Μετρώντας τα βήματά σας

Ερωτήσεις προς διερεύνηση

• Πώς μπορείτε να προσθέσετε μαθηματικούς υπολογισμούς μέσα σε ένα πρόγραμμα;
  

Προετοιμασία ( Prepare )

• Βεβαιωθείτε ότι οι κόμβοι SPIKE Prime είναι φορτισμένοι, ειδικά αν η σύνδεση γίνεται μέσω Bluetooth.

Συμμετοχή ( Engage )

(Ομαδική συζήτηση, 5 λεπτά)

Εμπλέξτε τους μαθητές σε μια συζήτηση σχετικά με το ποδήλατο ως μέσο μεταφοράς.

Ζητήστε από τους μαθητές να μιλήσουν συγκεκριμένα για την οδήγηση με ποδήλατο για να μετακινηθούν από τόπο σε τόπο, φροντίζοντας να μιλήσουν για τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματα της μεταφοράς με ποδήλατο.

Συζητήστε για τα μέρη που θα μπορούσατε να χρησιμοποιήσετε ποδήλατο, ειδικά για τα μέρη που μπορεί να είναι πιο λογικό να χρησιμοποιήσετε ποδήλατο από το να περπατήσετε ή να χρησιμοποιήσετε κάποιο άλλο μέσο μεταφοράς. Προτρέψτε τους μαθητές με παραδείγματα αν χρειαστεί.

Ανακάλυψη ( Explore )

(Μικρές ομάδες, 20 λεπτά)

Οι μαθητές θα διερευνήσουν τη χρήση μιας έξυπνης συσκευής για την παρακολούθηση των βημάτων τους, καθώς χρησιμοποιούν το περπάτημα ως μέσο μεταφοράς.

Κατευθύνετε τους μαθητές στην ενότητα BUILD στην εφαρμογή SPIKE. Εδώ οι μαθητές μπορούν να έχουν πρόσβαση στις οδηγίες κατασκευής του μοντέλου Pedometer. Οι μαθητές θα χρειαστεί να κατασκευάσουν μόνο το Pedometer και όχι τη βάση.  Ζητήστε από τους μαθητές να κατασκευάσουν το μοντέλο. Οι οδηγίες κατασκευής είναι επίσης διαθέσιμες στη διεύθυνση https://education.lego.com/en-us/support/spike-prime/building-instructions.

Καθοδηγήστε τους μαθητές να ανοίξουν ένα νέο έργο στον καμβά προγραμματισμού Python. Ζητήστε από τους μαθητές να διαγράψουν τυχόν κώδικα που υπάρχει ήδη στην περιοχή προγραμματισμού. Οι μαθητές θα πρέπει να συνδέσουν τον κόμβο τους.  

Προτρέψτε τους μαθητές να σκεφτούν πώς θα προσδιορίσουν πόσα βήματα έχουν κάνει. Ζητήστε από τους μαθητές να κάνουν καταιγισμό ιδεών για το ποιος ή ποιοι αισθητήρες θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν για τον προσδιορισμό του αριθμού των βημάτων που έγιναν. Καθοδηγήστε τους μαθητές στον αισθητήρα κίνησης. Συγκεκριμένα, ζητήστε από τους μαθητές να σκεφτούν την κύλιση, την κλίση και την κλίση του κόμβου.

Συζητήστε τους τρόπους με τους οποίους το μοντέλο μπορεί να κινηθεί όταν είναι προσαρτημένο στο σώμα σας. Η κλίση του κομβίου είναι η μπροστινή πλευρά του κομβίου που γέρνει προς τα εμπρός ή προς τα πίσω. (Όπως οι άκρες των δακτύλων του τεντωμένου χεριού σας που γέρνουν προς τα πάνω ή προς τα κάτω.) Η κύλιση του κομβίου είναι η μπροστινή πλευρά του κομβίου που κινείται προς τα δεξιά ή προς τα αριστερά. (Όπως το τεντωμένο χέρι σας κυλάει έτσι ώστε το μικρό δάχτυλο να κυλήσει προς τα κάτω ή προς τα πάνω.) Το yaw της πλήμνης είναι η κορυφή της πλήμνης που κινείται προς τα δεξιά ή προς τα αριστερά υπό γωνία. (Σαν να γυρίζετε το τεντωμένο σας χέρι έτσι ώστε τα δάχτυλα να ξεκινούν δείχνοντας προς τα εμπρός αλλά να μετακινούνται για να δείξουν προς τα δεξιά ή προς τα αριστερά).

Οι μαθητές πρέπει να δημιουργήσουν ένα πρόγραμμα που θα μετράει τα βήματά τους.

Παράδειγμα κώδικα:

from spike import PrimeHub, LightMatrix, Button, MotionSensor

hub = PrimeHub() 

\#Ρυθμίζουμε τη μεταβλητή βήματος
step = 0
while True:
    \#ανάκτηση της γωνίας ζυγοστάθμισης
    yawAmount=hub.motion_sensor.get_yaw_angle()
    if yawAmount >75:
        step = step + 1
    elif yawAmount < -75:
        step = step + 1
    \#πατήστε το αριστερό κουμπί για να δείτε πόσα βήματα έχετε διανύσει
    elif hub.left_button.is_pressed():
        hub.light_matrix.write(step)

Δώστε χρόνο στους μαθητές να εξερευνήσουν το πρόγραμμα και να δοκιμάσουν διαφορετικές τιμές.
Παρουσιάστε στους μαθητές κάποιες νέες μαθηματικές συναρτήσεις που μπορούν να χρησιμοποιηθούν κατά τη δημιουργία και τη σύγκριση των δεδομένων τους.

Συζητήστε πώς χρησιμοποιήθηκαν αυτές οι νέες λειτουργίες στο πρόγραμμα για να λάβετε τα βήματά σας.

Βελτίωση του προγράμματός σας
Κατά τη λήψη της γωνίας ζυγοστάθμισης, το βηματόμετρο συνέλεγε δεδομένα πολλές φορές ανά δευτερόλεπτο. Το πρόγραμμα δεν γνωρίζει ότι η γωνία είναι μέρος του βηματισμού σας. Για να βοηθήσουμε, μπορούμε να προσθέσουμε μια μεταβλητή που χρησιμοποιείται για τον προσδιορισμό του πότε γίνεται ο βηματισμός, ώστε η γωνία yaw να συλλέγεται μόνο μία φορά, γεγονός που θα προσθέσει μόνο ένα βήμα για τους μαθητές.

Παράδειγμα κώδικα:

from spike import PrimeHub, LightMatrix, Button, MotionSensor
hub = PrimeHub()

\#Ρυθμίζουμε τη μεταβλητή βήματος
step = 0

\#Aυτή η μεταβλητή είναι για να βεβαιωθούμε ότι μετράει ένα βήμα μόνο την πρώτη φορά που η κλίση είναι > 100
\#H γωνία εκτροπής εξαρτάται από το Spike Prime. Κάθε hub θα ενεργεί λίγο διαφορετικά.
true_step = 0
while True:
    \#ανακτήστε τη γωνία ζυγοστάθμισης
    yawAmount = hub.motion_sensor.get_yaw_angle()
    if yawAmount > 75 και true_step == 0:
        step = step + 1
        true_step = 1
    elif yawAmount < -75 και true_step == 1:
        step = step + 1
        true_step = 0
    \#πατήστε το αριστερό κουμπί για να δείτε πόσα βήματα έχετε διανύσει
    elif hub.left_button.is_pressed():
        hub.light_matrix.write(step)

Δώστε χρόνο στους μαθητές να εξερευνήσουν το πρόγραμμα.

Εξηγήστε το ( Explain )

(Ολόκληρη η ομάδα, 5 λεπτά)

Συζητήστε με τους μαθητές πώς λειτούργησε το πρόγραμμα.
Κάντε στους μαθητές ερωτήσεις όπως:

• Τι χρησιμοποιήθηκε για την καταμέτρηση των βημάτων;
• Πόσο ακριβές είναι το βηματόμετρό σας; Εξηγήστε.
• Γιατί νομίζετε ότι το βηματόμετρο μέτρησε πάρα πολλά βήματα;

Εξελίξτε το ( Elaborate )

(Μικρές ομάδες, 10 λεπτά)

Προκαλέστε τους μαθητές να προσθέσουν στο πρόγραμμα μαθηματικούς υπολογισμούς που θα υπολογίζουν την ταχύτητα. Θυμηθείτε ότι η ταχύτητα μετριέται σε απόσταση σε σχέση με το χρόνο.

Κατά τη δοκιμή ενός προγράμματος είναι καλή πρακτική να εκτυπώνετε πληροφορίες στην κονσόλα για να επαληθεύσετε ότι τα δεδομένα είναι ακριβή και να βεβαιωθείτε ότι το πρόγραμμα εκτελείται όπως έχει προγραμματιστεί.

Παράδειγμα κώδικα:

from spike import PrimeHub, LightMatrix, Button, MotionSensor
from spike.control import Timer

hub = PrimeHub()

\#Ρυθμίστε τις μεταβλητές μας, εισάγετε το μήκος του βηματισμού σας σε μέτρα
step = 0
stride = 3
time_walked = 0
distance_walked = 0
ταχύτητα = 0
true_step = 0
timer = Timer()
timer.reset()

while True:
    yawAmount=hub.motion_sensor.get_yaw_angle()
    if yawAmount >75 και true_step==0:
        step = step + 1
        true_step = 1
    elif yawAmount < -75 και true_step == 1:
        step = step + 1
        true_step = 0
    elif hub.left_button.is_pressed():
        time_walked = timer.now()
        distance_walked = step * stride
        speed = distance_walked/time_walked
        hub.light_matrix.write(speed)
        print(step)
        print(stride)
        print(time_walked)
        print(distance_walked)
        print(speed)

Αξιολόγηση  ( Evaluate )

(Ομαδική άσκηση, 5 λεπτά)

Παρατηρήσεις του εκπαιδευτικού:

Συζητείστε για το πρόγραμμα με τους μαθητές.
Κάντε στους μαθητές ερωτήσεις όπως:

• Τι συνέβη όταν προσθέσατε τη μεταβλητή true_step;
• Πώς η μεταβλητή true_step εμποδίζει τον αισθητήρα κίνησης να συλλέξει ένδειξη;
• Τι μάθατε για τον προγραμματισμό των υπολογισμών;
• Ποιες επαναλήψεις μπορείτε να κάνετε για να βελτιώσετε το βηματόμετρό σας;

Αυτοαξιολόγηση:

Βάλτε τους μαθητές να απαντήσουν στα ακόλουθα στα ημερολόγιά τους:

• Τι μάθατε σήμερα σχετικά με τη χρήση υπολογισμών στο πρόγραμμά σας;
• Ποια χαρακτηριστικά ενός καλού συμπαίκτη επέδειξα σήμερα;
• Ζητήστε από τους μαθητές να βαθμολογήσουν τον εαυτό τους σε κλίμακα 1-3, σχετικά με τη διαχείριση του χρόνου τους σήμερα.
• Ζητήστε από τους μαθητές να βαθμολογήσουν τον εαυτό τους σε κλίμακα 1-3, σχετικά με τη διαχείριση των υλικών (εξαρτημάτων) που έκαναν σήμερα.

Πηγή: https://education.lego.com/en-us/lessons/spike-python-u9-data-and-math-functions/spike-python-u9l3-counting-your-steps