Innledning

Dette opplegget er et eksempel på hvordan elevene kan løse et hverdagsproblem ved hjelp av elektronikk og programmering. Vi bruker her eksempelet selvvannende plante, men opplegget kan gjøres som et generelt opplegg der inndata fra en kilde (her: fuktighetssensor) brukes til å programmere en handling (her: vannpumpen starter). Det kan også gjøres ved hjelp av andre mikrokontrollere, f.eks. Arduino og Raspberry Pi.

Læringsopplegget passer godt i valgfagene Programmering og Teknologi og praksis i ungdomsskolen, men kan også gjennomføres i naturfag og kunst- og håndverk.

Slik gjør du:

1. Definer problemet elevene skal løse

Begynn gjerne med å ha en idémyldring om problemet eller la elevgruppene definere sine egne problem Begrensningen kan være hva slags utstyr som er tilgjengelig.

I dette eksempelet er problemet definert: potteplanten i klasserommet visner fordi ingen husker å vanne den. Løsningen er å programmere micro:biten til å starte vanning når fuktigheten kommer under et visst nivå.

2. Skissefase

Elevene beskriver hvordan løsningen skal virke, inkludert logisk hvordan programmet skal virke. I dette eksempelet kan de tegne en modell for hvordan den elektroniske kretsen skal kobles med data inn fra sensor og kommando til vannpumpe.

Beskrivelsen av hvordan programmet skal virke kan være:

1) Hent inn data fra sensor. 2) Hvis dataverdi er mindre enn kritisk verdi, start vannpumpe. 3) Kjør vannpumpe til dataverdi større enn kritisk verd. 

3. Bygg prototype 

Elevene får utfolde seg med materialer og elektronikk for å komme opp med en mulig løsning på problemet.  Her må de tenke på hvordan produktet skal se ut og henge sammen.

I eksempelet vårt må følgende ting henge sammen:

1. Kobling fra en fuktighetssensor til en av kontaktene på micro:biten, for eksempel kontakt P0. Denne kontakten blir inndata-kontakt der vi får inn data om hvor fuktig det er i potteplantens jord.
2. Kobling fra en av kontaktene på micro:biten (for eksempel P1) til vannpumpen. Denne kontakten blir utdata (output) som starter vannpumpa når det trengs vanning.

4. Skriv programmet

Elevene kan gå til microbit.org og velge «JavaScript Blokkeditor» for å komme til et enkelt programmeringsgrensesnitt i nettleser.

Koden til en selvvannende plante kan for eksempel se slik ut:

Her leses verdien fra kontakt P0 (fuktighetssensor) som gir et tall mellom 0 og 1023. Tallverdien vises på skjermen hvert 10. sekund. Hvis verdien er mindre enn 400, så skrus vannpumpa (P1) på i 10 sekunder.

Åpne koden til den selvvannende planten i JavaScript blokkeditor.

5. Feilsøke og forbedre

Fungerer løsningen slik det var tenkt? Er det rom for forbedring i utforming og programkode?

6. Dokumentere og presentere løsningen

Elevene dokumenterer og presenterer løsningen. Dette kan inkludere det fysiske produktet, designskisser,  programkode og forklaring av hvordan koden virker. Elevene kan gjerne presentere ideer til videreutvikling og forbedring av produktet sitt.

Mål

Relevante kompetansemål fra programmering valgfag: 

Mål for opplæringen er at eleven skal kunne:

• omgjøre problemer til konkrete delproblemer, vurdere hvilke delproblemer som lar seg løse digitalt, og utforme løsninger for disse
• utvikle og feilsøke programmer som løser definerte problemer, inkludert realfaglige problemstillinger og kontrollering eller simulering av fysiske objekter

Utstyr

Hver elev eller elevgruppe trenger:

• En micro:bit og digital enhet å programmere på
• En sensor til å måle fuktighet (evt. lage sin egen)
• En vannpumpe (evt. lage sin egen)
• Ledninger og/eller krokodilleklemmer

Forberedelse

Det er en fordel om elevene har prøvd programmering av Micro:Bit tidligere, se for eksempel læringsopplegget «Kom i gang med micro:bit»

Tips

Opplegget egner seg godt elevsamarbeid i par dersom dere har nok micro:bits.

I programmeringsfaget kan elever som trenger større utfordringer programmere i et annet, gjerne tekstbasert, programmeringsspråk. De kan også bli bedt om å videreutvikle produktet til å ta hensyn til andre forhold (for eksempel lysforhold og temperatur). I tillegg kan de lage løsninger for varslinger dersom systemet svikter (tomt for vann i tanken etc).

Det er eksempler på nett der man lager sine egne sensorer og pumper. Dette er både billigere for skolen,  mer utfordrende for elevene og egner seg godt i tverrfaglige prosjekter med for eksempel naturfag.

Oppgaveforslag

Hvor åpen oppgaven kan gjøres, kommer an på hva slags utstyr som er tilgjengelig og hvilket nivå elevene er på. Et eksempel på en semi-åpen oppgave til elevene kan være:

• Definer et problem i hverdagen, som kan løses med programmerbar elektronikk.
• Basert på utstyret som er tilgjengelig skal dere designe, lage og programmere en løsning på det valgte problemet. Løsningen skal inneholde en mikrokontroller/micro:bit som får inn data fra en sensor og bruker denne dataen til å gjøre noe som løser problemet deres.
• Dere skal lage en prototype og kunne presentere løsningen og forklare programkoden for andre.

Vurdering

Et læringsmål for oppdraget kan for eksempel være:

• Eleven kan utvikle og feilsøke en programmerbar løsning for definerte problemer.