Lab:Physical computing leerlijn/Opbouw

Overzicht

De leerlijn Physical computing bestaat uit 3 fases:

• 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

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?