονικότητας κατά STEM.

Οι μαθητές, μεσώ της κατασκευής ενός συστήματος χαρτογράφησης βυθού, οικοδομούν γνώσεις πάνω σε νέες και προϋπάρχουσες έννοιες της φυσικής, των μαθηματικών, της γεωμετρίας και της πληροφορικής.

Λίστα υλικών

Κόντρα πλακέ
Φελιζόλ
Γυψόγαζες
Εφημερίδες
Γαλάζιο γκοφρέ χαρτί
Ασημί μπογιά
Πινέλα
Κόλλα
Ξυλόκολλα
Χάρακας
Μολύβια
Ρολό Χαρτί
Χάρτινο κουτί
Ψαλίδι
Κοπίδι
Πλέγμα
Η/Υ
Arduino
Servo motor gs-90
Bread board
Καλώδια
Utralsonic Sensor HC- SR04

Λογισμικό

Windows
Ardublock

Περιγραφή της κατασκευής

Η κατασκευή αποτελείται από έναν βυθό πάνω από τον οποίο κινείται ένα καράβι. Πάνω στο καράβι υπάρχει ένα σύστημα χαρτογράφησης με τη βοήθεια του οποίου θα αποτυπώσουμε το ανάγλυφο του βυθού.

Ως βάση χρησιμοποιήσαμε ένα λεπτό ξύλο κόντρα πλακέ 1 x 0,70μ., πάνω στο οποίο κολλήθηκαν κομμάτια φελιζόλ. Με το φελιζόλ δημιουργήσαμε το ανάγλυφο του βυθού τοποθετώντας τα κομμάτια στα κατάλληλα σημεία. Τα παιδία πραγματοποίησαν μετρήσεις και κόψανε το φελιζόλ σε τετράγωνα και ορθογώνια, ανασύροντας γνώσεις από τα μαθηματικά και τη γεωμετρία. Επιπλέον, σχεδίασαν ένα προσχέδιο του βυθού αναπτύσσοντας έτσι δεξιότητες που άπτονται της αρχιτεκτονικής.

Στη συνέχεια καλύψαν τη μέχρι τότε κατασκευή με γαλάζιο γκοφρέ χαρτί για να αποδώσουν το χρώμα του νερού. Επάνω σε αυτό τοποθετήθηκαν πέτρες που είχαν κατασκευαστεί από εφημερίδες τυλιγμένες με γυψόγαζες. Οι πέτρες χρωματίστηκαν από τα παιδία με ασημί μπογιά για να είναι πιο ρεαλιστικές. Μέσω αυτών των ενεργειών τα παιδιά εξέφρασαν την καλλιτεχνική τους φύση.

Γύρω από την κατασκευή του βυθού τοποθετήθηκαν κολώνες από φελιζόλ για να στηρίξουν ένα πλέγμα. Πάνω στο πλέγμα κινείται ένα καράβι, το οποίο κατασκεύασαν τα παιδία από ένα χάρτινο κουτί. Μέσα στο κουτί έχει τοποθετηθεί το ο μηχανισμός χαρτογράφησης. Τα παιδία επέδειξαν δημιουργικότητα και εφευρετικότητα χρησιμοποιώντας απλά υλικά για την δημιουργία ενός πολύπλοκου μηχανισμού.

Ο μηχανισμός χαρτογράφησης

Ο μηχανισμός χαρτογράφησης αποτελείται από ένα Arduino uno συνδεδεμένο με έναν αισθητήρα απόστασης (Utralsonic Sensor HC- SR04) και ένα servoκινητήρα.

Ο αισθητήρας απόστασης τοποθετήθηκε στον κάτω μέρος του κουτιού ώστε να διαβάζει την απόσταση από το καράβι μέχρι την επιφάνεια του βυθού. Ο servoκινητήρας είναι τοποθετημένος στο πάνω μέρος του βυθού και έχει προσαρμοστεί πάνω του ένα στυλό που χαράσσει σε χαρτί τυλιγμένο σε ρολό το αποτύπωμα του βυθού. Αυτό επιτυγχάνεται μετακινώντας τον άξονα που είναι προσαρμοσμένος στον servoκινητήρα τόσες μοίρες όσες και η απόσταση που έχει μετρήσει ο αισθητήρας απόστασης σε αναλογία. Ως αποτέλεσμα έχουμε την χαρτογράφηση του βυθού στο χαρτί. Μέσω αυτής της δραστηριότητας τα παιδιά εμβάθυναν σε έννοιές της φυσικής όπως η ταχύτητα και τα ηχητικά κύματα και των μαθητικών όπως οι μετρήσεις σε μοίρες και η χρήση μεταβλητών.

Προγραμματισμός

#include <Servo.h>

int _ABVAR_1_deep = 0 ;

int ardublockUltrasonicSensorCodeAutoGeneratedReturnCM(int trigPin, int echoPin)

{

  long duration;

  pinMode(trigPin, OUTPUT);

  pinMode(echoPin, INPUT);

  digitalWrite(trigPin, LOW);

  delayMicroseconds(2);

  digitalWrite(trigPin, HIGH);

  delayMicroseconds(20);

  digitalWrite(trigPin, LOW);

  duration = pulseIn(echoPin, HIGH);

  duration = duration / 59;

  if ((duration < 2) || (duration > 300)) return false;

  return duration;

}

Servo servo_pin_8;

void setup()

{

  digitalWrite( 11 , LOW );

  Serial.begin(9600);

  servo_pin_8.attach(8);

}

void loop()

{

  _ABVAR_1_deep = ardublockUltrasonicSensorCodeAutoGeneratedReturnCM( 11 , 12 ) ;

  delay( 50 );

  Serial.print("the deep of sea  is :");

  Serial.print(" ");

  Serial.print(_ABVAR_1_deep);

  Serial.print(" ");

  Serial.println();

  servo_pin_8.write( map ( _ABVAR_1_deep , 0 , 100 , 45 , 135 )  );

}

Μετά την ολοκλήρωση των επιμέρους στοιχείων του έργου, η κατασκευή τέθηκε σε λειτουργία. Το καράβι τοποθετήθηκε πάνω στο πλέγμα. Η μετακίνησή του έγινε χειροκίνητα. Καθώς μετακινούταν πάνω από τον βυθό κατέγραφε την απόσταση και την απέδιδε σε μορφή διαγράμματος πάνω στο χαρτί. Με αυτό τον τρόπο τα παιδία κατόρθωσαν να χαρτογραφήσουν το ανάγλυφο της κατασκευής τους.

Το θέμα που επιλέχθηκε αποτελεί ένα πραγματικό πρόβλημα με εφαρμογή στην καθημερινότητα. Οι μαθητές ως μικροί επιστήμονες καλούνται να σχεδιάσουν τα βήματα που θα ακολουθήσουν μέχρι την ολοκλήρωση του έργου. Αλληλοεπιδρούν ανταλλάσσοντας ιδέες και επεξεργάζονται τα υλικά, ώστε να επιλέξουν τον κατάλληλο τρόπο δράσης. Μέσω της διαδικασίας κατασκευής, τα παιδία καλούνται να ανατρέξουν σε γνώσεις μαθηματικών, φυσικής, προγραμματισμού και μηχανικής, καθώς και να εκφραστούν καλλιτεχνικά.

Σύνδεσμος στο github: https://github.com/mapp1ng/mapping