LEGO MINDSTORMS ການສຶກສາ EV3 + MicroPython: ການຂຽນໂປຣແກຣມການກໍ່ສ້າງຂອງເດັກນ້ອຍໃນພາສາຜູ້ໃຫຍ່

ສະບາຍດີ, Habr! ພວກເຮົາແລ້ວ ບອກ ກ່ຽວກັບເວທີ LEGO MINDSTORMS Education EV3. ຈຸດປະສົງຕົ້ນຕໍຂອງເວທີນີ້ແມ່ນການຮຽນຮູ້ໂດຍຜ່ານຕົວຢ່າງການປະຕິບັດ, ການພັດທະນາທັກສະ STEAM ແລະການພັດທະນາແນວຄວາມຄິດດ້ານວິສະວະກໍາ. ມັນສາມາດຖືກນໍາໃຊ້ສໍາລັບວຽກງານຫ້ອງທົດລອງເພື່ອສຶກສາກົນໄກແລະນະໂຍບາຍດ້ານ. ເບັ່ງນັ່ງຫ້ອງທົດລອງທີ່ເຮັດຈາກດິນຈີ່ LEGO ແລະເຄື່ອງໃຊ້ຕ່າງໆເພື່ອບັນທຶກ ແລະປະມວນຜົນຂໍ້ມູນ ເຮັດໃຫ້ການທົດລອງມີຄວາມໜ້າສົນໃຈ ແລະເບິ່ງເຫັນໄດ້ຫຼາຍຂຶ້ນ ແລະຊ່ວຍໃຫ້ເດັກນ້ອຍເຂົ້າໃຈຟີຊິກໄດ້ດີຂຶ້ນ. ຕົວຢ່າງ, ນັກຮຽນສາມາດເກັບກຳຂໍ້ມູນຈຸດລະລາຍ ແລະໃຊ້ແອັບເພື່ອຈັດລະບຽບ ແລະນຳສະເໜີມັນໃນກາຟ. ແຕ່ນີ້ແມ່ນພຽງແຕ່ການເລີ່ມຕົ້ນ: ມື້ນີ້ພວກເຮົາຈະບອກທ່ານກ່ຽວກັບວິທີການປະກອບຊຸດນີ້ກັບສະພາບແວດລ້ອມການຂຽນໂປລແກລມ MicroPython ແລະນໍາໃຊ້ມັນເພື່ອສອນຫຸ່ນຍົນ.

ຮຽນຮູ້ການຂຽນໂປລແກລມໂດຍໃຊ້ EV3

ນັກຮຽນທີ່ທັນສະໄຫມຕ້ອງການເບິ່ງຜົນໄດ້ຮັບທີ່ມີສີສັນ. ແມ່ນແລ້ວ, ພວກເຂົາເບື່ອຖ້າໂຄງການພິມຕົວເລກໃສ່ຄອນໂຊນ, ແລະພວກເຂົາຕ້ອງການເບິ່ງເສັ້ນສະແດງສີ, ແຜນວາດແລະສ້າງຫຸ່ນຍົນທີ່ແທ້ຈິງທີ່ເຄື່ອນໄຫວແລະປະຕິບັດຕາມຄໍາສັ່ງ. ລະຫັດປົກກະຕິຍັງເບິ່ງຄືວ່າສັບສົນເກີນໄປສໍາລັບເດັກນ້ອຍ, ສະນັ້ນມັນດີກວ່າທີ່ຈະເລີ່ມຕົ້ນການຮຽນຮູ້ດ້ວຍສິ່ງທີ່ງ່າຍຂຶ້ນ.

ສະພາບແວດລ້ອມການຂຽນໂປລແກລມ EV3 ພື້ນຖານແມ່ນອີງໃສ່ພາສາກາຟິກ LabVIEW ແລະຊ່ວຍໃຫ້ທ່ານສາມາດລະບຸສູດການຄິດໄລ່ສໍາລັບຫຸ່ນຍົນດ້ວຍສາຍຕາ: ຄໍາສັ່ງຖືກນໍາສະເຫນີໃນຮູບແບບຂອງບລັອກທີ່ສາມາດລາກແລະເຊື່ອມຕໍ່ໄດ້.

ວິທີການນີ້ເຮັດວຽກໄດ້ດີໃນເວລາທີ່ທ່ານຕ້ອງການສະແດງໃຫ້ເຫັນວິທີການສ້າງ algorithms, ແຕ່ມັນບໍ່ເຫມາະສົມສໍາລັບບັນດາໂຄງການທີ່ມີຈໍານວນຕັນຫຼາຍ. ເມື່ອສະຖານະການກາຍເປັນຄວາມສັບສົນຫຼາຍ, ມັນຈໍາເປັນຕ້ອງຍ້າຍໄປສູ່ການຂຽນໂປຼແກຼມດ້ວຍລະຫັດ, ແຕ່ຂັ້ນຕອນນີ້ແມ່ນຍາກສໍາລັບເດັກນ້ອຍທີ່ຈະປະຕິບັດ. 

ມີບາງ tricks ຢູ່ທີ່ນີ້, ຫນຶ່ງໃນນັ້ນແມ່ນເພື່ອສະແດງໃຫ້ເຫັນວ່າລະຫັດເຮັດສິ່ງດຽວກັນກັບຕັນ. ໃນສະພາບແວດລ້ອມ EV3, ນີ້ເປັນໄປໄດ້ໂດຍຜ່ານການເຊື່ອມໂຍງ MicroPython, ດັ່ງນັ້ນເດັກນ້ອຍສາມາດສ້າງໂຄງການດຽວກັນໃນສະພາບແວດລ້ອມການຂຽນໂປລແກລມບລັອກພື້ນຖານແລະ Python ໃນ Visual Studio Code ຂອງ Microsoft. ພວກເຂົາເຫັນວ່າທັງສອງວິທີເຮັດວຽກຄືກັນ, ແຕ່ການແກ້ໄຂບັນຫາທີ່ສັບສົນໂດຍໃຊ້ລະຫັດແມ່ນສະດວກກວ່າ.

ປ່ຽນເປັນ MicroPython

ສະພາບແວດລ້ອມ EV3 ຖືກສ້າງຂຶ້ນໃນໂປເຊດເຊີ ARM9, ແລະຜູ້ພັດທະນາໄດ້ເຈດຕະນາປະໄວ້ສະຖາປັດຕະຍະກໍາເປີດ. ການແກ້ໄຂນີ້ເຮັດໃຫ້ມັນເປັນໄປໄດ້ທີ່ຈະອອກເຟີມແວທາງເລືອກ, ຫນຶ່ງໃນນັ້ນແມ່ນຮູບພາບສໍາລັບການເຮັດວຽກກັບ MicroPython. ມັນອະນຸຍາດໃຫ້ທ່ານໃຊ້ Python ເພື່ອດໍາເນີນໂຄງການ EV3 ຂອງທ່ານ, ເຮັດໃຫ້ຊຸດດັ່ງກ່າວໃກ້ຊິດກັບວຽກງານໃນຊີວິດຈິງ. 

ເພື່ອເລີ່ມຕົ້ນ, ທ່ານຈໍາເປັນຕ້ອງໄດ້ດາວໂຫລດ ຮູບພາບ EV3 MicroPython ໃນບັດ microSD ໃດໆກໍຕາມ, ໃຫ້ຕິດຕັ້ງມັນຢູ່ໃນໄມໂຄຄອມພິວເຕີ EV3 ແລະເປີດມັນ. ຫຼັງຈາກນັ້ນ, ທ່ານຈໍາເປັນຕ້ອງໄດ້ຕິດຕັ້ງ ການຂະຫຍາຍຟຣີ ສໍາລັບ Visual Studio. ແລະທ່ານສາມາດເລີ່ມຕົ້ນການເຮັດວຽກ. 

ດໍາເນີນໂຄງການຫຸ່ນຍົນທໍາອິດໃນ MycroPython

ກ່ຽວກັບພວກເຮົາ site ມີບົດຮຽນຫຼາຍອັນສໍາລັບການຊໍານິຊໍານານແນວຄວາມຄິດພື້ນຖານຂອງຫຸ່ນຍົນ. ຮູບແບບ EV3 ແນະນໍາເດັກນ້ອຍກ່ຽວກັບພື້ນຖານທີ່ຖືກນໍາໃຊ້ໃນລົດທີ່ຂັບລົດດ້ວຍຕົນເອງ, ຫຸ່ນຍົນປະກອບໂຮງງານຜະລິດ, ແລະເຄື່ອງຈັກ CNC. 

ພວກເຮົາຈະເອົາຕົວຢ່າງຂອງເຄື່ອງແຕ້ມຮູບ, ເຊິ່ງສາມາດສອນແຕ້ມຮູບແບບແລະຮູບຮ່າງເລຂາຄະນິດ. ກໍລະນີນີ້ແມ່ນສະບັບທີ່ງ່າຍດາຍຂອງການເຊື່ອມໂລຫະສໍາລັບຜູ້ໃຫຍ່ຫຼື milling ຫຸ່ນຍົນແລະສະແດງໃຫ້ເຫັນວິທີການ EV3 ສາມາດນໍາໃຊ້ໂດຍສົມທົບກັບ MicroPython ເພື່ອສອນເດັກນ້ອຍໂຮງຮຽນ. ແລະເຄື່ອງແຕ້ມຮູບສາມາດຫມາຍຮູຢູ່ໃນກະດານວົງຈອນພິມສໍາລັບພໍ່, ແຕ່ນັ້ນແມ່ນອີກລະດັບຫນຶ່ງທີ່ຕ້ອງການຄະນິດສາດ.

ສໍາລັບການເຮັດວຽກພວກເຮົາຈະຕ້ອງການ:

• LEGO MINDSTORMS Education EV3 Core Set; 
• ແຜ່ນໃຫຍ່ຂອງເຈ້ຍ checkered;
• ເຄື່ອງໝາຍສີ. 

ການປະກອບຂອງຫຸ່ນຍົນຕົວມັນເອງແມ່ນຢູ່ໃນ ຄໍາແນະນໍາ, ແລະພວກເຮົາຈະເບິ່ງຕົວຢ່າງການຂຽນໂປລແກລມ.

ທໍາອິດພວກເຮົາເລີ່ມຕົ້ນຫ້ອງສະຫມຸດໂມດູນ EV3:

#!/usr/bin/env pybricks-micropython
from pybricks import ev3brick as brick
from pybricks.ev3devices import (Motor, TouchSensor, ColorSensor, GyroSensor)
from pybricks.parameters import Port, Stop, Direction, Color, ImageFile
from pybricks.tools import wait

ພວກເຮົາຕັ້ງເວທີທີ່ rotates handle ຄ້າຍຄື motor ໃນ port B. ພວກເຮົາກໍານົດອັດຕາສ່ວນເກຍຂອງລົດໄຟເກຍສອງຂັ້ນຕອນທີ່ມີຈໍານວນຂອງແຂ້ວຂອງ 20-12-28, ຕາມລໍາດັບ.

turntable_motor = Motor(Port.B, Direction.CLOCKWISE, [20, 12, 28])

ພວກເຮົາກໍານົດກົນໄກການຍົກສໍາລັບມືຈັບເປັນມໍເຕີຢູ່ໃນພອດ C:

seesaw_motor = Motor(Port.C)

ພວກເຮົາກໍາຫນົດຄ່າ gyroscope, ເຊິ່ງວັດແທກມຸມຂອງ inclination ຂອງ handle ໄດ້, ໃນພອດ 2:

gyro_sensor = GyroSensor(Port.S2)

ພວກເຮົາກໍາຫນົດຄ່າເຊັນເຊີສີໃນພອດ 3. ເຊັນເຊີຖືກນໍາໃຊ້ເພື່ອກວດຫາກະດາດສີຂາວພາຍໃຕ້ເຄື່ອງແຕ້ມຮູບ:

color_sensor = ColorSensor(Port.S3)

ພວກເຮົາກຳນົດຄ່າເຊັນເຊີສຳຜັດຢູ່ໃນພອດ 4. ຫຸ່ນຍົນເລີ່ມແຕ້ມເມື່ອເຊັນເຊີຖືກກົດ:

touch_sensor = TouchSensor(Port.S4)

ພວກເຮົາກໍານົດຫນ້າທີ່ຍົກແລະຫຼຸດລົງ handle ໄດ້:

def pen_holder_raise():
  seesaw_motor.run_target(50, 25, Stop.HOLD)
  wait(1000)

def pen_holder_lower():
  seesaw_motor.run_target(50, 0, Stop.HOLD)
  wait(1000)

ພວກເຮົາກໍານົດຟັງຊັນທີ່ຈະຫມຸນມືຈັບກັບມຸມທີ່ກໍານົດຫຼືມຸມທີ່ແນ່ນອນ:

def pen_holder_turn_to(target_angle):
  if target_angle > gyro_sensor.angle():

ຖ້າມຸມເປົ້າໝາຍໃຫຍ່ກວ່າມຸມເຊັນເຊີ gyro ໃນປັດຈຸບັນ, ສືບຕໍ່ຕາມເຂັມໂມງດ້ວຍຄວາມໄວບວກ:

    turntable_motor.run(70)
	
while gyro_sensor.angle() < target_angle:
  	
pass
  elif target_angle < gyro_sensor.angle():

ຖ້າມຸມເປົ້າໝາຍແມ່ນໜ້ອຍກວ່າເຊັນເຊີ gyro ປະຈຸບັນ, ຈາກນັ້ນໃຫ້ເລື່ອນຕາມເຂັມໂມງ:

    turntable_motor.run(-70)
	
while gyro_sensor.angle() > target_angle:
  	
pass

ຢຸດເວທີການຫມຸນເມື່ອຮອດມຸມເປົ້າໝາຍ:

  turntable_motor.stop(Stop.BRAKE)

ກໍານົດຕໍາແຫນ່ງເບື້ອງຕົ້ນຂອງ handle ໃນຕໍາແຫນ່ງເທິງ:

pen_holder_raise()

ໃນປັດຈຸບັນມາພາກສ່ວນຕົ້ນຕໍຂອງໂຄງການ - ເປັນ loop ທີ່ບໍ່ມີທີ່ສິ້ນສຸດ. EV3 ທໍາອິດລໍຖ້າໃຫ້ເຊັນເຊີສີເພື່ອກວດພົບເຈ້ຍສີຂາວຫຼືສີ່ຫລ່ຽມເລີ່ມຕົ້ນສີຟ້າແລະເພື່ອໃຫ້ເຊັນເຊີສໍາຜັດຖືກກົດ. ຫຼັງຈາກນັ້ນ, ລາວແຕ້ມຮູບແບບ, ກັບຄືນສູ່ຕໍາແຫນ່ງເລີ່ມຕົ້ນແລະເຮັດຊ້ໍາທຸກສິ່ງທຸກຢ່າງອີກເທື່ອຫນຶ່ງ.

ເມື່ອອຸປະກອນບໍ່ພ້ອມ, ໄຟ LED ໃນຕົວຄວບຄຸມປ່ຽນເປັນສີແດງແລະຮູບພາບ "ຍົກໂປ້ລົງ" ຈະສະແດງຢູ່ໃນຫນ້າຈໍ LCD:

while True:
  brick.light(Color.RED)
  brick.display.image(ImageFile.THUMBS_DOWN)

ພວກເຮົາລໍຖ້າຈົນກ່ວາເຊັນເຊີສີນັບສີຟ້າຫຼືສີຂາວ, ຕັ້ງສີ LED ເປັນສີຂຽວ, ສະແດງຮູບພາບ "ຍົກໂປ້ມື" ໃນຫນ້າຈໍ LCD ແລະລາຍງານວ່າອຸປະກອນພ້ອມສໍາລັບການນໍາໃຊ້:

  while color_sensor.color() not in (Color.BLUE, Color.WHITE):
	
wait(10)
  brick.light(Color.GREEN)
  brick.display.image(ImageFile.THUMBS_UP)

ພວກເຮົາລໍຖ້າໃຫ້ເຊັນເຊີສໍາຜັດຖືກກົດ, ກໍານົດຄ່າມຸມ 0 ກັບເຊັນເຊີ gyroscopic ແລະເລີ່ມຕົ້ນການແຕ້ມຮູບ:

  while not touch_sensor.pressed():
	
wait(10)
  gyro_sensor.reset_angle(0)
  pen_holder_turn_to(15)
  pen_holder_lower()
  pen_holder_turn_to(30)
  pen_holder_raise()
  pen_holder_turn_to(45)
  pen_holder_lower()
  pen_holder_turn_to(60)

ຍົກ​ທີ່​ຖື​ປາກ​ກາ​ຂຶ້ນ​ແລະ​ກັບ​ຄືນ​ໄປ​ບ່ອນ​ເດີມ​ຂອງ​ຕົນ​:

  pen_holder_raise()
  pen_holder_turn_to(0)</i>

ນີ້ແມ່ນໂຄງການງ່າຍດາຍທີ່ພວກເຮົາໄດ້ສ້າງ. ແລະໃນປັດຈຸບັນພວກເຮົາເປີດຕົວມັນແລະເບິ່ງຫຸ່ນຍົນຮ່າງຢູ່ໃນການປະຕິບັດ. 

ຕົວຢ່າງດັ່ງກ່າວໃຫ້ຫຍັງ?

EV3 ເປັນເຄື່ອງມືແນະນໍາອາຊີບສໍາລັບອາຊີບ STEM ແລະຈຸດເຂົ້າໄປໃນອາຊີບວິສະວະກໍາ. ເນື່ອງຈາກວ່າມັນສາມາດຖືກນໍາໃຊ້ເພື່ອແກ້ໄຂບັນຫາພາກປະຕິບັດ, ເດັກນ້ອຍໄດ້ຮັບປະສົບການໃນການພັດທະນາດ້ານວິຊາການແລະການສ້າງຫຸ່ນຍົນອຸດສາຫະກໍາ, ຮຽນຮູ້ການຈໍາລອງສະຖານະການທີ່ແທ້ຈິງ, ເຂົ້າໃຈໂຄງການແລະການວິເຄາະສູດການຄິດໄລ່, ແລະສ້າງຕົ້ນສະບັບການຂຽນໂປລແກລມພື້ນຖານ.

ການສະຫນັບສະຫນູນ MicroPython ເຮັດໃຫ້ແພລະຕະຟອມ EV3 ເຫມາະສົມສໍາລັບການສອນໂຮງຮຽນມັດທະຍົມ. ນັກສຶກສາສາມາດພະຍາຍາມຕົນເອງເປັນນັກຂຽນໂປລແກລມໃນພາສາທີ່ທັນສະໄຫມທີ່ນິຍົມທີ່ສຸດ, ແລະໄດ້ຮູ້ຈັກກັບອາຊີບທີ່ກ່ຽວຂ້ອງກັບການຂຽນໂປລແກລມແລະວິສະວະກໍາການອອກແບບ. ຊຸດ EV3 ສະແດງໃຫ້ເຫັນວ່າການເຂົ້າລະຫັດບໍ່ເປັນຕາຢ້ານ, ກະກຽມທ່ານສໍາລັບສິ່ງທ້າທາຍດ້ານວິສະວະກໍາທີ່ຮຸນແຮງ, ແລະຊ່ວຍໃຫ້ທ່ານກ້າວທໍາອິດໄປສູ່ການຊໍານິຊໍານານດ້ານວິຊາການ. ແລະສໍາລັບຜູ້ທີ່ເຮັດວຽກຢູ່ໃນໂຮງຮຽນແລະກ່ຽວຂ້ອງກັບການສຶກສາ, ພວກເຮົາໄດ້ກະກຽມ ໂຄງການບົດຮຽນ ແລະອຸປະກອນການສຶກສາ. ພວກເຂົາເຈົ້າອະທິບາຍຢ່າງລະອຽດວ່າທັກສະໃດໄດ້ຖືກພັດທະນາໃນເວລາທີ່ປະຕິບັດວຽກງານສະເພາະໃດຫນຶ່ງ, ແລະວິທີການທັກສະທີ່ໄດ້ມາກ່ຽວຂ້ອງກັບມາດຕະຖານການຝຶກອົບຮົມ.

ແຫຼ່ງຂໍ້ມູນ: www.habr.com