Ohjelmointiosaaminen

Scratch on suosittu lohkoihin perustuva sovellus ohjelmointilogiikan harjoitteluun. Sovellusta on mahdollista käyttää selaimessa ilman kirjautumista.

Seuraavat harjoitukset muodostavat kokonaisuuden, jonka lopputuloksena valmistuu yksinkertainen peli. Harjoituksissa opetellaan neljää ohjelmointilogiikan perusajatusta:

• ehtolauseita

• silmukoita

• muuttujia

• vertailuoperaattoreita

Harjoitukset on tehtävä järjestyksessä ja yhden (75 min) oppitunnin aikana ehtii kohdasta riippuen 1 - 3 harjoitusta. Harjoitukset ovat osin saman tyyppisiä kuin alakoulun materiaaleissa, mutta muodostavat laajemman kokonaisuuden, jossa yhdistellään erilaisia toimintoja.

Harjoitukset

• Ohjelmoinnin logiikkaa

• Pelin valmistalut

• Silmukka ja ehto

• Muuttujat

• Kertaus

• Toiminnot

HaloCode on Micro:bitin kaltainen ohjelmoitava korttitietokone ja tarjoaa hyvin matalan kynnyksen laiteohjelmointiin siirtymiseen. HaloCoden materiaali on suunniteltu kahdelle oppitunnille (75min).

Oppitunti 1: Alustus sekä tehtävät 1 - 3

Oppitunti 2: Tehtävä 4, jonka toteutusta on pohdittu jo edellisellä oppitunnilla tai kotona. Valmiit tehtävät voi esitellä tunnin lopulla muulle ryhmälle.

• Materiaali

Opettajan ohje:

• Tutustu ohjeisiin ja tehtäviin etukäteen. Huomaa, että ohjeistus on laadittu sillä oletuksella, että oppilas tuntee jo ohjelmointilogiikan perusteita esimerkiksi Scratch-ympäristöstä

• Ohjeista tunnin alussa mBlock-sovelluksen käyttö sekä laitteen liittäminen. Oppilaat harjoittelevat tämän käytännössä harjoituksessa 1.

• Varaa toinen oppitunti tehtävään 4. Ohjeista oppilaat ideoimaan omaa tehtävää jo kotona.

Micro:bit on mikrokontrolleri, jota ohjelmoidaan MakeCode -ohjelmiontiympäristössä lohko-ohjelmointina. Ohessa harjoituksia, joita voidaan toteuttaa fysiikan oppitunneilla tai steam-tyyppisessa valinnaisaineessa. Osa harjoituksista on samoja, joita tehdään mahdollisesti fysiikan oppitunneilla koulusta ja toimintatavasta riippuen. Joissakin harjoituksissa tarvitaan yksinkertaisia kytkentöjä ja ne ovat helposti toteutettavissa, mikäli koululta esim. käsityöluokasta löytyy perustarvikkeet elektroniikka töihin. Oheiset kemian työt vaativat muutaman edullisen lisäanturin.

Harjoituksia fysiikan oppitunneille tai steam-tyyppiseen valinaisaineeseen 

Käyttöönotto- ja aloitusharjoituksia

Perusharjoituksia (peli, valoisuus, lämpö, servo)

LED-valon ohjaamisesta ohjelmoimalla

Erilaisia hälyttimiä

Lämpösäteilyn vaikutus

Kosteuden ilmaisin kasvien kastelussa ja automatisointi servomoottorilla 

Elektromyografia, kehon lihasten sähköiset reaktiot

Harjoituksia kemian oppitunneille

Lämpötilan mittaamiseen perustus laborointeja Micro:bitillä

• Reaktiolämmön mittaaminen

• Steariinihapon sulamispiste

• Jakotislaus

Etikkahapon määritys Balsamicosta titraamalla

Laaja ja suppea versio

Puskuriliuoksen tutkiminen

Arduinon ohjelmointi tarjoaa yläkoulun oppilaille hienon, mutta vaativan mahdollisuuden tutustua elektroniikan ja ohjelmoinnin maailmaan. Oppilaat voivat rakentaa ja ohjelmoida erilaisia projekteja, kuten LED-valojen vilkuttamista, liiketunnistimia ja mittaamista. Tämä kehittää heidän ongelmanratkaisutaitojaan ja ymmärrystään teknologiasta.

Tinkercad-ohjelmisto on erinomainen aputyökalu Arduinon ohjelmoinnin tukena varsinkin Chromebook -ympäristössä toimittaessa GDPR turvallisesti. Tinkercadin avulla oppilaat voivat:

• Rakentaa virtuaalisia prototyyppejä: Suunnitella ja testata Arduino-piirejä virtuaalisesti ennen fyysistä rakentamista.

• Harjoitella ohjelmointia: Kirjoittaa ja testata Arduino-koodia, mikä auttaa ymmärtämään ohjelmoinnin perusteita ilman fyysisiä komponentteja. Ohjelmoinnin harjoittelua tukee mahdollisuus tutustua samanaikaisesti vertaillen lohko- ja tekstiohjelmointia.

• Tehdä yhteistyötä ja jakaa projekteja: Jakaa omia projektejaan ja tehdä yhteistyötä muiden oppilaiden kanssa, mikä edistää tiimityöskentelytaitoja.

Arduinon ohjelmointi ja Tinkercad tarjoavat oppilaille innostavan ja käytännönläheisen tavan oppia tulevaisuuden taitoja.

• Ohje Tinkercad -luokan tekemiseen ja oppilaiden lisäämiseen. (GDR turvallinen)

• Chromebook, Win, Mac, Linux - Arduinon kytkeminen ja ohjelmistot

Erilaisia harjoituksia oppilasprojekteihin: 

Harjoitukset liittyvät pääsosin 9. luokan fysiikan sähköoppiin ja niiden tavoitteena on herättää mielenkiintoa sähkö- ja automaatio-osaamiseen. Harjoitukset ovat lähtökohtaisesti ylöspäin eriyttäviä haastavia ja aikaa vieviä.

(* perus, ** vaatii perustaitoja enemmän, *** ylöspäin eriyttävä)

1. Led valot *

   • Ratkaisut: Led valot

2. Painokytkimet * 

   • Ratkaisut: Painokytkimet

3. Valovastus *

   • Ratkaisut: Valovastus

4. Funktiot ja silmukat **

   • Ratkaisut: Funktioiden ja silmukoiden käyttäminen

5. Etäisyysmittari (peruutustutka) **

• Ratkaisut: Etäisyysmittaus (peruutustutka)

6. Servomoottori ***

   • Ratkaisut: Servomoottori

7. Sähkömoottorin ohjaaminen transistoria apuna käyttäen ***

   • Ratkaisut: Sähkömoottorin ohjaaminen transistoria apuna käyttäen

8. Analoginen lämpömittari ja kuumemitta valo-ohjatusti **

   • Ratkaisut: Analoginen lämpömittari ja kuuumemittari valo-ohjatusti

9. Digitaalinen lämpömittari (DS18B20) *

   • Ei tehtäviä, vain laitteen toiminnan testausta

10. Hiilidioksidipitoisuuden mittaus ***

    • Laitteen toiminnan testausta ja oppilaan itsevalitseman mittauskohteen tulosten kirjaamista

mBot-robotti peruskoulussa

mBot-robotti on erinomainen työkalu peruskoulun oppilaille tutustua ohjelmoinnin ja robotiikan maailmaan. Tämä helposti koottava ja ohjelmoitava robotti tarjoaa monipuolisia oppimismahdollisuuksia ja innostaa oppilaita STEM-aineiden (tiede, teknologia, insinööritaito ja matematiikka) pariin.

Ohjelmoinnin alkeet

mBotin avulla oppilaat voivat oppia ohjelmoinnin perusteita visuaalisen, lohkopohjaisen ohjelmointikielen avulla. Tämä tekee ohjelmoinnista helppoa ja hauskaa, sillä oppilaat voivat vetää ja pudottaa komentoja muodostaakseen ohjelmia, jotka ohjaavat robottia suorittamaan erilaisia tehtäviä.

Käytännön projektit

Oppilaat voivat rakentaa ja ohjelmoida mBotin suorittamaan erilaisia projekteja, kuten esteiden väistämistä, viivan seuraamista ja yksinkertaisten pelien pelaamista. Näiden projektien avulla oppilaat oppivat tärkeitä taitoja, kuten ongelmanratkaisua, loogista ajattelua ja tiimityöskentelyä.

Luovuus ja innovaatio

mBot rohkaisee oppilaita olemaan luovia ja innovatiivisia. He voivat suunnitella omia projektejaan ja kokeilla erilaisia tapoja ratkaista ongelmia. Tämä kehittää heidän kykyään ajatella kriittisesti ja soveltaa oppimaansa käytännössä.

Yhteistyö ja tiimityö

mBot-projektit voidaan toteuttaa ryhmissä, mikä edistää yhteistyötä ja tiimityöskentelyä. Oppilaat oppivat kommunikoimaan ja jakamaan ideoita keskenään, mikä on tärkeä taito tulevaisuuden työelämässä.

Yhteenveto

mBot-robotti on monipuolinen ja innostava oppimisväline, joka tuo ohjelmoinnin ja robotiikan lähemmäksi peruskoulun oppilaita. Sen avulla oppilaat voivat kehittää tärkeitä taitoja hauskalla ja käytännönläheisellä tavalla.

Erilaisia harjoituksia oppilasprojekteihin: 

Harjoitukset tukevat robotiikan lisäksi 9. luokan fysiikan opintoja. Tavoitteena on herättää oppilaiden mielenkiinto STEM-aineisiin esimerkiksi valinnaisaineissa.

1. Perusliikkeet, valot ja äänet

2. Toisiorakenteet

3. Muuttujat

4. Funktiot

5. Robottien välinen vuorovaikutus

6. Taulukkolaskennan yhdistäminen liikkeisiin

7. Tuntoaisti

Ratkaisuja-apuja joihinkin harjoituksiin 

3D-mallinnus ja -tulostus 

Racket-ohjelmointi

Racket on monipuolinen ohjelmointikieli, joka on helppo oppia ja käyttää. Se tukee useita ohjelmointiparadigmoja, kuten funktionaalista ja imperatiivista ohjelmointia. Racketin yksinkertainen syntaksi ja interaktiivinen kehitysympäristö tekevät siitä erinomaisen valinnan sekä aloittelijoille että kokeneille ohjelmoijille. Kielellä on laaja kirjastotuki ja aktiivinen käyttäjäyhteisö, mikä helpottaa oppimista ja projektien kehittämistä.

Racket-ohjelmointi voidaan toteuttaa GDRP-turvallisesti.

Opetussuunnitelmasta poimittuja tavoitteita ja sisältöjä sekä harjoituksia

Tavoitteet

1. • T3 ohjata oppilasta havaitsemaan ja ymmärtämään oppimiensa asioiden välisiä yhteyksiä, S1 – S6, L1, L4
   • T5 tukea oppilasta loogista ja luovaa ajattelua vaativien matemaattisten tehtävien ratkaisemisessa ja siinä tarvittavien taitojen kehittämisessä, S1 – S6, L1, L3, L4, L5, L6
   • T6 ohjata oppilasta arvioimaan ja kehittämään matemaattisia ratkaisujaan sekä tarkastelemaan kriittisesti tuloksen mielekkyyttä, S1 – S6, L1, L3, L4, L6
   • T9 opastaa oppilasta soveltamaan tieto- ja viestintäteknologiaa matematiikan opiskelussa sekä ongelmien ratkaisemisessa, S1 – S6, L5
   • Käsitteelliset ja tiedonalakohtaiset tavoitteet:
   • T11 ohjata oppilasta kehittämään kykyään laskea peruslaskutoimituksia rationaaliluvuilla, S2, L1, L4
   • T12 tukea oppilasta laajentamaan lukukäsitteen ymmärtämistä reaalilukuihin, S2, L1, L4

Matematiikka 7.lk

Sisällöt

1. • S1 Ajattelun taidot ja menetelmät: Syvennetään algoritmista ajattelua. Ohjelmoidaan ja samalla harjoitellaan hyviä ohjelmointikäytäntöjä. Sovelletaan itse tehtyjä tai valmiita tietokoneohjelmia osana matematiikan opiskelua.
   • S2 Luvut ja laskutoimitukset:  Harjoitellaan peruslaskutoimituksia myös negatiivisilla luvuilla. Vahvistetaan laskutaitoa murtoluvuilla ja opitaan murtoluvun kertominen ja jakaminen murtoluvulla. Tutustutaan vastaluvun, käänteisluvun ja itseisarvon käsitteisiin. Lukualuetta laajennetaan reaalilukuihin. Perehdytään lukujen jaollisuuteen ja jaetaan lukuja alkutekijöihin. Syvennetään desimaalilukujen laskutoimituksien osaamista. Vahvistetaan ymmärrystä tarkan arvon ja likiarvon erosta sekä pyöristämisestä. 
   • S3 Algebra: Perehdytään muuttujan käsitteeseen ja lausekkeen arvon laskemiseen. 
   • S5 Geometria: Laajennetaan pisteen, janan, suoran ja kulman käsitteiden ymmärtämistä ja perehdytään viivan ja puolisuoran käsitteisiin. Tutkitaan suoriin, kulmiin ja monikulmioihin liittyviä ominaisuuksia. Vahvistetaan yhdenmuotoisuuden ja yhtenevyyden käsitteiden ymmärtämistä. Harjoitellaan geometrista konstruointia.

Käytännön toteutus

1. • Racket-ohjelmoinnin avulla ja harjoituksilla tuotetaan S1, S2 ja S3 sisältöjä ja harjoitusmateriaalia.
   • Scratchilla tasogeometriaa S5

Harjoitukset ja ratkaisut

1. Ohjelmoinnilla peruslaskutoimituksia

• Ratkaisut Ohjelmoinnilla peruslaskutoimituksia

2. Ohjelmoinnilla laskujärjestys

1. • Ratkaisut Ohjelmoinnilla laskujärjestys

3. Ohjelmoinnilla laskutoimituksia

1. • Ratkaisut Ohjelmoinnilla laskutoimituksia

4. Ohjelmoinnnilla desimaalilukuja ja jakojäännös

1. • Ratkaisut Ohjelmoinnilla desimaalilukuja ja jakojäännös

5. Ohjelmoinnilla satunnaislukuja

1. • Ratkaisut Ohjelmoinnilla satunnaislukuja

6. Ohjelmoinnilla lausekkeen arvo

1. • Ratkaisut 6 Ohjelmoinnilla lausekkeen arvo

7. Scratch harjoituksia oppilaan ohje

1. • Scratch harjoituksia opettajan ohje

Matematiikka 8.lk

Sisällöt

Käytännön toteutus

1. • Racket-ohjelmoinnin avulla ja harjoituksilla tuotetaan S1, S3 ja S4 sisältöjä ja harjoitusmateriaalia.

Harjoitukset ja ratkaisut

1. Ohjelmoinnilla funktio ja polynomin arvo

• Ratkaisut Ohjelmoinnilla funktio ja polynomin arvo

2. Ohjelmoinnilla totuusarvo ja loogisia väittämiä

• Ratkaisut Ohjelmoinnilla totuusarvo ja loogisia väittämiä

3. Ohjelmoinnilla ehtorakenne

• Ratkaisut Ohjelmoinnilla ehtorakenne

4. Ohjelmoinnilla tasogeometriaa

1. • Ratkaisut: Ohjelmoinnilla tasogeometriaa

Matematiikka 9.lk

Sisällöt

Käytännön toteutus

Harjoitukset ja ratkaisut

1. Ohjelmoinnilla listat 

• Ratkaisut: Ohjelmoinnilla listat

2. Ohjelmoinnilla tilastollisia tunnuslukuja ja pylväsdiagrammeja 

• Ohjelmoinnilla tilastollisia tunnuslukuja ja pylväsdiagrammeja

3. Ohjelmoinnilla funktiot ja kuvaajat 

• Ratkaisut: Ohjelmoinnilla funktiot ja kuvaajat

4. Ohjelmoinnilla rekursiiviset funktiot ja lukujonot

• Ratkaisut: Ohjelmoinnilla rekursiiviset funktiot ja lukujonot