Lav et samlebånd

Forbered dig
- Læs denne undervisningsvejledning igennem.
- Hvis du føler, der er behov for det, kan du planlægge en lektion ved hjælp af Kom godt i gang-materialet i EV3 Lab-softwaren eller EV3 Programmerings-appen. Det vil hjælpe eleverne med at blive fortrolige med LEGO^® MINDSTORMS^® Education EV3.

Inddrag eleverne (30 min.)
- Brug idéerne i afsnittet Start en samtale nedenfor til at inddrage eleverne i en samtale om emnerne i dette projekt.
- Forklar projektet.
- Opdel klassen i hold a to elever.
- Giv eleverne tid til at brainstorme.

Undersøg (30 min.)
- Få eleverne til at lave flere forskellige prototyper.
- Lad dem udforske både byggeri og programmering.
- Få hvert elevpar til at bygge og teste to løsninger.

Forklar (60 min.)
- Bed eleverne om at teste deres løsninger og vælge den bedste.
- Sørg for, at de kan lave deres egne testskemaer.
- Giv holdene tid nok til at færdiggøre deres projekter og indsamle materiale til at dokumentere deres arbejde.

Udbyg (60 min.)
- Giv eleverne tid til at udarbejde deres endelige rapporter.
- Lad eleverne fremlægge deres resultater, så de kan dele deres erfaringer.

Evaluer
- Giv feedback om hver elevs præstation.
- For at forenkle processen kan du bruge det medfølgende evalueringsskema.

Samlebånd transporterer ting lige fra råvarer til færdige og emballerede produkter fra ét sted til et andet. Transportbåndet er den mest kendte type, men der er også udviklet en lang række andre samlebånd til effektivt at flytte mange forskellige slags genstande.

Få eleverne til at deltage aktivt i en brainstorming.

Bed eleverne om at overveje disse spørgsmål:

• Hvad er et samlebånd, og hvor bruges det?
• Hvilken slags motoriseret mekanisme kan bruges til at flytte en kugle?
• Hvordan kan robotsystemet flytte kuglen og samtidig bevare kontrollen med den?
• Hvilken rolle spiller din sensor? Hvordan kan du måle, hvor godt dit robotsystem virker?

Få eleverne til at dokumentere deres indledende idéer og forklare, hvorfor de valgte netop den løsning, de vil bruge til deres første prototype. Bed dem om at beskrive, hvordan de vil evaluere deres idéer i løbet af projektet. På den måde har de specifikke oplysninger til rådighed, som de kan bruge til at evaluere deres løsning og afgøre, hvorvidt den er effektiv.

Idéer til videre arbejde – faglig kommunikation

For at styrke elevernes færdigheder i faglig kommunikation kan de:

Mulighed 1

• Bruge deres skriftlige arbejde, tegninger og/eller fotos til at opsummere deres designproces og lave en endelig rapport.
• Lave en video, hvor de demonstrerer deres designproces, fra deres indledende idéer til det færdige projekt.
  *Lave en præsentation om deres program.
• Lave en præsentation, som forbinder deres projekt med virkelige anvendelser af lignende systemer og beskriver nye opfindelser, man kan lave på baggrund af deres produkt.

Mulighed 2
I denne lektion lavede eleverne et system, der kan flytte en kugle langs en bane, idet de efterlignede de systemer, der anvendes i moderne produktion. De kan:

• Tænke over, om moderne produktionsvirksomheder bør bekymre sig om internetsikkerhed eller intern datasikkerhed, og skrive et essay, der beskriver moderne produktion og brugen af skybaserede data.
• Beskrive brugen af transportbåndssystemer i distributionscentre til online shopping-aktiviteter.
• Snakke om fordele og ulemper ved opbevaring af forbrugernes indkøbsdata i skyen.

Idéer til videre arbejde – matematik

I denne lektion lavede eleverne et system, der kan flytte en kugle langs en bane, idet de efterlignede de systemer, der anvendes i moderne produktion. Mange moderne produktionsprocesser bruger automatisering til produktion og kvalitetskontrol. En type kunstig intelligens, der kaldes maskinlæring, kan bruges til at analysere præstationsdata og generere nye procedurer for at forbedre den overordnede præstation og effektivitet. Produktionsingeniører gør dette ved at indsamle store datasæt, der beskriver systemets præstation og effektivitet. De bruger maskinlæringsalgoritmer til at analysere disse datasæt for at hjælpe med at træffe beslutninger, der forbedrer præstationen og effektiviteten.

For at styrke deres færdigheder i matematik og undersøge produktionsrelaterede emner, f.eks. kvalitetskontrol og maskinlæring, kan eleverne:

• Tilføje hardware og software til deres designs for at måle præstationen og tænke over, hvordan de kan gengive deres maskines præstation ved hjælp af kvantitative måltal.

• Med tanke på, at både maskiner og mennesker ved udførelse af kvalitetskontrol og præstationsanalyse skal vurdere, hvad der er "godt nok": udvikle kvantitative repræsentationer af "godt nok" for deres designs.

• Med tanke på, at maskinlæring er det værktøj, der skal bruges, når man undersøger store datasæt og prøver at forstå komplekse sammenhænge mellem maskinens data (dvs. de trin, den fulgte) og dens præstation: angive så mange variabler som muligt, som findes i deres systemer, og som kan påvirke præstationen og effektiviteten.

Byggeidéer
Giv eleverne mulighed for at bygge nogle eksempler ud fra nedenstående links. Få dem til at undersøge, hvordan disse systemer fungerer, og brainstorme over, hvordan systemerne kan give inspiration til en løsning på opgaveformuleringen.

• Kugleholder 1
• Fanger
• Farvesensor 2
• Gribearm
• Rampe
• Vippearm
• Larvefødder
• Drejeskive

Testtips
Få eleverne til at designe deres egne testopstillinger og fremgangsmåder til at vælge den bedste løsning. Disse tips kan hjælpe eleverne med at opstille deres tests:

• Lav testskemaer til at registrere dine observationer.
• Vurder dit robotsystems præcision ved at sammenholde de forventede resultater med de faktiske resultater.
• Gentag testen mindst tre gange.

Løsningseksempel
Her er et løsningseksempel, der opfylder kriterierne i opgaveformuleringen:

EV3 MicroPython programeksempel

#!/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)

Hvis eleverne kunne lide denne lektion, ville de måske være interesserede i at undersøge karrieremuligheder inden for:

• Fremstilling og teknik (maskinteknologi)
• Naturvidenskab (ingeniørvidenskab og teknologi)

Underviserens observationstjekliste
Lav en skala, der passer til dine behov, f.eks.:

1. Delvist gennemført
2. Gennemført
3. Gennemført over forventning

Brug de følgende succeskriterier til at evaluere elevernes fremskridt:

• Eleverne kan evaluere konkurrerende designløsninger på baggrund af prioriterede kriterier og omhyggelige afvejninger.
• Eleverne kan selvstændigt udvikle en fungerende og kreativ løsning.
• Eleverne kan tydeligt kommunikere deres idéer.

Selvevaluering
Når eleverne har indsamlet data om deres løsningers ydeevne, skal de have tid til at reflektere over løsningerne. Hjælp dem ved at stille spørgsmål som:

• Opfylder din løsning kriterierne i opgaveformuleringen?
• Kan dit robotsystems bevægelse(r) gøres mere præcise?
• Hvordan har andre løst dette problem?

Bed eleverne om at brainstorme og dokumentere to måder, de kunne forbedre deres løsninger på.

Fælles feedback
Lad eleverne deltage i en evalueringsproces, hvor hver gruppe skal evaluere både deres eget og de andres projekter. Denne evalueringsproces kan hjælpe eleverne med at udvikle deres kompetencer i at give konstruktiv feedback samt forbedre deres analysefærdigheder og evner til at bruge objektive data til understøttelse af deres argumenter.