Teknik Projekt Årskurs 8 Programmering med NXT Lego Robot Vårterminen -15 Katarina Norra skola 1. En robot får aldrig skada en människa eller, genom att inte ingripa, tillåta att en människa kommer till skada. 2. En robot måste lyda order från en människa förutom om sådana order kommer i konflikt med första lagen. 3. En robot måste skydda sin egen existens, såvida detta inte kommer i konflikt med första eller andra lagen. ( Robotikens tre lagar, - Isaac Asimov) "Datorer behöver i framtiden inte väga mer än 1.5ton." (Popular Mechanics, 1949) "Jag tror att det finns en marknad i världen för kanske fem datorer." (IBM's styrelseordföranden, Thomas Watson, 1943)
Intro Flera elever har frågat mig om vi inte skulle kunna lära oss lite om programmering. Eftersom programmering påverkar vårt samhälle i allra största grad anser jag, att visst det skulle vara kul om inte annat så i demokratisk synvinkel. Eftersom jag inte själv behärskar programmering mer än de kunskaper jag har i att programmera i excel har jag börjat sondera utbudet. Jag har varit på en föreläsning med en lärare från Sjöstadsskolan, Karin Nygård som berättade om sitt arbete med datorer och programmering. Karin visade några program som hon använt tillsammans med sina elever t.ex. code och scratsch. Jag har även diskuterat med lärare på skolan. Då visade det sig att Kurt som har jobbat här på skolan har genomfört ett projekt när årets 9:or gick i sjuan. Skolan hade vid en tidpunkt ( ca 5-6 år sedan) extra gott om pengar. Ma/No lärarna beslöt då att köpa in legorobotar till skolan. Det lär ha kostat en hel del. Jag har hört allt ifrån 70 000kr till 400 000kr. Sanningen ligger väl någonstans mellan dessa summor. Med tanke på den höga inköpskostnaden och att de endast använts vid ett tillfälle tyckte jag att det var ett utmärkt tillfälle för oss att lära oss lite om programmering. Syfte Genom undervisningen i ämnet teknik ska eleverna sammanfattningsvis ges förutsättningar att utveckla sin förmåga att identifiera och analysera tekniska lösningar utifrån ändamålsenlighet och funktion, identifiera problem och behov som kan lösas med teknik och utarbeta förslag till lösningar, använda teknikområdets begrepp och uttrycksformer, värdera konsekvenser av olika teknikval för individ, samhälle och miljö, och analysera drivkrafter bakom teknikutveckling och hur tekniken har förändrats över tid. LGR 11 (utdrag ur) Styr och reglersystem i tekniska lösningar för överföring och kontroll av kraft och rörelse. Tekniska lösningar för hållfasta och stabila konstruktioner, till exempel armering och balkformer. Grundläggande elektronik och elektroniska komponenter, till exempel lysdioder och enkla förstärkare. Tekniska lösningar inom kommunikations- och informationsteknik för utbyte av information, till exempel datorer, Internet och mobiltelefoni. Teknikutvecklingsarbetets olika faser: identifiering av behov, undersökning, förslag till lösningar, konstruktion och utprövning. Hur faserna i arbetsprocessen samverkar. Egna konstruktioner där man tillämpar principer för styrning och reglering med hjälp av pneumatik eller elektronik. Dokumentation i form av manuella och digitala skisser och ritningar med förklarande ord och begrepp, symboler och måttangivelser samt dokumentation med fysiska eller digitala modeller. Enkla skriftliga rapporter som beskriver och sammanfattar konstruktions- och teknikutvecklingsarbete. Internet och andra globala tekniska system. Systemens fördelar, risker och sårbarhet. Samband mellan teknisk utveckling och vetenskapliga framsteg. Hur tekniken har möjliggjort vetenskapliga upptäckter och hur vetenskapen har möjliggjort tekniska innovationer. Återvinning och återanvändning av material i olika tillverkningsprocesser. Hur tekniska lösningar kan bidra till hållbar utveckling. Konsekvenser av teknikval utifrån ekologiska, ekonomiska, etiska och sociala aspekter, till exempel ifråga om utveckling och användning av biobränslen och krigsmateriel. Hur kulturella föreställningar om teknik påverkar kvinnors och mäns yrkesval och teknikanvändning
Betygskriterier Teknik LGR 11 E C A Eleven kan undersöka olika tekniska lösningar i vardagen och med viss användning av ämnesspecifika begrepp beskriva hur enkelt identifierbara delar samverkar för att uppnå ändamålsenlighet och funktion. Dessutom för eleven enkla och till viss del underbyggda resonemang om likheter och skillnader mellan några material och deras användning i tekniska lösningar. Eleven kan undersöka olika tekniska lösningar i vardagen och med relativt god användning av ämnesspecifika begrepp beskriva hur ingående delar samverkar för att uppnå ändamålsenlighet och funktion. Dessutom för eleven utvecklade och relativt väl underbyggda resonemang om likheter och skillnader mellan några material och deras användning i tekniska lösningar. Eleven kan undersöka olika tekniska lösningar i vardagen och med god användning av ämnesspecifika begrepp beskriva hur ingående delar samverkar för att uppnå ändamålsenlighet och funktion och visar då på andra liknande lösningar. Dessutom för eleven välutvecklade och väl underbyggda resonemang om likheter och skillnader mellan några material och deras användning i tekniska Eleven kan genomföra enkla teknikutvecklings- och konstruktionsarbeten genom att undersöka och pröva möjliga idéer till lösningar samt utforma enkla fysiska eller digitala modeller. Under arbetsprocessen bidrar eleven till att formulera och välja handlingsalternativ som leder framåt. Eleven gör enkla dokumentationer av arbetet med skisser, modeller, ritningar eller rapporter där intentionen i arbetet till viss del är synliggjord. Eleven kan föra enkla och till viss del underbyggda resonemang kring hur några föremål och tekniska system i samhället förändras över tid och visar då på drivkrafter för teknikutvecklingen. Dessutom kan eleven föra enkla och till viss del underbyggda resonemang om hur olika val av tekniska lösningar kan få olika konsekvenser för individ, samhälle och miljö Eleven kan genomföra enkla teknikutvecklings- och konstruktionsarbeten genom att undersöka och pröva och ompröva möjliga idéer till lösningar samt utforma utvecklade fysiska eller digitala modeller. Under arbetsprocessen formulerar och väljer eleven handlingsalternativ som med någon bearbetning leder framåt. Eleven gör utvecklade dokumentationer av arbetet med skisser, modeller, ritningar eller rapporter där intentionen i arbetet är relativt väl synliggjord. Eleven kan föra utvecklade och relativt väl underbyggda resonemang kring hur några föremål och tekniska system i samhället förändras över tid och visar då på drivkrafter för teknikutvecklingen. Dessutom kan eleven föra utvecklade och relativt väl underbyggda resonemang om hur olika val av tekniska lösningar kan få olika konsekvenser för individ, samhälle och miljö. lösningar. Eleven kan genomföra enkla teknikutvecklings- och konstruktionsarbeten genom att undersöka och systematiskt pröva och ompröva möjliga idéer till lösningar samt utforma välutvecklade och genomarbetade fysiska eller digitala modeller. Under arbetsprocessen formulerar och väljer eleven handlingsalternativ som leder framåt. Eleven gör välutvecklade dokumentationer av arbetet med skisser, modeller, ritningar eller rapporter där intentionen i arbetet är väl synliggjord. Eleven kan föra välutvecklade och väl underbyggda resonemang kring hur några föremål och tekniska system i samhället förändras över tid och visar då på drivkrafter för teknikutvecklingen. Dessutom kan eleven föra välutvecklade och väl underbyggda resonemang om hur olika val av tekniska lösningar kan få olika konsekvenser för individ, samhälle och miljö.
Arbetssätt Jag har delat in er i grupper. Se bilaga. Det är tänkt att grupperna ska kunna arbeta både under helklasstimmar och labbtimmar. Ni är 3 till 5 personer i gruppen. Ni kommer att arbeta med ett program som heter NXT 2,0 programmering vilket nu finns installerat på de flesta av datorerna. Programmet är självinstruerande på så sätt att ni gör uppdrag. Datorn visar vad roboten ska göra. Därefter finns en programmeringshandledning. Därefter prövar ni att själva skriva ett program efter instruktionen. För över det till roboten och kontrollerar att roboten utfört det ni har bestämt att den ska göra. För att alla i gruppen ska bli delaktiga i arbetet föreslår jag att ni turas om att skriva koden. Koden som man skriver i mindstorms har ett grafiskt utseende. Man hämtar in olika moduler från vänsterspalten och ger sen denna modul exakta anvisningar vad den ska göra. Vi kommer alltså inte att i vanlig bemärkelse skriva kod. Det finns 20 relativt enkla programmeringsövningar (de blir svårare vartefter) Därutöver finns 19 mer avancerade övningar där man använder sensorer. Ytterligare 6 övningar finns, Totalt 45 övningar. När ni gör övningarna lär ni er hur man kan programmera roboten. Gruppen för en gemensam dagbok där ni i slutet av varje lektion kortfattat skriver ned vad ni har lärt och vad ni ska göra nästa gång. När ni är klara med övningarna är det dags att hitta på egna program: Bestäm först vad ni vill att roboten ska göra. Därefter skriver ni programmet. Dessa program kan vara mer eller mindre avancerade. Från relativt enkla uppgifter där roboten instrueras att utföra några handlingar t.ex. köra från punkt A till punkt B. Till mer avancerade lösningar där roboten instrueras att lösa problem t.ex. att med en slumpvis placering hitta ut från en kvadrat med endast en öppning. Roboten måste då instrueras att med hjälp av sensorer söka efter en öppning. Lite senare i vårt arbete kommer vi att använda en särskild robotbana. Denna bana har t.ex. en startplats och parkeringsplats samt garage. Det finns även ett område med två svarta heldragna linjer. Ett mer avancerat uppdrag kan då t.ex. vara att utifrån startplatsen besöka parkeringsplatsen, garaget och köra mellan de svarta heldragna linjerna. Vi kommer att arbeta med detta projekt fram till påsklovet. Jag hoppas att ni kommer att tycka att det är kul och att ni får en inblick i vad programmering kan innebära. Liten varning När ni testar roboten så kan den fara iväg med en väldig fart. Om den då står på ett bord är det stor risk att den faller till marken och går sönder. Testa alltid roboten på golvet!
Uppdragsbeskrivning Gruppen ska samarbeta. 1. Börja med att hitta på ett namn till gruppen. Team 2. Använd om möjligt samma dator hela tiden. Det finns då möjlighet att spara pågående arbeten under C:. Dvs ni sparar lokalt på datorn. Då kan vem som helst i gruppen ta fram ert pågående projekt oavsett om någon är borta av någon anledning. Döp en mapp med ert gruppnamn team och lägg mappen under C: För att det här projektet ska vara möjligt måste ni se till att datorn och roboten är laddade när ni avslutar ert arbete. Ta alltid för vana att stänga av datorn inifrån programmet. Absolut inte med startknappen på tangentbordet. Stäng inte datorns lock förrän ni fått en svart skärm. 3. Starta programmet NXT 2,0 programming. När programmet har laddats upp kommer en skylt upp med texten komma igång där får ni enkla instruktioner om hur man kan skriva ett program och föra över det till roboten. Programmet visar hur man gör men ni måste själva skriva programmet. Kolla även programöversikten. 4. Nu är det dags att börja med uppdragen. Turas om så att alla får pröva att programmera. Gå till standardpalett på höger sida. Om du klickar på den kommer det upp ett antal övningar. Jag rekommenderar er att göra dem i ordning eftersom ni då lär er robotens olika möjligheter. Först visar dataprogrammet vad roboten ska göra (som en liten film) Därefter går ni till programmeringshandledningen (under filmen). Här får ni stegvisa instruktioner hur man programmerar. Följ instruktionerna noga. För sen över koden till roboten med USB sladd. Roboten svarar med en signal att den mottagit koden. Tryck på den orange knappen på roboten så utför den kommandot. Jag förslår att ni drar ut USB sladden när ni ska testa. Det finns annars risk att sladden trasslar in sig i roboten. Testa på golvet inte på bordet! 5. I standardpalett finns 20 uppdrag. I den fullständiga pallet finns ytterligare 19 uppdrag och i datasamlingspaletten ytterligare 7 st. Totalt 46 uppdrag. Ni bestämmer själva vilka uppdrag ni ska göra och vilka ni har nytta av. Ni behöver nog minst göra de 20 första uppdragen. Tyvärr fungerar inte hjälpen, den kräver flash och vi har inte behörighet att ändra denna inställning. 6. Gruppen skriver en gemensam dagbok efter varje avslutad lektion. Ni skriver kortfattat ned vad ni har lärt er under dagens lektion och vad ni ska göra nästa gång. 7. När ni har gått igenom övningsuppdragen är det dags att hitta på och programmera ett eget uppdrag. Skriv ned uppdraget. Programmera. Testa sedan att roboten utför uppdraget korrekt. Var exakta. Om ni t.ex. skrivit ett uppdrag där roboten ska köra fram 20 cm och sedan stanna. Mät upp och kolla att roboten verkligen gör detta. ( inte 19,5 eller 20, 3 utan exakt 20cm!) 8. Med tiden kommer ni att lära er att göra allt mer avancerade program. Det är gruppens gemensamma arbete som räknas inte den enskildes. 9. I slutet ska var och en skriva en teknisk rapport. Bedömningen kommer att ske utifrån denna rapport.
Teknisk rapport Alla skriver en egen rapport. Rapporten skickas till magnus.lagerberg.kns@analys.urkund.se (för plagieringskontroll) senast torsdag 2 april kl 24.00. Sent inkomna rapporter kommer ej att bedömas vid detta tillfälle, eventuellt sent inkomna rapporter kommer att bedömas vid ett senare tillfälle. Den tekniska rapporten ska innehålla: 1. :Försättsblad med namn på eleven samt epostadress. Namn på grupp och gruppmedlemmar. 2. En kort beskrivning av vad Lego robot och mindstorms är för något. 3. En beskrivande text av hur arbetsgången i er grupp har fungerat. Hur ni har burit er åt för att lösa de problem som har uppstått? 4. En kortfattad manual hur man programmerar i mindstorms. 5. En beskrivning av ett uppdrag ni har gjort i er grupp. Du ska bifoga en programmeringshandledning som visar hur man programmerar steg för steg (som programmeringshandledningen i standardpaletten). Använd kommenteringsverktyget. För att få med den grafiska programmeringen: gå in under fliken arkiv och välj skriv ut. Då sparas den grafiska programmeringen som ett worddokument. 6. En beskrivning av datateknikens och robotikens utveckling genom tiderna och dess samband med vetenskapliga framsteg, samt drivkrafterna bakom denna utveckling. 7. En analyserande och reflekterande text över hur våra kulturella föreställningar påverkar kvinnors och mäns yrkesval och teknikanvändande. 8. Källhänvisningar. Observera att det är OK att hänvisa till annan persons utsaga så länge källan redovisas. Det är däremot inte tillåtet att använda text eller material som någon annan skapat och få det att framstå som att man själv har producerat detta. Längre citat bör dock undvikas. Kolla källan, tips på hur man anger källor enligt den s.k. Oxfordmodellen: http://www.skolverket.se/polopoly_fs/1.155303!/menu/article/attachment/attskrivakallfort eckning.pdf Din text kommer att analyseras av Urkund med avseende på plagiering. http://www.urkund.com/se/ Godkända filformat:.doc,.docx,.sxw,.ppt,.pptx,.pdf,.txt,.rtf,.html,.htm,.wps och.odt. Inklusive försättsblad maximalt 6 sidor
Teknik att lösa programm eringsproblem Du undersöker och prövar möjliga idéer till lösningar. Du bidrar till att lösa problemet. E C A Du undersöker och prövar och omprövar möjliga idéer till lösningar. Gruppen löser problemet i stort sett helt själv men programmet kan behöva någon bearbetning för att lösa problemet. Du undersöker och prövar och omprövar möjliga idéer till lösningar på ett systematiskt sätt. Programmen är till stor del befriade från redundans och onödig kod. Gruppen löser problemet helt själv. att beskriva, analysera och värdera styrprogram att använda begrepp att dokumente ra att värdera konsekven ser av olika teknikval att beskriva och resonera kring hur tekniken har förändrats över tid Du bidrar till gruppens framgångar. Du kan i stora drag beskriva hur styrprogrammet fungerar men beskrivningen är ofullständig/inte helt korrekt Du använder i huvudsak vardagliga termer i stället för ämnesspecifika begrepp. Du dokumenterar arbetsprocess /bygghandledning/ /styrprogram/rapporter till viss del men dokumentationen är rörig/otydlig/ofullständig/svår att följa Du kan ge något/några exempel på konsekvenser som datateknikens och robotikens utveckling och användning har lett till för individ, samhälle och miljö. Du för ett enkelt resonemang kring hur våra kulturella föreställningar påverkar kvinnors och mäns yrkesval och teknikanvändande. Du kan ge något/några exempel på hur datatekniken och robotiken har förändrats över tid Du kommer med förslag samt lyssnar på andras förslag på ett sådant sätt att hela gruppens arbete gynnas Du kan i detalj beskriva hur styrprogrammet fungerar Du använder i huvudsak ämnesspecifika begrepp men använder inte begreppen helt korrekt Du dokumenterar arbetsprocess /bygghandledning/ /styrprogram/rapporter i huvudsak noggrant i detalj och dokumentationen är relativt tydlig/fullständig/lätt att följa Du kan föra relativt väl utvecklade resonemang kring konsekvenser som datateknikens och robotikens utveckling och användning har lett till för individ, samhälle och miljö. Du för ett relativt väl utvecklat resonemang kring hur våra kulturella föreställningar påverkar kvinnors och mäns yrkesval och teknikanvändande. Du kan till stor del beskriva och resonera kring hur datatekniken och robotiken har förändrats över tid Din förmåga att arbeta i ett team är väl utvecklad. Du skapar delaktighet och är lyhörd för andras idéer. Du fördjupar andras resonemang. Du ser till att individernas individuella förmågor tas till vara på ett sådant sätt att gruppens gemensamma arbete optimeras. Du kan i detalj beskriva hur styrprogrammet fungerar och värdera olika styrprogram med samma ändamål, med avseende på redundans och onödig kod Du använder ämnesspecifika begrepp när det är möjligt på ett korrekt sätt Du dokumenterar arbetsprocess/ bygghandledning/ /styrprogram/rapporter noggrant i detalj och dokumentationen är tydlig/fullständig/lätt att följa Du kan föra väl utvecklade resonemang kring konsekvenser som datateknikens och robotikens utveckling och användning har lett till för individ, samhälle och miljö. Du för ett väl utvecklat resonemang kring hur våra kulturella föreställningar påverkar kvinnors och mäns yrkesval och teknikanvändande. Du kan i detalj beskriva och resonera kring hur datatekniken och robotiken har förändrats över tid
grupp 1 A B C Adam Felix S Caroline Klara Gustav Chloé Miriam Isak Tove Tova Ö Olivia Leo William N Oskar Troy Tamara 5 grupper Rosa Rebecka W 18 Grupp 2 A B C Molly Alvin Daniel Tildhe Anton Ebba Vanda Måns Eddie Ali Nike Hjalmar Peter Viggo Valentina Markus 6 grupper Mirell 17 Grupp 3 A B C Moa E Alma Amanda Märta Diana Johan Ivo Julia Lucas Mimmi My J William W Noomi Rafael Olof William S 5 grupper Simon Tyra 18 Grupp 4 A B C Didrik Alba Felix PB Klas Alexander Joachim My F Axel Nils Niki W Ling Rebecca S Meja Tekla Tie 6 grupper Emil Lovisa 18 Moa L 71 23 24 24
Tips Det kan underlätta för dig om du laddar hem mindstorm till din egen dator. http://service.lego.com/en-us/helptopics/products/themes/mindstorms/mindstorms-nxt/nxtsoftware-download Jag kommer att lägga upp manualer och handledningar på bloggen. Vänta inte med att skriva din tekniska rapport. Skriv successivt, lite i taget. Skriva program: välj ny i arkivmenyn. Välj spara som. Döp filen med en kortfattad test t.ex. parkera. Använd inga mellanrum. Det kan vara bra att testa några andra program för att förstå hur man kan programmera. Testa gärna dessa program hemma: http://code.org/ Testa t.ex. Timmen med kod (påminner om mindstorms) http://www.spelprogrammering.nu/ http://www.kogics.net/webkojo https://scratch.mit.edu/ http://www.codecademy.com/ Här får du lära dig att skriva kod. Javascript Både grafisk och textbaserad kod, kräver java. Grafisk programmering Från nybörjare till avancerad, skriva kod Förslag på några uppdrag: 1) Bygg bil - Startar bakom linje går framåt - stannar precis framför nedställd gubbe (utan att köra på) - tutar/spelar något ljud 2) Programmera om bilen så att den gör samma sak men sedan backar något vänder och kör tillbaka till sin ursprungsplats 3) Programmera så att den går från fickparkeringsfickan fram till gubben, tutar, vänder och tillbaks in i fickan Ljudsensor 4) Bygga en bil som startar, kör och stannar när man klappar 5) Modifiera programmet så att den startar när man klappar igen (tips kan ev fås via 12 o 13) 6) Modifiera så att den går i en loop och upprepar programmet 5 gånger Ljussensor (tips kan ev fås via övn 16) 7) Bygg en bil som åker framåt och stannar vid svart streck 8) Använd ljussensorn och programmera en bil som startar i en ficka, åker fram till svart streck, svänger, åker fram till gubbe, stannar, vänder och parkerar i fickan (bilen skall bara reagera på de svarta strecken) 9) Bygge en bil som följer svart linje (använd loop) (kan ev. testa: utan lysandeljus <40)
10) Bygg en bil hittar ut ur en upptejpad kvadrat Ev. Tävling: hitta ut ur upptejpad svart fyrkant så snabbt som möjligt (använd ljussensor och loop) (lärare placerar bilen på tre olika slumpmässiga ställen i kvadraten) Trycksensor 11) Bygga en bil som kör framåt och stannar när sensorn trycks in (18) 12) Modifiera bilen så att den efter att ha stannat vänder och fortsätter tills den krockar med nästa vägg osv Ultraljudsensor 13) Bygg en bil som stannar 20 cm innan ett högt hinder 14) Bygg en bil som går fram och krockar med en vägg. När den krockat skall den backa och stanna 30cm innan den bakre väggen (Använd ultraljudsensor + trycksensor) Förslag på extrauppgifter om du blir klar * Programmera ett roligt uppvisningsprogram där du använder minst tre sensorer. Använd gärna den 3:e motorn i lådan och bygg till en klubba som slår på en boll * Programmera ett program där du kan spela in en rolig mobilfilm genom att fästa kameran på roboten. * Optimera ditt program att hitta ut ur kvadraten Endast fantasin sätter gränser för vad du kan programmera. https://www.youtube.com/watch?v=apqhbppwdlw https://www.youtube.com/watch?v=5re7l2zdxo4 https://www.youtube.com/watch?v=mp8y2yjv4fu https://www.youtube.com/watch?v=iakvqxn80ge https://www.youtube.com/watch?v=msde6tvgn1s Som sagt, jag hoppas att detta kommer att bli ett roligt och lärorikt projekt. /Magnus