LEGO® Education > Σχέδια Μαθήματος > ΣΧΕΔΙΟ ΕΝΟΤΗΤΑΣ:

Δοκιμές για προβλήματα

Διερεύνηση στρατηγικών για την αντιμετώπιση προβλημάτων υλικού

}

90-120 λεπτά

Τάξεις Ε’ Δημοτικού- Α’ Γυμνασίου

Ενδιάμεσο Επίπεδο

Ερωτήσεις προς διερεύνηση

  • Πώς οι μηχανικοί εντοπίζουν και επιδιορθώνουν προβλήματα υλικού και λογισμικού σε ένα σχέδιο;

Προετοιμασία ( Prepare )

  • Βεβαιωθείτε ότι οι εγκέφαλοι SPIKE Prime είναι φορτισμένοι, ειδικά αν η σύνδεση γίνεται μέσω Bluetooth.
  • Αναφορά για την αντιμετώπιση προβλημάτων του μοντέλου είναι διαθέσιμη στη διεύθυνση https://education.lego.com/en-us/lessons/prime-invention-squad/broken#Planitem2.

Συμμετοχή ( Engage )

      (Ομαδική συζήτηση, 5 λεπτά)

      Συζητήστε με τους μαθητές για το είδος των μηχανών που μπορούν να κάνουν μια ακριβή κοπή επανειλημμένα, ώστε όλα τα κομμάτια να είναι ίδια. Μια μηχανή CNC [computer numerical control] είναι προγραμματισμένη να κάνει τις ίδιες επαναλαμβανόμενες κοπές. Για παράδειγμα, ένα κοπτικό λέιζερ κόβει πλαστικό, ξύλο ή χαρτόνι σε ακριβή σχήματα.

      • Επιτρέψτε στους μαθητές να ερευνήσουν τι είναι οι μηχανές CNC και πώς χρησιμοποιούνται.
      • Ζητήστε από τους μαθητές να ονομάσουν αντικείμενα που πιστεύουν ότι κατασκευάζονται με μηχανή CNC.

      Παρακολουθήστε το βίντεο για να πάρετε μια ιδέα για το τι πρέπει να κάνει η μηχανή CNC που θα κατασκευάσουν. https://education.lego.com/en-us/lessons/prime-invention-squad/broken#building-tips

      Συζητήστε με τους μαθητές τι είναι λάθος με τη μηχανή στο βίντεο. Κάντε στους μαθητές ερωτήσεις όπως:

      • Πώς καταλαβαίνετε πότε κάτι δεν λειτουργεί σωστά;
      • Ποια είναι η πρώτη σας αντίδραση όταν κάτι χαλάει;
      • Πώς μπορούμε να καταλάβουμε πού βρίσκεται το πρόβλημα;

      Ανακάλυψη ( Explore )

      (Μικρές ομάδες, 45 λεπτά)

      Οι μαθητές θα κατασκευάσουν μια μηχανή CNC για να διερευνήσουν την αντιμετώπιση προβλημάτων σχεδιασμού ή προβλημάτων υλικού.

      • Κατευθύνετε τους μαθητές στην ενότητα BUILD στην εφαρμογή SPIKE. Εδώ οι μαθητές μπορούν να έχουν πρόσβαση στις οδηγίες κατασκευής για το μοντέλο μηχανής CNC. 
      • 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 που παρατίθεται ως Broken.
      • Καθοδηγήστε τους μαθητές να ανοίξουν ένα νέο έργο στον καμβά προγραμματισμού python. 
      • Ζητήστε από τους μαθητές να διαγράψουν τυχόν κώδικα που βρίσκεται ήδη στην περιοχή προγραμματισμού. Οι μαθητές θα πρέπει να συνδέσουν τον κόμβο τους.

      Δοκιμάστε το μοντέλο

      Οι μαθητές θα εντοπίσουν ότι υπάρχουν προβλήματα υλικού κατά την δοκιμή του κώδικα του δείγματος.

      Επανεξετάστε αυτό το δείγμα κώδικα για να τρέξετε τη μηχανή CNC μαζί ως ομάδα. Συζητήστε τον κώδικα ως ομάδα και εντοπίστε τυχόν πιθανά σφάλματα στον κώδικα. Οι μαθητές θα πρέπει να παρατηρήσουν ότι δεν φαίνεται να υπάρχουν σφάλματα στο πρόγραμμα.

      Ζητήστε από τους μαθητές να πληκτρολογήσουν αυτό το πρόγραμμα στον καμβά προγραμματισμού. Ζητήστε από τους μαθητές να εκτελέσουν το πρόγραμμα για να το ελέγξουν για σφάλματα.

      from spike import PrimeHub, Motor 

      from spike.control import wait_for_seconds 

      hub = PrimeHub() 

      x_motor = Motor(‘A’) 

      y_motor = Motor(‘C’) 

      hub.left_button.wait_until_pressed() 

      x_motor.set_default_speed(-100) 

      x_motor.run_for_seconds(1.5) 

      wait_for_seconds(1) 

      \# Αυτά τα 4 μπλοκ θα πρέπει να “κόψουν” ένα τετράγωνο. 

      x_motor.set_default_speed(100) 

      y_motor.set_default_speed(100) 

      x_motor.run_for_degrees(400) 

      y_motor.run_for_degrees(575) 

      x_motor.run_for_degrees(-400) 

      y_motor.run_for_degrees(-575) 

      hub.right_button.wait_until_pressed() 

      x_motor.set_default_speed(100) 

      x_motor.run_for_seconds(1.5) 

      wait_for_seconds(1) 

      \# Αυτά τα 4 μπλοκ θα πρέπει να “κόψουν” ένα ορθογώνιο. 

      x_motor.run_for_degrees(-60) 

      x_motor.run_for_degrees(-400) 

      y_motor.run_for_degrees(-800) 

      x_motor.run_for_degrees(400) 

      y_motor.run_for_degrees(800)

      Δώστε χρόνο στους μαθητές να εκτελέσουν το πρόγραμμα. Παρατηρήστε ότι η μηχανή δεν λειτουργεί σωστά. Η μηχανή υποτίθεται ότι σας βοηθάει να “κόψετε” (σχεδιάσετε) εξαρτήματα.

      Συζητήστε μαζί ως ομάδα αν το πρόβλημα είναι με το υλικό/μοντέλο ή με το πρόγραμμα. Κάντε στους μαθητές ερωτήσεις όπως:

      – Τι δεν λειτουργεί;

      – Πώς κινείται το μοντέλο; Φαίνεται να κινείται σωστά;

      – Λάβατε κάποιο σφάλμα στην κονσόλα ή είδατε κάποια ένδειξη ότι το πρόγραμμα δεν λειτουργεί;

      Οι μαθητές θα πρέπει να αναγνωρίσουν ότι υπάρχει πρόβλημα με το μοντέλο και όχι με το πρόγραμμα.

      Εντοπισμός και αντιμετώπιση προβλημάτων σχεδιασμού.

      Εργαστείτε μαζί για να εντοπίσετε τα προβλήματα. Κοιτάξτε τις μηχανές και δείτε πώς συμπεριφέρεται σε σχέση με αυτό που νομίζετε ότι θα κάνει. Βάλτε τους μαθητές να γράψουν τα προβλήματα που βρήκαν στα ημερολόγιά τους ή σε χαρτί διαγράμματος. Ενθαρρύνετε τους μαθητές να χρησιμοποιήσουν αυτά τα βήματα:

      o Προσδιορίστε το πρόβλημα.

      o Ρίξτε μια προσεκτική ματιά.

      o Παρατηρήστε πώς συμπεριφέρεται το μοντέλο σε σχέση με αυτό που νομίζετε ότι πρέπει να κάνει.

      o Καταιγισμός ιδεών για λύσεις.

      o Κάντε μια αλλαγή και δοκιμάστε το μοντέλο (εκτελέστε το πρόγραμμα). Βοήθησε;

      o Μπορείτε να ζητήσετε τη βοήθεια άλλων ομάδων, εφόσον χρειάζεται.

      Παροτρύνετε τους μαθητές όπως χρειάζεται για να αρχίσουν να εντοπίζουν τα προβλήματα. Κάντε στους μαθητές ερωτήσεις όπως:

      • Πιστεύετε ότι το χαρτί κινείται όπως θα έπρεπε;
      • Είναι σε θέση το μολύβι να κάνει τα σημάδια που χρειάζονται για να αναπαραστήσει τις περικοπές;
      • Το μοντέλο φαίνεται να είναι σταθερό;

      Σημείωση: υπάρχουν τέσσερα προβλήματα που πρέπει να εντοπιστούν και να διορθωθούν.

      1. Λείπει ένας τροχός τροφοδοσίας χαρτιού, με αποτέλεσμα ο άξονας Υ να μην λειτουργεί σωστά.
      2. Το πάνω μέρος της μηχανής CNC δεν είναι σωστά συνδεδεμένο με το κάτω μέρος.
      3. Τα γρανάζια του τροφοδότη χαρτιού είναι ανεστραμμένα, με αποτέλεσμα το χαρτί να εισέρχεται στο CNC πολύ γρήγορα.
      4. Το καροτσάκι του μολυβιού δεν είναι στερεωμένο, με αποτέλεσμα ο άξονας Χ να λειτουργεί εσφαλμένα.
        Σημείωση: Το μάθημα με τα σπασμένα δείχνει υποδείξεις για το τι δεν πάει καλά με το μοντέλο. https://education.lego.com/en-us/lessons/prime-invention-squad/broken#Planitem0

      Επιλέξτε ένα θέμα για να το διερευνήσετε μαζί ως ομάδα. Σκεφτείτε να ξεκινήσετε με το χαρτί που κινείται πολύ γρήγορα. Κάντε από κοινού καταιγισμό ιδεών για τη διόρθωση του προβλήματος. Πώς μπορείτε να επιβραδύνετε την κίνηση χωρίς να αλλάξετε το πρόγραμμα; Προτρέψτε τους μαθητές να εξετάσουν τον τρόπο λειτουργίας των γραναζιών και να σκεφτούν πώς θα μπορούσαν να τα αλλάξουν για να επιβραδύνουν την κίνηση του χαρτιού.

          Εξηγήστε το ( Explain )

          (Ολόκληρη η ομάδα, 15 λεπτά)

          Συζητήστε με τους μαθητές το πρόγραμμα και γιατί δεν φαίνεται να λειτουργεί σωστά.

          Θέστε στους μαθητές ερωτήσεις όπως:

          • Τι παρατηρείτε στη μηχανή CNC όταν εκτελείτε το πρόγραμμα;
          • Πώς ξέρετε ότι πρόκειται για πρόβλημα υλικού;
          • Γιατί είναι σημαντικό να δοκιμάζετε το σχέδιό σας;
          • Πώς διαπιστώσατε ότι το πρόβλημα ήταν με το μοντέλο και όχι με το πρόγραμμα;
          • Ποια μέρη της μηχανής δεν φαίνεται να λειτουργούν;
          • Ως μηχανικοί, ποιο είναι το πρώτο βήμα που πρέπει να κάνουμε για να επιδιορθώσουμε τη μηχανή; (Εντοπισμός των προβλημάτων- αν έχουν ανακαλυφθεί περισσότερα από ένα προβλήματα, τότε να αποφασίσουμε ποιο πρόβλημα θα επιδιορθώσουμε πρώτα).

          Εξελίξτε το ( Elaborate )

          (Μικρές ομάδες, 25 λεπτά)

          • Αφήστε στους μαθητές επιπλέον χρόνο για να ολοκληρώσουν την επίλυση προβλημάτων στο μοντέλο.
          • Ζητήστε από τους μαθητές να κάνουν καταιγισμό ιδεών για την επίλυση των υπόλοιπων προβλημάτων. 
          • Επιτρέψτε στους μαθητές να επανελέγξουν το μοντέλο εκτελώντας το πρόγραμμά τους, όπως απαιτείται, για να βοηθήσουν στην αντιμετώπιση προβλημάτων του υλικού.

          Αφού οι μαθητές εντοπίσουν διάφορα ζητήματα, ζητήστε από διαφορετικές ομάδες να εργαστούν για τη διόρθωση των προβλημάτων. Κάθε ομάδα θα πρέπει να μοιραστεί τις διορθώσεις της με άλλες ομάδες για να διασφαλίσει ότι η μηχανή CNC θα λειτουργεί όπως χρειάζεται. Οι μαθητές θα πρέπει να δοκιμάσουν εκ νέου τα μοντέλα τους για να διασφαλίσουν ότι λειτουργούν σωστά.

          Μοιραστείτε όλες τις λύσεις μαζί ως ομάδα αφού τα μοντέλα λειτουργούν σωστά.

          Αξιολόγηση  ( Evaluate )

          (Ομαδική άσκηση, 15 λεπτά)

          Παρατήρηση από τον εκπαιδευτικό:

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

          • Πώς η δοκιμή βοηθάει στον εντοπισμό προβλημάτων που χρήζουν αντιμετώπισης;
          • Πώς μπορείτε να διακρίνετε την ανάγκη για την αντιμετώπιση προβλημάτων υλικού και όχι λογισμικού;
          • Ποιοι είναι οι τρόποι με τους οποίους μπορείτε να αντιμετωπίσετε προβλήματα υλικού;

          Αυτοαξιολόγηση 

          Ζητήστε από τους μαθητές να απαντήσουν στα ακόλουθα στα ημερολόγιά τους: 

          • Τι μάθατε σήμερα για την αντιμετώπιση προβλημάτων υλικού;
          • 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. 
          Υποστήριξη εκπαιδευτικών

          Οι μαθητές θα:

          • Εντοπίσουν και επιδιορθώσουν ένα πρόβλημα υλικού σε ένα σχέδιο.
          Πράγματα που θα χρειαστείτε
          • Σετ SPIKE Prime
          • Συσκευή με εγκατεστημένη την εφαρμογή SPIKE App
          • Ημερολόγιο μαθητή
          • Στυλό ή μαρκαδόρος (ένα ανά ομάδα)
          • Εκτυπωμένο φύλλο εργασίας για το σπασμένο μάθημα (ένα ανά ομάδα- σύνδεσμος στο έγγραφο)
          Εκπαιδευτικά πρότυπα

          CSTA

          2-AP-10 Χρήση διαγραμμάτων ροής ή/και ψευδοκώδικα για την αντιμετώπιση σύνθετων προβλημάτων ως αλγορίθμων.

          2-AP-13 Να αναλύουν τα προβλήματα και τα υποπροβλήματα σε μέρη για να διευκολύνουν το σχεδιασμό, την υλοποίηση και την αναθεώρηση προγραμμάτων.

          2-AP-17 Συστηματική δοκιμή και βελτίωση των προγραμμάτων με τη χρήση μιας σειράς περιπτώσεων δοκιμής.

          2-AP-19 Τεκμηρίωση προγραμμάτων ώστε να διευκολύνεται η παρακολούθηση, ο έλεγχος και η αποσφαλμάτωση.