Micro:bit Taikurin Hattu -peli

Ohje peliin, joka arpoo vastaajan ledien avulla. Hattu suunnitellaan Tinkercad-ohjelmalla ja tulostetaan Prenta 3D-tulostimella. Pelin ohjelmoinnissa käytetään micro:bit:tiä ja sen laajennussovitinmoduulia. Peliin sisältyy kysymyskortteja, jotka tehdään askartelemalla itse. Pelille tehdään vielä säilytyspussi itse ompelemalla. 

Ohje on suunniteltu 9.lk tai vanhemmille. (15-18-vuotiaille). 

Projektin kesto on 25 oppituntia. 

Opetuksen eriyttäminen:

Oppimistehtävä on helppo eriyttää erilaisille oppijoille. Oppilas saa itse suunnitella oman työnsä käyttäen tietysti opettajan määrittämiä materiaaleja. Opettaja voi myös antaa erilaisia ideoita töistä oppilaille, joka voisi helpottaa oppilaiden työskentelyn aloitusta. Jos oppilas on taitava ja osaa esimerkiksi ohjelmoida mallikkaasti, hän voi tehdä haastavamman ohjelmoinnin. Taikurin hatun ohjelmointia voi suoraan käyttää, jos oppilas tarvitsee, mutta kannattaa ensin itse kokeilla tehdä ohjelmointi. 

Supplies

• 3D tulostin (Prenta) 
• Tietokone 
• Muovifilamentti 
• Microbit ja johto 
• Paristokotelo ja paristot 
• Hyppylankoja (toinen naaraspää ja toinen urospää) 
• Ledejä (5kpl) 
• Microbitin laajennussovitinmoduuli 
• Korttien askarteluun kartonkia, liimaa, sakset, kontaktimuovia / laminointitaskuja, laminointikone ja tulostin 
• Säilytyspussiin kangasta, narua ja ompelukone sekä vinyylileikkuri ja lämpöprässi

Step 1: Suunnittelu

Aloita pelin suunnittelu ensin paperille. Voit joko piirtää työn tai tehdä prototyypin maalarinteipin ja kartongin avulla, jolloin pystyt hahmottamaan hatun mittasuhteet. Voit käyttää apuna suunnitelmia alla olevista linkeistä tai tulostaa suoraa Tinkercad-ohjelmasta mallin mukaisesti.  

Step 2: 3D-mallintaminen

Aloita pelialustan mallintaminen Tinkercad-ohjelmalla. Tinkercadissä on valmiina erilaisia muotoja, joita voi käyttää ja niitä pystyy myös liittämään toisiinsa. Käytä apunasi esimerkiksi työntömittaa ja tekemääsi prototyyppiä. Näin pystyt hahmottamaan paremmin mittasuhteet. On hyvä tehdä muutama testitulostus, kun haluat testata reiän sopivuutta ledeille. Kannattaa kirjoitella itselleen muistiinpanoja mallinnuksen edetessä, jotta voit myöhemmin palata aikaisempiin pohdintoihin.  

Tallenna työsi USB-muistitikulle tai muistikortille. Simplify-ohjelmalla viipaloidaan 3D-mallinnus ja lisätään hattuun tukimateriaali. Samalla katsotaan vielä tuotteen mitat, jotta ne ovat oikeat. 

Hatun mitat ovat: 

Seinämän korkeus: 83 mm 

Seinämän paksuus: 11,4 mm 

Katon paksuus: 8,5 mm 

Katon halkaisija: 71,4 mm 

Reikien halkaisija: 3,2 mm 

Reikien väli: Käytetään apuna tähti -muotoa (jotta saat kaikkien reikien etäisyyden toisistaan samaksi)

Lieren paksuus: 8 mm 

Lieren halkaisija 106,8 mm 

Hatun sisämitta: 60 mm 

Ruuvin reiän mitat: 15 x 2 mm 

Jotta hatun sisällä pysyy johdot ja Micro:bit, tehdään hatun lierelle läppä, joka toimii ruuvin avulla. Läppään tarvitsee tehdä ruuvin reikä, josta on hahmotelmakuva ylempänä. Siinä on mitat näkyvissä ja ruuvin pituus 11mm. Lieren läppä itsessään on helppo tehdä kopioimalla hatun lieri toiseen tiedostoon mukaan lukien ruuvin reikä, jolloin ruuvin reiän paikka pysyy samana.

Läpän paksuus: 5 mm

Step 3: 3D-tulostus

Aloita valitsemalla tarkoitukseen sopiva filamentti. PET-muovi sopii pelin rakenteeksi oikein hyvin. Filamentin asennukseen löydät selkeät ohjeet 3D-tuolstimen käyttöohjeista. Noudata asennusohjeita tarkasti ja ole huolellinen! 

Käynnistä kohdepoisto. Tarkista, että tulostimen lasialusta on puhdas ja suihkauta siihen hento kerros hiuslakkaa, mikä helpottaa myöhemmin työn irrottamista alustasta. Kiinnitä metalliklipsuilla lasialusta. Sulje luukku. Aseta muistikortti tai USB-muistitikku 3D-tulostimeen. Käynnistä tulostin ja etsi oma työsi tallentamallasi nimellä Print file-osiosta (Prenta). Käynnistä tulostus. Voit pysäyttää tulostuksen halutessasi painamalla reset-nappia. Tulostin kuumenee ennen kuin se alkaa tulostamaan. Tällä välin on hyvä tarkistaa suuttimen pää: onko siinä mahdollisesti vanhaa filamenttia kuivuneena. Ylimääräisen filamentin voit poistaa varovasti pinseteillä, niin, että et koske suuttimeen. Sulje luukku ja seuraa tulostusta säännöllisesti. Voit tarkistaa arvioidun tulostusajan tulostimesta.  

Tyypillinen ongelmatilanne 3D-tulostuksessa on suuttimen tukkeutuminen. Tämän voi estää valitsemalla tarkoitukseen sopivan filamentin sekä puhdistamalla suutin tulostusten välissä. Toinen tavanomainen ongelmatilanne voi olla se, että filamentti on asetettu tulostimeen väärin. Noudata tarkasti filamentin asennuksen ohjeistusta! 

Step 4: Ohjelmointi

Alempaa löytyy suora linkki taikurin hatun ohjelmointiin ja näin saat valmiin ohjelmoinnin, jos sitä haluat käyttää. Myös kuvat valmiiseen ohjelmointiin löytyy alempaa. 

Muuten menet internet-selaimella makecode.microobit.org -sivustolle ja näin pääset luomaan omaa koodia. Aloitusnäytölle tulee kohdat käynnistäessä (on start) ja ikuisesti (forever). Näitä ei ole kuitenkaan pakko käyttää ja ne saadaan poistettua ottamalla niistä kiinni ja raahattua otsikoiden päälle.  

Ensin kannattaa tutustua mitä eri otsikoiden takaa löytyy. Näin pääsee hieman enemmän jyvälle siitä, mitä sieltä löytyy ja mitä kaikkea pystyy ohjelmoimaan. Jos kuitenkaan et löydä haluamaasi, mene kohtaan laajennukset, sieltä pääsee etsimään lisäosia ohjelmaan.  

Kun olet tehnyt koodia, paina ylhäältä JavaScript, näin näet koodin kirjoitettuna ja näet, kuinka monta riviä olet kirjoittanut. Sitten, kun olet kirjoittanut koko koodin, kytke Microbit USB-kaapelilla tietokoneeseen ja paina lataa-painiketta. Alas tulee palkki, jossa näet ohjelmointitiedoston hex-muodossa. Paina oikealla olevasta nuolesta ja näytä kansiossa. Näin pääset tiedostoissa siirtämään tämän tiedoston Microbit-alustalle. 

Step 5: Ledien Ja Johtojen Yhteen Juottaminen

Tarvitset juottamiseen juotostinaa, juotoskolvin, puhdistusvillapurkin, pihdit (kuorintapihdit ja sivuleikkurit), ledit, johtoa, kuparisoidun kytkentälevyn ja apukädet. Juottamista tehdessäsi on hyvä pitää esillä piirros halutusta virtapiiristä. Aloita leikkaamalla riittävä määrä johtoja virtapiiriisi. Kuori johtojen päät noin 1,5 cm verran tai niin, että saat niitä helposti työstettyä.  

Kieritä laajennussovitinmoduulista tulevan johdon pää ledin urospäähän. Käynnistä kohdepoisto ja kytke virta juottimeen. HUOM! Varo koskettamasta kuumaan juottimeen ja huomioi, että myös ledi kuumenee helposti polttavaksi. Aseta johto apukäsiin. Pidä toisella kädellä tinalankaa kiinni juotettavassa urospäässä ja sulata toisen käden juottimella tinalankaa tasaisesti niin, että johto ja ledi yhdistyvät. Puhdista juotin säännöllisesti puhdistusvillapurkissa. Toista tämä vaihe kaikkien ledien kanssa.  

Seuraavaksi kieritä ledien naaraspäihin johdot, mitkä juotetaan myöhemmin kytkentälevyyn. Aseta yksitellen johdot apukäsiin ja juota ledit kiinni samoin kuin edellä.  

Kiinnitä kytkentälevy apukäsiin. Pujota ledien naaraspäistä tulevat johdot levyn reikiin mahdollisimman lähelle toisiaan. Aloita juottaminen niin, että kaikki johdon päät kytkeytyvät levyllä toisiinsa. Kytke myös suoraan laajennussovitinmoduulista tuleva maadoitusjohto levyyn niin, että se on kytköksissä muihin johtoihin. Katkaise ylimääräiset johtojen hännät juotoksesta sen jäähdyttyä. 

Sammuta juotinkolvi ja kohdepoisto. Testaa sitten virtapiirin toimivuus. 

Tyypillinen ongelmatilanne juotoksessa on, että virtapiiri ei toimi ja ledit eivät syty. Tällöin tulee tarkistaa yksitellen, onko ledit juotettu oikein päin ja onko kaikki virtapiirin osat kytköksissä toisiinsa. Jos näin ei ole, voit suorittaa korjausjuotoksen.  

Korjausjuotoksen voit tehdä paineilmalla varustetulla korjausjuottimella. Käynnistä kohdepoisto ja kytke korjausjuotin pistorasiaan. Avaa paineilmaventtiili. Aseta johto apukäsiin. Kuumenna korjattavaa juotosta, kunnes tina sulaa nestemäiseksi. Sitten paina nappia, jolloin korjausjuotin imee paineilman avulla tinan pois. Irrota osat toisistaan, tarkista kytkentäkaavio ja juota uudelleen. Sulje lopuksi virta juottimista ja sammuta kohdepoisto.  

Tee vielä Tinkercad-ohjelmalla kytkentäkaavio. Näin siitä tulee siisti ja saat suoraa ohjelmasta otettua esimerkiksi Microbit:in kytkentäkaavioon. 

Kun juotos on tehty, ledit kannattaa liimata kiinni reikiin, jotta ne pysyvät siellä. Käytä liimaukseen kuumaliimaa ja ole varovainen. Jos liimauksen jälkeen ilmenee häiriöitä ohjelmoinnissa, voit lisätä eristeeksi kytkentälevyn ja juotosten välille kartongista palasia, jotta johtojuotokset ja kytkentälevy eivät kosketa toisia.

Step 6: Pelin Ohjeiden Kirjoitus

Peliin kirjoitetaan ohjeet, jos se ne vaatii. Ohjeet kannattaa kirjoittaa Word-ohjelmaan, jotta ne voi tulostaa helposti sieltä. Ohjeiden tulostuksen jälkeen, ne kannattaa laminoida, jotta ohjeet pysyvät pidempään parempana.

Samoin jos peliin tarvitaan kysymyskortteja, ne tehdään tässä vaiheessa.  

Step 7: Opettajan Ohjeet

Jakson sisältö ja tavoitteet: 

• Oman pelin suunnittelu 
• Ohjelmointi  
• Oman suunnitelman totetuttaminen 
• 3D-mallinnus 
• 3D-tulostus 
• Juottaminen 
• Yhteistyö luokkakavereiden kanssa 

Jakson tuntirakenne: (25 oppituntia)

1.Jakson tavoitteiden ja motivoinnin esittely

Opettaja kertoo mitä työ pitää sisällään, mitä tehdään ja miten arviointi suoritetaan. Katsotaan internetistä esimerkkejä erilaisista peleistä ja 3D-töistä. Oppilaat pääsevät ideoimaan peliä ja aloittavat luonnostelemaan sitä joko piirtämällä tai tekemällä prototyypin kartongista.  Opettaja johdattelee oppilaita avoimilla kysymyksillä ideoinnin alkuun oppilaille, joilla on vaikeuksia keksiä peliä. Opettaja voi myös käyttää apunaan tätä Taikurin hattu -peliä ja oppilaat voivat ottaa suoraa täältä ohjelmoinnin ja 3D-mallinnuksen. 

2.Tinkercad:in käyttö

Oppilaat tekevät suunnitelmat valmiiksi ja näyttävät ne opettajalle, joka arvioi työn realistisuuden ja toteutettavuuden. Opettaja näyttää ensin itse, miten Tinkercad-ohjelmisto toimii.  Tämän jälkeen oppilaat alkavat tekemään tuotetta Tinkercad-ohjelmistolla. Opettaja auttaa myös yksilöllisesti oppilaita ohjelmiston käytössä.  

3.Käydään lävitse 3D-tulostaminen

Mitä 3D-mallinnukselle pitää tehdä ennen, kun se siirretään muistitikulle, kuinka Tinkercadistä siirretään tiedosto 3D-tulostimeen sekä mitä tulostimelle pitää tehdä ennen, kun tulostus aloitetaan. 3D-mallinnus pitää käyttää Simplify-ohjelmassa, jotta tulostus onnistuu, joten opettaja näyttää oppilaille ohjelman. Mutta ennen tulostusta opettajan kannattaa itse katsoa oppilaiden työt lävitse Simplify-ohjelmassa. 

4.Käydään lävitse Micro:bit –ohjelman käyttö

Opettaja opettaa Microbit-ohjelman käytön. Oppilaat saavat itse ensin tutustua ohjelmaan ja sitten alkaa tekemään ohjelmointia. Myös ohjelmointi kannattaa ensin suunnitella paperille, jotta sitä on helpompaa lähteä rakentamaan Micro:bit –ohjelmaan.  

5.Käydään yhdessä lävitse ledien ja johtojen yhteen juottaminen

Juottaminen on varmasti tuttua jo, mutta se kannattaa käydä lävitse. Ensin tietysti kannattaa kokeilla virtapiiriä koekytkentälevyn avulla. Myös paperille valmiin virtapiirin piirtäminen helpottaa työskentelyä. Kun kytkentä on valmis ja toimii, voi ryhtyä juottamaan. Juottamisessa kannattaa olla varovainen, jotta tina sulaa kunnolla oikeaan kohtaan. Opettajan kannattaa olla apuna juottamisessa, koska se ei ole helppoa kaikille. 

6.Korttien tekeminen ja pelin ohjeiden laatiminen

Oppilaat itse tekevät peliin kortit. Mietitään osa-alue mihin kortit voisivat liittyä ja tehdään niiden mukaan kysymyksiä esimerkiksi Word-ohjelmistoon. Kysymykset tulostetaan ja ne liimataan kortteihin, jotka ovat leikattu kartogista. Korttien toiselle puolelle voi tulostaa ja liimata aiheeseen liittyviä kuvia. Kortit kannattaa vielä laminoida, jotta kortit kestävät käyttöä. 

7.Arviointi

Opettaja arvioi työt oman arviointiperusteiden mukaan. Arvioinnissa voi ottaa huomioon esimerkiksi oppilaan tuntityöskentelyn, työn teon motivoitumisen ja lopputuloksen.