2019年1月24日 星期四

利用四軸任務卡進行運算思維


四軸飛行器的教學是近來的熱門課題,利用四軸飛行器可以設計出多樣化的學習課程。本課程將介紹利用飛行任務卡,結合四軸飛行器進行運算思維應用教學的課程,並利用飛行任務卡進行四軸飛行學習的活動。

飛行任務卡的設計概念

飛行任務卡的每一張動作任務卡都僅有三張,盡量讓開放性(任務卡、邏輯卡、數字卡)的卡片數量較多,設計目的即是在讓學生開放思考,簡化動作流程,與夥伴合作解決問題,卡片適合每為孩子人手一組,進行教學。

進行四軸飛行任務卡的分類學習

飛行任務卡的分類是利用卡片進行課程教學的第一門課,也是讓學生熟悉卡片的重要學習過程,教師可以在未提供提示的前提下,考驗孩子能否說出卡片有8種顏色、7種任務卡(最難)、20種運動模式(功能)任務卡。

透過卡片的分類學習,可以增強學生的記憶(利用任務卡加強操控介面的圖示識別能力),更熟悉任務卡的各項運動任務。教學活動過程,請學生依據四軸飛行任務卡的顏色、任務卡的任務模式進行卡片分類(模式識別)。

學習活動:學生能說出共有幾種分類顏色、幾種運動模式卡片、數量。

利用任務卡強化教師教學說明時的學習互動

教師在進行教學活動時,可以搭配指導學生使用「四軸飛行任務卡」,配合教師的講解說明,利用任務卡依序排列。(模擬飛行)

利用「四軸飛行任務卡」除了可以加強學生上課的專注力,還能讓學生在配合教師課程的過程中,融入更多操作的思考與記憶,有效提升教師授課的品質,增進學生的學習效益。

利用任務卡認知飛行過程的動作、邏輯程式、數學數據

四軸飛行器的六個運動模式(垂直運動、前後運動、側向運動、偏航運動、俯仰運動)是非常具有空間邏輯概念的運動,透過四軸飛行器的課程,對於建立學生空間推理(Spatial Reasoning)能力的培養與訓練具有非常直接與顯著的效益。空間推理能力是運算思維的先備經驗,在幼兒園與小學低年級階段,是孩子建構的黃金期。孩子透過遊戲化學習模式,在遊戲過程中建構經驗,在愉快的學習氛圍提升學習效益。

飛行任務卡可以藉由圖像形式的協助,和抽象的運動動作產生連結,並透過卡片的任務編排,完成飛行動作的程式,進行有條理的組織活動。

卡片設計有空白填寫功能,可以配合白板筆,讓學生將想法、做法與數值,透過記錄的形式書寫出來。

利用任務卡為每一個任務進行分類(模式識別),個別執行(分層思維)與任務整合(演算法),有序培養學生的運算思維。

飛行任務卡的每一種動作任務卡都僅有三張,學生在進行飛行任務,應盡量利用開放性(任務卡、邏輯卡、數字卡)的卡片進行邏輯統整。利用飛行任務卡進行飛行任務設計時,可以藉由運算思維的問題解決模式(如圖)設計任務的執行過程,什麼是運算思維的問題解決模式,即:
  1. 模式識別(Pattern Recognition):找出問題之間的相似之處。
    前面「進行四軸飛行任務卡的分類學習」的課程活動,即是最典型的【模式識別】課程內容,將卡片分類,找出卡片的相似之處,例如:相同顏色的卡片、相同運動模式的卡片。
  2. 分層思維;拆解(Decomposition):將複雜的問題拆解成容易理解與分類的部分。
    除此之外,還可以讓學生將整個飛行任務,拆解出幾個不同的小任務,透過紫色的任務卡代表每一個小任務,利用不同的策略(運動模式)完成每一個小任務,即是分層思維或稱之為拆解(Decomposition)。
  3. 抽象(Abstraction):將重要的部分列出,忽略不要重的部分。
    「抽象化」其實就是問題簡化的過程,抽象化是高層次的邏輯思維與問題解決方法。舉例來說,許多圖像化的程式編輯工具,例如:Scratch、Blockly …,都是利用積木的模式將各種繁瑣、不同執行功能的程式,簡化成一個一個不同類型的積木,方便我們編輯程式與應用。

    利用紫色任務卡通常用來作為飛行任務抽象化的應用;

    例如,讓四軸飛行器從第一個起降點起飛出發,經過第二、三起降點與穿越門,最後在第四起降點降落。這個飛行任務過程需要許多不同運動模式的飛行任務卡重複排列才能完成模擬任務,很明顯卡片一定不足排列。

    因此,解決這個飛行任務,可以將整個任務切割成三個小任務,分別用三張紫色任務卡替代,並分別解決個別任務的飛行任務順序,最後在整合飛行任務,就是「抽象化」的飛行任務模式。

    補充知識:運算思維的核心 — 抽象化
  4. 演算(Algorithms ):為每個問題找尋解決的步驟。
    演算法其實就是問題的解決步驟,在程式編輯中,就是利用程序完成執行任務。演算法就是建立對問題解決的抽象化模型,透過不同的模式分辨,以求條理解決問題。

    一般會利用流程圖表示演算法、工作流程,流程圖是一種框圖表示,它以不同類型的框代表不同種類的步驟,每兩個步驟之間則以箭頭連接。這種表示方法便於說明解決已知問題的方法。流程圖在分析、設計、記錄及操控許多領域的流程或程式都有廣泛應用(維基百科)。

    利用飛行任務卡完成飛行任務程序,就如同透過流程圖完成工作流程一樣。課程中透過任務卡的流程編排,可以讓學生思考完成飛行任務過程所需要的步驟,這就是演算(Algorithms )。

    在實作中,學會運算思維是培養高階思考的能力,也是掌握科技的能力,是面對生活,解決問題的重要素養。

利用任務卡讓學生模擬任務完成的程式,進行有目的性的討論,深化學生的思維,有效提升學習效率。

利用任務卡可以讓教室的學習效率更高,彌補飛行器操作時間短暫的不足,連結並深化教師與學生之間的討論。


更多課程內容:http://gg.gg/cyzik

2019年1月13日 星期日

利用四軸飛行任務卡進行具運算思維的四軸飛行課程

在課程前先理解何謂運算思維?

計算思維=運算思維;Computational Thinking by JULES

為什麼是四軸飛行器?


利用四軸小飛機來培養小朋友的空間邏輯、手眼協調、小肌肉動作與發展。

同時透過飛行任務,設計飛行任務卡,培養小孩的邏輯思考能力,程序思維與空間推理是運算思維中演算法的先備經驗,在幼儿園與小學低年級階段,是孩子建構的黃金期。孩子透過遊戲化學習模式,在遊戲過程中建構經驗,在愉快的學習氛圍提升學習效益。



程式語言是未來的第三語言,而程式語言只是工具,思維的建構才是學習的關鍵。




#設計概念

透過設計飛行任務,編輯完成任務的飛行程序。

教學時,教師可以利用任務卡先行講解飛行任務的順序,更具象協助學生的思考認知,讓學生在實際飛行操控過程,也有參考依據。

後續課程,只提供孩子飛行任務,讓孩子原先透過飛行任務卡,模擬飛行程序處理,經過小組反覆討論與交流,再進行實際飛行,完成任務。孩子在這個階段的學習,可以藉由合作學習,培養合作精神,尊重不同意見的想法,相互交流,發現並學習自我之不足。

在設計飛行程序的過程,也是運算思維中演算法的學習,培養具邏輯的程序解決辦法。

另外,感謝 洪雅慧老師分享,可以透過飛行任務卡,讓學生在學習四軸程式編輯的過程,先利用任務卡進行學習練習與記錄。飛行任務卡可以作為四軸程式設計教學的輔助教具,搭配類似Tello Edu這類四軸編程軟體,進行虛實學習整合。

#運算思維
#空間邏輯
#邏輯思維

2019年1月8日 星期二

bpi:bit 原廠韌體燒錄


近來,microbit全世界火紅,除了英國、新加坡與香港,在台灣的教育界,同樣廣受歡迎。不過,今天要與大家介紹一款台灣自製研發的開發板bpi:bit(Webduino Bit),詳細介紹在官網教學網頁亦有介紹,課程介紹如下:
  1. 教學官網
  2. 詳細規格
  3. 教學文件

因為第一次使用,結果沒5分鐘,被我玩壞了...(崩潰)。不是東西差,是我太弱了

結果,我的bpi:bit完全沒有反應,完全不知發生甚麼事???只有背面一個紅燈閃啊閃的(如下圖)



好吧!趕快找文件...

皇天不負苦心人,在原廠Github上找到文件了!
為了讓大家更清晰一點,整理文件如下:


2018年8月3日 星期五

小玩 Scratch 3.0 之 micro:bit 篇

Scratch 3.0 Beta 終於在美東時間 8月1日正式上市(Try the Scratch 3.0 Beta today!),網路上也有許多大師紛紛介紹,提供我們學習。讓我們來看看吧!

  1. Scratch 3.0的3大重點(Cavedu)
  2. Scratch 3.0 beta 版正式開跑!(邱信仁老師)
  3. Scratch 3.0 版本比較(易心科技)
  4. 當 SCRATCH 3.0 遇上 MICRO:BIT


Scratch 的好玩與好處,我就不多介紹了!接下來,跟大家分享一下用 Scratch 3.0 Beta 玩 micro:bit 原版玩法。

連結 Scratch 3.0


  • 進入編輯介面


連接 micro:bit
連結 micro:bit 必須先下載並安裝 Scratch Link。


  • 安裝Scratch Link


  • 連接 micro:bit (連接micro:bit,需先下載 Scratch-microbit.hex 檔;並將 HEX 檔存放入 micro:bit )


新增 micro:bit 的【擴展】積木

  •  點選添加擴展
  •  新增 micro:bit 積木
  • 連接 micro:bit 成功 (會顯示micro:bit 裝置名稱)
  •  新增 micro:bit 積木成功

顯示橘色驚嘆號,表示未連接裝置。點選橘色驚嘆號可以進行重新連接!

顯示綠色打勾符號,表示已連接 micro:bit


Scratch 3.0 Beta 的 micro:bit 積木
  • 積木功能介紹



2018年7月21日 星期六

「SumoCar 相噗車」的發展回顧

 

看了網站上有相撲車,我也興起了自製相撲車的想法,幾經好友們的協助,在軟硬體的結合下,終於有了我第一代的SumoCar出現。後來,在宇宙機器人Transformer與李俊青老師的開發與加持下,出現了我第二代的「YWROBOT SENSOR MODULE ROBOT」。


事實上,當時的想法很簡單,3D列印方興未艾,我想讓孩子可以利用3D列印、剪紙勞作、LEGO積木等,設計自己的車子外型。利用課程模組化概念,學習中可以學習設計的經驗、3D建模的技巧、機械結構的概念。



接著,透過機電整合接觸電學與電路的基礎,從知識結合技能,更高階的才是運算思維與程式設計的部份。這些,都可以在一台小小的車子上實踐!形成課程模組。
(可以參考台北市日新國小BEST課程)

也許,玩車子現在已經變成一種形式上的表面效度,但我覺得更重要是孩子快樂嗎?課程的設計與整合,學生學到什麼,或體驗到那些經驗?



很高興捷達的翁如玉總經理從當時就一直支持我這個理念,這兩三年來,經過大家都貢獻與智慧,新的車台有了,透過樂高積木平台的應用,能夠應用的範疇更廣泛。



為了能在課程中更加容易的操作與使用,課程也需要有硬體的核心,所以Jector 9453出現了!它的設計是一個整合Arduino NANO與L293D馬達驅動晶片。雖然市面上此類產品很多,多數是NUO,而轉為 Nano 的話,其實芯片核心並沒有變化,但是封裝從 DIP28 改為 TQFP32,軟件方面都不需要變動,程序也通用。硬體上則多了4個引腳。



Jector 9453解決了設備硬體核心的需求,設計的A01、A02、B01、B02可以利用指撥開關與D4、D5、D6、D7進行訊號通斷的控制。

車台有了、微控制板也有了,東西雖不花俏,沒有跟上議題的熱潮!


但這就是教育,我覺得永續才是真正的價值,可擴展性才能被廣泛應用。9453控制板與Sumo基板未來不只是車子,更可以是教育機電應用的好工具或教具。


案例概念

Jector 9453 NANO Bootloader過程全紀錄

2015年2月,曾經因為興趣,寫了一篇《自造你的ARDUINO UNO板》教程,希望透過Step by Step的方式,紀錄並分享我自己的製作經驗,和大家一起學習與研究。製作過程是利用ATMEGA328P-PU PDIP-28 微控制器、麵包板和相關的電子零配件,自造一片自己的Arduino UNO板子。

因緣際會,剛好台灣的捷達科技也開發了一片Jector 9453控制板,不過Jector 9453控制板的設定是Arduino NANO+L293D相容板,所以如需進行Bootloader時,部份過程需要調整,本文主要內容就是介紹Jector 9453控制板,並說明如何進行Bootloader燒錄。

接線:
  1. Jector 9453控制板燒錄Bootloader(Optiboot)需要一片arduino nano來完成燒錄,燒錄過程LED13一直閃爍,如果不閃爍即表示無回應。

  2.  
  3. 利用雙頭母杜邦線,接好線路。上方是支援燒錄的Arduino NANO,下方則是改接Jector 9453 ICSP的位置。

設定「偏好設定」
(這個步驟是為部份版本的Arduino IDE設定,一般可以忽略。)

  1. 打開偏好設定

  2. 加入網址:https://github.com/Optiboot/optiboot/releases/download/v6.2/package_optiboot_optiboot-additional_index.json

  3. 接著選 工具→板子→板子管理員,在最後應該就可以看到Optiboot 6.2的項目,選安裝。

載入ArduinoISP燒錄範本

將ArduinoISP程式上傳到Arduino版子,ISP程式可在IDE介面 檔案 > 範例 >ArduinoISP目錄內的ArduinoISP.ino 檔案,開啟後,上傳到Arduino Nano上。
**這個步驟就是讓Arduino Nano成為ISP燒錄器**



進行燒錄


依照順序選擇
  1. 工具
  2. 開發板:Arduino Nano
  3. 處理器:ATmega328P
  4. 序列埠(選擇你的Arduino Nano連接埠)
  5. 燒錄器:Arduino as ISP
  6. 按下燒錄Bootloader
  7. 接著,你會看見Arduino Nano板子上的TX、RX燈號不斷閃爍,不到一分鐘即可燒錄完成。




Jector 9453控制板的參數:
  1. 主控晶片:ATmage328P-AU(默認Arduino NANO bootloader)
  2. USB串口晶片:CH340
  3. USB介面:MicroUSB
  4. 電機驅動晶片:L293D
  5. 電源要求:+6-12V
  6. 數位I / O:12組(D2 \ D3 \ D4 \ D5 \ D6 \ D7 \ D8 \ D9 \ D10 \ D11 \ D12 \ D13)
  7. PWM腳位:6組(D3\ D5\ D6\ D9\ D10\ D11)
  8. 類比腳位:8組(A0\ A1\ A2\ A3\ A4\ A5\ A6\ A7)
  9. I / O輸出:40 mA
  10. Flash:32 KB(ATmega328P)4 KB用於bootloader
  11. SRAM:2.5 KB(ATmega328P)
  12. EEPROM:1 KB(ATmega328P)
  13. 時脈速度:16 MHz
  14. 工作電流:50MA(不含電機驅動器電流)
  15. 接腳(Pin)形式:3Pin GVS(杜邦)標準介面
    (G-地V-5V S-訊號黃色對應數位;藍色對應類比)
  16. 指撥開關:控制晶片D4 / D5/ D6 / D7訊號與電機驅動器通斷
  17. 電機控制管脚:
    D4(方向)/ D5(速度)控制電機AO1/ AO2
    D7(方向)/ D6(速度)控制電機BO1/ BO2
  18. 電機驅動:≤1000MA

驅動程式下載連結


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