NV fysik og informatik - Temperaturmåling med NTC. CASE temperaturmelder - eleverne arbejder med temperatursensorerne der kan vise en ude-temperatur og vække en person hvis det er varmt. Nøglepunkter fra projektet - En elektrisk NTC modstand anvendes som temperaturføler (i undervisningen indgår der er lidt el-lære på fænomen-niveau). - NTC-kredsløbet lineariseres (i fysiklab, med efterfølgende regression) - en brugersituation beskrives og der laves en brainstorm-session til et IT-produkt - der laves en papirudgave af en smartphone app som indlæses i et muck-up værktøj - der gennemføres brugerinterview for at forbedre produktet - der programmeres en temperaturudregnings og visnings smartphone app - appen testes (kontrollerende temperaturmålinger i fysiklab) Forløbet arbejder med følgende informatik-faglige mål: Konstruktion af it-system som løsning til et problemområde løse et mindre problem ved at beskrive problemet, samt designe, realisere og afprøve et it-system gennem brugerorienterede teknikker behandle problemstillinger i samspil med andre fag demonstrere viden om fagets identitet og metoder It-systemers og menneskelig aktivitets gensidige påvirkning give eksempler på, hvordan it-systemer har betydning for og påvirker menneskelige aktiviteter Forløbet arbejder med følgende fysik-faglige mål: kende og kunne anvende enkle modeller, som kvalitativt eller kvantitativt kan forklare forskellige fysiske fænomener eller kan føre til løsninger af problemstillinger, hvor faglige begreber og metoder anvendes kunne beskrive og udføre enkle kvalitative og kvantitative fysiske eksperimenter gennem eksempler kunne perspektivere fysikkens bidrag til såvel forståelse af naturfænomener som teknologi- og samfundsudvikling kunne formidle et emne med et elementært fysikfagligt indhold til en valgt målgruppe kunne demonstrere viden om fagets identitet og metode kunne behandle problemstillinger i samspil med andre fag Ken Mathiasen 7/3 2017 må gerne kopieres (men husk referencen) Side 1 af 6
Lektion 1 - Resistans og temperaturmåling 20 min. Kort introduktion til resistans - fænomen-forståelse. -Overvejende praktisk vinklet forklaring hvor eleverne vises fænomenet. -Der vises et lille forsøg med en LED og et 9V batteri -På skift sættes fire forskellige modstande i serie med LED, fx - 470 Ω, 2,2 kω, 100 kω og 1MΩ -Resistansen erstattes af et potentiometer (47 kω), så lyset kan dæmpes 20 min. Måling af temperatur med en temperaturafhængig resistans, en NTC Der bygges en ny opstilling hvor en 10 kω modstand tilsluttes +5V og sættes i serie med potentiometeret (47 kω) der er forbundet til 0V. Spændingsfaldet over potentiometeret måles med et voltmeter (voltmeteret kan vises på storskærm). Eleverne skal opleve hvorledes spændingsfaldet kan ændres ved at dreje på potentiometeret. Potentiometeret udskiftes med en 10 kω NTC Det vises hvorledes spændingsfaldet kan ændres ved at varme NTC op med fingrene 10 min. Hypotese - på baggrund af elevernes iagttagelser af lærerdemonstrationen, skal eleverne udarbejde en hypotese. Fx hvad sker med spændingsfaldet når NTC varmes op. 30 min. Labmålinger af NTC modstandens temperaturafhængighed - i stikordsform: Formålet er at samle målepunkter til en regressionsanalyse og at verificere elevernes hypotesen - opbyg kredsløbet (10 kω resistans i serie med en 10 kω NTC) - Praktisk tips. Det er nemmest med NTC med lange ledninger på benene - fyld fire kopper med vand med forskellig temperatur (fx 10 C, 50 C, 75 C, 100 C). -nedsænk NTC i den ene kop. -samtidig med at spændingen aflæses, måles vandets temperatur stuetemp. kop 1 kop 2 kop 3 kop 4 Målt temperatur ( C) Målt spænding (V) Efter forsøget er gennemført skal eleverne tage stilling til om deres hypotese var korrekt Husk at tage billeder undervejs til portfolio Ken Mathiasen 7/3 2017 må gerne kopieres (men husk referencen) Side 2 af 6
Lektion 2 - Regression 20 min - praktisk vejledning til regression i Excel (eller andet). Hvordan gør man. 15 min - eleverne laver lineær regression på deres fem målepunkter 20 min - en snak om udviklinger, lineær, eksponentiel, potens. Tips: Husk eleverne formodentlig kun kender lineær udvikling, så det er godt at tage udgangspunkt i nogle praktiske eksempler (flyderen i en toiletcisterne lukker for vandet "som en parabel", rotter formerer sig eksponentielt, potensudvikling - pendulets snorlængde påvirker svingningstiden) 15 min - eleverne prøver sig frem mellem de forskellige regressionstyper og finder det bedste fit (højeste R 2 -værdi) - hvilket forhåbentlig er eksponentielt. 15 min - opsamling på klassen. Det er en fordel for det efterfølgende arbejde, hvis klassen enes om en fælles overføringsfunktion. Det kan gøres ved at samle alle elevernes målinger i et regneark og lave en eksponentiel regression. Denne graf er lavet på baggrund af elle elevernes målinger. En fælles graf kan giver en god snak om måleusikkerhed og unøjagtighed (NTC modstanden unøjagtighed er fx 5%, hvilket kan forklare noget af afvigelserne ved 20 C) Ken Mathiasen 7/3 2017 må gerne kopieres (men husk referencen) Side 3 af 6
Lektion 3 - Brainstorm - hvorledes skal temperaturen præsenteres for brugeren 5 min - CASE story og målgruppe - "Passer på rideskole". Vi skal udvikle et it-produkt. Målgruppen er dreng/pige der går i 9. kl og som er passer på den lokale rideskole. En passer skal bl.a. fodre hesten og må gerne ride på hesten - også i weekenden. Når der er varmt og høj solskind, er det dejligt at ride en tur tidligt lørdag morgen - er det en kold morgen, vil man hellere sove længe og så fylde hø-nettet om eftermiddagen. (læs evt mere i dokumentet "Padsningsrordning": http://www.jork.dk/index.php/stald) 15 min introduktion til de iterative udviklingsproces Brainstorm-teknikken anvendes ofte i idé-fasen af den iterative udviklingsproces 60 min - brainstorm Nu skal vi udvikle et it-produkt der lørdag morgen kl. 05:00 kan hjælpe en passer med at tage en beslutning, om der skal soves længe eller om man skal stå op og tage en ridetur. Det er en app vi skal udvikle (fx til facebook, en hjemmeside, en SMStjeneste, smartphone app eller noget helt andet) For at kunne finde ud af, hvordan vi bedst kan hjælpe en bruger i målgruppen (elev i 9.kl der er passer på en rideskole) skal der nu gennemføres en brainstorm. I brainstormsessionen skal it-systemets funktionalitet belyses. Hvis vi forestiller os et en app man gerne vil bruge - hvad skal den så kunne: - hvilke knapper skal appen have - skal den så kunne tage billeder - skal der være en funktion, så man kan melde sig syg ved at trykke på en knap - skal der være vejrudsigt - skal der være et rideskoleskema så du kan se om din hest er booket - skal der være en tømmermænd-knap der gør at man ikke forstyrres lørdag morgen - skal udetemperaturen vises osv Ken Mathiasen 7/3 2017 må gerne kopieres (men husk referencen) Side 4 af 6
I brainstormsessionen kan der tages udgangspunkt i følgende spørgsmål: Hvilke funktioner skal en app have for at kunne hjælpe en passer med at tage beslutningen lørdag morgen. Anden runde af brainstormsessionen gennemføres med udgangspunkt i idéerne fra første runde. I anden runde skal der arbejdes med idéer til en konkret app der kan hjælpe en passer. Her er en et forslag til (med pædagogiske fif), hvorledes en brainstorm session kan gennemføres i en gymnasial undervisningskontekst (informatik) http://cloud.cct.au.dk/wiki/index.php?title=brainstorm#lektionsplan_.28.c3.a9n_60_min_lektion.29 Lektion 4 - Papirprototype 20 min - opsamling fra sidst. Grupperne fortæller om deres produkt-ideer - det kan inspirere andre til yderligere funktioner. 40 min - papir prototype. Gruppen skal nu lave en papirudgave af den app der skal udvikes. Arbejdet begynder med at velkomstbilledet i appen skitseres på et stykke A4-papir. Det skal være en overordnet skitse uden for mange detaljer. En skitse - altså tegnes i fri hånd (uden lineal). Gruppen diskuterer de forhold der kommer frem og modificerer løbende papirskitsen. Smalle Post-it notes kan anvendes til at vise hvor knapper og menuer er - og de kan hurtigt flyttes rundt på siden. Alle de knapper der kendes, tegnes på. Efterhånden vokser appens velkomstside op, hvorefter undersiderne laves (også i papir). Undervejs skal gruppen lave et lille rollespil for at afprøve papirmodellen 20 min - indscanning og test af papirmodel For at give et mere realistisk indtryk af appen, skal der tages billeder af skitserne og der skal etableres link mellem dem. Det gøres ved at lægge billederne ind i et prototype muck-up værktøj (vi anvender Marvelapp, https://marvelapp.com). Her er en videovejledning https://www.youtube.com/watch?v=_g6yzyttqk8 Undervejs laver gruppen lave et lille rollespil hvor et medlem agerer bruger - husk at optage video af testen til porttolio Lektion 5 - brugerinterview 20 min - Introduktion til brugerinterview 20 min - Nu skal der gennemføres brugerinterviews. Hver gruppe udlåner et medlem som skal spille bruger overfor nabogruppen. Hver gruppe modtager en bruger og der kan gennemføres et brugerinterview 10 min - Brugerinterview er færdig og eleverne er tilbage i deres oprindelige gruppe. Gruppen fortæller det returnerede medlem om brugerinterviewet og brugerens input. Bagefter fortæller det returnerede medlem om hans/hendes oplevelser fra den anden gruppe og deres produkt. 10 min God idéer fastholdes og bygges ind i appen. 20 min Afslutning - grupperne præsenterer deres produkt for klassen Ken Mathiasen 7/3 2017 må gerne kopieres (men husk referencen) Side 5 af 6
Lektion 6 - Programmering af App-Inventor Det er desværre i et så kort forløb ikke muligt at programmere en app der indeholder alle de gode funktioner der er fremkommet i de sidste lektioner. Der skal nu laves app der efter indtastning af et spændingsfald fra en NTC modstand, udregner temperaturen. Der er givet en sammenhængen 4,2,, hvor y er det målte spændingsfald (volt) og x er temperaturen ( C), hvilket kan omskrives til 57,4 40 ln Så det vi skal programmere en smartphone til at når brugeren indtaster et spændingsfald (fx y = 0,5), så skal smartphonen udregne og vise temperaturen (85 C) Først skal eleverne gøres fortrolige med App-Inventor. Så lektionen bliver: 20 min - introduktion til App-Inventor 20 min - eleverne arbejder med en simpel lommeregnerapp. Når der trykkes på en knap lægges felt1 sammen med felt2 og resultatet skrives i en label. 40 min - Der laves en ny app med formlen. Det hele skal sættes pænt op og afprøves Appen gemmes så de andre elever senere kan hente den. Lektion 7 - verifikation og udbygning 45 min - Vi mødes i fysiklab hvor NTC-måleopstillingen genetableres og der måles et spændingsfald. Spændingsfaldet indtastes i elevernes nye app og det verificeres ved at sammenligne med et kalibreret termometer at appens resultat er korrekt. 45 min - PTC. Ved at udlevere en PTC modstand kan eleverne nu gentage hele forløbet og udbygge deres app til også at kunne beregne en temperatur på baggrund af en PTC sensor Litteraturhenvisning og Link Application note fra Vishay (NTC producent) http://www.vishay.com/docs/29053/ntcintro.pdf NTC med påloddede ledninger kan købes hos minielektro (35,- kr): http://minielektro.dk/catalogsearch/result/?q=af372 Marvelapp prototype værktøj, https://marvelapp.com Videovejledning til marvelapp https://www.youtube.com/watch?v=_g6yzyttqk8 Jordrup og omegns rideskole - baggrunds info http://www.jork.dk/index.php/stald Ken Mathiasen 7/3 2017 må gerne kopieres (men husk referencen) Side 6 af 6