Monialaisen ohjelmoinnin kokonaisuus
Kannuksen kaupunki
Juhani Vuorisen koulu
Juhani Vuorisen koulu valittiin HundrEDiin mukaan yhdeksi sadasta hankkeesta, jonka puitteissa toteutettiin opetusinnovaatio monialaisen ohjelmoinnin kokonaisuus-teemalla.
Hankkeemme, monialaisen ohjelmoinnin kokonaisuus, tarkoittaa sitä, että ensin ideoidaan, suunnitellaan ja valmistetaan esine. Sen jälkeen mietitään esineeseen halutut toiminnot ja tehdään koekytkennät elektroniikan komponenteilla. Lopuksi kirjoitetaan koodi Arduino IDE:ssä, tallennetaan se Arduino-piirilevylle ja asennetaan kytkennät esineeseen.
Hankkeen alussa, monialaisen ohjelmoinnin kokonaisuutta mietittäessä, teimme kouluvierailun Ylivieskaan Jokirannan koululle, jossa lähinnä teknisen työn aineenopettajien ja matemaattisten aineiden/tietotekniikan opettajan johdolla oli jo aiemmin toteutettu toiminnallista ohjelmointia. Saimme heiltä hyviä vinkkejä ja uutta intoa lähteä toteuttamaan omaa projektiamme omalla tavallamme. Suuret kiitokset heille yhteistyöstä!
Ostimme Arduino perusteista hallintaan -kirjoja ja Arduino projects book -kirjoja sekä Beginning Arduino -kirjan. Kirjoissa on hyvin havainnolliset ohjeet ohjelmoinnin aloittamiseen ja harjoitustöiden tekemiseen. HundrED-hankkeemme suunnittelu jatkui siten, että hankimme edellä mainittujen kirjojen lisäksi Arduino- aloituspaketteja ja erilaisia elektroniikan komponentteja.
Aluksi teknisen työn opettaja ja tietotekniikan opettaja tutustuivat kirjojen ja harjoitustehtävien avulla Arduino-piirilevyyn, jolla rakentelu tapahtuu sekä ohjelmointiympäristöön, jota hallitaan tietokoneella.
Suosittelemme kuitenkin käymään myös arduino-koulutuksissa tai pyytämään koulullenne arduino-kouluttajia, koska siten pääsee helpommin tutustumaan arduinon ihmeelliseen maailmaan.
Sen jälkeen oppilaat lähtivät yritysten ja erehdysten kautta kokeilemaan ja kehittelemään erilaisia toimintoja Arduino-alustalle ja koekytkentälevylle teknisen työn ja tietotekniikan tunneilla. Tehtäviä kannattaa tehdä pienryhmissä, koska oppilaat ovat hyviä tsemppaamaan toisiaan. Harjoittelun ja kokeilujen aikana oppilaista erottuu niitä, joilta onnistuu koodien kirjoittaminen ja niitä, jotka mieluummin “värkkäilevät” kytkentöjen parissa. Ohjelmoinnin opettelu ja koodien kirjoittaminen painottui enimmäkseen tietotekniikan opettajan tunneille.
Kokeilujen kautta saatiin aikaan toiminnallisuutta elektroniikan laitteisiin valon, äänen ja liikkeen muodossa.
Oppilaiden kanssa projekti lähti liikkeelle siitä, että tutustuttiin ensin elektroniikan eri komponentteihin, erityisesti resistoreihin ja ledeihin. Harjoiteltiin ja opeteltiin resistanssin, virran ja jännitteen laskemista ja mittaamista. Yhteistyö laskuharjoituksissa myös matemaattisten aineiden kanssa on hyödyksi.
Projektin oppiainerajat ylittävä yhteistyö suuntautui teknisen työn ja tietotekniikan lisäksi vahvasti kuvataiteeseen. Kuvataiteen kurssilla oppilaat ideoivat, suunnittelivat, valmistivat ja viimeistelivät kalahahmoja, joihin suunniteltiin toiminnallisuutta. Oppilaat suunnittelivat kalahahmojen silmiin ja kylkiin valoja, joista osa toimii suoraan ledikytkentöinä ja osaan asennetaan sisälle arduinopiirilevy ja siihen tallennetaan haluttu toiminto/koodi. Koekytkentöjä varten valmistettiin “prototyyppi”, johon tehtiin erilaisia kokeiluja.
Photo Jouko Karjalainen
Yhteen kalahahmoon haluttiin hitaat sateenkaariledit, jotka vaihtavat väriä. Ensin tehdään koekytkentä, sitten varsinainen kytkentä ja lopuksi asentaminen. Ledejä voidaan kytkeä useita sarjaan ja rinnakkain, kun huomioi sen, että peräkkäisten ledien kynnysjännitteiden summa ei ylitä käyttöjännitettä.
Photo Jouko Karjalainen
Toiseen kalahahmoon tuli viisi keltaista lediä, jotka ovat koko ajan päällä. Kytkentöihin kannattaa lisätä myös painonappi, jotta ledit voidaan kytkeä tarvittaessa pois päältä.
Seuraaviin kalahahmoihin haluttiin superkirkkaat ledit silmiin ja eri värisiä ledejä kylkiin hieman eri toiminnoilla. Kytkennät suunniteltiin ensin koekytkentälevylle ja arduinolle. Sen jälkeen kytkentöjen hahmottamista helpottamaan piirrettiin paperille pohjakuva. Toimintoihin tarvittavien koodien kirjoittamiseen saimme suurta apua Markus Överstiltä.
Code written by Markus Översti
Photo Jouko Karjalainen
Tämän kalahahmon arduinopiirilevylle tallennettiin koodi, jossa silmat syttyvät valovastuksella ja himmenevät viiveellä. Samaan aikaan kylkiledit vilkkuvat edestakaisin. Koodi vieressä.
Tällä kalahahmolla silmäledit ja kylkiledit syttyvät valovastuksella ja himmenevät viiveellä. Koodi alapuolella.
Tällä kalahahmolla silmäledit syttyvät valovastuksella ja kylkiledit vilkkuvat saman ajan. Koodi alapuolella.
Code written by Markus Översti
Code written by Markus Översti
Tälle kalahahmolle haluttiin toiminto, jossa ledit vilkkuvat otsalla peräkkäin edestakaisin. Koodi oikealla. Kalahahmojen pohjaan täytyy tehdä luukku, josta asennukset pystytään tekemään. Arduinopiirilevy ja paristo on syytä myös kiinnittää runkoon oikosulkujen välttämiseksi.
Code written by Sari Niittylampi
Photo Jouko Karjalainen
Ledikytkentöjen ja kalahahmojen lisäksi kolmas lähestymistapa HundrED-hankkeen tiimoilta tuli oppilaiden innostuksen kautta. Koululle oli aiemmin hankittu 3D-tulostin, jonka käyttöä oppilaat harjoittelivat. Siitä tuli idea pienoisliikennepuistosta,
johon oppilaat suunnittelivat tietokoneelle asennettavalla Sketchup-suunnitteluohjelmalla erilaisia rakennuksia, rakennelmia ja osia alustalle. 3D-suunnitteluohjelmalla piirretyt kappaleet tulostettiin sitten 3D-tulostimella.
Oppilaat suunnittelivat mm. Liikennevalotolpan, jonka ledit on ohjelmoitu arduino-piirilevyn kautta toimimaan kuten oikeat liikennevalot. Puomin, joka nousee kotelon sisälle naamioidun servomoottorin voimalla. Tuulimylly, jonka siipi pyörii pienoissähkömoottorilla. Majakka, jossa vilkkutoiminto. Taloja, joissa valot syttyvät. Koodin sisältävät arduinopiirilevyt naamioidaan rakennusten sisälle tai alustan alapuolella olevaan välipohjaan.
Kaikkea muutakin voidaan ideoida ja oppilaiden mielikuvituksella ei tunnetusti ole rajoja. Ja jos koulullanne ei ole 3D-tulostinta käytössä, voidaan osat tehdä käsin muustakin materiaalista.
Tässä muutamia esimerkkejä toiminnalliseen ohjelmointiin pienoisliikennepuiston toteutuksista:
Liikennevalot
Koekytkennät
Koodi
Majakka
Koekytkennät
Koodi
Puomi
Koekytkennät
Koodi
HundrED-hanke toiminnallisen ohjelmoinnin kokonaisuus-teemalla on ollut todella mielenkiintoinen. Yksittäiset oppilaat ja oppilasryhmät ovat innostuneet erilaisista lähestymis- ja toteuttamistavoista hankkeen eri vaiheissa. Lopputuloksena olemme oppineet paljon ja saaneet uudenlaisia eväitä mennä eteenpäin. Mutta paljon jäi kesken ja toteutettavaksi tulevaisuudessa.
Vaikka toimintamalli vaatii alkuun sekä oppilailta että opettajilta monien uusien asioiden omaksumista, niin se on toteutettavissa laajuutta säätelemällä millä luokka-asteella ja koululla tahansa. Esineiden ja koodaamisen yhdistäminen oppiainerajat ylittävänä toimintana on hieno mahdollisuus.
Yhteistyökumppanit:
HundrED-tiimi
Kannuksen kaupunki
Jokirannan koulu, Ylivieska
Lähteet:
Arduino - perusteista hallintaan; Massimo Banzi
Arduino projects book; Scott Fitzgerald and Michael Shiloh
Beginning Arduino; Michael McRoberts
Hankinnat:
Robomaa
Elfa Distrelec
Konstipakki
Kouluelektroniikka
Nimetyt kuvat: Jouko Karjalainen
Nimeämättömät kuvat ottanut kännykkäkameralla Veli-Matti Kukkola
HundrED-hankkeen toteuttamisessa hakuprosessista aina hankkeen loppuun saakka ovat olleet mukana Juhani Vuorisen koulusta Veli-Matti Kukkola, Sari Niittylampi, Antti Tuominen, Jouko Karjalainen ja Kaisa Heikkinen.