Faça uma Esteira de Fábrica

Preparar
- Leia o material do professor.
- Se você sentir que é necessário, planeje uma aula usando o material do guia de introdução no software EV3 ou aplicativo de programação EV3. Isso ajudará seus alunos a se familiarizarem com o LEGO^® MINDSTORMS^® Education EV3.

Envolver (30 min.)
- Use as ideias da seção Iniciar uma Discussão abaixo para envolver seus alunos em uma discussão relacionada a esta aula.
- Explique o projeto.
- Divida sua turma em equipes de 2 alunos.
- Permita que seus alunos tenham um tempo para terem ideias.

Explorar (30 min.)
- Faça com que seus alunos criem múltiplos protótipos.
- Incentive-os a explorarem a montagem e a programação.
- Faça com que cada dupla de alunos monte e teste 2 soluções.

Explicar (60 min.)
- Peça que seus alunos testem suas soluções e escolham a melhor.
- Certifique-se de que eles conseguem criar suas próprias tabelas de teste.
- Permita que cada equipe tenha tempo para finalizar seu projeto e coletar dados para documentar seus trabalhos.

Elaborar (60 Min.)
- Dê a seus alunos algum tempo para produzirem seus relatórios finais.
- Facilite uma sessão de compartilhamento em que cada equipe apresente seu resultado.

Avaliar
- Dê feedback sobre o desempenho de cada aluno.
- Você pode utilizar as rubricas de avaliação fornecidas para simplificar o processo.

Esteiras de fábrica transportam coisas que variam de matérias-primas até produtos finalizados e embalados em diferentes locais. A esteira é mais conhecida, mas uma ampla variedade de sistemas de transporte foi desenvolvida para mover todos os tipos de objetos de forma eficiente.

Incentive um processo de geração de ideias ativo.

Peça que seus alunos reflitam sobre essas questões:

• O que é uma esteira de fábrica e para que é usada?
• Que tipo de mecanismo motorizado pode ser usado para mover uma esfera?
• Como um sistema robótico pode mover a esfera mantendo o controle dela?
• Qual função o seu sensor exerce? Como você consegue medir quão bem seu sistema robótico funciona?

Incentive os alunos a documentarem suas ideias iniciais e explicarem porque eles escolheram a solução que irão usar em seus primeiros protótipos. Peça a eles que descrevam como eles irão avaliar suas ideias durante o projeto. Dessa forma, quando eles estiverem analisando e revisando, eles terão informações específicas que poderão usar para avaliar sua solução e decidir se foi eficaz ou não.

Extensão de Linguagem e Literatura

Para incorporar habilidades de desenvolvimento de linguagem, faça com que seus alunos:

Opção 1

• Usem o trabalho escrito, rascunhos e/ou fotos deles para resumirem o processo de projeto e criarem um relatório final.
• Criem um vídeo demonstrando seu processo de projeto começando com suas ideias iniciais e finalizando com seus projetos concluídos.
• Criem uma apresentação sobre o programa deles.
• Criem uma apresentação que conecte o projeto deles com aplicações de sistemas similares do mundo real e descrevam novas invenções que possam ser feitas com base no que eles criaram.

Opção 2
Além disso, nessa aula, seus alunos criaram um sistema que moveu uma bola ao longo de um caminho, imitando os sistemas usados na produção industrial moderna.

• Pensem se as operações de produção modernas devem se preocupar com segurança na internet ou segurança interna de dados, e escrevam uma redação descritiva sobre a produção industrial moderna e o uso de dados em nuvem
• Descrevam o uso de sistemas de transporte em centros de atendimento para operações de compras on-line
• Discutam os prós e os contras de armazenar dados de compras de consumidores na nuvem

Extensão de Matemática

Nessa aula, seus alunos criaram um sistema que moveu uma bola ao longo de um caminho, imitando os sistemas usados na fabricação moderna. Muitos processos de produção industrial utilizam a automação para a produção e controle de qualidade. Uma forma de inteligência artificial chamada machine learning pode ser usada para analisar dados de desempenho e gerar novos procedimentos para melhorar o desempenho e eficiência globais. Os engenheiros de produção fazem isso coletando conjuntos extensos de dados que descrevem o desempenho e a eficiência do sistema. Os algoritmos de machine learning estão acostumados a analisar esses conjuntos de dados para ajudar a tomar decisões que melhorem o desempenho e a eficiência.

Para incorporar o desenvolvimento de habilidades matemáticas e explorar temas relacionados à produção industrial, como controle de qualidade e machine learning, faça com que seus alunos:

• Adicionem hardwares e softwares a seus projetos para medir o desempenho e pensar em maneiras de representar o desempenho de sua máquina usando medidas quantitativas

• Tendo em mente que, ao realizar análises de controle de qualidade e desempenho, tanto máquinas quanto humanos devem igualmente avaliar o que é "suficientemente bom", desenvolvam representações quantitativas de "suficientemente bom" para seus designs

• Tendo em mente que o machine learning é a ferramenta para usar ao explorar grandes conjuntos de dados e tentar descobrir relações complexas entre dados da máquina (ou seja, os passos que seguiu) e desempenho, listem o maior número possível de variáveis presentes em seus sistemas e que podem impactar seu desempenho e eficiência

Dicas para Montagem:
Dê aos seus alunos uma oportunidade para montarem alguns exemplos dos links abaixo. Incentive-os a explorarem como esses sistemas funcionam e a darem ideias de como esses sistemas poderiam inspirar uma solução para o resumo do projeto.

• Apoio da Esfera 1
• Captura
• Sensor de Cor 2
• Garra
• Rampa
• Gangorra
• Esteiras
• Plataforma Giratória

Dicas de Teste
Incentive seus alunos a projetarem suas próprias configurações e procedimentos de testes para selecionarem a melhor solução. Essas dicas podem ajudar seus alunos na configuração de seus testes:

• Crie tabelas de teste para registrar suas observações.
• Avalie a precisão do seu sistema robótico comparando os resultados esperados com os reais.
• Repita o teste pelo menos três vezes.

Exemplo de Solução
Veja um exemplo de solução que atende os critérios do resumo do projeto:

Exemplo de Programa do MicroPython EV3

#!/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)

Os alunos que gostaram dessa aula podem ter interesse em explorar essas carreiras:

• Engenharia e Manufatura (Tecnologia de Máquinas)
• Ciência, Tecnologia, Engenharia e Matemática (Engenharia e Tecnologia)

Lista de Observações do Professor
Crie uma escala que corresponda com suas necessidades, por exemplo:

1. Concluído parcialmente
2. Concluído completamente
3. Além do esperado

Use os seguintes critérios de sucesso para avaliar o progresso dos seus alunos:

• Os alunos conseguem avaliar soluções distintas de projeto com base em critérios de prioridade e prós/contras.
• Os alunos são autônomos ao desenvolverem uma solução funcional e criativa.
• Os alunos conseguem comunicar com clareza suas ideias.

Autoavaliação
Uma vez que seus alunos tenham coletado alguns dados de desempenho, dê a eles tempo para refletirem nas soluções. Ajude-os fazendo perguntas como:

• Sua solução está obedecendo os critérios do Resumo do Projeto?
• Os movimentos do seu sistema robótico podem ser mais precisos?
• Quais foram as formas com as quais os outros solucionaram esse problema?

Peça que seus alunos tenham ideias e documentem duas maneiras através das quais eles poderiam melhorar suas soluções.

Feedback por Pares
Incentive um processo de “Feedback por Pares” no qual cada grupo seja responsável por avaliar seu próprio projeto e os dos outros. Esse processo de revisão pode ajudar os alunos a desenvolverem habilidades em dar feedback construtivo, assim como aprimorar suas habilidades de análise e a habilidade de usar dados objetivos para dar suporte a um argumento.