Provocare Arduino Blink

Designul Challenge

Faceți parte dintr-o echipă de ingineri, dată fiind provocarea de a utiliza Arduino pentru a face să clipească ușor timp de 5 secunde și să oprească timp de 2. Instrucțiunile și codul de pe foile de lucru pentru studenți vă vor ajuta să vedeți cum să programați Arduino să clipească o secundă pornit și o secundă oprit.

Criterii

• Lumina trebuie să se aprindă și să se stingă la un interval de 5 secunde pornit și 2 secunde oprit.

Constrângerile

Folosiți numai materialele furnizate.

1. Divizați clasa în echipe de 2.
2. Înmânează foaia de lucru Arduino Blink Challenge, precum și câteva foi de hârtie pentru schițarea proiectelor.
3. Discutați subiectele în secțiunea Concepte de fundal. Luați în considerare întrebarea elevilor cum sunt programate să se schimbe semnalizatoarele pentru trafic.
4. Examinați procesul de proiectare inginerească, provocarea de proiectare, criteriile, constrângerile și materialele.
5. Furnizați fiecărei echipe materialele lor.
6. Explicați că elevii trebuie să-și configureze placa Arduino și să o programeze pentru a „clipi”. Ledul LED trebuie să se aprindă și să se stingă la un interval de 5 secunde aprins și 2 secunde oprit.
7. Instruiți elevii să își configureze panourile Arduino. Utilizați Tutorialul de configurare pas cu pas Arduino din secțiunea „Testarea materialelor și procesului”.
8. Echipele își programează panourile Arduino
9. Echipele își testează plăcile Arduino demonstrând aprinderea și oprirea luminii la un interval de 5 secunde și 2 secunde de oprire.
10. Ca o clasă, discutați întrebările de reflecție ale elevilor
11. Pentru mai mult conținut pe această temă, consultați secțiunea „Săpând mai adânc”.

Ideea de extensie

Solicitați elevilor să facă Arduino să clipească în modelul SOS ... sau să le solicite să aleagă alte trei activități (rulați un ventilator, faceți un semnalizator etc.).

Reflecția studenților (caiet de inginerie)

1. Ce provocări ați avut, dacă este cazul, să programați Arduino pentru a clipi pornit și oprit la intervale de 1 secundă? Cum ați rezolvat orice provocări întâmpinate?
2. Ați reușit să reglați codul pentru a schimba intervalele la 5 secunde pornit și 2 secunde oprit?
3. Credeți că această activitate a fost mai plină de satisfacții în echipă sau ați fi preferat să lucrați singur la ea? De ce?
4. Ce părere aveți despre Arduino? A fost o modalitate bună pentru dvs. și echipa dvs. de a explora programarea de bază a computerului?
5. Cât de complicat sau diferit credeți că ar fi codul pentru a oferi instrucțiuni unui telefon mobil pentru a reda un anumit ton de apel?
6. Credeți că luminile de stop folosesc programarea computerului pentru a oferi un model pentru schimbarea luminilor la intersecții? Cum credeți că s-au coordonat stopurile înainte de tehnologia computerizată?

Lecția poate fi făcută în cel puțin o perioadă de clasă pentru elevii mai mari. Cu toate acestea, pentru a ajuta elevii să se simtă grăbiți și pentru a asigura succesul elevilor (în special pentru elevii mai tineri), împărțiți lecția în două perioade, oferindu-le elevilor mai mult timp pentru a face brainstorming, pentru a testa ideile și pentru a finaliza proiectarea lor. Efectuați testarea și descrierea în următoarea perioadă de curs.

• Arduino: O platformă de calcul fizică open-source bazată pe o placă simplă de microcontroler și un mediu de dezvoltare pentru scrierea de software pentru placă.
• Programarea computerelor (adesea prescurtată la programare sau codare): Procesul de proiectare, scriere, testare, depanare și menținere a codului sursă al programelor de calculator.
• Constrângeri: Limitări cu material, timp, dimensiunea echipei etc.
• Criterii: Condiții pe care proiectul trebuie să le îndeplinească, cum ar fi dimensiunea sa totală etc.
• Ingineri: Inventori și soluționatori de probleme ai lumii. Douăzeci și cinci de specialități majore sunt recunoscute în inginerie (vezi infografic).
• Procesul de proiectare inginerească: inginerii de proces îl folosesc pentru a rezolva probleme. 
• Obiceiuri de inginerie ale minții (EHM): șase moduri unice în care gândesc inginerii.
• Iterație: Testarea și reproiectarea este o singură iterație. Repetați (mai multe iterații).
• Prototip: Un model de lucru al soluției de testat.

Conexiuni la Internet

• Arduino

Bibliografie

• Programare începută (ISBN: 978-0672337000)
• Salut Lume! Programare computerizată pentru copii și alți începători (ISBN: 978- 1617290923)
• Programarea Arduino Noțiuni introductive despre schițe (ISBN: 978-1259641633)

Activitate de scriere

Scrieți un eseu sau un paragraf care identifică trei produse sau sisteme majore care au fost afectate în mod covârșitor de programarea computerului.

Alinierea la cadrele curriculare

Notă: Planurile de lecție din această serie sunt aliniate la unul sau mai multe dintre următoarele seturi de standarde:  

• S.U.A. Standarde de educație științifică (http://www.nap.edu/catalog.php?record_id=4962)
• Standarde științifice de nouă generație din SUA (http://www.nextgenscience.org/) 
• Standardele Asociației Internaționale de Educație Tehnologică pentru alfabetizare tehnologică (http://www.iteea.org/TAA/PDFs/xstnd.pdf)
• Consiliul Național al SUA al Profesorilor de Matematică Principiile și standardele pentru matematica școlară (http://www.nctm.org/standards/content.aspx?id=16909)
• Standardele comune de stat ale SUA pentru matematică (http://www.corestandards.org/Math)
• Asociația profesorilor de informatică K-12 Standarde de informatică (http://csta.acm.org/Curriculum/sub/K12Standards.html)

Standarde naționale de educație științifică Clasele 5-8 (vârste 10-14)

STANDARDUL DE CONȚINUT A: Știința ca anchetă

Ca rezultat al activităților, toți elevii ar trebui să se dezvolte

• Abilități necesare cercetării științifice 

STANDARDUL DE CONȚINUT B: Științe fizice

Ca urmare a activităților lor, toți elevii ar trebui să dezvolte o înțelegere a acestora

• Proprietăți și modificări ale proprietăților în materie 
• Transferul de energie

STANDARDUL DE CONȚINUT E: Știință și tehnologie

Ca rezultat al activităților din clasele 5-8, toți elevii ar trebui să se dezvolte

• Abilități de proiectare tehnologică 
• Înțelegeri despre știință și tehnologie

STANDARDUL DE CONȚINUT F: Știința în perspective personale și sociale

Ca rezultat al activităților, toți elevii ar trebui să dezvolte înțelegerea

• Riscuri și beneficii 
• Știință și tehnologie în societate 

STANDARDUL DE CONȚINUT G: Istoria și natura științei

Ca rezultat al activităților, toți elevii ar trebui să dezvolte înțelegerea

• Știința ca efort uman 
• Istoria științei 

Standarde naționale de educație științifică Clasele 9-12 (vârste 14-18)

STANDARDUL DE CONȚINUT A: Știința ca anchetă

Ca rezultat al activităților, toți elevii ar trebui să se dezvolte

• Abilități necesare cercetării științifice 

STANDARDUL DE CONȚINUT B: Științe fizice 

Ca urmare a activităților lor, toți elevii ar trebui să dezvolte înțelegerea

• Interacțiunile dintre energie și materie 

STANDARDUL DE CONȚINUT E: Știință și tehnologie

Ca rezultat al activităților, toți elevii ar trebui să se dezvolte

• Abilități de proiectare tehnologică 
• Înțelegeri despre știință și tehnologie 

STANDARDUL DE CONȚINUT F: Știința în perspective personale și sociale

Ca rezultat al activităților, toți elevii ar trebui să dezvolte înțelegerea

• Știință și tehnologie în provocările locale, naționale și globale 

Standarde naționale de educație științifică Clasele 9-12 (vârste 14-18)

STANDARDUL DE CONȚINUT G: Istoria și natura științei

Ca rezultat al activităților, toți elevii ar trebui să dezvolte înțelegerea

• Știința ca efort uman 
• Perspective istorice 

Următoarele generații de standarde științifice clasele 3-5 (vârste 8-11)

Energie

Elevii care demonstrează înțelegere pot:

• 4-PS3-4. Aplicați idei științifice pentru a proiecta, testa și rafina un dispozitiv care convertește energia de la o formă la alta.

Proiectare inginerie 

Elevii care demonstrează înțelegere pot:

• 3-5-ETS1-1. Definiți o problemă simplă de proiectare care reflectă o nevoie sau o dorință care include criterii specificate pentru succes și constrângeri privind materialele, timpul sau costurile.
• 3-5-ETS1-2. Generați și comparați mai multe soluții posibile la o problemă pe baza cât de bine este posibil ca fiecare să îndeplinească criteriile și constrângerile problemei.
• 3-5-ETS1-3. Planificați și efectuați teste corecte în care variabilele sunt controlate și punctele de eșec sunt considerate pentru a identifica aspecte ale unui model sau prototip care pot fi îmbunătățite.

Următoarele generații de standarde științifice clasele 6-8 (vârste 11-14)

Proiectare inginerie 

Elevii care demonstrează înțelegere pot:

• MS-ETS1-1 Definiți criteriile și constrângerile unei probleme de proiectare cu suficientă precizie pentru a asigura o soluție de succes, luând în considerare principiile științifice relevante și impacturile potențiale asupra oamenilor și a mediului natural care pot limita soluțiile posibile.

CSTA K-12 Informatică Standarde Clasele 6-9 (vârstele 11-15)

Gândire Computațională: 

• 13. Înțelegeți noțiunea de ierarhie și abstractizare în calcul, inclusiv limbaje de nivel înalt, traducere, set de instrucțiuni și circuite logice.

Colaborare: 

• 1. Aplicați instrumente de productivitate / multimedia și periferice pentru a colabora în grup și a sprijini învățarea pe tot parcursul curriculumului.
• 3. Colaborați cu colegii, experții și alții folosind practici de colaborare, cum ar fi programarea în perechi, lucrul în echipe de proiect și participarea la activități de învățare activă de grup.
• 4. Prezentați dispozițiile necesare colaborării: furnizarea de feedback util, integrarea feedback-ului, înțelegerea și acceptarea perspectivelor multiple, socializare.

CSTA K-12 Informatică Standarde Clasele 6-9 (vârstele 11-15)

Practică și programare în calcul: 

• 1. Selectați instrumentele și resursele tehnologice adecvate pentru a îndeplini o varietate de sarcini și a rezolva probleme.
• 2. Folosiți o varietate de instrumente multimedia și periferice pentru a sprijini productivitatea personală și învățarea de-a lungul curriculumului.
• 5. Implementați soluții de probleme folosind un limbaj de programare, incluzând: comportament de buclă, instrucțiuni condiționale, logică, expresii, variabile și funcții.
• 8. Să demonstreze dispoziții care să permită rezolvarea problemelor și programarea deschisă (de exemplu, confort cu complexitate, persistență, brainstorming, adaptabilitate, răbdare, înclinație la jocuri, creativitate, acceptarea provocării).
• 9. Colectați și analizați datele care sunt generate de mai multe rulări ale unui program de computer.

Calculatoare și dispozitive de comunicații: 

• 1. Recunoașteți că computerele sunt dispozitive care execută programe.
• 3. Demonstrați o înțelegere a relației dintre hardware și software.

CSTA K-12 Informatică Standarde Clasele 9-10 (vârstele 14-16)

Gândire Computațională: 

• 2. Descrieți un proces de dezvoltare software utilizat pentru rezolvarea problemelor software (de exemplu, proiectare, codificare, testare, verificare).

Colaborare: 

• 1. Lucrați în echipă pentru a proiecta și dezvolta un artefact software.
• 4. Identificați modul în care colaborarea influențează proiectarea și dezvoltarea produselor software.

Practică și programare în calcul: 

• 3. Folosiți diverse metode de depanare și testare pentru a asigura corectitudinea programului (de exemplu, cazuri de testare, testare unitară, casetă albă, casetă neagră, testare de integrare)
• 4. Aplicați tehnici de analiză, proiectare și implementare pentru a rezolva probleme (de exemplu, utilizați unul sau mai multe modele ale ciclului de viață al software-ului).
• 8. Explicați procesul de execuție a programului.

Calculatoare și dispozitive de comunicații: 

• 4. Comparați diferite forme de intrare și ieșire.

CSTA K-12 Informatică Standarde Clasele 10-12 (vârstele 16-18)

Colaborare: 

• 3. Evaluați programele scrise de alții în vederea lizibilității și utilizabilității.

Standarde pentru alfabetizare tehnologică - Toate vârstele

Natura tehnologiei

• Standardul 3: Elevii vor dezvolta o înțelegere a relațiilor dintre tehnologii și a conexiunilor dintre tehnologie și alte domenii de studiu.

Tehnologie și societate

• Standardul 4: Elevii vor dezvolta o înțelegere a efectelor culturale, sociale, economice și politice ale tehnologiei.
• Standardul 6: Elevii vor dezvolta o înțelegere a rolului societății în dezvoltarea și utilizarea tehnologiei.
• Standardul 7: Elevii vor dezvolta o înțelegere a influenței tehnologiei asupra istoriei.

Amenajări

• Standardul 8: Elevii vor dezvolta o înțelegere a atributelor designului.
• Standardul 9: Elevii vor dezvolta o înțelegere a proiectării inginerești.
• Standardul 10: Elevii vor dezvolta o înțelegere a rolului de depanare, cercetare și dezvoltare, invenție și inovație și experimentare în rezolvarea problemelor.

Abilități pentru o lume tehnologică

• Standardul 11: Elevii vor dezvolta abilități de a aplica procesul de proiectare.
• Standardul 12: Elevii vor dezvolta abilități de utilizare și întreținere a produselor și sistemelor tehnologice.
• Standardul 13: Elevii vor dezvolta abilități de a evalua impactul produselor și sistemelor.

Lumea proiectată

• Standardul 17: Elevii vor dezvolta o înțelegere și vor fi capabili să selecteze și să utilizeze tehnologiile informației și comunicării.

Munca în echipă și planificarea inginerească

Faceți parte dintr-o echipă de ingineri, având în vedere provocarea de a utiliza Arduino pentru a face să clipească ușor timp de 5 secunde și să oprească timp de 2. Instrucțiunile și codul de mai jos vă vor ajuta să vedeți cum să programați Arduino să clipească timp de o secundă și una al doilea off.

Faza de cercetare

Citiți materialele furnizate de profesorul dvs. Dacă aveți acces la internet înainte de activitate, explorați site-ul web Arduino și familiarizați-vă cu logica codului de programare.

Construirea circuitului

Pentru a construi circuitul, atașați un rezistor de 220 ohmi la pinul 13. Apoi atașați piciorul lung al unui LED (piciorul pozitiv, numit anod) la rezistor. Atașați piciorul scurt (piciorul negativ, numit catod) la sol. Apoi conectați placa Arduino la computer, porniți programul Arduino și introduceți codul de mai jos. Notă: Majoritatea plăcilor Arduino au deja un LED atașat pinului 13 de pe placă. Dacă rulați acest exemplu fără hardware atașat, ar trebui să vedeți că LED-ul clipește.

Puteți configura, de asemenea, lumina intermitentă folosind o panou de calcul, ca în imaginea de mai sus. În acest caz, veți utiliza conectorii pentru a conecta Arduino la panoul de control și pentru a realiza un circuit complet având un alt conector care să revină la Arduino. Trebuie să includeți și o lumină separată pe panou. Puteți face această lecție în orice mod ... cu sau fără tabla - depinde doar de materialele pe care vi le-ați furnizat și dacă echipa dvs. dorește să câștige ceva experiență pe tabla de verificare.

Notă: Unele conținuturi și imagini de pe această pagină sunt derivate din Arduino.cc prin intermediul ghidului lor introductiv Arduino (http://arduino.cc/en/Guide/HomePage)

Schematic

Această ilustrație sau schemă arată cum funcționează circuitul luminii în Arduino.

Cod

În programul de mai jos, primul lucru pe care îl faceți este să inițializați pinul 13 ca pin de ieșire cu linia

pinMode (13, OUTPUT);

În bucla principală, porniți LED-ul cu linia:

digitalWrite (13, HIGH);

Aceasta furnizează 5 volți la pinul 13. Acest lucru creează o diferență de tensiune între pinii LED-ului și îl aprinde. Apoi îl opriți cu linia:

digitalWrite (13, LOW);

Aceasta duce pinul 13 înapoi la 0 volți și stinge LED-ul. Între pornire și oprire, doriți suficient timp pentru ca o persoană să vadă schimbarea, astfel încât comenzile delay () îi spun Arduino-ului să nu facă nimic timp de 1000 de milisecunde sau o secundă. Când utilizați comanda delay (), nu se mai întâmplă nimic pentru acea perioadă de timp.

/*
Clipi din ochi
Aprinde LED-ul pentru o secundă, apoi se stinge pentru o secundă, în mod repetat.

Acest exemplu de cod se află în domeniul public.
*/

// Pinul 13 are un LED conectat pe majoritatea plăcilor Arduino.
// dă-i un nume:
int led = 13;

// rutina de instalare rulează o dată când apăsați reset:
anula configurarea() {
// inițializați pinul digital ca ieșire.
pinMode(LED, REZULTATE);
}

// rutina de buclă rulează iar și iar pentru totdeauna:
anula buclă() {
digitalWrite(LED, ÎNALT); // porniți LED-ul (HIGH este nivelul de tensiune)
întârziere(1000); // așteptați o secundă
digitalWrite(LED, SCĂZUT); // opriți LED-ul făcând tensiunea scăzută
întârziere(1000); // așteptați o secundă
}

Reflecţie

Completați întrebările de reflecție de mai jos:

1) Ce provocări ați avut, dacă este cazul, în programarea Arduino pentru a clipi pornit și oprit la intervale de 1 secundă? Cum ați rezolvat orice provocări întâmpinate?

2) Ați fost capabil să reglați codul pentru a schimba intervalele la 5 secunde pornit și 2 secunde oprit?

3) Credeți că această activitate a fost mai plină de satisfacții să o faceți în echipă sau ați fi preferat să lucrați singur la ea? De ce?

4) Ce părere aveți despre Arduino? A fost o modalitate bună pentru dvs. și echipa dvs. de a explora programarea de bază a computerului?

5) Cât de complicat sau diferit credeți că ar fi codul pentru a oferi instrucțiuni unui telefon mobil pentru a reda un anumit ton de apel?

6) Credeți că stopurile folosesc programarea computerului pentru a oferi un model pentru schimbarea luminilor la intersecții? Cum credeți că s-au coordonat stopurile înainte de tehnologia computerizată?

• Swahili