مجسمه سازی نور

ساخت مصالح (برای هر تیم)

مواد
گزینه تکنولوژی بالا

• برگه های دانشجویی
• مواد تیم دانشجویی
  • کامپیوتر
  • میکروکنترلر آردوینو
  • نرم افزار آردوینو IDE
  • تخته نان (بدون لحیم کاری)
  • LED های متعدد (حداقل 4)
  • چند سیم بلوز (حداقل 4)
  • چند مقاومت 330 اهم (حداقل 4)
  • مدارهای TinkerCad و TinkerCad (رایگان- فقط باید ثبت نام کنید)
  • مواد اولیه (مقوا ، مقوا ، چسب داغ ، نوار)

Low Tech مبتدی و گزینه مجازی (بدون Arudino و پهنای باند) 

• کامپیوتر
• مدارهای Tinkercad & Tinkercad (رایگان- فقط باید ثبت نام کنید)
• مواد اولیه (مقوا ، مقوا ، چسب داغ ، نوار)
• چراغ قوه (یکی برای هر یک از اعضای تیم)

چالش طراحی

تیم ها مجسمه ای سبک طراحی می کنند (شکلی از مجسمه سازی که در آن نورها واسطه اصلی بیان هستند). یک نمایش نور با استفاده از آنچه از مدارهای اصلی ، ورق ورق و میکروکنترلرها یاد گرفته اند ایجاد کنید و در مدارهای Tinkercad شبیه سازی کنید و از CAD (Tinkercad یا بسته های دیگر) برای طراحی مجسمه برای قرار دادن یا پوشش لوازم الکترونیکی که نمایش نور را افزایش می دهد ، استفاده کنید.

ضوابط

• حداقل 4 LED در طراحی
• طراحی مجسمه سازی در CAD
• از رسانه مختلط برای نمونه اولیه مجسمه سازی نور استفاده می شود
• اختیاری: چاپ سه بعدی یک عنصر مجسمه (در صورت دسترسی)

همراه با دانش آموزان: سیم کشی و کدگذاری

گزینه بالای فناوری

وظیفه 1: 4 LEDS دریافت کنید تا چشمک بزنند و خاموش شوند و مراحل زیر را انجام دهید

1. کلاس را به گروه های دو نفره تقسیم کنید.
2. از دانش آموزان بخواهید به شکل 1 مراجعه کنند (در صورت لزوم) آنها را از طریق سیم کشی راهنمایی کنند. اطمینان حاصل کنید که اگر قصد اتصال دو سیم را دارند سیمها را در یک ردیف قرار دهید. از هر گروه دانشجویی بخواهید موارد زیر را تکمیل کند:
   • ابتدا با راه اندازی سیم از پین GND در آردوینو به (-) ریل برق در سمت چپ تخته نان. با انجام این کار اطمینان حاصل می شود که هر چیزی که به (-) ریل برق متصل شده باشد نیز به GND متصل می شود. 
   • چهار LED را از بالا شروع کنید. به یاد داشته باشید که هر LED دارای یک پا بلند و یک پای کوتاه است. پای بلندتر را به ردیف اول و پای کوتاه را به ردیف دوم وصل کنید.
   • در مرحله بعد ، از یک مقاومت 330 اهم برای اتصال ردیف دوم (و پایه کوتاه LED) به GND استفاده کنید.
   • در نهایت ، پین 13 را با استفاده از یک سیم بلوز کوتاه به ردیف اول ، به پایه بلند LED وصل کنید. این کار را برای سه LED باقیمانده تکرار کنید.

   

   

    

3. از دانش آموزان بخواهید یک کد جدید در نرم افزار آردوینو ایجاد کنند تا 4 LED چشمک بزند. در صورت نیاز ، از آنها بخواهید کدی را که در شکل 2 نشان داده شده است کپی کنند. این یک مثال کد سریع و ساده است تا هر چهار LED LED چشمک بزند. (به یاد داشته باشید: کد از علائم نگارشی ویژه استفاده می کند و به حروف کوچک و بزرگ حساس است.)
   

   

    

4. از دانش آموزان بخواهید کد را با کلیک کردن بارگذاری کنند روی آردوینو اجرا کنیدبه در صورت بروز هرگونه خط نحوی ، به دانش آموزان پیشنهاد کنید که تایپ خود را دوباره بررسی کنند. هنگامی که دانش آموزان پیامی دریافت می کنند که می گوید "بارگذاری انجام شد" ، از آنها بخواهید مدارهای خود را بررسی کنند - هر چهار LED باید چشمک بزنند (شکل 3 را ببینید).
   

   

    

5. با توضیح هر بخش از کد با دانش آموزان بررسی کنید که کد چه کار می کند (شکل 4 را ببینید)
   هر برنامه آردوینو برای کار به این دو عملکرد نیاز دارد:  از درجه اعتبار ساقط برپایی () {…} این کار باعث می شود برنامه شروع به کار کند و یکبار تمام کدهای داخل {براکت های فرفری} را اجرا کند.
   از درجه اعتبار ساقط حلقه ()  {…} این عملکرد اصلی است و به طور مداوم حلقه می شود.فیلم Robotics Backend را ببینید برای توضیح عمیق تر در مورد void setup و void loop.digitalWrite (13 ، HIGH) فرمان ولتاژ پین 13 را به ولتاژ HIGH (5V) تنظیم می کند. LED ها را روشن می کندdigitalWrite (13 ، LOW) فرمان ولتاژ پین 13 را به ولتاژ LOW (زمین 0 ولت) تنظیم می کند. LED ها را خاموش می کند
   
   تأخیر (500) فرمان قبل از رفتن به دستور بعدی برنامه را به مدت 500 میلی ثانیه (1/2 ثانیه) متوقف می کند.برای کمک بیشتر به صفحه زبان Arudino مراجعه کنید: https://www.arduino.cc/reference/en/
   همچنین برای کمک بیشتر به آموزش SparkFun Arduino مراجعه کنید: https://learn.sparkfun.com/tutorials/digital-sandbox-arduino-companion/0-setup-and-loop

   

    

   وظیفه 2: دانش آموزان با الگوهای مختلف بازی می کنند

   • تعقیب کننده LED: کد را طوری تغییر دهید که LED ها یکی یکی ، یکی پس از دیگری از چپ به راست ، حداقل 1/10 ثانیه قبل از روشن شدن LED بعدی روشن شوند و سپس همه آنها خاموش شوند. پاداش: اکنون ، آن را طوری اصلاح کنید که LED ها نیز یکی یکی خاموش شوند. نمونه را اینجا ببینید: https://create.arduino.cc/projecthub/msr048/led-chaser-f6ec89
   • LED پیمایش: کد را طوری تغییر دهید که فقط یک LED روشن شود و از چپ به راست و سپس به عقب حرکت کند - بنابراین به نظر می رسد که LED در حال برگشت به عقب است. پاداش: حالا کد را به گونه ای اصلاح کنید که سرعت آن کم و زیاد شود.  https://www.makerspaces.com/15-simple-arduino-uno-breadboard-projects/  (نگاه کنید به شماره 6 پیمایش LED)

    

   وظیفه 3: دانش آموزان یک "نمایش نور" منحصر به فرد ایجاد می کنند 

   مرحله طراحی الکترونیک

   پس از بازی با الگوهای مختلف ، اکنون دانش آموزان برای چالش مجسمه سازی نور خود نمایش نور منحصر به فرد خود را ایجاد می کنند. تیم ها الگوی خود را طراحی کرده و سپس کد را برای آن توسعه می دهند. آنها باید دنباله ای از LED ها را طراحی کنند که کار منحصر به فردی انجام دهد. آنها می توانند اضافه کردن موسیقی را در نظر بگیرند - رقص چشمک زن LED را به 15 ثانیه موسیقی چشمک می زند. 

   سند 

   از تیم ها بخواهید یک فیلم ضبط کنند تا آثار خود را به اشتراک بگذارند.

   مرحله آزمایش الکترونیک: شبیه سازی و آزمایش مجازی در مدارهای TinkerCad: 
   از دانش آموزان بخواهید قبل از ساختن نمایش نور خود را در مدارهای TinkerCad نمونه اولیه کنند. آزمایش کنید و دوباره طراحی کنید (شکل 5). هنگامی که آنها یک نمونه اولیه کار دارند ، از آنها بخواهید آن را بسازند.

   

    

   دانش آموزان مجسمه نور را ایجاد می کنند
   از دانش آموزان بخواهید مجسمه های سبک را با CAD و سپس قسمت سه بعدی (یا همه) مجسمه را طراحی و سپس نمونه اولیه کنند. دانش آموزان می توانند از مواد دیگر مانند مقوا ، مقوا ، سلفون یا سایر مواد یافت شده برای مجسمه سازی با رسانه های مختلط استفاده کنند.

   توجه معلم: دانش آموزان را به فکر بیاندازید که چگونه می توانند LED ها را دوباره قرار دهند و کد خود را برای ایجاد جلوه ای جالب تغییر دهند. از سیمهای فرمت برای جابجایی LED ها از روی نان استفاده کنید. بعد از اینکه دانش آموزان مجسمه های خود را ساختند ، آنها را به برنامه نویسی هدایت کنید. پیشنهاد کنید که آنها حداقل دو "حالت" یا برنامه مختلف ایجاد کنند که بر روی مجسمه های آنها اجرا می شود و بین دو حالت "خاموش" دو یا سه ثانیه ای وجود دارد. به عنوان مثال ، حالت اول را به یک الگوی ساده ، نرم و با تغییر آهسته تبدیل کنید ، و حالت دوم را به عنوان نور مهمانی دیسکو/رقص.

   گزینه TECH LOW

   • از دانش آموزان بخواهید نورهای خود را در مدارهای TinkerCad طراحی و نمونه سازی کنند. در صورت امکان ، از آنها بخواهید نمایش خود را به صورت فیزیکی با چراغ قوه تکرار کنند. هر شخص در طراحی تبدیل به یک LED می شود و الگوی آن را تکرار می کند. 
   • در مرحله بعد ، از دانش آموزان بخواهید مجسمه های سبک را در Tinkercad CAD و سپس قسمت سه بعدی (یا همه) مجسمه را طراحی و سپس نمونه اولیه کنند. دانش آموزان می توانند از مواد دیگر مانند مقوا ، مقوا ، سلفون یا سایر مواد یافت شده برای مجسمه سازی با رسانه های مختلط استفاده کنند. اطمینان حاصل کنید که آنها دسترسی به چراغ قوه را در نظر می گیرند.
   • کنار هم گذاشتن آنها. با تکرار نمایش نور از طریق مجسمه ، مجسمه های سبک را آزمایش کنید.

این درس را می توان در کمتر از 1 دوره کلاس برای دانش آموزان مسن انجام داد. با این حال ، برای کمک به دانش آموزان از احساس عجله و تضمین موفقیت دانش آموزان (به ویژه برای دانش آموزان جوان) ، این درس را به دو دوره تقسیم کنید و به دانشجویان فرصت بیشتری برای طوفان فکری ، آزمایش ایده ها و نهایی کردن طرح آنها دهید. تست و تست را در دوره کلاس بعدی انجام دهید.

برنامه های پیشرفته آردوینو؟                                                                

آن سوی چراغ های چشمک زن

اگر آردوینو Blink Challenge را به پایان رسانده اید ، برنامه های کاربردی دیگری برای استفاده از برد آردوینو وجود دارد که می توانید به صورت خودکار ، به صورت تیمی ، در کلاس یا در وقت خود امتحان کنید. همچنین می توانید آموزشهای پیشرفته را در http://arduino.cc/en/Tutorial/HomePage برای نشان دادن چگونگی خواندن یک سوئیچ ، خواندن پتانسیومتر ، استفاده از دکمه فشار برای کنترل LED ، پخش صدا روی چندین بلندگو ، ایجاد یک نمودار میله ای LED ، ارسال یک رشته متن یا حتی خروجی مقادیر از یک سنسور فشار بارومتریک به عنوان صفحه وب.

در زیر برخی از ایده های نمونه آورده شده است تا بتوانید ببینید مهارت های جدید محاسبات شما چقدر همه کاره است!

سنسورهای کنترل

با آردوینو خود یک حسگر خارجی را کنترل کنید. شما می توانید هوا را برای آلودگی نمونه گیری کنید ، میزان روشنایی منطقه را مشخص کنید ، زنگ هشدار سیل را با سنسور آب تنظیم کنید یا یک آشکارساز حرکت را وصل کنید. یا ، استفاده از Arduino را برای کنترل سنسورهایی که میدانهای الکترومغناطیسی را اندازه گیری می کنند ، هوا را برای رطوبت هوا نمونه برداری می کنند ، دما را تعیین می کنند ، تشخیص می دهند گاز در هوا وجود دارد یا جمع آوری داده ها از باد سنج اندازه گیری سرعت باد را در نظر بگیرید. حتی می توانید یک اسکنر بارکد (که صفحه کلید را شبیه سازی می کند) یا یک صفحه کلید را به آردوینو وصل کنید.

برنامه های دیداری و شنیداری

arduino شما می تواند برای مدیریت یک سیستم دوربین و کنترل تنظیمات عکاسی تنظیم شود. این کار را می توان با اکثر تجهیزات از جمله دوربین های Nikon ، Canon ، Sony ، Minolta ، Olympus و Pentax انجام داد. حتی می توانید یک اسکنر بارکد (که صفحه کلید را شبیه سازی می کند) یا یک صفحه کلید را به آردوینو وصل کنید.

موتورها و رباتیک

آردوینو ابزاری عالی برای کنترل موتورها و رباتیک است. موتورهای DC یا استپ موتور را وصل کنید. با استفاده از پتانسیومتر با آردوینو می توانید یک موتور پله ای بسیار دقیق را کنترل کنید.

انجمن توسعه دهندگان

جامعه فزاینده ای از توسعه دهندگان برنامه Arduino وجود دارد که کد ، ایده ها و نمونه هایی را به اشتراک می گذارند. اسناد اضافی توسط انجمن آردوینو در ویکی شهربازی قابل ویرایش عمومی در ایجاد شده است http://playground.arduino.cc.

آردوینو چیست؟  

محاسبات متن باز

آردوینو یک پلتفرم محاسبات فیزیکی منبع باز است که مبتنی بر یک صفحه ساده میکروکنترلر و یک محیط توسعه برای نوشتن نرم افزار برای برد است. از آردوینو می توان برای تولید اشیا inte تعاملی ، ورودی گرفتن از انواع سوئیچ ها یا سنسورها و کنترل انواع چراغ ها ، موتورها و سایر خروجی های فیزیکی استفاده کرد. پروژه های آردوینو می توانند ساده باشند - - مانند روشن و خاموش کردن چراغ - یا بسیار پیچیده. تخته ها را می توان با دست مونتاژ کرد و یا از پیش نصب شده خریداری کرد. نرم افزار منبع باز را می توان به صورت رایگان بارگیری کرد. نرم افزار Arduino روی سیستم عامل های ویندوز ، Macintosh OSX و Linux اجرا می شود.

برنامه نویسی کامپیوتر

برنامه نویسی رایانه (غالباً کوتاه شده با برنامه نویسی یا کدگذاری) فرآیند طراحی ، نوشتن ، آزمایش ، رفع اشکال و نگهداری کد منبع برنامه های رایانه ای است. کد را می توان به زبانهای مختلف برنامه نویسی نوشت. برنامه نویسی در واقع مجموعه دستورالعمل هایی است که رایانه یا دستگاه دیگری برای انجام یک کار استفاده می کند - ممکن است روشن کردن چراغ ، باز کردن درب یا نوشتن سند باشد.

محیط توسعه آردوینو

محیط یا نرم افزار توسعه آردوینو شامل یک ویرایشگر متن برای نوشتن کد ، یک منطقه پیام ، یک کنسول متن ، یک نوار ابزار با دکمه های عملکردهای مشترک و یک سری منوها است. برای بارگذاری برنامه ها و برقراری ارتباط با آنها به سخت افزار Arduino متصل می شود. به نرم افزاری که با استفاده از آردوینو نوشته شده است ، "طرح" گفته می شود. این طرح ها در ویرایشگر متن نوشته شده اند. طرح ها با پسوند پرونده .ino ذخیره می شوند. ویژگی هایی برای برش / چسباندن و جستجو / جایگزینی متن وجود دارد. قسمت پیام هنگام ذخیره و صادرات بازخورد می دهد و همچنین خطاها را نمایش می دهد. این کنسول خروجی متن توسط محیط آردوینو شامل پیام های خطای کامل و سایر اطلاعات را نمایش می دهد. گوشه سمت راست پایین پنجره صفحه فعلی و درگاه سریال را نمایش می دهد.

آموزش های آردوینو برای اطلاعات بیشتر و کمک

توجه: برخی از مطالب و تصاویر موجود در این صفحه از طریق راهنمای شروع کار Arduino.cc از Arduino.cc گرفته شده اند (http://arduino.cc/en/Guide/HomePage) متن آردوینو گرفتن راهنمای آغاز شده تحت مجوز Creative Commons Attribution-ShareAlike 3.0 مجاز است. نمونه های کد موجود در راهنما در دامنه عمومی منتشر می شوند.

از TryEngineering درس آردوینو چشمک زدن

• مهندسین: مخترعان و حل کننده مشکلات جهان بیست و پنج تخصص اصلی در زمینه مهندسی به رسمیت شناخته شده است.
• فرایند طراحی مهندسی: مهندسان فرآیند برای حل مشکلات استفاده می کنند. 
• شاخص: شرایطی که طرح باید مانند اندازه کلی آن و غیره رعایت کند.
• محدودیت ها: محدودیت با مواد ، زمان ، اندازه تیم و غیره
• نمونه اولیه: یک مدل راه حل برای آزمایش.
• تکرار: آزمایش و طراحی مجدد یک تکرار است. تکرار (چندین تکرار)
• هنر سبک: فرم هنری که از نور به عنوان واسطه بیان استفاده می کند.

توسعه پارچه های هوشمند و نحوه ادغام لوازم الکترونیکی در "پوشیدنی ها" را در نظر بگیرید.

• از وب سایت زیر دیدن کنید: VTT: نورپردازی را می توانید به هر شکلی خم کنید https://www.vttresearch.com/en/news-and-ideas/lighting-you-can-bend-any-shape
• آیا فکر می کنید سنسورها نیز می توانند در پارچه سبک تعبیه شوند؟ کدام نوع و برای انجام چه کاری؟
• آیا می توانید به هر وضعیت سلامتی فکر کنید که ممکن است از پوشیدن این پارچه فلکس برایت یا نمایش چراغ هایی که در پارچه ها جاسازی شده است ، مفید باشد؟
• کاربردهای هنری این پارچه چطور؟ جاسازی LED ها در پارچه چه مزایایی خواهد داشت؟

پیوندهای اینترنتی:

• VTT: روشنایی شما می توانید به هر شکل خم شوید https://www.vttresearch.com/en/news-and-ideas/lighting-you-can-bend-any-shape
• Flexbright LedFoil: http://flexbright.fi/index.php/products

توجه داشته باشید: برنامه های درسی در این مجموعه با یک یا چند مجموعه از استانداردهای زیر مطابقت دارد:  

• ایالات متحده استانداردهای آموزش علوم (http://www.nap.edu/catalog.php?record_id=4962)
• استانداردهای علمی نسل بعدی ایالات متحده (http://www.nextgenscience.org/) 
• استانداردهای سواد فناوری انجمن بین المللی آموزش فناوری (http://www.iteea.org/TAA/PDFs/xstnd.pdf)
• اصول و معیارهای شورای ملی معلمان ریاضیات ریاضیات مدارس ایالات متحده (http://www.nctm.org/standards/content.aspx?id=16909)
• استانداردهای هسته هسته ای مشترک ایالات متحده برای ریاضیات (http://www.corestandards.org/Math)
• استانداردهای علوم کامپیوتر K-12 انجمن معلمان علوم کامپیوتر (http://csta.acm.org/Curriculum/sub/K12Standards.html)

استانداردهای ملی آموزش علوم پایه های 5-8 (سن 10-14)

استاندارد استاندارد A: علم به عنوان تحقیق
در نتیجه فعالیت ها ، همه دانش آموزان باید رشد کنند

• توانایی های لازم برای انجام تحقیقات علمی 

استاندارد B محتوا: علوم فیزیکی
در نتیجه فعالیتهایشان ، همه دانش آموزان باید درک درستی از آنها داشته باشند

• خصوصیات و تغییر خصوصیات در ماده 
• انتقال انرژی

استاندارد استاندارد E: علم و فناوری
در نتیجه فعالیت های کلاس 5-8 ، همه دانش آموزان باید رشد کنند

• توانایی طراحی فن آوری 
• تفاهماتی در مورد علم و فناوری

استاندارد F محتوا: علم در دیدگاه های شخصی و اجتماعی
در نتیجه فعالیت ها ، همه دانش آموزان باید درک درستی از آنها داشته باشند

• خطرات و مزایا 
• علم و فناوری در جامعه 

استانداردهای ملی آموزش علوم پایه های 9-12 (سن 14-18)

استاندارد استاندارد A: علم به عنوان تحقیق
در نتیجه فعالیت ها ، همه دانش آموزان باید رشد کنند

• توانایی های لازم برای انجام تحقیقات علمی 

استاندارد B محتوا: علوم فیزیکی
در نتیجه فعالیتهایشان ، همه دانش آموزان باید درک درستی از آنها داشته باشند

• فعل و انفعالات انرژی و ماده 

استاندارد F محتوا: علم در دیدگاه های شخصی و اجتماعی
در نتیجه فعالیتهایشان ، همه دانش آموزان باید درک درستی از آنها داشته باشند

• علم و فناوری در چالش های محلی ، ملی و جهانی  

استاندارد استاندارد E: علم و فناوری
در نتیجه فعالیت ها ، همه دانش آموزان باید رشد کنند

• توانایی طراحی فن آوری 
• تفاهماتی در مورد علم و فناوری 

استانداردهای ملی آموزش علوم پایه های 9-12 (سن 14-18)

استاندارد G محتوا: تاریخ و ماهیت علم
در نتیجه فعالیت ها ، همه دانش آموزان باید درک درستی از آنها داشته باشند

• علم به عنوان یک تلاش انسانی 
• دیدگاه های تاریخی 

استانداردهای علوم نسل بعدی نمرات 6-8 (سنین 11-14)

طراحی مهندسی
دانش آموزانی که درک درستی از خود نشان می دهند می توانند:

• MS-ETS1-1 معیارها و محدودیت های یک مسئله طراحی را با دقت کافی برای اطمینان از یک راه حل موفقیت آمیز ، با در نظر گرفتن اصول علمی مربوطه و تأثیرات احتمالی بر مردم و محیط طبیعی که ممکن است راه حل های محدود را محدود کند ، تعریف کنید.

CSTA K-12 استانداردهای علوم کامپیوتر کلاسهای 6-9 (11 تا 14 سال)

تفکر محاسباتی: 

• 13. مفهوم سلسله مراتب و انتزاع در محاسبات از جمله زبانهای سطح بالا ، ترجمه ، مجموعه دستورالعمل ها و مدارهای منطقی را درک کنید.

همکاری: 

• 1. از ابزارهای تولیدی / چندرسانه ای و وسایل جانبی برای همکاری گروهی و پشتیبانی از یادگیری در طول برنامه درسی استفاده کنید.
• 3- با استفاده از روشهای مشارکتی مانند برنامه نویسی جفت ، کار در تیمهای پروژه و شرکت در فعالیتهای یادگیری فعال گروهی ، با همسالان ، کارشناسان و دیگران همکاری کنید.
• 4- ویژگی های لازم برای همکاری را به نمایش بگذارید: ارائه بازخورد مفید ، تلفیق بازخورد ، درک و پذیرش چندین دیدگاه ، اجتماعی شدن.

CSTA K-12 استانداردهای علوم کامپیوتر کلاسهای 6-9 (11 تا 14 سال)

تمرین و برنامه نویسی رایانه: 

• 1. ابزارها و منابع فناوری مناسب را برای انجام انواع کارها و حل مشکلات انتخاب کنید.
• 2. برای حمایت از بهره وری و یادگیری شخصی در طول برنامه درسی ، از انواع ابزارهای چندرسانه ای و لوازم جانبی استفاده کنید.
• 5- راه حل های مسئله را با استفاده از یک زبان برنامه نویسی پیاده سازی کنید ، از جمله: رفتار حلقه ای ، عبارات شرطی ، منطق ، عبارات ، متغیرها و توابع.
• 8- ویژگی های مناسب برای حل مسئله و برنامه نویسی را به نمایش بگذارید (به عنوان مثال ، راحتی با پیچیدگی ، پایداری ، طوفان مغزی ، سازگاری ، صبر ، تمایل به tinker ، خلاقیت ، پذیرش چالش).
• 9. جمع آوری و تجزیه و تحلیل داده های حاصل از چندین اجرای یک برنامه رایانه ای.

رایانه ها و دستگاه های ارتباطی: 

• 1. تشخیص دهید که کامپیوترها دستگاههایی هستند که برنامه ها را اجرا می کنند.
• 3- درک درستی از رابطه سخت افزار و نرم افزار را نشان دهید.

CSTA K-12 استانداردهای علوم کامپیوتر کلاسهای 9-10 (14 تا 16 سال)

تفکر محاسباتی: 

• 2. فرآیند توسعه نرم افزار را که برای حل مشکلات نرم افزار (به عنوان مثال ، طراحی ، کدگذاری ، آزمایش ، تأیید) استفاده می شود ، توصیف کنید.

همکاری: 

• 1. برای طراحی و توسعه مصنوع نرم افزاری در یک تیم کار کنید.
• 4- نحوه تأثیر همکاری بر طراحی و توسعه محصولات نرم افزاری را مشخص کنید.

تمرین و برنامه نویسی رایانه: 

• 3. برای اطمینان از درستی برنامه از روش های مختلف اشکال زدایی و آزمایش استفاده کنید (به عنوان مثال ، موارد آزمون ، آزمایش واحد ، جعبه سفید ، جعبه سیاه ، آزمایش یکپارچه سازی)
• 4- برای حل مشکلات از تجزیه و تحلیل ، طراحی و پیاده سازی استفاده کنید (مثلاً از یک یا چند مدل چرخه حیات نرم افزار استفاده کنید).
• 8- روند اجرای برنامه را توضیح دهید.

رایانه ها و دستگاه های ارتباطی: 

• 4. اشکال مختلف ورودی و خروجی را مقایسه کنید.

CSTA K-12 استانداردهای علوم کامپیوتر کلاسهای 10-12 (16 تا 18 سال)

همکاری: 

• 3. برنامه های نوشته شده توسط دیگران را از نظر خوانایی و قابلیت استفاده ارزیابی کنید.

استانداردهای سواد فناوری - همه اعصار

ماهیت فناوری

• استاندارد 3: دانش آموزان درک درستی از روابط بین فن آوری ها و ارتباطات بین فناوری و سایر زمینه های تحصیل خواهند داشت.

فناوری و جامعه

• استاندارد 4: دانش آموزان درک درستی از تأثیرات فرهنگی ، اجتماعی ، اقتصادی و سیاسی فناوری خواهند داشت.
• استاندارد 6: دانش آموزان درک درستی از نقش جامعه در توسعه و استفاده از فناوری خواهند داشت.
• استاندارد 7: دانش آموزان درک درستی از تأثیر فناوری بر تاریخ خواهند داشت.

طرح

• استاندارد 8: دانش آموزان درک درستی از ویژگی های طراحی پیدا می کنند.
• استاندارد 9: دانش آموزان درک درستی از طراحی مهندسی خواهند داشت.
• استاندارد 10: دانش آموزان درک درستی از نقش عیب یابی ، تحقیق و توسعه ، اختراع و نوآوری و آزمایش در حل مسئله خواهند داشت.

توانایی هایی برای یک دنیای فناوری

• استاندارد 11: دانش آموزان توانایی های استفاده از روند طراحی را پیدا می کنند.
• استاندارد 12: دانش آموزان توانایی استفاده و نگهداری از محصولات و سیستم های فن آوری را توسعه می دهند.
• استاندارد 13: دانش آموزان توانایی ارزیابی تأثیر محصولات و سیستم ها را پیدا می کنند.

جهان طراحی شده

• استاندارد 17: دانش آموزان درک و توانایی انتخاب و استفاده از فناوری های اطلاعاتی و ارتباطی را پیدا می کنند.

شما و هم تیمی های خود از طراحی خلاقانه خود برای طراحی یک مجسمه سبک که بیانگر شخصیت تیم است ، استفاده خواهید کرد! شما با استفاده از Tinkercad یک نمایش سبک ، تخته نان و میکروکنترلرها را طراحی ، برنامه ریزی و ارائه خواهید کرد. و همچنین با استفاده از وسایل و هدایای روزمره به گروه ، یک نمایش خلاقانه برای مجسمه سازی سبک خود طراحی کنید.

معیارهای چالش طراحی:

• حداقل 4 LED در طراحی
• طراحی مجسمه سازی در CAD
• از رسانه مختلط برای نمونه اولیه مجسمه سازی نور استفاده می شود

نمایش نور

مرحله برنامه ریزی: آمادگی نمایش نور 

• 4 LED برای روشن و خاموش شدن چشمک بزنید. تخته نان و آردوینو را مانند شکل 1 سیم کشی کنید: موارد زیر را کامل کنید:
  • ابتدا با راه اندازی سیم از پین GND در آردوینو به (-) ریل برق در سمت چپ تخته نان. با انجام این کار اطمینان حاصل می شود که هر چیزی که به (-) ریل برق متصل شده باشد نیز به GND متصل می شود.
  • چهار LED را از بالا شروع کنید. به یاد داشته باشید که هر LED دارای یک پا بلند و یک پای کوتاه است. پای بلندتر را به ردیف اول و پای کوتاه را به ردیف دوم وصل کنید.
  • در مرحله بعد ، از یک مقاومت 330 اهم برای اتصال ردیف دوم (و پایه کوتاه LED) به GND استفاده کنید.
  • در نهایت ، پین 13 را با استفاده از یک سیم بلوز کوتاه به ردیف اول ، به پایه بلند LED وصل کنید. این کار را برای سه LED باقیمانده تکرار کنید.

شکل 1. محل قرارگیری و سیم کشی چهار LED.

• یک طرح جدید در نرم افزار آردوینو ایجاد کنید و شبیه کد نشان داده شده در شکل 2 باشید. این یک مثال کد سریع و ساده برای چشمک زدن هر چهار LED است. به یاد داشته باشید: کد از علائم نگارشی ویژه استفاده می کند و به حروف کوچک و بزرگ حساس است.

• سپس کد را با کلیک بارگذاری کنید روی آردوینو اجرا کنیدبه در صورت بروز هرگونه خط نحوی ، تایپ خود را دوبار بررسی کنید. وقتی پیامی دریافت کردید که می گوید "بارگذاری انجام شد" ، به مدارهای خود نگاهی بیندازید - هر چهار LED باید چشمک بزند!
  • کد داره چیکار میکنه؟ - توضیحات مربوط به هر بخش از کد را در شکل 3 ببینید).

هر برنامه آردوینو برای کار به این دو عملکرد نیاز دارد:

از درجه اعتبار ساقط برپایی () {…} این کار باعث می شود برنامه شروع به کار کند و یکبار تمام کدهای داخل {براکت های فرفری} را اجرا کند.
از درجه اعتبار ساقط حلقه ()  {…} این عملکرد اصلی است و به طور مداوم حلقه می شود.

فیلم Robotics Backend را ببینید برای توضیح عمیق تر در مورد void setup و void loop.

digitalWrite (13 ، HIGH) فرمان ولتاژ پین 13 را به ولتاژ HIGH (5V) تنظیم می کند. LED ها را روشن می کند

digitalWrite (13 ، LOW) فرمان ولتاژ پین 13 را به ولتاژ LOW (زمین 0 ولت) تنظیم می کند. LED ها را خاموش می کند

تأخیر (500) فرمان قبل از رفتن به دستور بعدی برنامه را به مدت 500 میلی ثانیه (1/2 ثانیه) متوقف می کند.

برای کمک بیشتر به صفحه زبان Arudino مراجعه کنید: https://www.arduino.cc/reference/en/
همچنین برای کمک بیشتر به آموزش SparkFun Arduino مراجعه کنید: https://learn.sparkfun.com/tutorials/digital-sandbox-arduino-companion/0-setup-and-loop

• حالا از بازی با الگوهای مختلف نور لذت ببرید
• تعقیب کننده LED: کد را طوری تغییر دهید که LED ها یکی یکی ، یکی پس از دیگری از چپ به راست ، حداقل 1/10 ثانیه قبل از روشن شدن LED بعدی روشن شوند و سپس همه آنها خاموش شوند. پاداش: اکنون ، آن را طوری اصلاح کنید که LED ها نیز یکی یکی خاموش شوند. نمونه را اینجا ببینید: https://create.arduino.cc/projecthub/msr048/led-chaser-f6ec89
• LED پیمایش: کد را طوری تغییر دهید که فقط یک LED روشن شود و از چپ به راست و سپس به عقب حرکت کند - بنابراین به نظر می رسد که LED در حال برگشت به عقب است. پاداش: حالا کد را به گونه ای اصلاح کنید که سرعت آن کم و زیاد شود.  https://www.makerspaces.com/15-simple-arduino-uno-breadboard-projects/  (نگاه کنید به شماره 6 پیمایش LED)

مرحله طراحی: نمایش نور منحصر به فرد

• پس از بازی با الگوهای مختلف ، اکنون نمایش نور منحصر به فرد خود را برای چالش مجسمه سازی سبک خود ایجاد کنید. الگوی خود را طراحی کنید.
• دنباله ای از LED ها را طراحی کنید که کار منحصر به فردی انجام دهد. پیشنهاد: جهت تنظیم چشمک زدن LED های چشمک زن تا 15 ثانیه موسیقی را در نظر بگیرید.

مرحله آزمایش: شبیه سازی CAD

• قبل از انتخاب بهترین طرح و ساخت آن ، ایده های نمایش نور خود را در مدارهای TinkerCad شبیه سازی و آزمایش کنید (شکل 4 را ببینید). در آنجا تست و طراحی مجدد کنید. هنگامی که یک نمونه اولیه کار دارید ، آن را بسازید.

مجسمه روشنایی

مرحله طراحی: مجسمه سازی نور- طراحی CAD

• مجسمه خود را (محفظه لوازم الکترونیکی خود) طراحی کنید. طوفان فکری داشته باشید و ایده ها را طراحی کنید. می خواهید مجسمه شما چه داستانی را روایت کند؟ چه شکلی پیام نمایش نور شما را به بهترین شکل منعکس می کند؟
• با استفاده از همه چیزهایی که با مقدمه CAD آموخته اید ، بسته CAD خود را برای طراحی مجسمه خود انتخاب کنید. توصیه می کنیم برای ساخت مجسمه سازی از رسانه های ترکیبی استفاده کنید. اما یک معیار: شما باید حداقل یک عنصر را در مجسمه خود چاپ کنید.

 فاز ساخت و ساز: مجسمه سازی نور- رسانه های ترکیبی

• پرینت سه بعدی یک عنصر (یا بیشتر)
• با استفاده از مواد دیگر مانند مقوا ، مقوا ، سلفون یا هرگونه مواد دیگر برای ایجاد مجسمه سازی رسانه های ترکیبی خود استفاده کنید

مرحله آزمایش: شبیه سازی CAD

• لوازم الکترونیکی و مسکن خود را با هم ترکیب کرده و آزمایش کنید. در صورت لزوم دوباره طراحی کنید.

مرحله مستندسازی: تصویری

• برای ضبط آثار خود یک فیلم ضبط کنید.
• معیارها: ارسال به Collabratec