Powrót do scenariuszy
Szkoła podstawowa
Klasa: 7-8
Szkoła ponadpodstawowa
Klasa: 1-4
test
Autor:

Mateusz Błaszkiewicz

Zbieramy i sortujemy dane

fizyka • informatyka • programowanie
Czas:
90 min.
Roboty:
x1
Akcesoria:
AccessoryAccessory
Interfejsy:
Scratch 3.0 (Photon Magic Bridge)
Scenario Image

Odniesienie do podstawy programowej

Informatyka Liceum/Technikum PP I.2.3
Fizyka Liceum/Technikum PP I.10 I.12 I.14

Szkoła Podstawowa VII-VIII - I.1 I.2.2

Cele zajęć

Uczeń/uczennica:
  • wykorzystuje robota do przeprowadzania prostych pomiarów
  • zapisuje uśrednione wyniki poimiarów w bazie danych
  • analizuje problem, przedstawia koncepcje jego rozwiązania i wdraża je

Metody pracy

  • burza mózgów

Formy pracy

  • indywidualna

Materiały

  • komputer
  • przeszkody (6x)

Załączniki

Załącznik 1: Program z przykładowym rozwiązaniem
Pobierz

Przebieg zajęć

Wstęp

Scenariusz zawiera głównie elementy, które realizowane są w szkole średniej, jednak bez problemu można go przeprowadzić również z klasach VII-VIII szkoły podstawowej. Wystarczy wówczas rozłożyć zajęcia na większą liczbę spotkań, a także rozszerzyć go o dokładną analizę sortowanai algorytmów. 

Sortowanie to jedna z podstawowych operacji na zbiorach danych, która ma na celu uporządkowanie tych danych według konkretnych założeń np. od najmniejszej do największej liczby, czy słów w kolejności alfabetycznej. Celem zajeć jest stworzenie programu według następujących wytycznych:

  • przeprowadzenie w każdym miejscu serii 10 pomiarów i uśrednienie ich wyniku, celem zniwelowania błędów pomiarowych,
  • zebranie za pomocą robota wyników pomiarów sześciu odległości wykonanych za pomocą czunika podczerwieni,
  • wprowadzenie zebranych 6 wyników do listy w programie Scratch,
  • posortowanie uzyskanych wartości od najmniejszej do największej.

Zadanie 1.

  • Założenia prowadzenia pomiaru przedstawia poniższy rysunek:

  • Jak widać, możemy wykorzystać matę, by odpowiednio rozłożyć przeszkody (fioletowe prostokąty). Aby robot poprawnie mierzył odległości (białe strzałki), musi się poruszać w jednej linii (zielony prostokąt) - w tym celu możemy wykorzystać kilka różnych metod tj. śledzenie linii, przemieszczanie się o odpowiednią liczbę centymetrów lub ręczne przenoszenie robota i jego aktywacja np. za pomocą czujnika dźwięku lub po nacisnięciu klawisza. To uczestnicy zajeć tworzą koncepcję i starają wdrożyć najlepszą według nich.
  • Na potrzeby scenariusza wybrana została metoda przemieszczania się robota o odpowiednią liczbę centymetrów. W każdym z punktów wykonane zostało 10 pomiarów, które zostały zsumowane. Następnie wyciągnieto średnią z sumy, zaokrąglono ją za pomocą funkcji w Scratch i wstawiono do odpowiedniej listy.

Przykładowe rozwiązanie:

 

 

Zadanie 2. Sortowanie bąbelkowe

Jedną z najprostszych metod sortowania małych zbiorów danych jest sortowanie bąbelkowe. Polega ono na porównywaniu ze sobą sąsiadujących par elementów i zamianie ich kolejności w przypadku niespełnienia założeń, według których zbiór danych ma być posortowany. Operację te wykonuje się cyklicznie - za każdym razem od początku zbioru do czasu, aż cały zbiór zostanie posortowany. Posortujmy więc następujący zbiór danych: 5 3 6 2 od najmniejszego do największego elementu:

Cykl 1

    • 5 3 6 2   - porównujemy pierwszą parę elementów, wymaga ona zamiany
    • 3 5 6 2   - kolejna para jest w dobrej kolejności
    • 3 5 6 2   - ta para wymaga zamiany miejscami

Cykl 2

    • 3 5 2 6   - para jest w dobrej kolejności
    • 3 5 2 6   - ta para wymaga zamiany miejscami
    • 3 2 5 6   - para jest w dobrej kolejności

Cykl 3

    • 3 2 5 6   - ta para wymaga zamiany miejscami
    • 2 3 5 6   - para jest w dobrej kolejności
    • 2 3 5 6   - para jest w dobrej kolejności

Cykl 4

    • 2 3 5 6   - para jest w dobrej kolejności
    • 2 3 5 6   - para jest w dobrej kolejności
    • 2 3 5 6   - para jest w dobrej kolejności; nie wykonaliśmy ani jednej zamiany w cyklu 4 - oznacza to, że zbiór jest posortowany.

 

W celu jednoczesnego zaprezentowania zbioru posortowanego i nieposortowanego, zebrane dane zostały skopiowane do nowej listy. Następnie za pomocą skryptu sortującego przeprowadzono operację jej sortowania.

Przykładowe rozwiązanie (na fioletowo zaznaczono kopiowanie danych miedzy listami):

 

Podsumowanie

Wykorzystaliśmy robota w programie pomiaru odległości, zbierania danych i ich sortowania. Ten rozbudowany projekt pokazał, że możliwe jest ciekawe połączenie ze sobą różnych dziedzin - fizyki czyli prowadzenia pomiarów oraz informatyki i matematyki do wykonywania operacji na zebranych danych. Nauką, która skupia się na poprawnym prowadzeniu pomiarów jest metrologia.

 

Ciekawostki/Pytania otwierające

Ciekawostki:

Pytania:

  • Czy uczestnicy zajeć znają inne metody sortowania? Może uda się wdrożyć je do programu.
  • Warto sprawdzić też złożoność programu sortowania bąbelkowego, dodając do listy posortowane np. 100 losowych liczb i uruchamiając skrypt sortowanie. Widać, że ułożenie takiej liczby komórek we właściwej kolejnośći zajmuje komputerowi więcej czasu niż w przypadku 6 liczb.
  • A może policzmy błąd pomiaru między różnymi robotami?
  • Czy nasz pomiar był dokładny? Jakie elementy można poprawić, by jak najbardziej zniwelować błędy?

Powiązane zasoby

Dyskusja (brak komentarzy)

Zaloguj się, aby rozpocząć dyskusję
Przetwarzamy Twoje dane osobowe, by umożliwić Ci korzystanie z naszej strony internetowej. Zapoznaj się z informacjami zawartymi w naszej Polityce Ochrony Danych . Ponadto nasza strona internetowa używa plików cookies (tzw. ciasteczka) w celach statystycznych, reklamowych oraz funkcjonalnych. Dzięki nim możemy indywidualnie dostosować stronę do twoich potrzeb.