We are using cookies to give a better service experience. By using our services you agree to use cookies. Read more

Accept
Reject
search
clear

Esineiden internet

Monialaisen ohjelmoinnin kokonaisuus

Monialaisen ohjelmoinnin kokonaisuus on malli, jonka avulla ohjelmointia opetellaan useiden eri oppiaineiden kautta. Samalla oppilaat pääsevät toteuttamaan hauskoja käsityö- ja teknologiaprojekteja aina suunnittelusta rakentamiseen asti.

Finland 100

Overview

HundrED has selected this innovation to

Finland 100

2017

Established

-

Children

1

Countries
Updated
March 2017
Parin oppiaineen yhteistyöstä koko koulun monialaiseksi projektiksi. Projektin voi laajentaa muutaman kuukauden mittaisesta koko lukuvuoden hankkeeksi.

About the innovation

Mistä on kyse?

Maailma ympärillämme hyödyntää teknologiaa koko ajan yhä enemmän. Teknologian kehitys näkyy ihmisten arkipäivässä niin teknologian kuin muun muassa laitteidenkin yhä monimutkaisempina yhdistelminä. Tämä kehitys vaikuttaa oppilaiden elämään niin nyt kuin tulevaisuudessa.

Esineiden internet -innovaation tavoitteena on auttaa oppilasta ymmärtämään, mistä teknologian mukanaan tuomassa muutoksessa on kyse, ja antaa hänelle taitoja vaikuttaa siihen itse.

Esitelty malli antaa opettajalle työkaluja monialaisen ohjelmoinnin tuomiseksi osaksi monien eri oppiaineiden opetusta. Esineiden internet on ilmiöpohjainen kokonaisuus, jota lähestytään esimerkiksi matematiikan, kuvaitaiteen, biologian ja käsityön kautta.

Oppilaat pääsevät suunnittelemaan, rakentamaan ja ohjelmoimaan laitteita, ja rakentamisprosessin osana tutkivat ja havainnoivat omaa ympäristöään. Lähestymistapa tekee ohjelmoinnista ja sen mahdollisuuksista konkreettista.

Malli perustuu oppiainerajat ylittävään yhteistyöhön ja opettajien väliseen tiimityöskentelyyn. Lopputuotteena on teknologiaa hyödyntävä tuote, jonka oppilaat ovat luoneet alusta alkaen itse.

Innovaation voi toteuttaa soveltaen koulun opettajien omaa osaamista, joten toteutustapoja on useita. Stepeissä esimerkkeinä käytetyt projektit on toteutettu hyödyntämällä Arduinoa, open source -kokonaisuutta, joka yhdistää laitteistoa ja ohjelmointia.

Impact & scalability

Impact & Scalability

Innovativeness

Innovaatio yhdistää tuoreen teknologian, itseohjautuvan työskentelyn ja luovan työn.

Impact

Innovaation avulla oppilaat saavat laajan kokonaiskäsityksen siitä, mihin he voivat teknologiaa hyödyntää.

Scalability

Innovaatiota voi lähteä toteuttamaan usean eri oppiaineen kautta, joten se soveltuu useisiin eri ympäristöihin ja oppiainesisältöihin.

Implementation steps

Innostukaa tekemään yhteistyötä
Esineiden internetin ydin on yhteistyö eri oppiaineiden välillä. Siksi onkin tärkeää saada mukaan opettajia useammasta oppiaineesta.

Kun eri oppiaineiden opettajat tuovat mukaan omaa osaamistaan, projektista tulee alusta lähtien monialainen. Ohjelmointia voidaan siten käsitellä konkreettisesti useiden eri oppiaineiden näkökulmasta.

Projektin toteuttamiseen riittää, että jokainen opettaja hyödyntää omaa osaamista projektin aikana. Yhden opettajan on kuitenkin hallittava ohjelmoinnin ja elektroniikan perusteet.

Juhani Vuorisen koulussa mukana olivat teknisen työn, matematiikan (tietotekniikan osaaminen), biologian sekä kuvataiteen opettajat.

Kartoittakaa osaaminen ja tarvittavat materiaalit
Ennen projektin aloittamista on tärkeää ottaa huomioon koulun olemassa olevat resurssit niin välineiden, ajan kuin osaamisenkin osalta.

Perehtymisen ohella suunnitelma alkaa kehkeytyä jo itsestään, ja perehtymiseen ja suunnitteluun kannattaa varata opetustyön ohella 2–3 viikkoa.

Tutustukaa tästä kuinka kokonaisuus eteni Juhani Vuorisen koulussa.

Osaaminen

Mallin toteuttaminen vaatii alkuun perehtymistä ohjelmoinnin ja elektroniikan perusteisiin. Mitään tiettyä ohjelmointikieltä ei tarvitse osata täydellisesti, mutta ohjelmoinnin perusteet, looginen rakenne ja lausekielinen ohjelmointi on hyvä osata alkeistasolla ennen projektin aloittamista. Arduino-ohjelmointiympäristössä käytetty kieli on c-kieleen perustuvaa.

Perehtymistä varten voi hankkia kirjoja, joiden yksityiskohtaisilla ohjeilla ja neuvoilla pääsee hyvään alkuun.


  • Arduino perusteista hallintaan -kirjasta saa käsityksen Arduino-piirilevystä eli työskentelyn fyysisestä alustasta, jolla rakentelu tapahtuu. Lisäksi kirjasta saa perustiedot arduino IDE:stä eli ohjelmointiympäristöstä, jota hallitaan tietokoneella.

  • Toinen tekemistä tukeva kirja on Arduino projects book. Kirjan tarkkoja ohjeita ja harjoitustehtäviä toteuttamalla ja koodia kirjoittamalla oppii rakentamaan laitteita, joilla saadaan aikaan esimerkiksi ääntä, liikettä ja valoa.

Materiaalit

Perehtymisen pohjalta materiaalit voi valita omaan osaamiseen sopivalla tavalla. Arduinosta on kuitenkin yksinkertaista aloittaa. Juhani Vuorisen koulussa käytettiin seuraavia materiaaleja:


  • Ohjelmoitava elektroninen alusta (Arduino, ostettavissa verkkokaupoista)

  • Tietokone, jossa ohjelmointiympäristö (Arduino IDE, ilmaiseksi verkosta)

  • Elektroniikkakomponentit ja kytkentäpiirilevy

  • Esineiden itserakentelua varten esimerkiksi 3D-tulostin sekä kuvataiteen ja käsityön materiaalit

Suunnitelkaa millaiset laitteet teette
Jo ennen ohjelmoinnin opettelua voi aloittaa ideoinnin ja suunnittelun opettajatiimin kesken.

Pallon voi heittää oikeastaan jokaiseen opettajatiimin jäsenen oppiaineeseen ja miettiä, minkälaista oppiainerajat ylittävää toiminnallisuutta lähdetään toteuttamaan. Opettajatiimin osaamisella voidaan ideoida laitteita ja niihin rakennettavissa olevia toiminnallisuuksia.

Alussa kannattaa antaa ideoiden sinkoilla vapaasti. Hyvät ideat eivät tule hetkessä, vaan ne muodostuvat ja kehittyvät prosessin kuluessa.

Oppiainerajat ylittävä kokonaisuus voi olla esimerkiksi veistos (kuvataide), joka esittää eläintä (biologia) ja johon on yhdistetty ledejä ja piirilevyjä (käsityö ja matematiikka):

"Kuvataiteen lähtökohtana oli, että suunnitellaan ja rakennetaan oppilaiden kanssa ohjelmoitaville ledeille ja niiden piirilevyille sopiva kuori. Päädyimme kolmiulotteiseen malliin. Rakensimme paperimassasta kalan muotoisia veistoksia. Niiden sisälle voi kätevästi sijoittaa projektin vaatimat piirilevyt ja tehdä johtovedot ledeille siististi ja näkymättömästi. Paperimassa on kuivuttuaan todella kestävää ja myös kevyttä ja helppoa työstää ja maalata."
– Juhani Vuorisen koulu, kuvataiteen opettaja

Perehtykää oppilaiden kanssa toiminnalliseen ohjelmointiin
Sekä opettajien että oppilaiden on hyvä tutustua toiminnalliseen ohjelmointiin ja Arduinoon.

Ohjelmoinnin toteuttamiseksi tarvitaan tietokone, johon ladataan internetistä ilmaiseksi saatava Arduino IDE. Ohjelman lataamiseen ja asentamiseen tarvitaan usein tietokoneen pääkäyttäjän oikeudet, joten kannattaa kääntyä koulun it-tukihenkilöstön puoleen.

Ohjelmien kirjoittamiseen löytyy runsaasti ohjeita Arduino-paketin mukana tulevista ohjekirjoista sekä internetistä, esimerkiksi Arduinon kehittäjäyhteisön ylläpitämiltä sivuilta (https://www.arduino.cc/). Näitä on helppo hyödyntää opetuksen suunnittelussa.

Aluksi kannattaa edetä pienin askelin kokeillen monia erilaisia yksittäisiä toimintoja. Kun ne saadaan toimimaan, voidaan siirtyä tutkimaan eri toimintojen yhdistelymahdollisuuksia.

Oppilaiden kanssa kannattaa ensin tutustua elektroniikan eri komponentteihin, erityisesti resistoreihin ja ledeihin. Tämän jälkeen on hyvä opetella resistanssin, virran ja jännitteen laskemista ja mittaamista. Yhteistyö laskuharjoituksissa myös matemaattisten aineiden kanssa on hyödyksi.

Rakentakaa laitteet
Suunniteltujen laitteiden rakentaminen voi alkaa! Projektin edetessä laitteisiin voi kokeilla ja toteuttaa erilaisia toiminnallisuuksia.

Arduino projects book -kirjan tarkkoja ohjeita ja harjoitustehtäviä toteuttamalla oppii rakentamaan laitteita, joilla saadaan aikaan esimerkiksi ääntä, liikettä ja valoa. Toimivan laitteen ympärille ideoidaan, suunnitellaan ja rakennetaan itse “kuoret”, jotka voivat esittää melkein mitä vain.

Juhani Vuorisen koulussa laitteiden suunnitteluun käytettiin oppilaiden kanssa SketchUp-suunnitteluohjelmaa, jonka voi ladata internetistä. SketchUp-pikaoppaan avulla oppii nopeasti suunnittelemaan tietokoneella kolmiulotteisia kappaleita. Siistit kuoret laitteelle voi valmistaa käsityönä tai tulostaa 3D-tulostimella.

Juhani Vuorisen koulussa ohjelmointiin käytettiin puoli tuntia viikossa, ja laitteiden rakentaminen kesti kokonaisuudessaan 20 oppituntia. Kun toteutat projektia itse, voitte sopia opettajatiimin kanssa, miten työmäärä eri oppituntien välillä jakaantuu.

Varautukaa innostuksen laajenemiseen!
Toisinaan oppilaiden projektit laajenevat innostuksen myötä aivan itsestään.

Juhani Vuorisen koulussa oppilaiden rakentaessa liikennevalokytkentää heräsi idea muidenkin toimintojen toteuttamisesta samalla alustalla. Alkoi hahmottua liikennepuiston pienoismalli, johon rakennettiin liikennevalojen lisäksi servomoottorilla toimiva puomi, taloja valaistuksineen, liiketunnistimia, katulamppuja ja tuulimylly. Koska käytössä oli 3D-tulostin, oppilaiden oli helppo suunnitella SketchUp-ohjelmalla erilaisia esineitä ja tulostaa ne laitteiden kuoriksi.

Kuvataiteen puolella oppilaat ideoivat, suunnittelivat ja valmistivat erilaisia eläinhahmoja, joiden sisälle rakennettiin erilaisia toiminnallisuuksia. Silmiin asennettiin led-valot, jotka syttyivät ja sammuivat Arduinolla tehdyn ohjelman mukaisesti halutulla tavalla.

Paperimassasta valmistettujen onttojen kalojen sisälle pystyttiin asentamaan ledit ja piirilevyt. Teknisen työn opettajan kanssa käytiin keskusteluja, mihin ja miten ledit voidaan kalojen sisälle asentaa. Esimerkiksi silmiin asennettavat ledit valittiin kirkasvaloledeistä. Silmät tehtiin pingispallojen puolikkaista, joiden läpi led valaisee.

Spread of the innovation

loading map...