Solsikke – Video

clock 240 min
user 7.-9. klasse
Middel
Lær dine elever at bruge en Micro:bit sammen med lyssensorer (LDR) og en servomotor, så de kan lave en solsikke der drejer i den retning hvor der er mest lys opfanget.
Indhold
Det her er med i materialet:

Kompetence oversigt

Fag: Fysik / Matematik / Biologi / Teknologiforståelse

Inspiration fra kompetencemålene for de relevante fag, kan skabe en kontekst for hvor forløbet kan anvendes i de enkelte fag.

Elektriske kredsløb og hardware komponenter er relevante for fysik undervisningen.

Kompetenceområde
for Fysik                              
Kompetencemål  Anvendelse
Undersøgelse Eleven har viden om elektroniske kredsløb, simpel programmering og transmission af data Eleven vil opsætte et elektronisk kredsløb og programmere kredsløbet vha. Micro:bit

 

Kommunikation  Eleven kan mundtligt og
skriftligt udtrykke sig præcist og nuanceret ved
brug af fagord og begreber

Eleven har viden om ord og
begreber i naturfag

 

Eleven vil få viden om begreber så som: strøm, modstande, motorer mm. Og benytte dem i og udenden for forløbets varighed

Programmering er i princippet logisk tænkning og matematik i ét, da der bliver bliver brugt matematiske tegn og beregninger.

Kompetenceområde

for Matematik

 

Kompetencemål  Anvendelse
Modellering Tilegnelse af viden om problemstillinger fra omverdenen Eleven kan observere i naturen, f.eks. solsikker og gennem matematiske elementer (Fibonacci) hvilket kan bruges til at forklare opførsel (vækst)

 

Repræsentation og symbolbehandling Anvendelse, opstilling og omskrivning af variable
med digitale værktøjer - f.eks. variabler i programmering

 

Anvendelse af logiske symboler (fx. =, >, <) i programmering, og variabler i forhold til input/output af og til sensorer.

 

Måling Omskrivning mellem måleenheder Eleven får/anvender forståelse inden for konvertering af måleenheder mellem digital output (servomotor programmerings værdi) og geometriske grader (0-360*).

 

Den elektroniske solsikke i forløbet drager inspiration fra observerbare solsikker i naturen.

Kompetenceområde
for Biologi
Kompetencemål  Anvendelse
Modellering Eleven kan anvende modeller til forklaring af fænomener og problemstillinger i naturfag

 

Eleven kan vurdere modellers anvendelighed og
begrænsninger

Eleven opbygger en elektronisk solsikke som bærer relevans til naturlig solsikker.
Begge solsikker agerer fx. ud fra en lyskilde
Eleven kan skelne mellem muligheder og begrænsninger mellem den naturlige og elektroniske solsikke
Perspektivering  Eleven kan beskrive naturfaglige problemstillinger
i den nære omverden

 

Eleven har viden om processer i udvikling af naturvidenskabelig erkendelse.

Eleven kan beskrive en solsikke bevægelses mønster og kerne opbygning.

 

Eleven kan igennem observation få viden omrking følgeeffekt af fx. den elektroniske solsikke og sollys

Økosystemer                            Eleven kan med modeller
af økosystemer forklare energistrømme
Eleven kan forklare fx. koncepter inde for fotosyntese ud fra den elektroniske opbyggede  model

 

Teknologiforståelse er et teknologisk tværtagligt fag som har fokus på digitale medier og digital udvikling.

Kompetenceområde for
Teknologiforståelse  
Kompetencemål                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                         Anvendelse
Digital design og-
designprocesser 
Eleven kan med digitale teknologier konstruere digitale artefakter, der
manifesterer en ide i digitalt materiale

 

Eleven kan vha. Makecode konstruere kode til et elektronisk kredsløb
Computational tankegang Eleven kan behandle, vurdere og visualisere
data reflekteret ved hjælp af digital
teknologi

 

Eleven har viden om, hvordan
abstraktion af virkeligheden kan bruges
til at beskrive og behandle denne i
digitale modeller, og hvordan man kan
afprøve en model if. dens intentioner

Eleven skal kunne bearbejde data som bliver opfanget af kredsløbet

 

Eleven har viden omkring solsikkers opførsel og kan oversætte denne viden til at forklare den elektroniske solsikkes bevægelser

 

Teknologisk
handleevne
Eleven kan vurdere forskellige computersystemers muligheder
og begrænsninger

 

Eleven kan læse og forstå programmer skrevet i et tekstbaseret
programmeringssprog samt anvende et sådant til systematisk modifkation og konstruktion af programmer ud fra en problemspecifkation

 

Eleven har viden om metoder til at analysere og forudsige programmers opførsel samt teknikker til systematisk
og trinvis udvikling af programmer

Eleven kan identificere begrænsninger ved den elektroniske solsikke i forhold til den naturlige solsikke

 

Eleven kan læse og forstå blokprogrammeing i Makecode og kan konstruere programmer med hjælp fra guiden

 

Eleven kan analysere og forudsige hvordan programmet opfører sig evt. ved hjælp af ekstra opgaverne

 

 

I dette forløb vil eleverne opleve at bygge et kredsløb, de kan have mødt på en mark eller i haven uden at tænke over det. De vil derfor kunne motiveres af tanken om at arbejde med et projekt, der kan bruges ude i "virkeligheden", mens de lærer.

Mål for undervisningen:

Når eleverne er færdig med lektionen:

  • Ved de, hvordan man tilslutter komponenter til en Micro:bit
  • Kender de til modstande og hvorfor de er nødvendige
  • Ved de, hvad en LDR lysmodstand er
  • De kan oprette og bruge variabler inden for programmering
  • De kan gennem kode få en servomotor til at køre
  • De kan  programmere en hændelse der skal ske når værdier ændrer sig
  • De kan bygge en solsikke som bevæger sig ud fra en lys kilde

Om forløbet

Før dette forløb bør eleverne som min. have gennemført forløbene Elektronisk kredsløb og Micro:bit til kredsløb 1, samt Automatisk lys.

Eleverne bør lave og løse opgaverne i kronologisk rækkefølge. Programmering og opgaver til dette forløb er opdelt i tre niveauer:

  1. Hardware opsætning
  2. Programmering
  3. Opgaver (ekstra)

Eleverne anbefales at læse vejledningen igennem, inden arbejdet påbegyndes med videoerne.

Eleverne anbefales også at færdiggøre opsætningen af hardware, før programmeringen påbegyndes.

Alle materialer til forløbet bør være tilgængelige for eleverne, inden forløbet påbegyndes.

 

Eleverne skal arbejde med opsætningen af hardwaren ud fra en step-by-step video tutorial, der viser hvordan de forskellige komponenter tilsluttes.

Forløbet er opdelt i tre niveauer. Det anbefales altid at starte ved niveau 1 og derefter arbejde sig igennem niveau 2 og 3.

Vi anbefaler du som lærer har gennemført forløbet forinden, for at sikre at du som lærer har det bedste indblik og forståelse af forløbets indhold og struktur.

Gode tips til forløbet

  • Det anbefales evt. at fokusere på et bestemt niveau (hardware/software/opgaver) alt afhængig af længden af undervisnings timerne kan hvert niveau deles ud på 1-2 undervisnings gange. Hvert niveau vurderes til tage ca. 60-120 minutter
  • Wipe Micro:bits inden timen starter, da micro kontrollerne kan have eksisterende kode downloaded, som kan skabe forvirring (hvis de evt. blinker og siger lyde)
  • Have ekstra komponenter liggende og klar hvis nogle grupper skulle miste enkelte dele
  • Lægge materialer frem og klar til brug
  • Du har dit eget kredsløb bygget og klar til fejlfinding og fremvisning hvis nogle grupper har problemer
  • Hvis under tidsmangel kan forløbet opdeles mellem gruppemedlemmerne, så en arbejder på kredsløbet og en anden på programmering

Teori

Solsikker er blandt andet kendt for at vende deres hoveder i solens retning og deres kerne center vokser ud fra Fibonacci talrækken. Solsikker er planter, der kan vokse helt op til 3 meter i højden.
Blomsten har typisk gule blade og en brun midte. Når man ser solsikker i naturen, kan man observere at blomsten følger solen fra øst til vest for at optimere deres vækst indtil den er "fuldvoksen".

COLOURBOX47650750 scaled

 

Solsikke hovedet vokser i takt med en talrække kaldet Fibonacci. Denne talrække kan også findes mange andre steder i naturen.

Fibonacci tal er opkaldt efter Leonardo Fibonacci, som var en italiensk matematiker. Leonardo beskrev denne talrække første gang i år 1202.

Fibonacci talrækken er bygget op som her: 0, 1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34, 55, 89 osv.

Tallene i rækken, er summen af de to foregående tal plusset sammen, som så giver det næste tal i rækken fx: 2 + 3 = 5 eller 3 + 5 = 8.

COLOURBOX32991107 scaled

 

Hvad er en...

De følgende afsnit beskriver baggrunden for, hvorfor og hvordan man bruger forskellige komponenter. Du kan vælge at give dem (eller dele deraf) til dine elever, eller fortælle dem om indholdet i klassisk undervisningsstil.

 

IntroduktionTilMicrobit

... Micro:bit?

En Micro:bit er det, man kalder for en Mikrokontroller . ‘Mikro’ betyder at den er lille og ‘kontroller’ betyder, at den kan styre noget.

Du skal bruge et program lavet med kode, for at fortælle Micro:bit'en, hvordan den skal styre noget. Når du bygger et Kredsløb , kan du bruge Micro:bit'en til at styre dit kredsløbet.

Micro:bit'en kan kontrollere kredsløbet gennem det, man kalder Pins. Pins kan give en Spænding til kredsløbet eller måle en spænding som kommer fra kredsløbet.

dragontail

... DragonTail?

DragonTail betyder dragehale. Den bliver kaldt det, fordi den ligner en hale på en drage. Du kan bruge en DragonTail til at forbinde en Micro:bit til et breadboard. På DragonTail er der 3 typer af Pins . På billedet er de markeret med rød, grøn og blå farve.

Ved de røde pins står der 3V. 3V betyder, at disse pins giver en spænding på 3 volt, når Micro:bit er tændt. Disse pins kan bruges som den positive Spænding , når du bygger et Kredsløb .

Ved de blå pins står der minus ( - ). Disse pins kan bruges som den negative spænding, når du bygger et kredsløb.

Ved de grønne pins står der et tal mellem 0 og 16. Det er pins, som Micro:bit'en kan kontrollere. Micro:bit kan sætte pins til at give en spænding eller måle den spænding, der er ved en pin.

ldr

... LDR?

En modtand er en elektrisk komponent, som gør det sværere for elektroner at passere. Hvor svært det er, afhænger af værdien af modstanden.

En LDR er en speciel slags modstand, som ikke altid har samme værdi. Den er afhængig af hvor meget lys der falder på den - det er derfor den har det engelske navn "light dependent resistor" (lys afhængig modstand). Når der falder meget lys på den, er modstandens værdi meget lav, og når der er mørkt, er modstandens værdi høj. Derfor kan en LDR bruges til at detektere lysniveauer.

LDR findes mange steder og bruges for eksempel i automatiske sikkerhedslys og i havelamper som tænder om aftenen.

SG90-Micro-Servo-Motor

... Servomotor?

En servomotor er en type af aktuator, der findes to forskellige typer, en linær og en roterende. Disse kan bruges til at kontrollere hastighed, acceleration og position.
En servomotor kan oftens findes med dreje kapasitet på 180 grader eller 360 grader.

Generelt set består en servomotor af fire del komponenter: Microkontroller, DC motor, Potentionsmeter  og Tandhjul.

 

Klassiske fejl for Micro:bit

Vigtigt: Hvis det lugter af varmt plastik/gummi, fjern strømkilden fra kredsløbet med det samme – så er der gået noget helt galt, og bør undersøges nøjagtigt, før der sættes strøm til igen!

Disse fejl sker tit under arbejdet med Micro:bit:

Sørg for at Micro:Bit´en er tilsluttet til strøm via USB-ledning eller batterier.

  • Mac computere har tit svært ved at arbejde med Micro:bit
  • Micro:bit´en skal vende med LED skærmen og ansigtet opad og hvis den bruges sammen med et udvidelsesboard skal den klikkes ordenligt ned i boarded
  • Hvis Micro:bit´en ikke vil reagere på nogle input, kan man med fordel prøve en anden Micro:bit eller resette den
  • Hvis ikke vejledningen til parring af enheder i elevmaterialet ikke virker, kan MakeCode programmet gemmes manuelt under den tilsluttede Micro:bit. Man trækker hex-filen fra downloads over på Micro:Bit-drevet på samme måde som på en USB-nøgle
  • Er USB-ledningen sat til en computer? Vær opmærksom på at den sidder rigtigt - både i computeren og Micro:bit´en

Klassiske fejl for Kredsløb

  • Vær opmærksom på at ledninger og komponenter sidder tilstrækkeligt langt nok nede i breadboardet
  • Tjek om ledningerne går til de rigtige pins
  • DragonTail skal være sat ordenligt og korrekt i breadboardet
  • LDR´ne kan have problemer med at sidde korrekt i hun-ledningerne
  • Hvis servomotoren ikke kører eller fungerer korrekt kan det løses på fire måder: tjek ledningerne går til de rigtige pins, udskift servomotor, tilslut en batteripakke eller prøv og tilslut kredsløbet til en anden computer
  • Vær opmærksom på, at alle kredsløb du bygger skal være lukkede. Hvis du er i tvivl hvordan forbindelser virker i et breadboard, så er der en forklaring under "Leksikon" her på siden
  • Hvis der er blevet tilsluttet en batterikasse ved batteri indgangen, vær opmærksom på at den sidder rigtigt - og at der stadig er strøm på batterierne (se skematik for opsætning med batteripakken neden for)

batteripakke

 

Klassiske fejl for programmering

  • Det kan være svært at spotte en fejl i kode, prøv sammen med eleven at læs koden højt og omsæt det til dansk sprog. Er der stadigvæk fejl, så prøv trinvist at sammenligne med en anden elev, der har det til at virke
  • For at tjekke om det er kredsløbet eller programmeringen der er noget galt med, kan man prøve og uploade en reference kode
  • Tjek om pin eller variabel værdier er sat til det rigtige
  • Vær opmærksom på hvordan blokkene med kode er placeret, i forhold til hinanden (specielt Hvis-blokkene)
  • I specielle tilfælde kan den givende grænseværdi i koden (35) ikke være tilstrækkelig, og du kan evt. prøve med en anden grænseværdi

Løsninger til opgaver

Opgave 1

Prøv at ændre den ene servomotor styrke værdien fra 5 til fx. 10, 15 eller 20, og test hvordan solsikken bevæger sig igen. Reflekterer over servomotor værdien og dens indflydelse på solsikkens bevægelsesmønster. opgave 1 screenshot servovaerdi

Løsningsforslag:
Servomotor værdien er hvor meget servomotoren rykker sig hver gang koden køres igennem.
Jo større værdien er jo mere flytter motoren sig i intervaller, indsætter man en værdi på 1 bliver motorens/solsikkens bevægelse jævn. Dens generelle hastighed vil blive langsommere da koden skal køres flere gange for at opnå fx. en motor værdi på 5.

 

Opgave 2

Forklar kort for hinanden i gruppen, hvordan solsikken opfører sig og hvilke matematisk elementer der er relevante.

Løsningsforslag:
Solsikker følger solens bevægelse hen over himlen i løbet af dagen fra den står op om morgen i øst og går ned om aftenen i vest. Dette gør den kun indtil den er "fuldvoksen" for at få mest lys til at gro.
Solsikkens kerne hovede vokser ud  fra talrækken Fibonacci. Tallene i rækken, er begreget ud fra summen af de to foregående tal plusset sammen, som så giver det næste tal i rækken fx: 2 + 3 = 5.
Andre ting der kan nævnes fx. variabler og logiske symboler.

 

Opgave 3

Du har tidligere sat en grænseværdi på 35, og du har en udregning der afhænger af lys inputs fra LDR’erne. Overvej hvornår denne del af koden aktiveres.opgave 3

Løsningsforslag:
Koden aktiveres når variablen "Udregning" er større end grænseværdien (35). Udregning er baseret på forskellem mellem P2 og P0, som basalt er forskellen i input værdien mellem LDR. Mere specifikt i kode eksemplet på billedet skal P2 være mere end 35, for at koden aktiveres og solsikken vil dreje i den ene retning.