Tutkimusmatka teknologiaan – Innokas-kerhojen pilotti Oulussa

Mitä tulevaisuus tuo tullessaan? Siitä tuskin kukaan on tietoinen.

Kannattaako tulevaisuuteen silti yrittää valmistautua? Voimmeko pyrkiä tekemään tulevaisuudesta paremman? Totta kai!

Oulussa Myllytullin koulussa alkoi kuluvan vuoden lokakuun 10. päivä Tutkimusmatka teknologiaan nimeä kantava maker-kerho, jossa suunnitellaan, 3D-mallinnetaan & -tulostetaan, ohjelmoidaan sekä lopuksi askarrellaan oma unelmien huone. Kerho on maksuton, ja se on tarkoitettu 4. – 9. luokkalaisille keksinnöistä, teknologiasta ja käsillä tekemisestä kiinnostuneille oppilaille. Tutkimusmatka teknologiaan -kerhosta tulee valtakunnallinen konsepti. Oulussa alkaneessa pilottikerhossa on tarkoitus kartoittaa, millaisille oppilasmäärille kerho on hyvä pitää, minkälaisia materiaaleja kerhossa tarvitaan ja mitkä ovat ne asiat, jotka saavat lapset kiinnostumaan teknologiasta.

Koska innostus kerhoon osallistumisesta oli suuri (46 hakemusta!) ja mukaan mahtui vain 16, jouduttiin hakijoista mukaan pääsevät karsimaan hakemuksen perusteella välittyneen innostuksen perusteella.

Kerhossa oppilaat pääsevät suunnittelemaan ja toteuttamaan oman unelmiensa huoneen hyödyntäen 3D-mallintamista ja -tulostamista. Huone rakennetaan sopivan kokoiseen pahviseen tai puiseen laatikkoon, esimerkiksi kenkälaatikkoon. Huone tapetoidaan, ja sinne luodaan kalusteet, valaistukset, ovet ja ikkunat. Mallintamiseen kerhossa käytetään hyvin helppokäyttöistä selainpohjaista TinkerCadia, jonka avulla 3D-mallintamiseen on mielekästä ottaa ensikosketus sen helppouden ja matalan kynnyksen käytettävyyden vuoksi. TinkerCad sisältää paljon valmiita muotoja, joita muokkaamalla ja yhdistelemällä voidaan luoda jotain täysin uutta ja omaa.

Lisäksi huoneeseen luodaan liikettä ja valoa ohjelmoimalla micro:bit mikrokontrollereita. Micro:bit on vuonna 2015 kehitetty pieni mikrokontrolleri koulujen tietotekniikan opetusta varten Britannian yleisradioyhtiö BBC:n toimesta, ja niitä käytetään nykyisin paljon Suomenkin kouluissa.

Miksi juuri unelmien huone?

Tutkimusmatka teknologiaan -kerhon on suunnnitelut Rajakylän koulu yhteistyössä Innokkaan, OP:n ja Enfucen kanssa. Kerhon perustamiseen on ollut päällimmäisenä syynä huomattu tarve etenkin tyttöjen houkutteleminen teknologia-alan jatko-opintoihin. Suomalaiset tytöt ovat maailman huippuja luonnontieteissä, mutta eivät koe osaavansa niitä. Teknisen alan jatko-opinnoista tyttöjen osuus on alle 20%, mikä on Suomen kansantaloudenkin kannalta huolestuttava luku.

Mitä hyötyä kerhosta on?

Maker -kerholla on paljon annettavaa. Jo nykyisellään tietotekniikka on yksi nopeimmin kasvavista tieteen aloista. Tulevaisuudessa, digitalisaation ja älyjärjestelmien yhä yleistyessä, pienikin ymmärrys esimerkiksi ohjelmoinnista ja tietokoneen hyötykäytöstä on eduksi. Lapsi, joka ymmärtää mistä hänen elämässään jatkuvasti läsnä olevat asiat, kuten tietokoneet, puhelimet ja muut älylaitteet koostuvat ja miten ne toimivat, on vahvoilla tulevaisuudessakin.

Kerhon tarkoitus on innostaa ja motivoida nuoria luovuuteen ja tietotekniikan hyötykäytön pariin. Tietokoneella voi pelaamisen ja kavereiden kanssa chattailyn lisäksi tehdä paljon hyödyllisiäkin asioita. 3D-mallintamisen ja tulostamisen yhteydessä voi oppia muun muassa tietokoneavusteisesta suunnittelusta (CAD), kolmiulotteista hahmottamista, geometriaa, mittaamista, muotoilua ja prototyyppien valmistusta. Lisäksi kerhossa opitaan vuorovaikutustaitoja, ryhmätyöskentelyä ja suunnittelun taitoja.

Kerhokuulumisia

Kerho on kokoontunut nyt kaksi kertaa Myllytullin koulun juhlasalissa, joka tarjoaa loistavat puitteet tällaiselle kerhotoiminnalle. Jokainen kerhokerta kestää kaksi tuntia, jonka aikana vetäjä opettaa kerholaisille jotain uutta 3D-mallintamiseen tai ohjelmointiin liittyen. Sen jälkeen kerholaiset pääsevät itse tekemään, kokeilemaan ja luomaan. Kerhokertojen alussa pidämme pienen yhteisöllisen leikkihetken, jonka tarkoitus on säätää aivot kekseliäälle ja luovalle taajuudelle.

Ensimmäisellä kerralla kerholaiset tutustuivat toisiinsa, jakautuivat työpareihin (työparin kanssa on tarkoitus brainstormata ja kehitellä uusia ideoita) ja loivat TinkerCad -tunnukset. Lisäksi otettiin ensikatsaus siihen, mitä kerhossa tehdään. Pienten teknologiasta johtuneiden alkuvaikeuksien jälkeen kaikki saivat lopulta tunnuksensa luotua, ja kerholaiset pääsivät mallintamaan ensimmäistä tuotostaan. Erilaisia hahmoja pääsiäistipuista luurankoihin syntyi hyvään tahtiin.

Toisella kerralla saimme mukaamme pari uutta kerholaista, ja mallintamishommatkin pääsivät kunnolla vauhtiin. Ensimmäinen tulostuskin saatiin tehtyä!

Kerholaiset ovat hyvin työskentelyorientoitunutta sakkia. Jokainen levittäytyy pitkin juhlasalia, usein parin kanssa, mutta välillä muodostuu pieniä ryhmiä, joista kuuluu hiljaista supinaa ja tietokoneen näppäinten ja hiiren napsutuksia. Kun kerholaisten näyttöpäätteiden takana kiertelee katsomassa ja neuvomassa, huomaa ilokseen, että siellä tehdään ihan oikeita juttuja.

Onko tässä tulevia isoja nimiä design piireissä, tai saadaanko näiden lasten kädentaitoja ihmetellä jonain päivänä vaikkapa lääketieteen puolella?

Hyvää syksyä ja innostusta tietokoneiden parissa toivottelee kerhon vetäjä, Jaakko!

Jaakko Korpela, Oulu

3D-tulostaminen opetussuunnitelman mukaisena toimintana

Tällä hetkellä elää jossain määrin käsitys, että 3D-tulostaminen on ”vain napin painallusta”. Tämän käsityksen mukaan siihen ei siis nähdä sisältyvän kovinkaan paljon mitään pedagogisesti merkittävää. Käsityksen omaavat henkilöt harvoin ovat kuitenkaan varsinaisesti kokeilleet 3D-tulostamista oppilaiden kanssa.

3D-tulostamisen kokonaisprosessi muodostuu mallintamisesta ja tulostamisesta. Lyhyesti kuvattuna prosessi on peruskoulussa tyypillisesti seuraava. Mallintamien alkaa siitä, että oppilas kirjautuu internetissä olevaan mallinnusohjelmaan. Tämän jälkeen hän opettelee mallinnusta ja alkaa mallintaa omaa työtään. Kun muistetaan että kyseessä 3D-suunnittelu, niin omaa työtä voi ja pitääkin tarkastella erilaisista avaruudellisista kulmista. Tämä eittämättä on yhteneväistä erilaisten teollisuudessakin käytössä olevien suunnitteluohjelmien kanssa. Kun työ on valmis, pitää se nimetä ja tallentaa oikeassa tiedostomuodossa haluttuun paikkaa. Tämän jälkeen tiedosto pitää vielä siirtää erilliselle koneelle, jossa tulostinta ohjaava ohjelma on. Huomion arvoista on myös se, että mallintaminen tapahtuu pöytäkoneella. Tablettien ja puhelimien valtakaudella ei ole itsestäänselvyys, että oppilas hallitsee pöytäkoneen käytön. Esimerkkinä voidaan mainita, että joskus yläkoulussakin törmätään tilanteeseen, ettei oppilas osaa siirtää pöytäkoneelta tiedostoa sähköpostilla paikasta A paikaan B, koska hän ei tiedä mistä @-merkki löytyy.

Kun pohditaan tätä 3D-tulostamisen kokonaisprosessia ja otetaan huomioon toimintaan väkisinkin liittyvä kestävän kehityksen näkökulma, havaitaan että kaikki opetussuunnitelman laaja-alaiset osaamiskokonaisuudet lukeutuvat siihen. Voidaankin hyvin perustellusti sanoa, että 3D-tulostaminen ei suinkaan ole ”vain napin painamista”. Sen sijaan se on niin ala- kuin yläkouluun aidosti sopivaa ja opetussuunnitelman mukaista toimintaa. Jo pelkkä esineen suunnitteluprosessi on oppilaan oppimisen kannalta hedelmällistä, vaikka kyseistä esinettä ei lopulta tulostettaisikaan. Itse asiassa aina olisikin oppilaiden kanssa syytä pohtia, onko jokaisen työn tulostaminen edes välttämätöntä?

Laaja-alaisten osaamiskokonaisuusien lisäksi 3D-tulostamisella voidaan vahvistaa opetussuunnitelman mukaista yhtenäisen perusopetuksen toimintakulttuuria. Tämä voi tapahtua esimerkiksi oppilasagenttitoiminnan muodossa. Ylempien luokkien oppilaat voivat opastaa alempien luokkien oppilaita mallintamisessa. Parhaimmillaan tulostin siis tarjoaa vuorovaikutuskanavan vaikkapa yhtenäiskoulun ala- ja yläkoulun oppilaiden välille. Mainitaan vielä lopuksi kodin ja koulun yhteistyö, sillä tapauskotaisesti 3D-tulostin tukee myös tätä opetussuunnitelmassa mainittavaa toimintaa. Koska mallintaminen tapahtuu internetselaimessa ilmaiseksi toimivalla ohjelmalla, on sitä mahdollista tehdä kotona ja näin jotkut lapset tekevätkin. Joskus näissä tapauksissa innostus mallinnusta kohtaan voi tarttua myös johonkin muuhun perheenjäseneen.

Summa summarum – 3D tulostaminen on aidosti opetussuunnitelman mukaista toimintaa.

Matemaattisten aineiden opettaja Tommi Savikko, Wivi Lönnin koulu, Tampere

Kokemuksia kouluja kiertävästä 3D-tulostimesta

Tämä teksti käsittelee Tampereella toista lukuvuotta käytössä olevaa 3D-tulostinta, joka kiertää kaupungin peruskouluissa. Tulostin on hankittu Innokkaan koordinoiman VISIOIT-hankkeen puitteissa. Merkiltään tulostin on Prentan Duo. Tässä suora linkki sivulle, josta löytyy ohjeita 3D-tulostamiseen.

Kiertävän 3D-tulostimen tarkoitus on tarjota mahdollisimman monelle Tampereen peruskoululle tilaisuus tutustua 3D-tulostamiseen. Lisäksi sen avulla koulu voi käytännössä kokeilla, onko oman 3D-tulostimen hankkiminen koululle tarpeellista. Toisaalta joidenkin koulujen – esimerkiksi oppilasmäärältään pienten alakoulujen – ei välttämättä ole mielekästä hankkia tulostinta. Tämä järjestely kuitenkin suo myös heille tilaisuuden tutustua 3D-tulostamiseen.

 

Käytännön järjestelyt ja niiden toteutus

Koulut varaavat tulostimen sähköisellä lomakkeella, joka lähetetään kouluille kaksi kertaa lukuvuodessa – hyvissä ajoin ennen syys- tai kevätlukukausia. Varausten perusteella tulostimen kierto suunnitellaan yhdeksi lukukaudeksi kerralla. Ensisijalla ovat koulut, jotka eivät tulostinta ole vielä käyttäneet. Tulostin on yhdellä koululle kerrallaan kolme viikkoa, jonka jälkeen se siirtyy seuraavalle koululle. Tämä tarkoittaa, että lukuvuoden aikana tulostin vierailee noin 8 – 10 koululla.

Oppilaat mallintavat 3D-esineitä.

Tulostimeen liittyvissä käytännön järjestelyissä hyödynnetään ns. tutoropettaja-toimintaa. Tampereen tutoropettajilla on yksi opetukseton työpäivä viikossa varattuna toimintaan. Tällaisena päivänä 3D-tulostimesta vastaava tutoropettaja hakee tulostimen koululta, jossa se on lainassa, ja vie sen seuraavalle koululle. Lisäksi opettaja jää ohjaamaan kyseisen koulun oppilaita ja opettajia tulostimen käytössä sekä 3D-mallinnuksessa. Mahdollisuuksien mukaan tutoropettaja voi mennä myös seuraavalla viikolla koululle. Pääsääntöisesti kuitenkin yksi päivä riittää ohjaukseen. Mahdollinen yhteydenpito ohjaavan opettajan ja koulun välillä hoidetaan puhelimella sekä sähköpostilla.

Tulostin on siis kullakin koululla kolme viikkoa. Loppujen lopuksi aika on lyhyt, ja se on hyvä käyttää tehokkaasti. Noin paria viikkoa ennen tulostimen koululle saapumista, lähetetään koulun yhdyshenkilöille kirje. Siinä kerrotaan, miten 3D-mallinnus voidaan aloittaa jo ennen tulostimen saapumista. Mallinnustahan voi tehdä, vaikka tulostinta ei olisikaan. Tämä on koululle tietenkin vapaaehtoista. Mutta jos koululta tähän löytyy aikaa, on ensinnäkin mahdollista, että tulosotin voidaan laittaa tulostamaan heti kun se saapuu koululle. Toisaalta kun oppilas jonkun aikaa puuhastelee mallintamisohjelmalla, pystyy ohjaava opettaja heti vastaamaan kysymyksiin (esim. voiko särmiön reunoja kovertaa), joita tyypillisesti oppilaalle tulee, kun hän on jonkun aikaa rauhassa ehtinyt puuhastella mallintamisen parissa.

Oppilaiden töitä tulostumassa.

Koska tutoropettaja ei ole jatkuvasti koulun käytettävissä, on tulostimeen liittyen tehty liuta video-ohjeita, jotka löytyvät Ilmiömäinen Tampere -blogisivulta (TVT -> Ohjelmointi ja 3D-tulostus). Nämä ohjeet on pyritty tekemään niin kattaviksi, että periaatteessa tulostimen käyttö olisi mahdollista ilman tutoropettajan ohjausta. Käytännössä on kuitenkin koulun kannalta huomattavasti helpompaa ja nopeampaa, kun tulostimen mukana saapuu ohjaava opettaja – varsinkin kun 3D-tulostusta tehdään ensimmäistä kertaa. Tilanne voi kuitenkin olla toinen seuraavalla kerralla, kun tulostin koululle saapuu. Tuolloin voi hyvinkin olla mahdollista, että video-ohjeet riittävät toiminnan toteuttamiseen ja tutoropettajasta tulee tässä mielessä tarpeeton.

Lopuksi voidaan mainita, että Prentan DUO -tulostin on toiminut hyvin jatkuvasta liikuttelusta huolimatta.

Matemaattisten aineiden opettaja Tommi Savikko, Wivi Lönnin koulu, Tampere

Tasaisen ja kiihtyvän liikkeen tutkiminen hyödyntäen 360-videota

Kahdeksannen luokan fysiikan yksi opetussuunnitelman mukainen sisältöalue on tasaisen ja muuttuvan liikkeen mallintaminen kvantitatiivisesti. Tasaisella liikkeellä tarkoitetaan liikettä, jonka nopeus ei muutu. Muuttuva liike sen sijaan on luonteeltaan kiihtyvää. Wivi Lönnin koulussa tähän sisältöalueeseen päätettiin paneutua hyödyntäen 360-kameran videokuvausta. Ideana oli kiinnittää kamera lelujunaan, joka kiertää rataa. Tällaisen lelujuna liike on tasaista. Alla olevista kuvista selviää ”mittalaitteisto”.

Kuva 1

Kuva 2

Kuvassa 1 näkyy mittauksessa käytetty junarata. Pöytään on merkitty teipillä 20 cm:n välein viivat. Viivoja on 2 metriin asti. Lisäksi viivojen viereen on askarreltu kyltit, joihin on merkitty kyseisen viivan paikka senttimetreinä. Kuvassa 2 näkyy juna, jota käytettiin mittauksissa. Juna on patterilla itsestään eteenpäin liikkuva ja sen perässä olevaan vaunuun on kiinnitetty 360-kamera. Alla on kaksi YouTubeen ladattua 360-videota, jotka kummatakin kuvattiin radalla. Videoissa on käytetty eri junia. Koska junat liikkuvat eri nopeuksilla, saadaan erilaisia mittaustuloksia joita voidaan halutessa vertailla.

Tarkoituksena on, että oppilas mittaa sekuntikellolla ajan, joka junalta kuluu 20 cm:n, 40 cm:n jne. matkaan. Tämän jälkeen hän piirtää mittaustulokset kuvaajaksi aika-matkakoordinaatistoon. Mittaustuloksista voidaan laskea junan nopeus. Lisäksi kuvaajasta nähdään, että tasaista liikettä matka-aikakoordinaatistossa havainnollistaa suora. Mikäli lukija ei ole niin sanotusti sinut fysiikan käsitteiden kanssa, voi tämä teksti vaikuttaa sekavalta. Eipä kuitenkaan esitetä valmiita mittaustuloksista tässä, sillä on hauskempaa, jos lukija suorittaa mittauksen itse. Apua kuitenkin löytyy kiihtyvän liikkeen työselostuksesta, joka löytyy alta.

Linkki

Kiihtyvän liikkeen tutkimiseen saatiin apua maapallolta. Maapallo vuorovaikuttaa kaikkien kappaleiden kanssa vetämällä niitä kohti keskipistettään. Jos junarataa kallistetaan, niin alkaa juna liikkua kohti maan keskipistettä. Maan ja junan välinen vuorovaikutus ilmenee gravitaatiovoimana eli maan vetovoimana.  Isaac Newton oivalsi jo 1600-luvun lopussa, että mikäli kappale liikkuu voiman vaikutuksesta, liikkuu kappale kiihtyen. Toisin sanoen juna saadaan liikkumaan kiihtyen, kun se asetettiin liukumaan pitkin kaltevaa pöydän pintaa. Alla olevissa kuvissa näkyvät mittausjärjestely ja juna jolla kiihtyvyys mitattiin. Kyseiseen junaan on lisätty vaunun avulla yksi metallipaino. Sen havaittiin tuottavan hyviä mittatuloksia. Asiaa tutkittiin myös painoitta ja kahden painon avulla.

Kuva 3

 

Kuva 4

 

Alla on 360-video, joka on kuvattu kiihtyvän junan kyydissä. Juna liikkuu pöytää pitkin sen verta nopeasti, että mittaaminen on mahdotonta. YouTube tarjoaa kuitenkin mahdollisuuden hidastaa videota. Video kannattaa hidastaa 0,25 kertaiseksi, jolloin mittaaminen jo onnistuu. Sinun pitää vain sitten muistaa kertoa mittaamasi ajat luvulla 4 jotta saat oikeat tulokset. Mittauksessa kannattaa olla tarkkana neljännen viivan jälkeen. Sillä näillä main kaksi pöytää yhdistyvät. Yhdistyskohta harmillisesti muistuttaa yhtä mittaviivoista.

 

 

Voidaan kysyä, että mitä hyötyä 360-kameralla saavutettiin tässä työssä suhteessa tavalliseen kameraan? Ainakin aluksi ilmeistä on se hyöty, että oppilaat tutustuvat 360-kameran käyttöön ja sen suomiin mahdollisuuksiin. Lisäksi 360-video suo oppilaalle vapaamman käden suorittaa mittaus. Oppilas voi esimerkiksi vapaasti valita kohdan josta hän mittaukset tekee (esim. aika mitataan kun junan rengas on viivan kohdalla tai kun vaunun reuna on kyltin kohdalla). Mittaustilanteesta tulee siis todenmukaisempi. Puhumattakaan siitä, jos mittaus suoritetaan käyttäen VR-laseja. Ja onhan tällaisessa työssä hauskuuselementti vahvasti läsnä. Jos fysiikan ilmiöiden mittaaminen ei satu juuri kyseisellä hetkellä kiinnostamaan, voi aina VR-lasien avulla nauttia matkasta lelujunan kyydissä!

Matemaattisten aineiden opettaja Tommi Savikko, Wivi Lönnin koulu, Tampere

Pelimoottorin valinta pelinkehitysprojekteihin Game it now! -hankkeessa

Innokas-verkosto koordinoi Game it now! -hanketta, jossa kehitetään pelisuunnittelukilpailun konseptia peruskoulutasolle. Hanke toteutetaan yhteistyössä Viopen sekä Innokas-verkoston opettajien ja oppilaiden kanssa. Mukana hankkeessa on verkoston opettajia ja oppilaita Lappeenrannasta, Tampereelta, Oulusta ja Kuopiosta. Hanke lähtee liikkeelle pilottimuotoisena ja aukeaa syksyllä 2019 valtakunnalliseksi. Tässä vaiheessa kilpailuun on suunnitteilla kaksi sarjaa, joista toinen on suunnattu ensisijaisesti alakoululaisille ja toinen yläkoululaisille. Kehitettävä pelisuunnittelukilpailu Junior track perustuu Viopen järjestämään kansainväliseen GDWC -kilpailuun ja se tulee olemaan osa jokakeväistä Innokas-tapahtumaa.

Yksi merkittävimmistä selvitettävistä asioista pilotin ensimetreillä oli käyttöön otettava pelimoottori eli se työkalu, jolla tulevia pelejä rakennettaisiin. Yleisessä keskustelussa sen valintaan liittyen oli mukana kaikki hankkeessa mukana tahot. Hankkeen koulutusmateriaalit tuottava Viope selvitti erilaisia vaihtoehtoja ja tutki niiden potentiaalia hankkeen tarpeiden näkökulmasta ja opetustyössä toimivat hankeopettajat kertoivat tarpeitaan ja realiteettejään kentältä. Yleisen keskustelukierroksen jälkeen hankelaisista muodostettiin ryhmä tutkimaan ja päättämään pelimoottoriasia.

Välittömästi tuli selväksi, että pelimoottorin tulisi olla ilmainen. Valtakunnalliseksi suunniteltu pelisuunnittelukilpailu ei voisi perustua maksulliseen työkaluun, jotta kaikilla olisi tasa-arvoinen lähtöasetelma. Samalla sen olisi hyvä toimia selainpohjaisesti, jottei ohjelmien asentaminen koituisi tekemisen kohtaloksi. Nämä kaksi tekijää määrittelivät valintaa hyvin vahvasti.

Pelimoottorin ohjelmointikieli ei noussut missään vaiheessa valintaprosessin kannalta suureksi haasteeksi. Eniten valintaperusteluita sai kuitenkin yleisimmät vaihtoehdot. Vaikka peruskoululaisen ohjelmointiuran aikana tulisikin ohjelmointikielen vaihdoksia, on siirtyminen peruskielistä toiseen riittävän sujuvaa. Graafisen ohjelmointikielen mukana oleminen nähtiin tärkeäksi, jottei liittyminen mukaan kilpailutoimintaan olisi liian haastavaa. Toisaalta halu siirtyä ”oikeaan” tekemiseen oli hankeopettajilla suuri.

Game it now! -hankkeessa on tarkoitus tuoda pelinkehitys peruskouluihin. Tämän takia kehitettävän kilpailun konsepti tulisi ottaa huomioon eri taitotasot. Kohderyhmästä löytyy esimerkiksi alakoulussa paljon käytettävän Scratch -tuoteperheen osaajia ja toisaalta jo pelintekoa harrastavien esim. Unityä käyttäviä harrastajia. Pelimoottoria valitseva ryhmä halusi löytää jonkinlaisen kompromissin ja näiden melkoisten ääripäiden väliin asettuvan sovelluksen. Tällaisesta kävi Gdevelop4, joka on ilmainen suomalainen ja suomenkielinen Internet-selaimessa toimiva pelinkehitysympäristö. Sen nähtiin antavan lisää haasteita jo pelintekemiseen tutustuneille oppilaille, mutta myös mahdollistavan entuudestaan asiaan vielä paljoa tutustumattoman osallistumisen.

Tulevaisuudessa pelimoottorin valinta sekä kilpailun konsepti tulee todennäköisesti elämään ja kehittymään, mutta lähtötilanteessa GDevelop4 on hyvä kompromissi. Keväällä 2019 saadaan paljon kokemuksia erilaisista pelinkehitysprojekteista peruskoulussa, joiden kautta avaamme varmastikin yhdessä jälleen keskustelun seuraavan kouluvuoden aikana järjestettävästä kilpailusta.

Lisää hankkeen toiminnasta sekä hankeopettajien kokemuksia pelinkehitystyön aloittamisesta myöhemmin syksyllä 2018.

HALLOWEEN-KORUMALLISTO JULKAISTU

Rumpujen pärinää ja pasuunoiden töräyksiä, kiitos! Oulun Rajakylän koulun 6A-teknoluokan uusi korumallisto on nyt julkaistu! Teemana on tänä syksynä Halloween, joten luvassa on karmivaa materiaalia kummituksista kurpitsoihin. Jos haluat säikäyttää kaverisi, tervetuloa ostoksille!

Syksyn korut on piirretty SketchUpilla ja Tinkercadilla, leikattu laser-leikkurilla vanerista, sekä tietenkin hiottu, petsattu, lakattu ja koottu. Osa oppilaista on värkännyt mainosmateriaalia Canvalla ja toiset ovat suunnitelleet markkinointia. Luokassa on jälleen ollut riittävästi tekemistä jokaiselle!

Hinta 5€/pari. Rahat kartuttavat 6A-teknoluokan luokkaretkirahastoa. Jos täällä päin liikut, olet tervetullut ostoksille!

Terveisin, Markus Packalén, teknoluokan opettaja

3D-tulostimen hankinta peruskoulussa

3D-tulostus on yksi nopeimmin kehittyviä ja kasvavia valmistusteknologiota. Kyseessä on valmistusteknologia, joka jo tällä hetkellä koskee jokaisen ihmisen elämää jollain tavalla. Kouluprojekteihin 3D-tulostus avaa ihan oman ulottuvuuden. Yhtäkkiä onkin mahdollista tehdä asioita, joista ei ole osannut edes uneksia. Kirjoituksen tarkoituksena on avata aihealuetta kokonaisuutena. Jutussa on paljon linkkejä, joista voi syventää tietämystään tulostukseen liittyvissä asioissa sekä löytää materiaalia oman opetustyön tueksi.

3D-tulostuksen perustoimintaperiaate on kolmiulotteisen kappaleen rakentaminen kerroksittain ainetta lisäämällä. Kappale tulostetaan tietokoneella suunnitellun 3D-mallin mukaan. Toimivia materiaaleja on paljon: mm. lukemattomat muovit, teräs, titaani, alumiini, lasi, betoni sekä erilaiset komposiitit kuten hiilikuidun ja eri muovien yhdistelmät. Peruskoulukäytössä tulostetaan käytännössä muoveja.

Tällä hetkellä 3D-tulostusta käytetään teollisuudessa ennen kaikkea tuotesuunnittelussa prototyyppien valmistukseen. Lisääntyvissä määrin sitä käytetään myös pienissä tuotantosarjoissa ja varaosien tulostamisessa. Myös yhä useammasta kodista löytyy tulostin, harrastajaluokan laitteiden muututtua halvemmiksi viime vuosien aikana.

 

Mitä hyötyä 3D-tulostuksen opettamisesta on ja mitä sen kautta voi oppia?

Tässä joitain asioita, jotka liittyvät 3D-tulostukseen ja sen avulla oppimiseen:

• tietokone avusteinen suunnittelu (CAD)
• 3D-mallinnus ja kolmiulotteinen hahmottaminen
• geometria, muodot, mittaaminen ja päässälasku
• muotoilu
• prototyyppien valmistus tuotesuunnitteluprosessissa
• materiaalitekniikka (muovit ja komposiitit)
• erilaiset rakenteet ja lujuusoppi
•    tutustuminen 3D-tulostuksen eri käyttösovelluksiin mm. teollisuudessa, lääketieteessä ja rakentamisessa

 

Esimerkkiprojekteja

Omien tuotteiden valmistamien 3D-tulostimella sisältää kaksi osiota: 3D-mallintamisen ja 3D-tulostamisen. Useimmiten oppilaiden projekteissa n. 80% ajasta ja vaivasta kuluu mallintamiseen, ja loput tulostamiseen. Projektien keskiössä on siis 3D-mallinnus ja tulostimet tekevät parhaassa tapauksessa sen mitä käsketään.

Alakoulun puolella 3D-tulostimet ovat olleet teknologiapainotteisten luokkiemme käytössä. Toteutettu on mm. kuvataiteen, äidinkielen ja teknisen työn yhteisprojekti, missä oppilaat käsikirjoittivat tarinan, suunnittelivat tarinan hahmojen ulkoasun sekä mallinsivat hahmot tietokoneella. 3D-mallit tulostettiin 3D-printterillä ja maalattiin. Lopuksi oppilaat tekivät hahmoilla animaatioelokuvan käsikirjoituksen mukaisesti. Teknisessä käsityössä kaikille oppilaille opetetaan 3D-mallinnuksen perusteet ja tulostetaan pieni itsesuunniteltu tuote. (https://rajakylatekno.wordpress.com/2014/04/09/suunnitelmasta-tuotteeksi/)

Yläkoulun puolella 3D-tulostusta on käytetty eniten teknisen käsityön opetuksessa. Seitsemännen luokan oppilaiden kanssa on harjoiteltu 3D-mallinnusta koruprojektin avulla. Toinen hyvä 6.-7.luokkien projekti on ollut leimasimen valmistaminen kankaanpainantaan. 8.- ja 9.-luokan valinnaisissa on tehty osia oppilaiden omiin projekteihin. 3D-tulostusta voi hyödyntää myös kuvataiteen muotoiluun liittyvissä tehtävissä. Tekstiilityössä puolestaan voi tulostaa vaikkapa uniikit napit omaan asuun ja molemmissa edellä mainituissa hyödyntää tulostettuja painolaattoja ja -rullia.

Koruprojekti                                                                                                                             https://www.youtube.com/watch?v=MEcvuBwnKVM

Tällä videolla enemmän koulumme tulostusprojekteja                                                             https://www.youtube.com/watch?v=6kKCTKTn2cM

 

3D-mallinnusohjelmat

Kaikki lähtee liikkeelle 3D-mallinnuksesta. Peruskoulukäyttöön soveltuvia ilmaisia mallinnusohjelmia on jo useita. Tällä hetkellä käytämme 3.-5. luokilla selainpohjaista TinkerCad:ia ja siitä eteenpäin SketchUpMake-ohjelmaa. Googlen palveluja hyödyntäville kouluille kätevä on selainpohjainen SketchUp. Joissain koulussa käytetään DesingSpark- tai Fusion 360-ohjelmia.

Ensimmäinen aloituskerta on yleensä täysin opettajajohtoinen, mutta ainakin SketchUpin kanssa on hyvä käyttää tutoriaalivideoita opiskeluun. Tällöin oppilaat voivat edetä harjoittelussa omaan tahtiin ja oppilaiden auttaminen on myös helpompaa. Suurin osa seitsemännen luokan oppilaista on oppinut SketchUp:in peruskäytön siten, että pystyvät suunnittelemaan omia töitään sen avulla. Seitsemännellä luokalla olemme perusharjoitteluun käyttäneet 3-4 x 135min. Hyödynnämme SketchUp-ohjelmaa teknisessä käsityössä paitsi 3D-tulostus kappaleiden mallintamiseen, niin myös mittapiirustusten tekoon lähes kaikissa yläkoulun projekteissa. Oppilaan mallinnettua oman työnsä, hän merkkaa siihen mitat ja tulostaa mittapiirustukset paperille.

Tästä linkistä löytyy materiaalia 3D-mallinnuksen ja 3D-tulostuksen perusteiden opettamiseen. Lisäksi tuolta löytyy SketchUp-itseopiskeluohje, jossa tallennusosio on O365 ympäristöön. Näitä voi vapaasti muokata opetuskäyttöön kunhan alkuperä näkyy. https://rajakylatekno.wordpress.com/opettajan-materiaalipankki/3d-mallinnus-ja-tulostus/

Linkit mallinnusohjelmiin

TinkerCad: https://www.tinkercad.com/#/

Selainpohjainen SketchUp: https://www.sketchup.com/products/sketchup-free

SketchUp: https://www.sketchup.com/download/all

DesingSpark:  https://www.rs-online.com/designspark/mechanical-download-and-installation

Fusion 360: https://www.autodesk.com/products/fusion-360/students-teachers-educators

 

Tulostimien ohjausohjelmat

Tulostimien ohjausohjelmat kehittyvät nopeasti ja ovat jo sillä tasolla, että yläkoulun oppilaat pystyvät käyttämään niitä lyhyellä perehdytyksellä tulostamisessa. Perusjuttuja pystyy tekemään melko helposti, mutta toisaalta 3D-tulostuksessa on todella paljon erilaisia muuttujia ja säätömahdollisuuksia. Esimerkiksi haastavampien muotojen tulostaminen, tai eri materiaalin käyttö vaatii aikaa perehtymiseen.

Kolme yleisintä tulostimien ohjausohjelmaa ovat RepetierHost, Cura ja Simplify 3D. RepetierHost ja Cura ovat ilmaisia ja Simplify 3D maksullinen. Kaikki ohjelmat toimivat koulukäytössä hyvin, mutta omasta mielestäni RepetierHost on intuitiivisin oppilaille.

Oman näkemykseni mukaan on pedagogisesti hyvä, että 3D-tulostin on kiinni tietokoneessa. Tällöin kappaleen tulostimen lämpötilojen ohjaus, yms. on reaaliaikaista ja havainnollista. Toinen vaihtoehto on siis säätää tulostettavan kappaleen asetukset suunnittelukoneella ja siirtää tulostettava tiedosto muistikortilla, muistitikulla tai wifi-yhteydellä itsenäisesti toimivalle tulostimelle. Toki niitäkin pystyy yleensä säätämään tulostuksen aikana, jos tulostimessa on näyttö.

Tulostusnopeus voi olla joskus pullonkaula, mutta siinä auttaa useampi tulostin. Jos koko opetusryhmä tekee jotain tulostettavaa, on pedagogisesti järkevää olla vähintään kaksi tulostinta, joita käytetään yhtä aikaa. Useammastakaan ei ole haittaa. Tällä hetkellä koulullamme on kolme tulostinta, jolloin itse tulostus ei ole yleensä hidasta projekteja. Koruprojektissa olen rajannut kappaleen maksimikooksi noin 5x40x40mm. Keskimääräinen tulostusaika projektissa on ollut n.10 min. Isommissa projekteissa isompien kappaleiden tulostaminen vie helposti useita tunteja, joten tulostus käynnistetään tunnilla ja tulostuksen aikana työstetään projektin muita osa-alueita eteenpäin.

3D-tulostus on hyvä apu moneen tuotesuunnittelu- ja muotoiluprojektiin. Se mahdollistaa rakenteet, joita ei ole aikaisemmin pystynyt kouluympäristössä tekemään, kuten oppilaan itse suunnittelemat persoonalliset elektroniikan laitekotelot. Oppilaiden motivaatiotaso on myös ollut tulostusprojekteissa korkea. Kaiken kaikkiaan 3D-tulostus avaa kokonaan uuden ja mielenkiintoisen maailman.

 

3D-tulostimen hankinnassa huomioitavaa

Selvitä seuraavat asiat ennen ostopäätöstä:

• Käyttäjien ja käytön määrä? Yksi vai useampia tulostimia?
• Yksi vai useampia tulostussuuttimia? Kahden suuttimen suurin etu on tällä hetkellä veteen liukenevan tms. tukimateriaalin käyttö. Kaksiväritulostus on ohjelmallisesti vielä liian hankalaa suurimmalle osalle oppilaista ja opettajista.
• Käytetäänkö tietokonetta tulostimen ohjaamiseen vai käytetäänkö tulostinta itsenäisenä yksikkönä?
• Tapahtuuko tiedostojen siirto Wifillä, USB-tikulla, muistikortilla vai onko tietokone kiinni tulostimessa? Tarkista yhteensopivuudet.
• Käyttöönoton helppous?
• Perehdytyskoulutuksen saatavuus? Jos aikaisempaa kokemusta ei ole, niin hanki perehdytyskoulutus. Hinnat 150-800€ riippuen tarjoajasta ja koulutuksen pituudesta.
• Tulostimen kalibroinnin helppous?
• Tulostuslangan vaihdon helppous?
• Tuetut tulostusmateriaalit? Useampi parempi.
• Onko mahdollisuus käyttää yleistä 1.75mm tulostuslankaa vai onko tulostinvalmistajalla oma lanka-/kasettijärjestelmä?
• Toimintavarmuus?
• Tulostimessa pitäisi olla lämmitettävä tulostusalusta.
• Tulostusalueen suuresta koosta ei koulukäytön aikaresurssin takia ole paljoa hyötyä. 150mm tai 200mm suuntaansa mielestäni riittää.
• Laitteen perushuollon helppous ja varaosien saatavuus?
• Kotimaisuus ja kotimainen tuotetuki?
• Miten takuuajan huolto/korjaus on järjestetty?
• Miten Huollot ja korjaukset onnistuu takuuajan jälkeen?
• Hinta?
• Kuinka äänekäs? Hiljaisen työskentelyn tilaan ei kaikkia tulostimia voi sijoittaa.
• Tulostimelle pitää koulukäytössä olla kohdepoisto, tai muuten huomioitava käry ja pienhiukkaspäästöt. https://www.ttl.fi/uudet-ohjeet-nain-tyoskentelet-turvallisesti-3d-tulostinten/

                      Esimerkki tulostimien kärynpoiston järjestämisestä. Kuva Tuomo Einiö

 

Tulostimien vertailua

Eri tulostinmalleja on suomessakin saatavana useita kymmeniä, tai jopa satoja erilaisia. Koostin alla olevaan taulukkoon perustietoa itse testaamistani tulostinmalleista. Lisäksi olen keskustellut joka koneen kohdalla vähintään kahden konetta käyttäneen kanssa. Jokaista näitä laitetta on käytössä suomen peruskouluissa ja minkä tahansa laitteen voi hankkia. Jokaisessa laitteessa on omat hyvät ja huonot puolensa, joita yritän valaista alla olevassa taulukossa. Tällä hetkellä kaikkia tulostimia saa Suomesta, tuotetuki on Suomessa ja huolto toimii ainakin jollakin tavalla.

Mielenkiintoista on ollut myös se, että jokaisesta listalla olevasta tulostinmallista on sekä hyviä, että huonoja kokemuksia. Ulkomaisissa koneissa ongelmat ovat yleensä liittyneet kokoonpanon laatuun ja siihen liittyviin virheisiin sekä toisaalta varaosien hitaaseen saatavuuteen ja takuuhuoltojen hitauteen. Kotimaisilla koneilla ongelmat ovat liittyneet valmistussarjojen alkupään koneisiin, joiden lastentauteja on korjattu. Nyt laitteet on saatu toimimaan jo hyvin. Toisaalta myös kaikenlainen tuotetuki varaosineen ja huoltoineen on toiminut kotimaisilla koneilla kokemusten mukaan hieman paremmin.

Kaikkiin taulukossa oleviin tulostimiin on myös saatavissa perehdytyskoulutus Anycubicia lukuunottamatta. Toisaalta siihenkin löytyy hyvät ohjeet ja koneen käyttöönotto oli kohtalaisen helppoa. Kaksi seitsemännen luokan tyttöä kasasi tulostimen yhdellä oppitunnilla ja ohjelmien asentamiseen ohjeiden mukaan sekä kalibrointiin meni n. 20min. Tämän jälkeen tulostin oli käyttövalmis.

Taulukon viimeisenä on Minifactory MF3, jonka valmistus on jo lopetettu. Otin se taulukkoon kuitenkin vertailun vuoksi, koska se on edelleen yksi yleisimpiä tulostimia peruskouluissa ja itsellä on eniten kokemusta siitä. Toinen taulukon ”ulkopuolinen” on XYZ Da Vinci 1.0 pro 3in1, jossa on tulostin, 3D-skanneri ja pienitehoinen laserkaiverrin yhdessä. Pelkäksi tulostimeksi en laitetta suosittele, mutta pienen koulun yleislaitteena sekin menettelee

 

Opiskele 3D-tulostuksesta lisää MiniFactory:n erinomaisilta soittolistoilta YouTube:ssa. Kaikille soveltuvia ovat mm. materiaalit ja ongelmatilanteet. https://www.youtube.com/user/miniFactoryFI/playlists

 

Juttuja 3D-tulostuksesta

http://www.lut.fi/documents/10633/335186/140512+Firpa+Annual+Meeting+2014+Mika+Salmi.pdf/3393d84c-4691-4774-90b2-0d0c844c14f1

http://www.tiede.fi/artikkeli/jutut/artikkelit/tulostin_printtaa_uuden_ihon

http://tieku.fi/teknologia/3d-tulostus/ennatys-uusi-lentokone-sisaltaa-tuhat-3d-tulostettua-osaa

http://www.mtv.fi/uutiset/kotimaa/artikkeli/imatralaislaite-on-ainoa-maailmassa-ja-saattaa-mullistaa-koko-rakennusteollisuuden/5197868

 

Jouni Karsikas – Rajakylän koulun (Oulu) teknisen työn opettaja ja teknoluokan vetäjä

Innokas-verkoston tapaaminen Jyväskylässä 19.9-21.9.2018

Innokas-verkoston syksyn kouluttaja- ja koordinaattoritapaaminen sijoittui tänä vuonna Jyväskylään. Saimme kolmen päivän aikana monipuolisen ja innostavan kattauksen koskien Innokkaan hankkeita sekä tehtyjä, että suunnitteilla olevia projekteja. Kaiken jaetun tiedon lisäksi ehdimme vaihtaa kuulumisia, tutustua kaupunkiin ja hengähtää mukavan yhteisen iltaohjelman parissa. 

Aluekoordinaattoripäivä

Keskiviikko startattiin aluekoordinaattorien kesken alueellisten kuulumisten ja suunnitelmien läpikäynnillä. Kuulimme innostavan esittelyn koskien tulevia Innokas-kerhoja, näimme mitä mainioimpia esimerkkejä kouluissa tehdyistä projekteista ja jaoimme kuulumisia yleisesti. 

Pelillisyyspäivä – Game it now!

Verkostotapaamisen toinen päivä rakentui pelillisyyden ja Game it now! -hankkeen ympärille ja paikalla oli kaikki, joita hankkeen toiminta tai pelillisyysteema verkostossamme koskettaa. Paikalle oli pyydetty puheenvuoroja esimerkiksi Jyväskylän normaalikoulun opettajalta oppilasryhmänsä kanssa sekä pelinkehitystä opetuksessa toteuttaneelta opettajalta.

Aamupäivä alustettiin pelillisyys- sekä pelinkehitysteemaa yleisesti koulumaailman näkökulmasta. Lounaan jälkeen aloitettiin aamupäivästä viisastuneina Game it now! -hankkeen kehittämisen parissa. Hankkeen tavoitteena on saada pelisuunnittelusta yksi laji jokakeväiseen Innokas-tapahtumaan robotiikkakilpailulajien rinnalle. Hankkeen vahvana yhteistyökumppanina toimiva Viope, joka järjestää globaalia pelinkehityskilpailua GDWC:tä oli kertomassa roolistaan hankkeessa sekä esittelemässä hankeopettajille suunniteltavia koulutusmateriaalipaketteja. Game it now! -hankkeesta tulee lisätietoa Innokas-verkoston kotisivuille lähitulevaisuudessa.

Pelillisyyspäivän aikana vietiin eteenpäin laajalti myös verkoston muita asioita, kuten esimerkiksi toiminnan ja koordinoinnin kehittämistä sekä tiedottamista.

 

Kouluttaja -ja koordinaattoripäivä

Viimeinen päivä kutsui koolle kaikki Innokkaan koordinaattoreista kouluttajiin. Aamupäivästä kävimme yhteisesti läpi verkoston kuulumisia, jonka jälkeen jakauduimme toimimaan Make it now!- ja VISIOT- hankkeiden parissa. Make it now! -ryhmässä saimme kattavan katsauksen Innokas-verkoston toimijoiden projekteista. Kuulimme kattavan katsauksen aina Micro:bittejä hyödyntävästä ystävärobotista vinyylileikkuria ja 3D-tulostusta vaativaan korusuunnitteluun. Vau, mitä osaamista verkostostamme löytyy!

Iltapäivästä saimme nauttia erilaisista työpajoista. Aiheina olivat: VR: Minecraft/Vivecraft, 3D-tulostus sekä kevään Innokas-tapahtuman robotiikkaturnauksen lajit. Työpajat huokuivat intoa ja ideoita. Iltapäivän päätteeksi kuulimme Hannu Moilasen puheenvuoron tekoälystä. Puheenvuoro herätti runsaasti keskustelua tekoälyn mahdollisuuksista sekä mahdollisista uhkakuvista, joita tekoäly voisi tulevaisuudessa tuoda mukanaan.

Käytännön järjestelyt toimivat kuin unelma, järjestetty ohjelma oli mitä mainiointa! Kiitos kuuluu Jyväskylän Innokkaille! Verkostolaiset saivat viettöö kertakaikkisen hienot päivät ja tästä on todella hyvä jatkaa.