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【CanSat】缶サット甲子園を目指す高校生向け電子工作講座 @福井

事象発生日:2020-02-23

記事公開日:2020-03-04

缶サット甲子園への出場を目指す福井県の高校生チームらに,電子工作の基礎を教えてきました

2日間で,回路とプログラミングの基礎,そして製作まで行うという強行スケジュールでしたが,生徒の皆さんは頑張ってついてきてくれました.

 

また,今回このような講座を実施するにあたって,缶サット開発キットを先輩と作成しました.

詳細は,こちらのGitHubで公開しています.

1.概要と経緯

宇宙工学・宇宙産業に力を入れている福井県の要請もあり,缶サット甲子園への出場を目指す高校生らに,電子工作の基礎講座を開いてきました.

やったことは,

缶サット,衛星開発についての講義
センサ・アクチュエータ,マイコンなどについての講義と動作テスト方法の実習
ミッション立案
回路の基礎講義と作成実習
プログラミングの基礎講義と作成した缶サットへの実装
動作試験

と盛りだくさんでした.

 

2日間で,たくさんの初めてのことに出くわし,「わからない」「むずかしい」と言いつつも,全員最後まで頑張ってくれました.

これで,一通りの開発の流れを知れたと思うので,各高校に持ち帰ってからも,諦めず続けてほしいですね.

 

教える側としても,今回,僕と先輩の2人で40人以上を相手するという,なかなかしんどい規模でしたが,無事なんとかなってよかったです.

また,これを機に,缶サット開発キットを作成しました.

当日の講義資料なども合わせて,

GitHub:高校生向け缶サット開発キットと資料 (https://github.com/meltingrabbit/CanSatForHighSchoolStudents)

で公開していますので,ぜひご活用ください.

(ご活用される場合はご一報いただければ幸いです.)

 

 

作ったものはこんな感じで(わかりやすいように缶ではなく透明なペットボトルに入ってますが...(笑)),

Arduino Nano
カメラ
光センサ
9軸センサ
気圧計(高度計)
GPS
サーボモータ
SDカード

が搭載されています.

また,簡単なサンプルコードとして,光センサとサーボモータを用いた明るさ計などを準備しました.

2.1日目

最初の講義でモデルケースとして気圧計を使うことにしたので,早朝全員分のセンサのピンをはんだ付けです.

これで2班分(4人x2班).

1班分の材料はこれで,2つ作成できるように準備しました.

 

初日は,全体的な講義と,センサやアクチュエータをブレッドボード上で動かすことで,データシートの読み方や回路の基礎を学んでいきます.

11班もあったので,こんな感じでGitHub上に回路図などをアップしておき,自分たちで進められる班はどんどん先に進んでもらう形式にしました.

さすが高校生,若くて柔軟で,最初気圧計を全体で教えてしまえば,他のセンサらもどんどん自分たちでこなしてました.

 

一通りどんなセンサ,アクチュエータがあるのかがわかってきたところで,各班で缶サットの “ミッション” を考えてもらいます.

「特定の高度になったらサーボモータで蓋を開いて上空の花粉を採取する」とか,「光をあてるとそちらを向いて写真撮影する」とか,いろいろ考えてくれました.

 

ミッションが決まると,実際に使うセンサ,アクチュエータも決まります.

そうしたら,今度はブレッドボード上に作っていた回路を,スタックしていくユニバーサル基板へ移す作業が必要になってきます.

1枚のユニ基板で両面あり,そしてそれが上下に3枚程度スタックする状態で,回路図を考えていかなければなりません.

これが結構難しかったみたいですね.

3.2日目

午前中はプログラミング講座です.

個人的に一番危惧していた部分です.

 

プログラミング初心者に,1時間程度でC/C++の基礎を教えなければいけない....

いろいろ端折ってもいいけれど,やっぱり変数とか型とか条件分岐とか,ちゃんと基礎も教えてあげないとだめ,という気持ちもあったので,すこし駆け足にはなってしまいますが,0からちゃんと教えることにしました.

 

これも回路と同じで,すべての講義資料をGitHubにアップロードしておき,1からコードを書くのではなくサンプルコードを実行し,ちゃんと動く状態のコードを,自分たちでちょっといじって試す,試しながら触りながらエッセンスを体験していく,といった講義方式にしました.

自分が最初にプログラミングを勉強した時って,どう思ったんだろうか...? と振り返ってみると,= が等号ではなく代入であることに混乱したのと,変数という概念に困惑したような記憶があります.

そういったことを思い出しながら,コードが書けるようになることを目標にするのではなく,プログラミングってこんな感じ,こんな雰囲気で書いていくんだ,なんか面白そう,できそう,って思えるように心がけました.

 

実際のところ,ちんぷんかんぷんな生徒さんは数名いました.

けれど,講義でも伝えましたが,缶サット(や人工衛星)はグループで開発するので,自分の得意なところで自分の創意工夫を発揮してくれえれば,それでよいのです.

 

 

午後は,残りの時間で実装(ユニ基板での回路,プログラミング,そして構造)とテストです!

「光センサを4方向につけて,どちらから光が来てるのかわかるセンサがつくりたい」などと,新しいアイデアも出てきました.

そもそも同じセンサを複数使うことを,ピンアサイン的にもプログラム的にも想定していなかったので,急遽要望に合わせたサンプルを作っていきました.

こういうときに,GitHubなどを使った教材提供はいいですね.

こちらの更新が即座に全班にも反映されます.

 

最後は成果発表会.

流石に2日では,納得の行く状況まで作り込めた班は少なかったようです.

 

高度に合わせてミッションを行う班や

 

光の方向を検知してそちらを向いて写真を撮影する班.

 

この経験をもとに,次は本番の缶サット甲子園に向けて,ミッション策定から頑張ってください!

4.終わりに

今回は,缶サット甲子園を目指す高校生に対して,缶サットの作り方の流れを一通り伝えることができたと思っています(生徒さんはとても大変だったと思いますが....).

この場で学んだことを生かして,各々の高校に持ち帰ってからも,実装を進めていってほしいです.

 

今回は,教材公開などにGitHubを活用しました.

最初,教員の方々などにはすこしお手を煩わしてしまいましたが,当の高校生たちはすぐに慣れてくれました.

 

こうすることで,高校に戻ったあとでも情報にアクセスできますし,こちらもあとから更新をかけれるので,とてもいいと思っています.

 

どうやら6月あたりに,今度は構造系の講座が開かれるようなので,またその時に成長した姿で再会できることを楽しみにしています!

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6.出典

サイエンスラボ 福井県教育総合研究所. 缶サットHigh School「電子系講座」. Retrieved March 4, 2020, from https://www.fukui-educate.jp/science/record/archives/21

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