Crea un sistema di trasporto industriale

Preparazione
- Leggi il materiale per l'insegnante.
- Se lo ritieni necessario, pianifica una lezione utilizzando il materiale introduttivo presente nel software EV3 Lab o nell'app EV3 Programming per aiutare gli studenti a familiarizzare con LEGO^® MINDSTORMS^® Education EV3.

Coinvolgimento (30 min.)
- Utilizza le idee suggerite nella sezione Avvia una discussione riportata di seguito per coinvolgere gli studenti in una discussione incentrata sul progetto.
- Spiega il progetto.
- Dividi la tua classe in team composti da due studenti.
- Concedi agli studenti il tempo necessario per scambiarsi le idee.

Esplorazione (30 min.)
- Chiedi agli studenti di creare vari prototipi.
- Incoraggiali a esplorare sia la costruzione che la programmazione.
- Chiedi ad ogni coppia di studenti di costruire e testare due soluzioni.

Spiegazione (60 min.)
- Invita gli studenti a testare le proprie soluzioni e a scegliere la migliore.
- Accertati che siano in grado di creare le proprie tabelle di test.
- Concedi ad ogni team il tempo necessario per completare il proprio progetto e raccogliere risorse per documentare il lavoro svolto.

Elaborazione (60 min.)
- Concedi agli studenti il tempo necessario per elaborare i report finali.
- Avvia una sessione di condivisione in cui ogni team presenta i risultati ottenuti.

Valutazione
- Fornisci un riscontro su ciò che ogni studente ha realizzato.
- Per semplificare la procedura, puoi utilizzare le sezioni di valutazione fornite.

I sistemi di trasporto industriali spostano in diverse ubicazioni oggetti che variano dalle materie prime ai prodotti finiti e confezionati. I più noti sono i nastri trasportatori, ma per ottimizzare lo spostamento di diversi tipi di oggetti è stata sviluppata una vasta gamma di sistemi di trasporto.

Incoraggia un processo di brainstorming attivo.

Chiedi agli studenti di riflettere su queste domande:

• Cos'è un sistema di trasporto industriale e dove viene utilizzato?
• Quale tipo di meccanismo motorizzato può essere utilizzato per spostare una sfera?
• Come può il sistema robotico spostare la sfera mantenendo il controllo su di essa?
• Qual è il ruolo del sensore? Come puoi stabilire se il sistema robotico sta funzionando correttamente?

Incoraggia gli studenti a documentare le loro idee iniziali e a spiegare perché hanno scelto la soluzione che utilizzeranno per creare il loro primo prototipo. Invitali a descrivere la modalità di valutazione delle loro idee durante tutto il progetto. In questo modo, quando gli studenti eseguiranno la verifica e la revisione, disporranno di informazioni specifiche da utilizzare per valutare la soluzione e decidere se è stata o meno efficace.

Miglioramento delle capacità linguistiche

Per promuovere lo sviluppo delle capacità linguistiche, invita gli studenti a:

Opzione 1

• Utilizzare testi scritti, disegni e/o foto per riepilogare il processo di progettazione e creare un report finale.
• Creare un video che illustri il processo di progettazione dalle idee iniziali al progetto completato.
• Creare una presentazione incentrata sul programma.
• Creare una presentazione che colleghi il loro progetto ad applicazioni reali basate su sistemi simili e descriva le nuove invenzioni che potrebbero nascere da ciò che hanno creato.

Opzione 2
Inoltre, in questa lezione, gli studenti hanno creato un sistema che muoveva una palla lungo un percorso, imitando i sistemi utilizzati nella produzione moderna.

• Pensare se le operazioni di produzione moderne debbano preoccuparsi della sicurezza di Internet o di quella interna dei dati e scrivere un saggio descrittivo sulla produzione moderna e sull'uso dei dati cloud
• Descrivere l'uso dei sistemi di trasporto nei centri di adempimento per le operazioni di acquisto online
• Discutere i pro e i contro dell'archiviazione dei dati di acquisto dei consumatori nel cloud

Miglioramento delle capacità matematiche

In questa lezione, gli studenti hanno creato un sistema che muoveva una palla lungo un percorso, imitando i sistemi utilizzati nella produzione moderna. Inoltre, in questa lezione, gli studenti hanno creato un sistema che muoveva una palla lungo un percorso, imitando i sistemi utilizzati nella produzione moderna. Molti processi di produzione moderni utilizzano l'automazione per la produzione e il controllo di qualità. È possibile utilizzare una forma di intelligenza artificiale denominata Machine Learning per analizzare i dati sulle prestazioni e generare nuove procedure al fine di migliorare le prestazioni complessive e l'efficienza. Gli ingegneri di produzione si avvalgono del Machine Learning raccogliendo ampi set di dati che descrivono le prestazioni e l'efficienza del sistema. Gli algoritmi del Machine Learning vengono usati per analizzare questi set di dati per prendere decisioni che migliorano le prestazioni e l'efficienza.

Per incorporare lo sviluppo delle competenze matematiche ed esplorare argomenti correlati alla produzione, come il controllo qualità e il Machine Learning, chiedi agli studenti di:

• Aggiungere hardware e software nei loro progetti per misurare le prestazioni e pensare a modi in cui possono rappresentare le prestazioni della loro macchina utilizzando misure quantitative

• Tenere presente che quando si eseguono il controllo qualità e l'analisi delle prestazioni, macchine e esseri umani devono valutare entrambi ciò che è "abbastanza buono" e sviluppare rappresentazioni quantitative di tale valutazione per i loro progetti

• Tenendo presente che il Machine Learning è lo strumento da utilizzare quando si esplorano set di dati di grandi dimensioni e si cerca di individuare relazioni complesse tra i dati macchina (ad esempio, i passaggi che sono stati eseguiti) e le prestazioni, elencare il maggior numero possibile di variabili presenti nei propri sistemi e influire sulle prestazioni e sull'efficienza

Idee per la costruzione
Offri agli studenti l'opportunità di costruire alcuni esempi consultando i link forniti di seguito. Incoraggiali a scoprire come funzionano questi sistemi e a riflettere su come potrebbero ispirare una soluzione per la descrizione del progetto.

• Alloggiamento sfera 1
• Fermo
• Sensore di colore 2
• Benna
• Rampa
• Movimento alternato
• Cingoli
• Piattaforma girevole

Suggerimenti per i test
Incoraggia gli studenti a progettare la propria configurazione e procedura di test per selezionare la soluzione migliore. Questi suggerimenti possono aiutare gli studenti a configurare il proprio test:

• Crea tabelle di test per prendere nota delle osservazioni.
• Valuta la precisione del sistema robotico confrontando i risultati previsti con quelli effettivi.
• Ripeti il test almeno tre volte.

Soluzione di esempio
Ecco una soluzione di esempio che soddisfa i criteri della descrizione del progetto:

Programma di esempio di 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)

Gli studenti che hanno apprezzato questa lezione potrebbero essere interessati ai seguenti percorsi di studio:

• Produzione e ingegneria (tecnologia delle macchine)
• Scienze, tecnologia, ingegneria e matematica (ingegneria e tecnologia)

Checklist di osservazione per l’insegnante
Crea una scala adeguata alle tue esigenze, ad esempio:

1. Obiettivo parzialmente raggiunto
2. Obiettivo completamente raggiunto
3. Obiettivo superato

Per valutare i progressi compiuti dagli studenti, utilizza i seguenti criteri:

• Gli studenti riescono a valutare le soluzioni progettuali realizzate dai compagni in base a criteri di priorità e a considerazioni di reciprocità.
• Gli studenti riescono a sviluppare autonomamente una soluzione funzionante e creativa.
• Gli studenti comunicano chiaramente le proprie idee.

Autovalutazione
Concedi agli studenti il tempo necessario per raccogliere alcuni dati su ciò che hanno realizzato e per riflettere sulle loro soluzioni. Per aiutarli, potresti porre domande quali:

• Questa soluzione soddisfa i criteri indicati nella descrizione del progetto?
• È possibile rendere più accurati i movimenti del sistema robotico?
• Quali sono le possibili risoluzioni del problema applicate da altri?

Chiedi agli studenti di impegnarsi in una sessione di brainstorming e di documentare due possibili miglioramenti delle loro soluzioni.

Riscontro dei compagni
Proponi una verifica tra pari, in modo che ciascun gruppo sia responsabile della valutazione dei propri progetti e di quelli degli altri. Questo processo di revisione può stimolare gli studenti a sviluppare e affinare le capacità di critica costruttiva e analisi e di utilizzo di dati obiettivi a supporto di un'argomentazione.