გიჟური სქემები: ღია ელექტრონული სწავლების სისტემა: 8 ნაბიჯი (სურათებით)

2024 ავტორი: John Day | [email protected]. ბოლოს შეცვლილი: 2024-01-30 10:19

ავტორი BrownDogGadgetsBrownDogGadgets დაიცავით მეტი ავტორის მიერ:

შესახებ: მე ვასწავლიდი საშუალო სკოლის მეცნიერებას, მაგრამ ახლა ვმართავ ჩემს ონლაინ საგანმანათლებლო მეცნიერების ვებსაიტს. დღეებს ვატარებ სტუდენტებისა და შემქმნელებისათვის ახალი პროექტების შემუშავებაში. მეტი BrownDogGadgets- ის შესახებ »

განათლებისა და საშინაო ბაზარი დატბორილია მოდულური ელექტრონიკის სწავლის სისტემებით, რომელიც შექმნილია ბავშვებსა და მოზარდებში STEM და STEAM კონცეფციების გასასწავლად. პროდუქტები, როგორიცაა LittleBits ან Snapcircuits, დომინირებს ყველა სადღესასწაულო საჩუქრის სახელმძღვანელოში ან მშობლის ბლოგში საგანმანათლებლო სათამაშოებისთვის. ამასთან, ამ სისტემებს ყოველთვის აქვთ მაღალი ფასი და ბევრი მათგანი უფრო სათამაშოებს ჰგავს, ვიდრე სასწავლო ინსტრუმენტებს.

დაახლოებით სამი წლის წინ ჩვენ დავიწყეთ Crazy Circuits- ის დაპროექტება, როგორც დაბალი ღირებულება, მრავალჯერადი გამოყენება, მოდულური, არაგამჭვირვალე, სახალისო სისტემა, რომელიც შეიძლება გამოყენებულ იქნას როგორც სასწავლო რეალური საშუალება. ჩვენ გვსურდა ისეთი რამ, რაც მშობლებსა და მასწავლებლებს ადვილად შეეძლოთ ინტეგრირება მათთან უკვე არსებულ ნაკრებებთან ან თაროზე იაფი კომპონენტებით. რაღაც როგორც შემქმნელთა საზოგადოებისთვის, ასევე საშუალო ზრდასრული ადამიანისთვის.

საბოლოოდ Crazy Circuits იყო ყველაფერი, რისი იმედიც გვქონდა და მეტიც. სისტემა უპრობლემოდ მუშაობდა ნებისმიერ LEGO გარემოსთან, ადვილად გამოიყენებოდა გამტარი ძაფით სამკერვალოში და ადვილად იშლებოდა მარტივი სქემებიდან ძირითადი პროგრამირების საშუალებით. ოჰ, და ეს იყო სახალისო მისი გამოყენება, რამაც ჩვენი ცხოვრება გაადვილა.

ამ სტატიაში ჩვენ ვაჩვენებთ, თუ როგორ შევქმენით Crazy Circuits კომპონენტები, ჩვენი სასწავლო გეგმა, როგორ შეგიძლიათ შექმნათ და შექმნათ თქვენი საკუთარი ნაწილები და როგორ მუშაობს Crazy Circuits სხვა სისტემებთან.

სრული გამჟღავნება: ჩვენ ვყიდით Crazy Circuits– ის ნაწილებს და ნაკრებებს, თუმცა თქვენ შეგიძლიათ მარტივად გამოიყენოთ ჩვენი ღია კოდის ფაილები, რომ შექმნათ თქვენი საკუთარი დაფები ან შეიმუშაოთ საკუთარი ნაწილები. თქვენ შეგიძლიათ გამოიყენოთ ეს სისტემა ყველა სახის საქმისთვის და არასოდეს გამოგვიგზავნოთ ერთი პენი.

Give Aways: ჩვენ ვცდილობთ რაიმე ახალს 2019 წელს. ჩვენ ვჩუქნით უფასო ნაწილებს და ნაკრებებს იმ ადამიანებისთვის (მხოლოდ აშშ -ს რეზიდენტებისთვის), რომლებიც მოგვყვებიან ინსტრუქციებზე, ფეისბუქზე, ინსტაგრამზე და youtube- ზე. სავარაუდოდ, ჩვენ ვაძლევთ რამდენიმე სრულ კომპლექტს, დასრულებულ ნაწილს და ცარიელ PCB- ს. უბრალოდ მიყევით ან გამოიწერეთ და ჩვენ ვიწყებთ ნივთების გაცემას.

ნაბიჯი 1: ფილოსოფია გიჟური სქემების მიღმა

როდესაც მასწავლებელი ვიყავი, მართლა მაღიზიანებდა, რომ ვერ ვახერხებდი ჩემი კლასის ელექტრონული ელექტრონიკის სისტემების შეძენას, მიუხედავად იმისა, რომ ყველა სასწავლო კონფერენცია თუ დამსწრე სამსახური მათ რეკომენდაციას უწევდა. მე უბრალოდ არ მქონდა ბიუჯეტი $ 100 ნაკრებისთვის, რომელიც მოდიოდა ხუთ ნაწილად და საუკეთესოდ დაიცავს სამ სტუდენტს ხუთი წუთის განმავლობაში. მე დავასრულე ის, რასაც მეცნიერების პედაგოგები აკეთებენ და ვიყიდე იაფი ნედლეული eBay– დან და Amazon– დან, მაგრამ ამან მომთხოვა ბევრი ახალი გაკვეთილის დაგეგმვისა და საქმიანობის დიზაინის სამუშაოების გაკეთება. მე ასევე აღმოვაჩინე, რომ ჩემს უმცროს სტუდენტებს უჭირდათ თავიანთი თავი დაფაზე დაფარული.

მე საბოლოოდ მოვახერხე დაფინანსების მოპოვება LittleBits– ის კომპლექტების შესაძენად, სკოლის შემდგომ სამეცნიერო კლუბში. მათი გამოყენება სახალისო იყო (და სიმართლე გითხრათ, კარგად შერწყმული სისტემა), მაგრამ როდესაც ჩემს საშუალო სკოლის მოსწავლეებს ვთხოვე აეხსნათ როგორ მუშაობდნენ, მივიღე წლის ჩემი საყვარელი პასუხი "არ ვიცი, მაგნიტები?". ესენი იყვნენ ბავშვები, რომლებიც რამდენიმე კვირით ადრე აშენებდნენ რთულ სქემებს, მაგრამ LittleBits უფრო სათამაშო იყო, ვიდრე სხვა ყველაფერი.

როდესაც ჩვენ დავიწყეთ მოდულური სისტემის ტვინის შტორმი, ჩვენ გვინდოდა დავრწმუნებულიყავით, რომ მოსწავლეებმა იცოდნენ, თუ როგორ ურთიერთქმედებდნენ ნაწილები და შემდეგ შეძლეს პარალელების გავლება საერთო ნაწილებთან. ჩვენ ასევე ვიცოდით, რომ ჩვენ გვჭირდებოდა პურის დაფის მსგავსი რაღაც, მაგრამ უფრო ადვილია მათი თავების შემოხვევა, ვიდრე ნამდვილი პურის დაფა. ჩვენ ასევე უნდა გავხადოთ ეს სახალისო და მიმზიდველი.

Გამოწვევა მიღებულია!

ნაბიჯი 2: რატომ LEGO?

"დატვირთვა =" ზარმაცი"

დაბოლოს, ჩვენ უნდა გაერკვნენ, თუ როგორ უნდა დააკავშიროთ ყველაფერი ერთმანეთთან. ჩვენ მაშინვე გადავწყვიტეთ, რომ გვძულდა მავთულხლართებისა და ალიგატორების სამაგრების იდეა; წაართვა ყველაფრის სიმარტივეს. ჩვენ მოგვწონდა გამტარი ფირის გამოყენება, მაგრამ სპილენძის კილიტა ფირის გამოყენება შეუძლებელი იყო. ჩვენ შეგვეძლო ჩამოგვეშვა ფირზე, მაგრამ ის აღარ დაბრუნდებოდა. ჩვენ კი ვცდილობთ გამტარი ძაფის გამოყენებას, მაგრამ ამის გაკონტროლება შეუძლებელი აღმოჩნდა. ჩინეთში სკაიპის ქარხანასთან სკაიპზე მუშაობის მრავალი საათის შემდეგ ჩვენ შევქმენით ჩვეულებრივი ნეილონის გამტარ ფირზე (Maker Tape), რომელიც საკმარისად ძლიერი იყო იმისთვის, რომ კვლავ გამობრუნებულიყო, მაგრამ საკმაოდ იაფი, რომ კონკურენტუნარიანი ყოფილიყო სპილენძის კილიტაზე.

იმის წყალობით, რომ ჩვენ გვქონდა ბევრი საცდელი PCB სხვადასხვა ზომის ხვრელებით ჩვენს სახელოსნოში, ჩვენ სწრაფად შევძელით ვიპოვოთ ზომის ინტერვალი, რომელიც საშუალებას მოგვცემდა შევეგუოთ ზეწოლას ნეილონის გამტარ ფირზე. ამ გზით სტუდენტებმა უნდა დაასრულონ თავიანთი ფირები კონკრეტულ ადგილას: მათ უნდა ჰქონდეთ დრო და შეიმუშაონ თავიანთი სქემა. ამ ასპექტმა მოგვცა საშუალება შეექმნათ Crazy Circuits სასწავლო ინსტრუმენტად და არა მხოლოდ სათამაშოდ.

1/8 დიუმიანი ფირის გამოყენებას ასევე ჰქონდა უცნაური გვერდითი უპირატესობა ორი ფენის სქემის დაშვებისას. ჩვეულებრივ, ჩვენ დავდებთ ფირზე LEGO საკინძების თავზე, მაგრამ 1/8 დიუმიანი ლენტი ასევე მშვენივრად მუშაობდა ასევე LEGO საკინძებს შორის. ადამიანებს შეუძლიათ შექმნან ყველა სახის რთული სქემა LEGO ფირზე. (თუმცა ცოტა უხერხულია. სხვა რომ არაფერი, ეს საშუალებას აძლევდა სტუდენტებს "გადახტომა" არსებული ხაზი მხოლოდ მცირეოდენი ძალისხმევით.)

ძირითადი სქემის მაგალითმა შეიძლება გამოიყენოს გადამრთველი, ბატარეის დამჭერი და LED. ჩვენი ყველა ნაწილისთვის ჩვენ გამოვიყენეთ თეთრი აბრეშუმის სკრინინგი GND (ნეგატიური) ბოძები და ფერადი მხარე პოზიტიური ბოძების აღსანიშნავად. ზემოთ მოყვანილი ვიდეო მაჩვენებს, თუ როგორ უნდა გავაკეთო მარტივი წრე. ჩამოაყალიბეთ ლენტი, დააწექით ნაწილებს, დაამატეთ ძალა.

ნაბიჯი 5: გამტარი თემა

ტესტირების დროს აღმოვაჩინეთ, რომ გამტარი ძაფი ნამდვილად კარგად მუშაობდა ჩვენს ნაწილებთან. გამოდის, რომ დიდი სპილენძის მოოქროვილი ხვრელები გამტარიან კერვას ნამდვილად აადვილებდა. ჩვენმა ზოგიერთმა შემმოწმებელმა ამჯობინა კერვა ჩვენი ნაწილებით, ვიდრე LEGO– ს გამოყენებით.

თუ თქვენ არასოდეს გამოგიყენებიათ გამტარ თემა ადრე უნდა სცადოთ! ეს ჩვეულებრივ ფოლადის/ ნეილონის ძაფია, რომელიც საკმაოდ კარგად გადის. ხელით მისი შეკერვა საკმაოდ ადვილია, ხოლო ნაწილების შეკერვა არ არის უფრო რთული, ვიდრე ღილაკის შეკერვა. ჩვენ იქამდეც კი მივედით, რომ შევქმენით რთული ინტერაქტიული მაისურები არდუინოს გამოყენებით. გამტარი კერვის სასიამოვნო ნაწილი ის არის, რომ თუ თქვენ ნამდვილად გძულს თქვენი პროექტი, თქვენ ყოველთვის შეგიძლიათ ამოიღოთ ნაწილები და გამოიყენოთ ისინი სხვა რამეში.

ჩვენი საქმიანობა ბავშვებისთვის არის ის, რომ მათ გააკეთონ ღილაკი, სამაჯური LED- ის, ბატარეის დამჭერის და საკეტების კომპლექტის გამოყენებით. სამაგრი მიდის სამაჯურის ბოლოს და გამოიყენება წრის დასასრულებლად. ჩვენ შევადგინეთ ლამაზი დასაბეჭდი PDF, თუ ვინმეს სურს გამოიყენოს იგი სემინარებისთვის ან საშინაო საქმიანობისთვის.

ნაბიჯი 6: გამტარი მელანი და ცომი

თავიდან ჩვენ მკვდარი ვიყავით იმისთვის, რომ ჩვენი ნაწილები გამტარი მელნით ემუშავა. ეს მხოლოდ ნაწილობრივ მუშაობდა.

შიშველი გამტარი მელანი

ეს გამტარი მელანი საკმაოდ ჰგავს შეშუპებულ საღებავს. ადვილია შეღებვა ნებისმიერ ზედაპირზე, საკმაოდ იაფია და წყალში ირეცხება ადვილი გასასუფთავებლად. უარყოფითი მხარე ის არის, რომ გრაფიტი არ არის ძალიან გამტარი და ნამდვილად მოქმედებს როგორც დიდი რეზისტორი, ვიდრე ყველაფერზე. ჩვენ არ გვქონია რაიმე პრობლემა, რომელიც მას Crazy Circuits Parts- თან აკავშირებს, რადგან ჩვენ შეგვიძლია მელნის ბუშტუკები გამოვაშროთ PCB- ებზე, მაგრამ ჩვენ გვქონდა პრობლემები, რომ უსაფრთხოდ გადაგვეყვანა წრეში.

რისთვისაც ჩვენ საბოლოოდ გამოვიყენეთ იგი, იყო capacitive paint "touch point" ჩვენი Arduino თავსებადი Teensy LC დაფებისთვის. ჩვენ ვატარებთ ფირზე PCB– დან საღებავის ბუშტუკებამდე და შემდეგ ადამიანები შეეხებიან საღებავს. ეს საშუალებას იძლევა ყველა სახის სახალისო სტენსილი, კედლის პიანინო ან ინტერაქტიული ხელოვნების პროექტები.

Circuit Scribe

ეს გამტარი მელანი მუშაობს ვერცხლის გელის კალმის მსგავსად, მხოლოდ ის ტოვებს უკიდურესად გამტარ კვალს ქაღალდზე. ამ მელნის მთავარი მხარე ის არის, რომ კვალი უკიდურესად გამტარია და ის მოქმედებს როგორც ნამდვილი კალამი. უარყოფითი მხარე ის არის, რომ კალმები ძვირია, როგორც წესი, გამოშრება და თქვენ უნდა როგორმე დააჭიროთ თქვენი ნაწილები ქაღალდზე, რათა მყარი კავშირი დაამყაროთ.

ჩვენ თავდაპირველად გვქონდა შედგენილი ზოგიერთი მაგნიტი, რომელიც ჯდება ჩვენს LEGO ხვრელებში. ჩვენი GitHub Repo სავსეა ძველი ნაწილებით, რომლებსაც ეტიკეტი აქვს "მაგნიტთან თავსებადი". საბოლოო შედეგი მოხვდა ან გამოტოვა და ჩვენ მივხვდით, რომ ჩვენ უბრალოდ შევქმენით ელექტრონული ნაწილების ცუდი ვერსიები, რომლებიც Circuit Scribe უკვე გააკეთა. ერთადერთი სარგებელი იყო Arduino– ზე დაფუძნებული უფრო დიდი პროექტების განხორციელება, რადგან Circuit Scribe არ აწარმოებს Arduino– ს დაფებს, მაგრამ ძალიან ბევრი მაგნიტის ერთმანეთთან მიახლოება საბოლოოდ გამოიწვია საკუთარი პრობლემები.

ჩვენ ასევე მივხვდით, რომ რასაც ჩვენ ვაკეთებდით ამ მელნით, გაცილებით უკეთ შეგვეძლო გამტარ ფირზე.

Squishy სქემები ცომი - AKA გამტარ ცომი

მე ყოველთვის ვხვდებოდი, რომ ეს იყო შესანიშნავი სასწავლო ინსტრუმენტი უმცროსი სტუდენტებისთვის ძირითადი ელექტრონიკის სწავლებისთვის. ცომის მთავარი მხარე ის არის, რომ ის ძალიან გასართობია, განსაკუთრებით ფუნთუშის საჭრელებით. მინუსი ის არის, რომ ის აქრობს ლორწოს (როგორც ნებისმიერი ცომი) და ასევე ძალიან გამძლეა.

ჩვენ ვცდილობთ გამოვიყენოთ ცომი ისე, როგორც ვიყენებთ შიშველი გამტარ საღებავს, როგორც შეხების წერტილს შეხების მოცულობითი პროექტებისთვის. ის ამატებს მხიარულ ელემენტს. გარდა ამისა, თუ ცომის მართლაც დიდ ნაჭერს გააკეთებთ, თქვენი სხეული რეაგირებს წრეზე, სანამ არ შეეხებით მას. ხან სანტიმეტრამდე. ყოველთვის სახალისოა უყურო ადამიანებს როგორ ცდილობენ და გაარკვიონ რატომ ხდება ეს.

ნაბიჯი 7: Arduino, Raspberry Pi, Micro: Bit და უსადენო დაფები

გადახედეთ ჩვენს GitHub Repo– ს და ნახავთ, რომ ჩვენ გვაქვს ბევრი დიდი PCB, რომელიც შექმნილია მთელ რიგ პოპულარულ მიკროკონტროლებთან მუშაობისთვის. ჩვენი ერთ -ერთი მთავარი საჩივარი ბევრ სამშენებლო სისტემასთან დაკავშირებით იყო/ ის არის, რომ ისინი ხალხს აყენებენ მიზანმიმართულ პროგრამირების სისტემას ან მხოლოდ ერთი პლატფორმის გამოყენების უფლებას გაძლევთ. ტექნიკისა და პროგრამული უზრუნველყოფის მუდმივი განვითარება უცნაური ჩანდა ადამიანების ჩაკეტვა ან მათი ნაწილის გადაყრა რამდენიმე წლის შემდეგ.

ყველაზე აშკარა არჩევანი არდუინო ნანოსთან ერთად (რომელიც გახდა ჩვენი რობოტების საბჭო) მცირე ზომისა და ფასის გამო. ეს იყო სრულყოფილი პროგრამირების პროექტების ფართო სპექტრისთვის, როგორიცაა განათების ეფექტები ან სერვისების შემობრუნება. ჩვენ გადავწყვიტეთ ასევე გამოგვეცა უფრო მდიდარი ვერსია, რომელიც გამოიყენებოდა Teensy LC– ს გამოყენებით, ძირითადად შეხების შესაძლებლობებისათვის. Teensy LC (გამოგონების დაფა) ასევე აქვს კლავიატურის ემულაციის კარგი მახასიათებლები და ჩვენ სწრაფად შევადგინეთ რამდენიმე სახალისო თამაშის კონტროლერი მისი გამოყენებით. გასულ წელს ჩვენ გავაკეთეთ გიგანტური LEGO NES კონტროლერი და გამოვაქვეყნეთ იგი Instructables– ზე.

პროგრამირება არის სახალისო, მაგრამ ყველას არ სურს გაიაროს პრობლემები. ჩვენ შევკრიბეთ დაფა, რომელიც შექმნილია წინასწარ დაპროგრამებული ATtiny85 ჩიპის გარშემო, რომელიც უბრალოდ აციმციმებს და ქრება. ჩვენი წარმოების ვერსია იყენებს SMT ნაწილებს, თუმცა თქვენ ნახავთ გამჭოლი ვერსიას ჩვენს რეპოში. ისინი გამოსადეგია მცირე პროექტებისთვის, როგორიცაა საშობაო მახინჯი მაისური ან მოციმციმე ვარსკვლავები.

ერთი რამ, რისი გაკეთებაც ჩვენ უგულებელვყოთ, არის ჩვენი Raspberry Pi Zero და Micro: Bit დაფების გაპრიალება. ზოგადად ჩვენ მოგვწონს Micro: Bit და საზოგადოება, რომელიც მის გარშემო გაჩნდა. რაც შეეხება ჩვენს Raspberry Pi Zero დაფას … ჩვენ ფაქტიურად წარმოდგენა არ გვაქვს რა გავაკეთოთ მასთან. სერიოზულად, ვინმემ გააკეთოს რაიმე საინტერესო მასში და ჩვენ გამოგიგზავნით რამდენიმე ნაწილს.

ჩვენ ასევე გვქონდა არაჩვეულებრივი იდეა, შევეგუოთ უკაბელო პროექტებს. ჩვენ ერთად ვართ დაფები ნაწილაკების ფოტონის დაფისთვის, რამდენიმე ადაფრუტის ბუმბულის დაფები და საერთო NodeMCU დაფა. ჩვენ დავაფუძნეთ ისინი იმავე ძირითად დიზაინზე, როგორც ჩვენი ნანო PCB, უკანა მხარეს მიმაგრებული სათაურებით.

ნაბიჯი 8: სამომავლო გეგმები?

ამჟამად ჩვენ ნაწილების წარმოების მესამე ეტაპის შუაში ვართ, ჩვენი გაყიდვების უმეტესობა მიდის სკოლებში, ბიბლიოთეკებში და Maker Spaces- ში. ჩვენ მივიღეთ ბევრი მყარი გამოხმაურება ყველა ასაკის მომხმარებლებისგან, რაც დაგვეხმარა უკეთესი ნაწილების დიზაინში.

სასწავლო გეგმა

ერთ-ერთი ყველაზე გავრცელებული მოთხოვნა იყო საკლასო ოთახებისთვის მომზადებული სასწავლო გეგმა. პროექტების შედგენა მარტივია; სტუდენტებისა და მასწავლებლებისთვის ექვსკვირიანი რესურსის შექმნა უფრო რთულია. მარტის ბოლოს ჩვენ გამოვაქვეყნებთ ჩვენს სასწავლო გეგმის პირველ პროექტებს ჩვენს ვებგვერდზე, ყველასთვის უფასოდ. ჩვენ გვექნება ორი ბილიკი, ერთი ძირითადი სქემისთვის და ერთი ძირითადი პროგრამირებისთვის. ორივე იქნება ორიენტირებული ჩვენი Crazy Circuits ნაწილების გარშემო, თუმცა ისინი ადვილად შეიცვლება თაროების ნაწილების გამოსაყენებლად.

მეტი საწარმოო ხაზის ნაწილები

ჩვენ ამჟამად ვიღებთ მოთხოვნას ახალ ნაწილებზე. პროცესი ნელია, მაგრამ ჩვენ გვსურს რამდენიმე ახალი ნაწილის დამატება ჩვენს შემადგენლობაში ამ წლის ბოლოსთვის. ვიმედოვნებთ, რომ ჩვენ შევძლებთ შევქმნათ რამდენიმე პოტენომეტრი და NeoPixel კომპონენტი და დავიწყოთ მათი დამატება ჩვენს ნაკრებში. ჩვენ საკმაოდ გაგვიმართლა, რომ გვყავდა ენთუზიაზმი თაყვანისმცემლები, რომლებმაც შექმნეს საკუთარი კომპონენტები და გაგვიზიარეს ისინი, და ჩვენ ვიმედოვნებთ, რომ მომავალში უფრო მეტი ადამიანი იქნება.

ვალდებულება ღია კოდისადმი

შეიძლება ჩანდეს, რომ ჩვენ ვცემთ მკვდარ ცხენს, მაგრამ ჩვენ ნამდვილად გვსურს, რომ ჩვენი კომპონენტები იყოს ღია წყარო. ჩვენ ვაგრძელებთ ჩვენი პროექტის რესურსების, სასწავლო გეგმისა და დიზაინის ფაილების დამატებას. ჩვენ ნამდვილად ვიმედოვნებთ, რომ როგორც დამწყებ მომხმარებლებს, ასევე მოწინავე მომხმარებლებს შეუძლიათ შექმნან საკუთარი ნაწილები ან შეცვალონ ისინი ახალი პროექტებისთვის.

მეორე პრიზი PCB კონკურსში