اصنع سير ناقل بمصنع

الإعداد
- اقرأ مادة المعلم هذه جيدًا.
- عند الضرورة، خطط لدرس مستعينًا بمواد "الشروع في العمل" الموجودة في برنامج مختبر EV3 أو تطبيق برمجة EV3. وسيساعد ذلك على إلمام طلابك بمجموعة LEGO^® MINDSTORMS^® Education EV3.

المشاركة (30 دقيقة)
- استعن بالأفكار الموجودة في قسم إثارة مناقشة أدناه لإشراك طلابك في مناقشة بشأن هذا الدرس.
- اشرح المشروع.
- قسّم الفصل إلى فرق من طالبين.
- امنح الطلاب وقتًا لطرح الأفكار وتبادلها.

الاستكشاف (30 دقيقة)
- اطلب من الطلاب إنشاء عدد من النماذج الأولية.
- شجعهم علي استكشاف كل من البناء والبرمجة.
- اطلب من كل فريق بناء حلين واختبارهما.

الشرح (60 دقيقة)
- اطلب من الطلاب اختبار حلولهم واختيار الأفضل من بينها.
- تأكد من أنهم يستطيعون إنشاء جداول الاختبار خاصتهم.
- اترك بعض الوقت حتى ينتهي كل فريق من مشروعه ويجمع الأصول لتوثيق عمله.

التوضيح (60 دقيقة)
- اترك لطلابك بعض الوقت لعمل تقاريرهم النهائية.
- يسِّر جلسة مشاركة حيث يعرض كل فريق نتائجه.

التقييم
- قدم الملاحظات عن أداء كل طالب.
- يمكنك الاستعانة بنماذج التقييم المتوفرة لتبسيط العملية.

وظيفة السيور الناقلة في المصانع هي نقل الأشياء، والتي تتراوح من المواد الخام إلى المنتجات الجاهزة والمعبأة بين مواقع مختلفة. حزام السير الناقل هو الأكثر شيوعا، ولكن تم تطوير مجموعة واسعة من أنظمة السيور الناقلة لنقل جميع أنواع الأجسام بكفاءة.

شجع إجراء عملية عصف ذهني فعالة.

اطلب من طلابك التفكير في هذه الأسئلة:

• ما هو السير الناقل الخاص بالمصنع وأين يُستخدم؟
• ما نوع الآلية الميكانيكية التي يمكن استخدامها لنقل كرة؟
• كيف يمكن للنظام الروبوتي تحريك الكره مع الاحتفاظ بالسيطرة عليها؟
• ما الدور الذي يلعبه المستشعر؟ كيف يمكنك قياس مستوى كفاءة النظام الروبوتي خاصتك؟

شجع الطلاب علي توثيق أفكارهم الأولية وشرح سبب اختيارهم الحل الذي سيستخدمونه للنموذج الأولي خاصتهم. اطلب منهم أن يصفوا كيف سيقيّمون أفكارهم خلال المشروع. وبهذه الطريقة، عندما يبلغ الطلاب مرحلتي المراجعة والتنقيح، سيكون لديهم معلومات محددة يمكنهم استخدامها لتقييم حلهم وتحديد ما إذا كان فعالاً أم لا.

ملحق فنون اللغة

لإدماج تنمية مهارات فنون اللغة، اطلب من طلابك:

الخيار 1

• استخدام عملهم الكتابي و/أو الرسومات و/أو الصور لتلخيص عملية التصميم الخاصة بهم وإنشاء تقرير نهائي.
• إنشاء فيديو يوضح عملية التصميم الخاصة بهم بدءًا من أفكارهم الأولية وانتهاءً بمشروعهم المكتمل.
• إنشاء عرض تقديمي بشأن برنامجهم.
• إنشاء عرض تقديمي يربط مشروعهم بتطبيقات واقعية لأنظمة مماثلة ويصف الاختراعات الجديدة التي يمكن ابتكارها بناءً على ما قاموا بإنشائه.

الخيار 2
في هذا الدرس، أنشأ طلابك نظامًا نجح في تحريك كرة على طول مسار، محاكيًا الأنظمة المستخدمة في التصنيع الحديث.

• التفكير فيما إذا كان ينبغي أن تهتم عمليات التصنيع الحديثة بأمن الإنترنت أو أمن البيانات الداخلية، وكتابة مقال وصفي عن التصنيع الحديث واستخدام البيانات السحابية
• وصف استخدام أنظمة سيور النقل في مراكز تجهيز الطلبات لعمليات التسوق عبر الإنترنت
• مناقشة إيجابيات وسلبيات التخزين السحابي لبيانات مشتريات العملاء

ملحق الرياضيات

في هذا الدرس، أنشأ طلابك نظامًا نجح في تحريك كرة على طول مسار، محاكيًا الأنظمة المستخدمة في عمليات التصنيع الحديثة. وتعتمد العديد من عمليات التصنيع الحديثة على التشغيل الآلي في الإنتاج ومراقبة الجودة. ويمكن استخدام أحد أشكال الذكاء الاصطناعي يسمى التعلّم الآلي لتحليل بيانات الأداء وتوليد إجراءات جديدة لتحسين الكفاءة والأداء العام. ويقوم مهندسو التصنيع بذلك عن طريق جمع حزم بيانات هائلة تصف أداء النظام وكفاءته. وتُستخدم خوارزميات التعلّم الآلي لتحليل مجموعات البيانات هذه للمساعدة في اتخاذ القرارات التي تحسن الأداء والكفاءة.

ومن أجل دمج تنمية مهارات الرياضيات واستكشاف الموضوعات المتعلقة بالتصنيع، مثل مراقبة الجودة والتعلّم الآلي، اطلب من طلابك:

• إضافة أجهزة وبرامج إلى تصاميمهم لقياس الأداء والتفكير في طرق يمكن أن تمثل أداء أجهزتهم باستخدام المقاييس الكمية

• وضع التمثيلات الكمية "لما هو جيد بما يكفي" لما يعملون عليه من تصاميم، مع الأخذ في الاعتبار أنه على الآلات والبشر على حد سواء تقييم ما هو "جيد بما يكفي" عند إجراء مراقبة الجودة وتحليل الأداء.

• سرد أكبر عدد ممكن من المتغيرات الموجودة في أنظمتهم والتي قد تؤثر على أداء الأنظمة وكفاءتها، مع الأخذ في الاعتبار أن التعلّم الآلي هو الأداة التي عليهم استخدامها عند استكشاف مجموعات البيانات الكبيرة ومحاولة معرفة العلاقات المعقدة بين بيانات الآلة (أي الخطوات التي اتبعتها) والأداء،

أفكار البناء
امنح طلابك فرصة لبناء بعض النماذج من الروابط أدناه. شجّعهم على استكشاف كيفية عمل هذه الأنظمة وطرح الأفكار حول كيفية استلهام حل لملخص تصميم منها.

• حامل الكرة 1
• المزلاج
• مستشعر الألوان 2
• أداة الإمساك
• المنحدر
• الأرجوحة
• المسارات
• السطح الدوّار

نصائح الاختبار
شجع طلابك على تصميم إعداد وإجراءات الاختبار الخاصة بهم لتحديد أفضل الحلول. يمكن أن تساعد هذه النصائح طلابك أثناء إعداد الاختبار الخاص بهم:

• أنشئ جداول اختبار لتسجيل ملاحظاتك.
• قيِّم دقه النظام الروبوتي خاصتك عن طريق مقارنه النتائج المتوقعة مقابل النتائج الفعلية.
• كرر الاختبار ثلاث مرات على الأقل.

مثال لحل
فيما يلي مثال لحل يلبي معايير ملخص التصميم:

نموذج برنامج EV3 MicroPython

#!/usr/bin/env pybricks-micropython

from pybricks import ev3brick as brick
from pybricks.ev3devices import Motor, TouchSensor, ColorSensor
from pybricks.parameters import Port, Stop, Direction, SoundFile
from pybricks.tools import wait
from random import randint

# Configure the belt motor, which drives the conveyor belt.  Set the
# motor direction to counterclockwise, so that positive speed values
# make the conveyor move upward.
belt_motor = Motor(Port.A, Direction.COUNTERCLOCKWISE)

# Configure the "catch" motor with default settings.  This motor moves
# the ball to either cup.
catch_motor = Motor(Port.D)

# Set up the Color Sensor.  It is used in Reflected Light Intensity
# Mode to detect when the ball is placed at the bottom of the conveyor
# belt.
color_sensor = ColorSensor(Port.S3)

# Set up the Touch Sensor.  It is used to detect when the ball reaches
# the catch at the end of the ramp.
touch_sensor = TouchSensor(Port.S4)

# Initialize the conveyor belt.  This is done by slowly running the
# motor backward until it stalls.  This means that it cannot move any
# further.  Then it resets the angle to "0."  This means that when it
# rotates backward to "0" later on, it returns to this starting
# position.
belt_motor.run_until_stalled(-300, Stop.BRAKE, 30)
belt_motor.reset_angle(0)

# This is the main part of the program.  It is a loop that repeats
# endlessly.
#
# First, it waits until the ball is placed on the conveyor belt.
# Second, the ball is moved upward until it reaches the ramp where it
# rolls down to the catch.
# Finally, the ball is moved to the left or the right cup, or an error
# sound is made, chosen at random.
#
# Then the process starts over.  The ball can be placed at the
# beginning of the conveyor belt again.
while True:

    # Wait until the ball is placed in front of the Color Sensor.
    while color_sensor.reflection() < 5:
        wait(10)
    wait(500)
    
    # Move the ball up on the conveyor belt.
    belt_motor.run_target(250, 450, Stop.COAST, False)

    # Wait until the ball hits the Touch Sensor at the catch at the end
    # of the ramp.
    while not touch_sensor.pressed():
        wait(10)
    
    # Generate a random integer between "-1" and "1" to determine what
    # to do with the ball.
    catch_command = randint(-1, 1)

    # If it generates a "1," change the light to green and move the
    # ball to the right cup.
    if catch_command == 1:
        brick.light(Color.GREEN)
        catch_motor.run_target(400, -20)
        wait(1000)
        catch_motor.run_target(400, 0, Stop.HOLD)
    # If it generates a "0," change the light to orange and move the
    # ball to the left cup.
    elif catch_command == 0:
        brick.light(Color.ORANGE)
        catch_motor.run_target(400, 20)
        wait(1000)
        catch_motor.run_target(400, 0, Stop.HOLD)
    # Otherwise, change the light to red and play an error sound.
    else:
        brick.light(Color.RED)
        brick.sound.file(SoundFile.RATCHET)
        wait(1000)
    
    # Return the conveyor belt to its starting position.
    belt_motor.run_target(250, 0)

قد يرغب الطلاب الذين استمتعوا بهذا الدرس في استكشاف هذه المسارات المهنية:

• التصنيع والهندسة (تكنولوجيا الآلات)
• العلوم والتكنولوجيا والهندسة والرياضيات (الهندسة والتكنولوجيا)

القائمة المرجعية لملاحظات المعلم
أنشيء مقياسًا يناسب احتياجاتك، على سبيل المثال:

1. منجز بصورة جزئية
2. منجز بالكامل
3. منجز بصورة تتجاوز الهدف المحدد

استعن بمعايير النجاح التالية لتقييم مدى تقدم طلابك:

• يستطيع الطلاب تقييم حلول التصميم المتنافسة بناءً على المعايير ذات الأولوية واعتبارات المقايضة.
• يستطيع الطلاب العمل بشكلٍ مستقل لتطوير حل إبداعي وعملي.
• يستطيع الطلاب توصيل أفكارهم بوضوح.

التقييم الذاتي
عقب قيام طلابك بجمع بعض بيانات الأداء، امنحهم الوقت للتفكير في حلولهم. ساعدهم من خلال طرح الأسئلة، مثل:

• هل الحل الخاص بك يلبي معايير ملخص التصميم ؟
• هل يمكن جعل حركة النظام الروبوتي خاصتك أكثر دقة؟
• اذكر بعضًا من الطرق التي انتهجها الطلاب الآخرون في حل المشكلة؟

اطلب من طلابك التفكير في طريقتين لتحسين حلولهم وتوثيقهما.

ملاحظات النظراء
شجع الطلاب على إجراء عملية مراجعة النظراء بحيث تتولى كل مجموعة مهمة تقييم مشروعاتها ومشروعات المجموعات الأخرى. ويمكن لعملية المراجعة هذه مساعدة الطلاب في تنمية مهارات إبداء الملاحظات البنَّاءة وكذلك صقل مهارات التحليل والقدرة على استخدام البيانات الموضوعية لإقامة الحجة.