将PocketLab与简单且动力强劲的机器配合使用– LEGO Engineering

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PocketLab航海家

将LEGO Education的简易动力机器与袖珍大小的多合一传感器配对使用会发生什么情况?

今年夏天,塔夫茨大学工程教育与拓展中心邀请了一批科学和技术老师来尝试使用乐高教育套装和 掌上实验室,一种小型的手持设备,包括加速度计,陀螺仪,磁力计,气压计和温度传感器。

我们希望分享一些独特的方法,它们利用两者的结合来增强各种动手STEM课程,尤其是周围的力,运动和力学。

PocketLab入门

掌上实验室 共有三种型号:

  1. PocketLab一。 此原始模型旨在探索所有年龄段的物理科学和工程学。
  2. PocketLab天气。 这种更坚固耐用,防风雨的模型提供了更专门用于理解天气和气候概念(包括露点,热指数,温度,光照和湿度)的传感器。
  3. PocketLab航海家。 该模型结合了原始模型和PocketLab Weather的功能,并增加了测距仪。

PocketLab会连接到PocketLab应用程序,然后 速度应用 因此,用户可以实时查看传感器读数,并在需要时导出数据。

每个人都发现可以花时间独自探索PocketLab,并在参与活动之前熟悉其iPad应用程序,这是很有价值的。 打开PocketLab并等待LED闪烁(表明该设备处于BLE配对模式)后,它将连接到PocketLab应用程序,该应用程序也通过颜色更改(在PocketLab和应用程序本身上)进行指示。 配对后,该应用程序立即开始显示来自PocketLab的实时数据流图,并具有在不同传感器读数之间切换的选项,以及与数据一起查看实时视频流的选项。

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来自PocketLab的实时数据流

简易动力机械

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简易动力机套装(9686)

乐高教育简易动力机(9686) 包含各种各样的砖块,轮子和其他零件,可用于创建28个模型,所有这些模型都演示了力学和结构方面的各种概念。 但是,该套件不包括在EV3套件中可以找到的传感器。

在对乐高套装和PocketLab传感器进行的为期两天的实验中,我们考虑了传感器的使用如何增强“简单与动力机器”套装的教学能力。

将PocketLab连接到LEGO模型

随着PocketLab的快速启动和运行,老师们解决了有关如何最好地将PocketLab附加到LEGO模型上的问题。 随着教师开始探索使用胶带和其他紧固件的不同方法,出现了一些在课堂上应考虑的常见问题:

  1. 我们是否可能将数据读数中的任何噪声归因于其附着在模型上的什么位置? 使用构建说明附带的LEGO模型的一大好处是,学生团体都可以从相同的基准开始。 利用第三方硬件的规模带来了各组之间一致性较低的风险。 但是,这也可以看作是课堂讨论以解决测量噪声和读数不一致的机会。
  2. 磁带是否挡住或更改了任何传感器? 不会损坏传感器或乐高的胶带有哪些替代品? 例如,一位老师用3D打印了自己的PocketLab外壳,里面装有与LEGO技术钉子大小相匹配的孔(在这里看到他在Thingiverse上的模型)。

教育者建议

我们花了两天的时间对28种规定的乐高教育模型进行了试验,重点是风车,锤子,时钟和各种车辆模型。 下面重点介绍了他们对其他教育工作者的一些发现和建议。

步行昆虫模型(仿生学)

立刻有一位老师被LEGO Education Walker模型所吸引,该模型用于演示行走昆虫的运动。 首先,将传感器安装在靠近电机的模型背面,这在位置数据中产生了很大的噪声。 老师决心利用PocketLab来演示昆虫步态的周期性运动,并使用该数据作为讨论频率和周期的起点。 将PocketLab移到昆虫的前部可以得到更清晰的数据,并使放置在后部的电动机产生的噪声最小化。

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车辆模型(运动和冲击)

老师们普遍认为,最大的配对是PocketLab与车辆模型的结合。 “一位中学生很难理解位置,速度和加速度之间的关系,”一位老师反映。 “学生有机会在同一视频流上可视化所有这些关系并将其与他们建立的LEGO模型相关联,这是一个巨大的学习机会。” 毫不奇怪,教师发现将PocketLab附加到车辆模型(Dragster,Land Yacht,Fly Wheeler和Free Wheeling)是捕获位置,速度和加速度数据的最佳模型。

老师更进一步,问:“我们如何利用所有这些传感器来显示力和冲击的测量值?” 力和冲击是Simple Machines套件中常见的主题,尤其是Hammer模型和涉及车辆的主题。 尽管PocketLab中目前没有可直接测量力的传感器,但两位老师认为这是在设计自己的防撞垫以测试冲击力时获得创意的机会。 他们将PocketLab传感器放在密封的塑料袋中,并观察了Dragster加速下降坡道时的大气压力如何变化,并比较了不同的坡道角度和不同的设计调整情况。

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风车模型(可再生能源)

关于可再生能源和环保意识,风车模型可以为学生提供一个绝妙的机会来考虑能源效率和设计优化。 在PocketLab读数的帮助下,学生可以使用不同数量的叶片和不同的位置来分析风车的运动和速度。 为了进一步扩大活动范围并利用学生的创造力,学生还可以设计自己的不同材料的风车叶片。

老师的提示:使用另一个Pocketlab或其他尺寸相等的对象作为平衡是有帮助的。

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最后的想法

虽然年纪较小的学生可以从接触这些概念中受益,但初中或高中物理班的年长学生可以利用PocketLab应用程序不仅可视化数据趋势,而且可以捕获,分析和共享数据趋势。 一位老师建议,通过PocketLab更快地收集数据的方法可以允许将更多的课堂时间花在设计迭代,数据分析和讨论上。 在探索之后,教师们报告说,PocketLab扩大了在教室中使用套件的范围。 两者的结合为学生提供了基于真实数据进行测试,重新设计和得出结论的机会。

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有关更多资源和更新,请确保签出 PocketLab的社区站点 乐高教育的课程资源

以下两个选项卡更改了下面的内容。
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苏珊(Susan)于2016年在塔夫茨大学(Tufts University)获得了机械工程硕士学位,同时在塔夫茨大学工程教育与推广中心进行研究。 她继续在Tufts CEEO担任项目协调员,在那里她帮助运营学生研讨会和教育工作者的专业发展。

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