КЕЙС «Iot проект автоматизированной системы питания птиц»

МУНИЦИПАЛЬНОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ДОПОЛНИТЕЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«ДЕТСКИЙ ТЕХНОПАРК «кВАНТОРИУМ»

Кейс «Интернет вещей и орнитология:
«Iot проект автоматизированной системы питания птиц»

12 ч. (кол-во часов по кейсу)

Автор:

Клепова Наталья Викторовна,

Педагог дополнительного образования

МБОУ ДО Кванториум

Комсомольск-на-Амуре,

 2018

Оглавление

1. Описание кейса....................................................................................... 3

2. Цели и задачи кейса................................................................................ 3

3. Межпредметные связи............................................................................ 3

4. Предполагаемые результаты обучающихся......................................... 4

5. Оборудование.......................................................................................... 4

6. Ход работы............................................................................................... 5

7. Ориентировочный состав команды....................................................... 5

8. Дорожная карта кейса............................................................................. 5

9. Список использованных источников.................................................... 8

В век бескрайних технологических возможностей активно внедряются во многие сферы жизни IT технологии. Одной из таких сфер является и современное образование. Применение высоких технологий в образовательном процессе способствует появлению новых форм обучения, исследовательских методик, развитию новых компетенций у обучающихся и преподавателей. Основные направления внедрения сегодня - Системная инженерия и интернет вещей.  С помощью  специально  разрабатываемых устройств (контроллеров) и программного обеспечения реализуются задачи программного  управления различными  исполнительными устройствами, происходит оптимизация параметров работы сетей на производствах, реализуются самые необычные задачи  «умного дома» практически в любом жилом  доме. 

Описание кейса

  Птицы - пернатые друзья человека. Известно, что все перелётные птицы, возвращаясь с зимовки в родные края, первым делом строят жилища, а затем выводят потомство. Традиционный вид скворечника подходит не для всех перелетных и зимующих птиц, поэтому существуют различные модификации данной постройки,   отличающиеся   некоторыми   нюансами и размерами. Возможно ли организовать автоматическое кормление птиц без необходимости присутствия человека?

У нас есть  возможность  очень  многое реализовать уже сегодня, изучив, разработав и применив  современные средства автоматики, робототехники, интернета вещей. 

Цели и задачи кейса

Цель: Изучить различные типы гнездовий Перелётных птиц Хабаровского края, создать техно-скворечник, который сможет привлечь птиц к поселению в нём.

Задачи:

·  установить на персональный компьютер необходимый программный продукт;

·  изучить тему предмета, выявить необходимые элементы для проектирования;

·  исследовать особенности проектируемого предмета, рассмотреть аналоги;

·  на основе собранных материалов сформировать проектное задание, определить этапы, назначить проектные группы.

Межпредметные связи

Технология

·          Исследование работы датчика освещенности и сервопривода.

·          Исследование зависимости подачи корма от угла поворота дозатора.

·          Синхронизация работы устройства по подаче корма когда он заканчивается  в скворечнике

·          Разработка и создание конструкции автоматического дозатора корма для птиц.

Естественные науки

· Питание птиц.

· Типы гнездований.

· Закон Ома.

· Освещенность.

· Преобразование величин.

Математика

 · Системы координат.

 · Объем геометрической фигуры.

· Отношения величин.

· Измерительные шкалы.

Информатика и программирование

· Разработка программ для микроконтроллеров.

Предполагаемые результаты обучающихся.

Soft Skills:

— умение находить, анализировать и использовать информацию, формулирование  проблемы, выдвижение гипотезы, постановка вопросов ( инициативное сотрудничество в поиске и сборе информации), самостоятельное создание способов решения проблем творческого и поискового характера.

Hard Skills:

— умение создавать бета-модель с использованием 3D моделирования ля воссоздания мини-копий на 3D-принтере (или на станке с ЧПУ)

- умение программировать микроконтроллерные платформы. Получение и обработка показаний цифровых и аналоговых датчиков

Оборудование:

·работа  над  кейсом  должна  производиться  в  хорошо  освещенном,  просторном, проветриваемом помещении;

·компьютер (ноутбук) с монитором, клавиатурой и мышкой, на который установлено следующие  программное  обеспечение:  операционная  система  Windows  (версия  не ниже  7),  пакет  офисных программ MS Office, программы для 3D моделирования, среда разработки Espruino IDE;

·компьютеры (ноутбуки) должны быть подключены к сети с доступом в Интернет;

·презентационное оборудование (проектор с экраном/телевизор с большим экраном) с возможностью подключения к компьютеру (ноутбуку) – 1 комплект;

·флипчарт с комплектом листов/маркерная доска, соответствующий набор письменных принадлежностей – 1 шт.;

·3D принтер и лазерный станок

Ход работы

Этап 1 – теоретическая и презентационная проработка вопроса.

1.            Провести  наблюдение за гнездованием птиц, сформировав основные виды возможных  «удобных для гнездования и питания» решений.  Продумать различные варианты решений этих  задач.

2.            Определить круг задач моделирования. Разбить процесс моделирования на этапы, обеспечить получение промежуточных результатов.

3.            Назначить руководителей проектных направлений. Составить подробный описательный документ  - Технической проект реализуемого командой   решения .

4.            Подготовить презентацию на основе полученных результатов

Этап 2 – опытно-конструкторская проработка. 

1.            Реализовать  все проектные решения и выполнить опытно-конструкторские работы по выбранным для реализации инженерным решениям. Провести  апробацию полученных решений и собрать отзывы от пользователей ( потенциальных  потребителей ) в форме заполнения анкеты.

2.            Отработать взаимодействие с научными  разработчиками систем и алгоритмов  беспроводных ( в т.ч. сенсорных) сетей с целью  формирования сравнительного анализа  использования проводных  и беспроводных  соединений.

Этап 3 – презентация, рефлексия.

1.            В конце проекта ожидается презентация в любом удобном формате (PowerPoint,  и т.п.), в которой будут отражены результаты исследования, анкетирования и классификации. Создание реального прототипа экспоната.

2.            Отчет о ходе работы над кейсом, в котором будут детально описаны все проделанные командой действия (формат .doc);

Ориентировочный состав команды

«Аналитик»  - сбор информации, описание модели, опросы

«Специалист по  компьютерной графике» - обработка данных, проектирование и формирование  инженерного  решения,  презентационная часть

«Разработчик» -  написание программных  кодов, тестирование;

«Менеджер проекта» - распределение обязанностей и ролей в проекте.

Дорожная карта кейса:

Тема	Кол-во часов/занятий	Краткое содержание	Компетенции	Действия обучающихся
Постановка проблемной ситуации и поиск путей решения	4/2	Представление проблемной ситуации в виде физикоинженерного ограничения (отклик на существующую потребность). Анализ проблемной ситуации, генерация и обсуждение методов ее решения и возможности достижения идеального конечного результата.	Способность постановки цели и формулирования гипотезы исследования, планирования работы, отбора и интерпретации необходимой информации, структурирования аргументации результатов исследования на основе собранных данных, презентации результатов Готовность и способность к самостоятельной информационно-познавательной деятельности, включая умение ориентироваться в различных источниках информации, критически оценивать и интерпретировать информацию, получаемую из различных источников	Изучить и выбрать необходимые программы. Составить список необходимого оборудования для реализации поставленной задачи
Мастерская 3D моделирования	6/3	Определить круг задач моделирования. Разбить процесс моделирования на этапы, обеспечить получение промежуточных результатов. Назначить руководителей проектных направлений. Определить исследуемое направление в проектировании , обеспечить сбор информации, тему предмета, его техническую характеристику	Навыки сотрудничества со сверстниками,  взрослыми в образовательной, общественно полезной, учебно-исследовательской, проектной и других видах деятельности Умение самостоятельно определять цели деятельности и составлять планы деятельности;	Исследование • (Провели опрос среди учеников нашей школы и проанализировали результаты опросов   • Изучили необходимые программы для создания и редактирования 3D моделей, установили их на персональные компьютеры • Разбили процесс моделирования на этапы: 1. Создание модели (123d catch) 2. Редактирование модели (mudbox/meshmixer) 3. Подготовка к печати (meshmixer) Провести опрос и наблюдение и проанализировать результаты. Разбить процесс моделирования на этапы: 1.                 Создание модели (программа по выбору обучающихся) 2.    Редактирование модели (программа по выбору обучающихся) 3.    Подготовка к печати (программа по выбору обучающихся)
Сборка интеллектуального скворечника	4/2	Знакомство с имеющимися деталями дозатора и корпуса, аппаратной платформой и электронными компонентами. Определение последовательности и схемы подключения компонентов. Сборка корпуса дозатора, подключение и монтаж всех компонентов.	Самостоятельно осуществлять, контролировать и корректировать деятельность; Использовать все возможные ресурсы для достижения поставленных целей и реализации планов деятельности; Выбирать успешные стратегии в различных ситуациях	Корректировка положения деталей дозатора для исключения препятствий во вращении его подвижной части. Исследование влияния количества света на работу датчика освещенности.
Написание программы для управления интеллектуальным	6/3	Знакомство с языком JavaScript (основы). Изучение среды разработки Iskra IDE. Написание и отладка программного кода.	Составление алгоритма программы и его формализация в виде блок схемы. Написание кода программы согласно алгоритму. Программирование микроконтроллерных платформ на языке JavaScript. Получение и обработка показаний цифровых и аналоговых датчиков	Исследование зависимости количества дозируемого корма от угла поворота дозатора. Синхронизация работы устройства от количества корма в кормушке. Тестирование и доработка аппаратной и программной части.
Презентация "О проекте от А до Я"	4/2	Презентация в любом удобном формате (PowerPoint,  и т.п.), в которой будут отражены результаты исследования, анкетирования и классификации. Создание реального прототипа экспоната.	Владение языковыми средствами – умение ясно, логично и точно излагать свою точку зрения, использовать адекватные языковые средства Способность постановки цели и формулирования гипотезы исследования, планирования работы, отбора и интерпретации необходимой информации, структурирования аргументации результатов исследования на основе собранных данных, презентации результатов.	Оформление презентации (в том числе добавление иллюстраций) согласно подготовленной речи. Репетиция выступления

Список использованных источников

1.     Большаков В.П. КОМПАС-3D для студентов и школьников. Черчение, информатика, геометрия. – СПб.: БХВ-Петербург,2010.

2.     Большаков В.П. Создание трехмерных моделей и конструкторской документации в системе КОМПАС-3D. Практикум. – СПб.: БХВ-Петербург,2010.

3.     Ганин Н.Б. Автоматизированное проектирование в системе КОМПАС-3D V12– ДМК Пресс, 2010

4.     Теоретический материал по работе с датчиками компании «Амперка». – Режим доступа: http://wiki.amperka.ru/

5.     Уханева В.А. Черчение и моделирование на компьютере. КОМПАС-3D LT –Спб, 2014

6.     Хофман Михаэль. Микроконтроллеры для начинающих, СПб.: БХВ-Петербург, 2014. – 304с.

Краткое описание документа:

В век бескрайних технологических возможностей активно внедряются во многие сферы жизни IT технологии. Одной из таких сфер является и современное образование. Применение высоких технологий в образовательном процессе способствует появлению новых форм обучения, исследовательских методик, развитию новых компетенций у обучающихся и преподавателей. Основные направления внедрения сегодня - Системная инженерия и интернет вещей. С помощью специально разрабатываемых устройств (контроллеров) и программного обеспечения реализуются задачи программногоуправления различными исполнительными устройствами, происходит оптимизация параметров работы сетей на производствах, реализуются самые необычные задачи«умного дома» практически в любом жилом доме.