Ақылсыз схемалар: электронды оқудың ашық көзі: 8 қадам (суреттермен)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Соңғы өзгертілген: 2024-01-30 10:25

Авторы: BrownDogGadgetsBrownDogGadgets Толығырақ:

Туралы: Мен бұрын орта мектепте жаратылыстану пәнінен сабақ беретінмін, бірақ қазір мен өзімнің жеке онлайн білім беру веб -сайтын жүргіземін. Мен өз күндерімді студенттер мен жасаушылар үшін жаңа жобалар жасауға жұмсаймын. BrownDogGadgets туралы толығырақ »

Білім мен үй нарығы балалар мен ересектерге STEM және STEAM негізгі ұғымдарын үйретуге арналған модульдік электрониканың «оқыту» жүйесімен толы. LittleBits немесе Snapcircuits сияқты өнімдер әр мерекелік сыйлық нұсқаулығында немесе ойыншықтарға арналған ата -аналық блогта басым болып көрінеді. Алайда, бұл жүйелер әрқашан қымбат баға белгісімен бірге келеді және олардың көпшілігі оқу құралдарына қарағанда ойыншық сияқты сезінеді.

Шамамен үш жыл бұрын біз Crazy Circuit-ті нақты оқу құралы ретінде қолдануға болатын арзан, қайта пайдалануға болатын, модульдік, дәнекерленбейтін, көңілді жүйе ретінде жасай бастадық. Біз ата -аналар мен мұғалімдердің қолында бар жиынтықтармен оңай қосылатын немесе сөре компоненттерінен арзан болатын нәрсені қалаймыз. Жаратушы қауымдастыққа да, ересек адамға да ұнайтын нәрсе.

Ақырында Crazy Circuits біз күткеннің бәрі болды. Жүйе LEGO негізіндегі кез келген ортада мінсіз жұмыс істеді, оны тігуге арналған өткізгіш жіппен оңай қолдануға болады және қарапайым схемалардан негізгі бағдарламалау арқылы оңай масштабталады. О, сонымен қатар біздің өмірімізді жеңілдететін пайдалану қызықты болды.

Бұл жазбада біз сізге Crazy Circuits компоненттерін қалай құрғанымызды, біздің оқу бағдарламамызды, өзіңіздің бөлшектеріңізді қалай құруға және жобалауға болатынын және Crazy Circuits басқа жүйелермен жұмыс істеу әдістерін көрсетеміз.

Толық ақпаратты ашу: Біз Crazy Circuits бөлшектері мен жиынтықтарын сатамыз, бірақ сіз өзіңіздің жеке тақталарыңызды жасау немесе өзіңіздің бөлшектеріңізді жобалау үшін біздің ашық бастапқы файлдарды оңай пайдалана аласыз. Сіз бұл жүйені барлық нәрсеге қолдана аласыз және бізге ешқашан бір тиын жібере алмайсыз.

Беріңіз: 2019 жылы біз жаңа нәрсені іздейміз. Бізге нұсқаулықтарда, фейсбукте, инстаграмда және youtube -те жүретін адамдарға (тек АҚШ тұрғындары үшін) ақысыз бөлшектер мен жинақтарды береміз. Мүмкін, біз бірнеше жиынтықтарды, дайын бөлшектерді және бос ПХД -ны таратамыз. Жазылыңыз немесе жазылыңыз, сонда біз материалдарды бере бастаймыз.

1 -қадам: Ақылсыз схемалардың артындағы философия

Мен мұғалім болған кезде, мен қатысқан әрбір оқу конференциясы мен қызметтері оларды үнемі ұсынып отырса да, мен өзімнің сыныпқа арналған электронды жүйелерді сатып ала алмайтыныма ренжідім. Менде бес бөліктен тұратын және үш студентті бес минут бойы бос ұстайтын 100 долларлық жинақ үшін бюджет болмады. Мен жаратылыстану пәні мұғалімдерінің көпшілігімен айналысуды аяқтадым және eBay мен Amazon -дан арзан шикізат бөлшектерін сатып алдым, бірақ бұл маған жаңа сабақ жоспарлау мен белсенділікті жобалау бойынша көптеген жұмыстарды орындауды талап етті. Сондай -ақ, менің кіші оқушыларымның басын нан тақтасына орау қиынға соқты.

Ақырында мен мектептен кейінгі ғылыми үйірмеге пайдалану үшін LittleBits жиынтықтарын сатып алуға қаражат алдым. Оларды пайдалану қызықты болды (және шынымды айтсам, жақсы құрастырылған жүйе), бірақ мен орта сынып оқушыларынан қалай жұмыс жасайтынын түсіндіруді сұрағанда, мен «Білмеймін, магниттер?» Деген жылдың сүйікті жауабын алдым. Бұл бірнеше апта бұрын күрделі схемалар құрған балалар, бірақ LittleBits басқаларға қарағанда ойыншық ретінде пайда болды.

Біз модульдік жүйеге ми шабуылын бастаған кезде біз оқушылардың ҚАЛАЙ бөліктердің өзара әрекеттесетінін білетініне көз жеткізгіміз келді, содан кейін ортақ бөліктерге параллельдер құра алды. Біз сондай -ақ бізге нан тақтасына ұқсас нәрсе қажет екенін білдік, бірақ олардың басын орау нағыз тақтаға қарағанда оңайырақ. Біз оны қызықты әрі тартымды етуге мәжбүр болдық.

Шақыру қабылдалған!

2 -қадам: Неліктен LEGO?

«жүктеу =» жалқау «

Соңында біз бәрін қалай біріктіру керектігін анықтауымыз керек болды. Біз сымдар мен аллигатор қысқыштары идеясын жек көретінімізді бірден шештік; ол бәрінің қарапайымдылығын алып тастады. Бізге өткізгіш таспаны қолдану ұнады, бірақ мыс фольга таспасын қолдану мүмкін болмады. Біз таспаны түсіре аламыз, бірақ ол қайтадан оралмайды. Біз тіпті өткізгіш жіпті қолдануға тырыстық, бірақ оны басқару мүмкін емес болып шықты. Қытайда скотч зауыты бар Skype -та көп сағат өткеннен кейін, біз қайта өңдеуге жеткілікті берік, бірақ қарапайым мыс фольга таспасымен бәсекеге қабілетті арзан нейлонөткізгіш таспаны (Maker таспасын) шығардық.

Біздің шеберханада әр түрлі өлшемді тесіктері бар көптеген сынақ ПХД -ларының болуының арқасында біз нейлонөткізгіш таспаның көмегімен қысымды бекітуге мүмкіндік беретін өлшемдер аралығын тез таба алдық. Осылайша студенттер таспаны белгілі бір жерде аяқтауға мәжбүр болды: олар шын мәнінде уақыт бөліп, өз схемасын жобалауы керек болды. Бұл аспект бізге Crazy Circuits -ты ойыншыққа емес, оқу құралына айналдыруға мүмкіндік берді.

1/8 дюймдік таспаны қолданудың екі қабатты схемаға мүмкіндік беретін жағымсыз жағы болды. Әдетте біз таспаны LEGO ілгектерінің жоғарғы жағына қоятын едік, бірақ 1/8 дюймдік таспа LEGO штангаларының арасында жүру үшін де жақсы жұмыс жасады. Адамдар LEGO таспасының көмегімен күрделі схемалардың барлық түрін жасай алады. (Біршама ыңғайсыз болса да. Егер ештеңе болмаса, бұл студенттерге аз ғана күш -жігермен бар сызықтан «секіруге» мүмкіндік берді.)

Негізгі схема қосқышты, батарея ұстағышты және жарық диодты қолдануы мүмкін. Біздің барлық бөлшектеріміз үшін ақ жібек скрининг GND (теріс) полюстерін және позитивті полюстерді көрсету үшін түсті жағын белгілеу үшін пайдаланылды. Жоғарыдағы бейнеде менің қарапайым схеманы жасауым көрсетілген. Таспаны салыңыз, бөліктерге қысыңыз, қуат қосыңыз.

5 -қадам: өткізгіш жіп

Тестілеу кезінде өткізгіш жіп біздің бөлшектермен өте жақсы жұмыс істейтінін анықтадық. Мыспен қапталған үлкен тесіктер өткізгіш тігуді шынымен жеңілдеткені белгілі болды. Кейбір тестерлер LEGO -мен қолданудан гөрі бөлшектермен тігуді жөн көрді.

Егер сіз ешқашан өткізгіш жіпті қолданбаған болсаңыз, көріңіз! Бұл әдетте жақсы өткізетін болат/ нейлон жіп. Қолмен тігу өте оңай, ал бөлшектерді тігу түймені тігуден қиын емес. Біз тіпті Arduino көмегімен күрделі интерактивті жейделер жасауға дейін жеттік. Өткізгіш тігудің жағымды жағы - егер сіз өз жобаңызды шынымен жек көрсеңіз, сіз әрқашан бөлшектерді алып тастап, оларды басқа нәрсеге қолдана аласыз.

Біздің балаларға арналған «баруға» арналған іс -әрекетіміз - оларға жарық диодты, батарея ұстағышты және ілмектер жиынтығын пайдаланып түйме білезік жасау. Қысқыштар білезіктің соңына түседі және тізбекті аяқтау үшін қолданылады. Біз оны шеберханаға немесе үйдегі іс -шараларға қолданғысы келсе, жақсы басып шығарылатын PDF файлын жинаймыз.

6 -қадам: өткізгіш сиялар мен қамырлар

Басында біз бөлшектерді өткізгіш сиямен жұмыс жасауға мәжбүр болдық. Бұл тек ішінара жұмыс істеді.

Жалаңаш өткізгіш сия

Бұл өткізгіш сия ісінген бояуға өте ұқсас. Кез келген бетке бояу оңай, өте арзан және оңай тазалау үшін сумен жуылады. Кемшілігі - графит өте өткізгіш емес және бәрінен де үлкен резистор сияқты әрекет етеді. Бізде оны Crazy Circuit Parts -пен байланыстыратын ешқандай проблемалар болған жоқ, өйткені бізде ПХД -да сиялы бөртпелер құрғақ болуы мүмкін, бірақ бізде тізбектің қауіпсіз айналуында проблемалар болды.

Біз оны ақырында Arduino -мен үйлесімді Teensy LC тақталары үшін сыйымдылықты бояудың «жанасу нүктесі» болды. Біз таспаны ПХД -дан бояуларға дейін жүргіземіз, содан кейін адамдар бояуға тиеді. Бұл барлық қызықты трафареттерге, қабырға пианиноларына немесе интерактивті көркем жобаларға мүмкіндік береді.

Circuit Scribe

Бұл өткізгіш сия күміс гельді қалам сияқты жұмыс істейді, тек қағазда өте өткізгіш іздер қалдырады. Бұл сияның артықшылығы - іздеу өте өткізгіш және ол нағыз қалам сияқты әрекет етеді. Кемшіліктер - қаламдар қымбат, кебуге бейім, және сіз тығыз байланыс орнату үшін қандай да бір жолмен бөлшектеріңізді қағазға қысыңыз.

Бізде бастапқыда LEGO саңылауларына сәйкес келетін арнайы магниттер болды. Біздің GitHub Repo «магнитті үйлесімді» деп белгіленген ескі бөліктерге толы. Нәтиже сәтсіздікке ұшырады және біз Circuit Scribe қазірдің өзінде жасаған электроника бөлшектерінің нашар нұсқаларын жасағанымызды түсіндік. Жалғыз пайда Arduino негізіндегі ірі жобаларды жасау болды, өйткені Circuit Scribe ешқандай Arduino тақталарын шығармайды, бірақ тым көп магнитті бір -біріне жақын қою өз проблемаларын тудырады.

Біз сондай -ақ осы сиямен не істесек те, өткізгіш таспамен жақсырақ жасай алатынымызды түсіндік.

Қамырды сығу - AKA өткізгіш қамыры

Мен бұл кіші оқушылармен электрониканы оқытудың тамаша құралы деп білдім. Қамырдың артықшылығы - бұл өте қызықты, әсіресе печенье кескішпен. Кемшілігі - ол кебеді (кез келген қамыр сияқты), сонымен қатар өте төзімді.

Біз қамырды жалаңаш өткізгіш бояуды қолданатындай етіп қолданамыз, сенсорлық жобалар үшін сенсорлық нүкте. Бұл қоспаға қызықты элемент қосады. Сонымен қатар, егер сіз қамырдың шынымен үлкен бөлігін жасасаңыз, сіздің денеңіз оған тигізер алдында тізбекпен әрекет етеді. Кейде бір сантиметрге дейін жетеді. Адамдардың неге бұлай болып жатқанын түсінуге тырысуы әрқашан қызықты.

7 -қадам: Arduino, Raspberry Pi, Micro: Bit және сымсыз тақталар

Біздің GitHub Repo-ға жылдам қарасаңыз, бізде көптеген танымал микроконтроллерлермен жұмыс істеуге арналған көптеген үлкен ПХД бар екенін көресіз. Біздің көптеген құрылыс жүйелеріне қатысты басты шағымдардың бірі - бұл адамдарды бағдарламалаудың дұрыс жүйесін қолдануына немесе тек бір платформаны пайдалануға рұқсат беруіне байланысты болды. Аппараттық құралдар мен бағдарламалық қамтамасыз ету үнемі дамып келе жатқандықтан, бірнеше жылдан кейін адамдарды құлыптау немесе бөлшектерді тастау біртүрлі болып көрінді.

Шағын өлшем мен бағаға байланысты Arduino Nano -дан (біздің робототехника кеңесі болды) бастаудың ең айқын нұсқасы. Бұл жарықтандыру эффектілері немесе айналдыру сервосы сияқты бағдарламалаудың кең спектрі үшін өте қолайлы болды. Біз сонымен қатар Teensy LC -ді қолдана отырып, негізінен сыйымдылығы жоғары сенсорлық мүмкіндіктер үшін неғұрлым бай нұсқаны шығаруды шештік. Teensy LC (Invention Board) пернетақтаның эмуляциясының жақсы қасиеттеріне ие және біз оны пайдаланып көңілді ойын контроллерлерін тез құрдық. Өткен жылы біз тіпті LEGO NES алып контроллерін жасап, оны Instructables -ке орналастырдық.

Бағдарламалау қызықты, бірақ бәрі де қиындықты жеңгісі келмейді. Біз алдын ала бағдарламаланған ATtiny85 чипінің айналасында жасалынған тақтаны жинадық, ол жыпылықтайды және өшеді. Біздің өндірістік нұсқада SMT бөлшектері қолданылады, бірақ сіз біздің реподан тесік нұсқасын таба аласыз. Олар ұсқынсыз Рождестволық көйлек немесе жарқыраған жұлдыздар сияқты кішігірім жобаларға көмектеседі.

Біз ұмытып кеткен бір нәрсе - Raspberry Pi Zero және Micro: Bit тақталарын жылтырату. Жалпы бізге Micro: Bit және оның айналасында пайда болған қауымдастық ұнайды. Біздің Raspberry Pi Zero тақтасына келетін болсақ … біз онымен не істеу керектігін білмейміз. Шынымен, біреу онымен қызықты нәрсе жасайды, біз сізге бірнеше бөлігін жібереміз.

Біз сондай -ақ сымсыз жобаларды біріктіруге тырысамыз. Біз бірге Particle Photon тақтасына арналған тақталар, Adafruit қауырсынды тақталар жұбы және NodeMCU ортақ тақтасы. Біз оларды Nano ПХД сияқты негізгі дизайнға негізделген, олардың артқы жағында түйреуіштер бар.

8 -қадам: Болашақ жоспарлар?

Қазіргі уақытта біз бөлшектердің үшінші шығарылымының ортасында тұрмыз, сатылымның көп бөлігі мектептерде, кітапханаларда және Maker Space -те болады. Біз барлық жастағы пайдаланушылардан жақсы пікірлер алдық, бұл бізге жақсы бөлшектерді жобалауға көмектесті.

Оқу жоспары

Ең жиі кездесетін сұраныстардың бірі-сыныпқа дайын оқу бағдарламасы. Жобаларды құру қарапайым; Оқушылар мен мұғалімдерге алты апталық ресурстар дайындау қиынырақ. Наурыз айының соңына қарай біз оқу жоспарының алғашқы жобаларын веб -сайтқа орналастырамыз, оны кез келген адам пайдалана алады. Бізде екі жол болады, біреуі негізгі схемаға, екіншісі негізгі бағдарламалауға арналған. Екеуі де біздің Crazy Circuits бөліктерінің айналасында орналасады, бірақ оларды сөреден тыс бөліктерде пайдалану үшін оңай өзгертуге болады.

Өндіріс желісінің қосымша бөлшектері

Қазіргі уақытта біз жаңа бөлшектерге сұраныстарды қабылдаймыз. Процесс баяу, бірақ біз осы жылдың соңына қарай біздің құрамға бірнеше жаңа бөлшектерді қосқымыз келеді. Біз потенциометрлер мен NeoPixel компоненттерін шығарып, оларды жинақтарға қосуды бастаймыз деп үміттенеміз. Бізде өз компоненттерін ойлап тапқан және бізбен бөлісетін ынталы жанкүйерлер болу бақытты болды, және біз болашақта көптеген адамдар болады деп үміттенеміз.

Ашық бастапқы дереккөзге міндеттеме

Біз өлген жылқыны ұрып жатқандай көрінуі мүмкін, бірақ біз шынымен де біздің компоненттеріміз ашық кодты болғанды ұнатамыз. Біз жобаның ресурстарын, оқу жоспарын және дизайн файлдарын қосуды жалғастырамыз. Біз шынымен де noice және озық пайдаланушылар өз бөліктерін құра бастайды немесе оларды жаңа жобалар үшін өзгерте алады деп үміттенеміз.

ПХД байқауының екінші жүлдесі