Harjoitustehtävä 3: Viivoihin reagointi

1. Valmistaudu

• Tutustu oppilaille tarkoitettuun materiaaliin LEGO^® Education SPIKE^™ sovelluksessa.
• Tätä oppituntia varten tarvitset valkoisella tai vaalealla pinnalla olevan paksun mustan viivan:

  ▷ Piirrä musta viiva valkoiselle paperille.
  ▷ Käytä sähköteippiä vaalealla pinnalla.
  ▷ Tulosta PDF-tiedosto ”Viivaideoita”.
  ▷ Käytä LEGO SPIKE perussarjan ylimääräistä mustaa akseliosaa.

2. Keskustele (5 min)

• Hyödynnä alla olevan Sytykkeitä keskusteluun ‑osan vinkit ja aloita oppilaiden kanssa tähän oppituntiin liittyvä keskustelu.
• Kerro oppitunnin sisällöstä videon avulla.

3. Työskentele (20 min)

• Oppilaat rakentavat pareittain värianturilla varustetun ajorobotin.
• Pyydä heitä liikuttamaan ajorobottia eteenpäin ja pysäyttämään se mustan viivan kohdalle käyttämällä ensimmäistä ohjelmointipinoa.
• Pyydä heitä kokeilemaan toista ohjelmointipinoa ja kertomaan, mitä tapahtuu.

4. Selitä (5 min)

• Aloita keskustelu siitä, miten värianturi havaitsee mustan viivan.

5. Syvennä (15 min)

• Anna oppilaille aikaa perehtyä seuraavaan ohjelmaan ja ohjelmoida ajorobottinsa seuraamaan mustaa viivaa.
• Pyydä heitä optimoimaan ohjelmakoodi, eli säätämään se mahdollisimman tarkaksi, jotta robotti seuraa viivaa tarkasti ja tehokkaasti.

6. Arvioi

• Anna jokaiselle oppilaalle henkilökohtaista palautetta työskentelystä.
• Voit helpottaa arviointia käyttämällä mukana tulevia arviointiohjeita.

Hyödynnä nämä vinkit ja aloita oppilaiden kanssa keskustelu kilpailukentistä ja siitä, millaisia viivoja kentillä käytetään.

• Kysy oppilailta, miten he voisivat tehdä ajorobotti-ohjelmastaan tehokkaamman näiden viivojen avulla.
• Kerro erityyppisistä viivoista ja niiden risteyksistä:

  ▷ Ohuet viivat
  ▷ Suorat kulmat
  ▷ T-risteysviivat
  ▷ Katkoviivat
  ▷ Mustat viivat, joiden yli kulkee värillinen viiva

Näytä oppilaille tämä video, josta he näkevät, mitä oppitunnilla tullaan tekemään.

Yksinkertainen värianturilla varustettu ajorobotti
Käytä yksinkertaista värianturilla varustettua ajorobottia. Muista käyttää johdonkiinnikkeitä.

Värianturin käyttö
Tässä haasteessa värianturia voi käyttää kahdessa eri tilassa (värin tunnistamiseen tai heijastuvan valon mittaamiseen).

Värianturin ”Heijastuvan valon voimakkuus” ‑tila on äärimmäisen tarkka. Robotti pystyy seuraamaan viivaa joko tunnistamalla kahden eri värin vaihtelun tai muutokset ajopinnasta heijastuvan valon voimakkuudessa. Käytä vähän aikaa siihen, että selität oppilaille millä tavoin anturi ilmoittaa arvot. Esimerkiksi:

Moottoreiden käyttö tehotilassa
Kun käynnistät moottorin säännellyn nopeuden tilassa, keskusyksikkö syöttää moottoreille asteittain tehoa (jännitettä) halutun nopeuden saavuttamiseksi ja säilyttämiseksi, riippumatta siitä, ajaako ajorobotti tasaisella vai kaltevalla pinnalla.

Kun käynnistät moottorin tehotilassa, keskusyksikkö syöttää moottoreille välittömästi halutun tehon (jännitteen).

Kun kyseessä on viivanseuraaja, ajorobotin on tehtävä pieniä ja nopeita liikkeitä (todennäköisesti alle 10 asteen käännöksiä valkoisen ja mustan pinnan välillä). Viivanseuraaja reagoi tarkemmin, kun ohjelmoinnissa käytetään tehotilaa.

Löydät tämän lohkon Lisää moottoreita ‑laajennuksesta.

Pääohjelma

Mahdollinen ratkaisu

Muut ohjelmat

Yksinkertaista oppituntia näin:

• Selitä värianturin ”Heijastuvan valon voimakkuus” ‑tilan toiminta.

  ▷ Katso SPIKE-sovelluksen ohjeosiosta lisätietoja värianturista.

Vie oppitunti seuraavalle tasolle:

• Haasta oppilaat muokkaamaan ohjelmiaan, jotta ne seuraisivat erikokoisia, erivärisiä ja erimuotoisia viivoja.

Opettajan havainnot
Laadi tarpeisiisi sopiva arviointiasteikko, esimerkiksi:

1. Osittain suoritettu
2. Täysin suoritettu
3. Tavoite ylitetty

Arvioi oppilaiden edistymistä seuraavien onnistumiskriteereiden avulla:

• Oppilaat osaavat ohjelmoida ajorobotin reagoimaan viivoihin värianturin avulla.
• Oppilaat osaavat tehdä yksinkertaisen viivanseuraajan käyttämällä ehtolauseita.
• Oppilaat osaavat optimoida viivanseuraajaansa tarkemmaksi.

Itsearviointi
Pyydä oppilasta valitsemaan palikka, joka kuvaa parhaiten hänen suoriutumistaan.

• Sininen: Saimme ajorobotin pysähtymään viivan kohdalle.
• Keltainen: Ohjelmoimme ajorobotin seuraamaan viivaa.
• Violetti: Muokkasimme viivanseuraajaohjelmaamme sellaiseksi, että ajorobotti liikkui nopeammin ja tehokkaammin.

Vertaispalaute
Kannusta oppilaita antamaan palautetta toisilleen seuraavasti:

• Oppilaat voivat arvioida toistensa suoriutumista käyttämällä yllä olevaa väripalikka-asteikkoa.
• Oppilaat voivat antaa rakentavaa palautetta toisilleen, jotta heidän ryhmänsä suoriutuisi vielä paremmin seuraavassa tehtävässä.

Lisää kielitaitoa kehittävä tehtävä:

• Esittele Ohjelmointivinkkejä-kohdasta löytyvä eriytetty viivanseuraaja ‑ohjelma ja pyydä oppilaita selvittämään ohjelman toimintaperiaate.
• Pyydä oppilaita arvioimaan tämän ohjelman tehokkuus edellisiin viivoja seuraaviin ohjelmiin verrattuna.

Huomautus: Tämä tehtävä pidentää oppitunnin kestoa.

Anna oppilaille lisätehtävä, jonka avulla he voivat kehittää matemaattisia taitojaan:

• Pyydä oppilaita selittämään seuraavien käsitteiden avulla, miten viivanseuraajaohjelma toimii, kun käytetään värianturin Heijastuvan valon voimakkuus ‑tilaa:

  ▷ Kynnysarvo
  ▷ Keskiarvo
  ▷ Suurempi kuin, pienempi kuin
  ▷ Vaihteluväli
  ▷ Prosenttiosuus

Huomautus: Tämä tehtävä pidentää oppitunnin kestoa.

Jos oppilas piti tästä oppitunnista, häntä saattaisivat kiinnostaa seuraavat urapolut:

• Tietotekniikka (sovelluskehitys)
• Valmistus ja suunnittelu (konetekniikka)
• Valmistus ja suunnittelu (tuotesuunnittelu)