Projektová výuka - samostatný model

V tomto modelu pracuje student velkou část práce samostatně, trvá řádově měsíce. Studenti tedy musí být do projektu zapáleni, musí mít trpělivost a musí být zodpovědní. Je vhodné používat agilní řízení projektu, jelikož se na projektu studenti učí a mnoho věcí je pro ně nových (viz příklad úvodní analýzy).

Studenti musí rozvíjet schopnost řešit "zásek", kdy se nemohou pohnout v řešení (zvážit přechod na jinou alternativu). Časem klesá motivace studentů, na schůzkách se musí držet pozitivní duch. Úvodní analýzu se osvědčilo dělat neformálním rozhovorem mimo školu.

Učitel zde figuruje jako vedoucí projektu a koordinátor aktivit, osobně ručí za úspěch. Místo vztahu učitel - studenti se projektová výuka řeší v prostředí senior - junior pracovní pozice.

Příklad projektu - Monitoring rostlin

Studenti SŠIPS v Českých Budějovicích ve spolupráci s Petrem Zelenkou se rozhodli naučit se základy IoT na projektu zavlažovacího systému, který měl na jaře 2019 veřejnou výstavu v místním Čajovém ateliéru (viz obrázek níže).

Projekt byl realizován pomocí Raspberry Pi jako IoT gateway. Pod skleněným poklopem byla umístěna pažitka zalévaná čerpadlem umístěným ve vedlejší nádobě. Uvnitř poklopu se monitorovala vlhkost, teplota a hladina CO2, která byla ukazatelem kondice rostliny. Součástí aplikace bylo webové rozhraní se zobrazením historie a tlačítkem pro vzdálené zalévání. Server umístěný v budově SŠIPS obsahoval databázi, kam se data zapisovala.

V první iteraci jsme nakoupili HW a vyrobili skleněný poklop. Návod na YouTube řezání pomocí plamene a vody či ledu nám nefungoval, sklo se neodlamovalo v místě řezu. Nakonec jsme příklop vyrobili pomoví úhlové brusky s diamantovým kotoučem, kde se místo řezu oblepilo páskou, aby se omezilo štěpení.

V druhé iteraci jsme navrhli zavlažovací mechanismus a schéma generátoru pulzu pro ventil). Ukázalo se však, že voda v lahvi nemá dostatečný tlak na protlačení skrz ventil a že mechanismus je příliš labilní na hlíně. Použili jsme proto čerpadlo spínané přes relé.

Ve třetí iteraci jsme si ukázali instalaci Raspberry Pi Zero a jeho konfiguraci bez nutnosti připojení k monitoru a klávesnici. Vysvětlili jsme si konfiguraci připojení do místní sítě, vzdálenou plochu a práci s piny.



Monitoring rostlin

Ve čtvrté iteraci jsme navrhovali program a obvod pro řízení senzoru CO2, který vyžadoval 6V napájení. Ukázalo se, že má velkou spotřebu a zařízení tak nebude moci běžet z powerbanky, jak bylo původně plánováno. Vytvořili jsme alternativní schéma napájení přes 2x 5V/2A USB adaptér. Desku senzoru jsme umístili za sklo vyříznutím otvoru (sklenice praskla, vytvořili jsme novou). Senzor jsme umístili těsně nad půdu, jelikož CO2 je těžší než vzduch. Vytvořili jsme plastový kryt vstupu senzoru před ústí hadice čerpadla, kterou jsme protáhli skrz víčko. Rovnoměrného rozstřiku jsme dosáhli zaslepením hadice tavnou pistolí a jejím perforováním poblíž ústí.

V páté iteraci jsme programovali komunikaci mezi senzory. Postupně jsme vyzkoušeli několik návrhů, nakonec se použilo následující: Python pro programování čidel, MQTT broker na straně Raspberry pro komunikaci se senzory a čerpadlem, HighCharts pro zobrazení grafů, Websocket protokol pro komunikaci s prohlížečem, PHP a MySQL databáze na straně serveru. K serveru (původně plánovanému na PřF, nakonec umístěnému na SŠIPS pro snadnou správu) jsme přistupovali pomocí VPN.

Ve fázi testování jsme první dva dny sbírali kontrolní data ze systému bez rostliny. Následně jsme mechanismus umístili do čajovny a po tři týdny sbírali data. Jako zobrazovací zařízení jsme použili poškozený netbook. V průběhu výstavy proběhlo několik prezentací a demonstrací, poté však musel být pokus přerušen kvůli napadení pažitky plísní vlivem přemíry zalévání přes web. Zkušeností z projektu jsme použili v navazujících projektech.