Lab:Physical computing leerlijn/Opbouw

Overzicht

Niveaus

De leerlijn Physical computing bestaat uit 3 niveaus (levels):

• kennismaking, waarin leerlingen de mogelijkheden van Physical computing verkennen
• brede basis, voor het verwerven van basiskennis en vaardigheden voor Physical computing toepassingen
• verdieping, voor meer gespecialiseerde kennis en vaardigheden

Daarnaast bestaat de leerlijn uit een aantal thema's die in verschillende niveaus aan bod kunnen komen. Voor de eerste niveaus zijn enkele thema's verplicht, voor de verdieping is er een grote keuze aan thema's.

Thema's

De thema's zijn:

• programmeren (gericht op Physical computing)
• sensoren en actuatoren
• interfaces (aansluitingen): analoog, digitaal, PWM, i2c, SPI, serieel
• meten en sturen: signalen, events, tijd, (processen)
• "power" actuatoren
• robotica
• elektriciteit en elektronica
• communicatie: radio; host-communicatie; internet of things
• ...

De beschrijving van de leerdoelen en van het lesmateriaal is voornamelijk te vinden bij de thema-pagina's. Deze zijn ingedeeld naar niveau.

We gebruiken deze aanpak om het voor leerlingen gemakkelijk te maken een stap verder te kijken bij het werken aan een thema.

Kennismaking

• oriëntatie en kennismaking met basisbegrippen van physical computing en programmeren
• "engagement" en succes-ervaringen belangrijker dan kennis en vaardigheden
• aansluiting bij persoonlijke interesses - via nabouw-projecten
• hardware: microbit met ingebouwde sensoren en eventueel Grove onderdelen; eventueel geprepareerde opstellingen
• programmeren: Makecode (blokjes) programmeren (bijv. micro-bit.nl leskaarten)
• eventueel: naast ingebouwde sensoren en actuatoren, gebruik van Grove componenten.

Leerdoelen

• kunnen benoemen van de hardware-onderdelen van een physical computing systeem
  • bijvoorbeeld aan de hand van een micro:bit-hardware, en in een schema
• kennis van enkele (ingebouwde) sensoren en actuatoren;
• en van de besturing daarvan vanuit software (blokjes);
• identificeren van physical computing-voorbeelden in de eigen omgeving
• voorbeelden van het gebruik voor: natuurkunde-experimenten; creatieve opstellingen; games; e.d.
• enig begrip van het "waarom" van physical computing;
  • bijvoorbeeld: waarom heb je een controller nodig? welke extra mogelijkheden geeft dit?
  • wat maakt een apparaat of oplossing "slim"?

Software

• Makecode (blokjesprogrammeren)

Hardware

• microbit met ingebouwde sensoren en actuatoren
• Grove shield met extra Grove sensoren
• geprepareerde opstellingen (bijvoorbeeld: kruispunt)

Lesmateriaal

• bijv. micro-bit.nl leskaarten (DevLab/Fontys)

Basis

De basisprincipes van Physical computing komen hier aan de orde: begrippen die je in vrijwel elk project nodig hebt.

Persoonlijke interesses kunnen in de projecten vorm krijgen.

Programmeren in Makecode/blokjes en in Python.H Hardware: in eerste instantie nog via Grove, maar ook kennismaking met breadboard.

Elektriciteit; spanning, stroom, weerstand, vermogen, energie

• waarvoor heb je deze kennis nodig? onder andere om databladen (datasheets) van sensoren en actuatoren e.d. te kunnen lezen; om te weten hoe je deze moet aansluiten; en of bepaalde onderdelen wel te combineren zijn?

Signalen en events

• waarvoor heb je deze kennis nodig? deze begrippen komen in bijna elke toepassing voor.
• signaal: op elk moment waarde; analoog; digitaal, discretisatie;
• A/D omzetting; schalen (omrekenen) van input
• D/A omzetting (PWM?); schalen (omrekenen) van output
• periodieke signalen; periode, frequentie; duty cycle, PWM
• events: bijvoorbeeld indrukken van een knop; "beweging" - bewegingsdetector

Tijd; timers

• (gekoppeld aan events; PWM)

Besturing: eindige automaten

• waarvoor heb je deze kennis nodig? komen in veel toepassingen voor
• directe besturing: van input naar output (met eventueel scholing)
• toestandsafhankelijke besturing: eindige automaten
• splitsen in een eenvoudige inleiding en een verdieping.

Serie-protocollen

• gebruik van libraries - voor i2c en SPI; en voor specifieke sensoren; voor digitale LEDs
• master/slave; adressering

Verdieping

Naast de uitgewerkte bouwstenen, zijn er nog veel meer andere bouwstenen beschikbaar:

• sensoren, actuatoren
• libraries

Je leert hoe je daar mee om kunt gaan; hoe je de beschrijvingen leest (o.a. datasheets);

• elektronica
  • lezen van schema; omzetten in schakeling op breadboard
• motoren en relais
  • soorten motoren
• geluid en muziek
• licht
• communicatie
• radio-communicatie
• metingen, communicatie met host-computer
• processen?
• GPS
• robotica
• eindige automaten?