Danmarks Fysik- og Kemilærerforening
Didaktik Fællesfaglige fokusområder Fysik/Kemi Natur/Teknologi

Micro:bit i naturfagene. Hvorfor og hvordan?

Af Gunnar Lund, tidligere IT konsulent i Vejle kommune og Torben Baunsø, tidligere IT konsulent i Horsens kommune

To tidligere IT-konsulenter har lavet gratis forløb med micro-bitten til natur/teknologi og fysik/kemi.

FK02 2019 1 1
Micro:bitten har flere sensorer.


Micro:bit er en mikroprocessor til skolebrug, der blev frigivet til engelske skoler med afsæt i year 7 elever (11-12 år) i 2016.
Micro:bit er udviklet af engelske BBC i samarbejde med en række større firmaer herunder Microsoft og Samsung.

DR introducerede i 2018 projektet Ultra:bit som et tilbud til alle 4. klasser i Danmark. I 2019 udvides projektet til at omfatte hele mellemtrinnet.

Valg af materiel

Hvilket materiel kan være relevant at benytte, når skoler skal arbejde med programmering, digital måling og styring og elektronik?
Der eksisterer gode bud på hvordan eleverne kan arbejde med programmering på skærmen. Rigtigt mange lærere kender Hour of Code og Scratch.

Men hvad vælger man, hvis der skal arbejdes med fysiske “dimser” med en mikroprocessor, der kan demonstrere digital måling og styring, når de samtidig skal være realistiske at bruge for elever og deres lærere.
Markedet byder på et væld af tilbud på “dimser”, der på forskellig måde giver adgang til at demonstrere ovenstående i grundskolen.
Man kan nævne BeeBot, Ozobot, Lego Wedo, Lego EV3 og Pascos udstyr, der på hver deres måde demonstrerer principper for digital måling, styring og programmering fra indskoling til udskoling.
Men hvor kommer micro:bit ind i billedet?

Lidt om micro:bit

Micro:bit er en mikroprocessor, der er gjort skolevenlig ved at indbygge enkelte sensorer og et simpelt display til henholdvis input og output.
Programmering kan gennemføres med on-line editoren “MakeCode Editor”, der minder om de blokprogrammeringssprog, som mange kender fra Hour of code og fra Scratch.
Editoren forenkler arbejdet med programmering betydeligt, men “familieskabet” med mere avancerede programmeringssprog er tydelig.
Micro:bitten kan forbindes til eksterne input- og outputenheder via kobberbanerne i bunden af printet.
Micro:bits kan kommunikere med hinanden via Bluetooth med en rækkevidde på op til ca. 50 meter.

Hvor henter man hjælp og inspiration?

Micro:bit er udviklet til det engelske skolevæsen. Da undertegnede Torben Baunsø stiftede bekendtskab med den i starten af 2017, eksisterede der ikke noget dansksproget materiale målrettet danske skoler. Derfor begyndte jeg at udarbejde materialer med afsæt i micro:bit, der i min optik kan bruges i skolerne, og i starten af 2018 etablerede jeg et website, der giver adgang til materialerne.
www.microbit-i-skolen.dk
Med etablering af DR’s Ultra:bit projekt er interessen for micro:bitten eksploderet, og dermed finder man i dag flere forskellige dansksprogede ressourcer.
Her skal fremhæves Karin Høgh, Podconsult, der nok var den første danske forhandler, der for alvor introducerede micro:bit. I hendes webshop tilbydes rigtig meget udstyr og materialer til micro:bit.
Link til Karin Høghs webshop


Forslag til arbejde med micro:bitten i natur/teknologi

Lysregulering (natur/teknologi)
De første enheder, man kobler til micro:bitten, vil ofte være lysdioder. Med simple virkemidler får brugerne her de første erfaringer med styring af eksterne enheder.
En micro:bit kan nemt forbindes til og styre 3 eksterne lysdioder.
Eleverne kan lave deres egen lyskurv, der programmeres til at fungere som en rigtig lyskurv.
En udfordring til “de skrappe”: To micro:bits kan styre hver deres lyskurv i hver sin trafikretning. Synkronisering af de to retninger kan gennemføres ved at lade micro:bits’ene kommunikere via radio.
Link til materiale med enkel intro
Link til materiale med mere avancerede forslag

FK02 2019 1 2

Elever på Tørring skole arbejder med 2 lyskurve.

Vindmøllen – Simulere oplagring og forbrug af energi (natur/teknologi)

Disse forsøg med simulering af oplagring og forbrug af energi giver et godt afsæt for en debat i klassen om, hvordan man oplagrer vindmølleenergi.
Hvis man udstyrer en lille letløbende elmotor med en propel, kan den som bekendt producere strøm, hvis man puster på propellen.
Micro:bitten kan måle på den inducerede spænding, og med lidt programmering kan man simulere, at der opsamles og forbruges elektricitet.
Vejledning til enkel version
(Når der pustes på propellen, opsamles energi. Når der ikke pustes på propellen, forbruges energi).
Vejledning til mere avanceret version
Link til videodemo af den avancerede version
(Der bruges 2 micro:bits: En producent og en forbruger. Producenten oplagrer energi, når der pustes på propellen. Forbrugeren bruger af den oplagrede energi, når der tændes for en eller flere lysdioder)

FK02 2019 1 3

Til venstre el-producenten, der er i radiokontakt med forbrugeren til højre. Den mellemfornøjede smiley på producent-micro:bitten symboliserer, at el-lageret er ved at være brugt op.


Elektronik og micro:bitten (fysik/kemi)

For en hel del år siden har undertegnede – Gunnar Lund – udarbejdet både elektronikbøger og undervisningssoftware. Da jeg opdagede micro:bitten og Torben Baunsøs hjemmeside blev jeg meget optaget af at kombinere micro:bitten med elektronik, styring og programmering. Disse emner figurerer jo i læseplanen for fysik/kemi.
Torben og jeg har aftalt at lave tre undervisningsforløb rettet mod fysik/kemi undervisningen i 7.-9. klasse, som jeg kort vil præsentere.
Ved siden af disse forløb har jeg udarbejdet en række YouTube videoer ift. forskellige emner, som interesserede elever og lærere kan hente inspiration i.

Herefter omtale af de tre undervisningsforløb og nogle af YouTube videoerne.
Materialerne er omtalt og linkes til fra Torbens hjemmeside:
Link til menupunkt med henvisninger til materialerne


De 3 undervisningsforløb

1. Lysdioder og modstande
I dette forløb behandles disse emner: Resistor og variable resistorer, lysdioder, serie- og parallelforbindelse måling med multimeter og ohms lov. Til sidst sættes en micro:bit til at styre lysdioderne og det forklares, hvorledes man kan nedsætte den effektive spænding og dermed lysstyrken ved at ændre på firkantkurvernes såkaldte duty cycle. Vi gennemgår også forskellen på digitale og analoge signaler.

FK02 2019 1 4

Til nogle af opstillingerne har vi valgt at benytte montering på sømbræt, da dette giver nemmest og hurtigst overblik over opstillingen.


Link til materialet “Eksperimenter med modstande og lysdioder”

Disse korte videoer giver et hurtigt overblik over delforløbene:

Delforløb 1 – Eksperimenter med lysdioder
Delforløb 2 – Måling af spænding og anvendelse af ohms lov
Delforløb 3 – Styre lysdioder med micro:bit

2. Transistoren
Her er de centrale emner: Transistoren som kontakt, LDR-modstanden (lysfølsom modstand), spændingsdeling og styring af transistoren med en micro:bit. Med et transistortrin kan micro:bitten styre motorer og pærer, som bruger mere strøm end det, den selv kan levere. Til sidst er et delforløb, hvor micro:bitten bruges som voltmeter ift. spændingsdeling.
Eksempler på ting eleverne skal undersøge: Kan du styre en transistor med en blyantstreg? Kan du få en lysdiode til at slukke, når der er meget lys? – og når der er lidt lys? Kan du bruge en variabel modstand til at bestemme lysstyrken på micro:bittens display?

FK02 2019 1 5

Forskellige transistorer.


Link til materialet “Eksperimenter med transistoren”

Disse korte videoer giver et hurtigt overblik over delforløbene:
Delforløb 1 – Transistoren som kontakt
Delforløb 2 – Styring med LDR
Delforløb 3 – Styring af transistortrin med micro:bit
Delforløb 4 – Spændingsdeling og micro:bitten

FK02 2019 1 6

Her måles spændingsforskellen over den højre resistor i en spændingsdeler.


Styre en motors retning og fart

Denne YouTube video  bygger videre på forløbet om transistorer. Nu laves en lidt mere indviklet transistoropstilling, der både kan bruges til at få en motor til ændre retning og til at ændre fart. Undervejs forklares forskellen på NPN og PNP transistorer.

{embed:youtube:LQybs_mpeeU}

3. Kondensatoren

Her ved redaktionens slutning har vi udarbejdet et 4. undervisningsforløb, som handler om kondensatoren: op- og afladning, kondensatoren og transistortrinnet samt den astabile multivibrator.  https://docs.google.com/document/d/174mpbSEpI8q6L4TEzQvd6LSn7Qax87YbhhlS6DecGes/edit
Udover det ligger der en YouTube video, hvor en micro:bit laver firkantkurver, som sendes hen til en kondensator. En anden micro:bit aflæser op- og afladning, og viser det som en graf. Man ser, at afladningskurven svarer til den, der er kendt fra radioaktive stoffers halveringstid.

{embed:youtube:reVOaTqH8v8}

 FK02 2019 1 7

Opladnings- og afladningskurve for kondensator med indtegnede halveringstider for spændingen.


Forslag til arbejde med lydbølger

Ifølge læseplanen for fysik/kemi, skal eleverne lære om begreber som: lydbølger, frekvens, bølgelængde samt høje og dybe toner. I videoen Høreprøve har jeg vist, hvordan en micro:bit kan få en buzzer til at udsende lyde med forskellige frekvenser. Videoen forklarer hvad frekvens betyder, og den viser, hvorledes de ønskede frekvenser beregnes. Opstillingen kan så bruges til at lave ganske præcise høreprøver.

Høreprøveprogrammet kan bruges i overbygningen, men programmet kan også bruges på mellemtrinnet, selv om man på mellemtrinnet nok ikke vil komme omkring programmeringsteknikken.
Høreprøveprogrammet kan bruges i overbygningen, men programmet kan også bruges på mellemtrinnet, selv om man på mellemtrinnet nok ikke vil komme omkring programmeringsteknikken.

{embed:youtube:qeniV0Ep7Is}

Sammen med en transducer kan en micro:bit både bruges til at udsende og modtage Ultralyd. I videoen behandles emner som lydens udbredelse, refleksion, interferens og styring af en motor med ultralyd. Et ultralydssignal, der afbrydes, kan f.eks. trække en pumpe, eller micro:bitten kan tælle, hvor mange gange, det sker.

{embed:youtube:0ciATDanEdY}


Masser af muligheder

Vi håber, at vi med de valgte eksempler har vist, at “der er nok at tage fat på” i naturfagene.
Alt i alt er der rige muligheder for at bruge micro:bitten til at belyse disse emner fra læseplanen: Viden om opbygning af elektriske kredsløb, digital styring og simpel programmering.
Udgifterne til komponenter er meget små, så det er bare med at komme i gang.

 

 

Skriv et svar

Din e-mailadresse vil ikke blive publiceret.

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.