Undervisningsopplegg

Økt 4: Digitalisering

kode

Informasjon frå sensorar blir ofte presentert som ein graf. I denne økta skal elevane erfare korleis også informasjon frå ulike sensorar kan bli digitalisert ved å gjerast om til binær kode. For å kunne digitalisere signal frå ein sensor, må signalverdiane gjerast om frå desimale tal (titalssystemet) til binære tal. Elevane må vurdere kva slags informasjon som skal kommuniserast frå det smarte plagget og om informasjonen kan sendast ved hjelp av binær kode.

Læringsmål

Elevane skal kunne

  • forklare korleis digital informasjon blir overført frå sendar til mottakar

Tidsbruk

4A. Binære tal 20 minutt
4B. Sampling 25 minutt
4C. Oppdrag snakketøy 15 minutt
TOTALT 45 minutt
Naturfaglig språk

Fagspesifikke begrep

  • adresse
    unik identifikasjonsopplysning for ein geografisk stad eller ein eining
  • basestasjon
    sendar- og mottakarstasjon i mobilnettet
  • binære tal
    tal i totalssystemet som blir uttrykt med symbola 0 og 1
  • binær kode
    informasjon omsett til teikna 0 og 1 som datamaskinar kan lagre og overføre
  • dekning
    geografisk rekkevidde av eit trådlaust nett
    For eksempel mobilnett eller wifi.
  • funksjon
    kva noko gjer, eller kva det brukast til
  • grensesnitt
    kopling mellom to delar av eit kommunikasjonssystem
  • informasjon
    opplysningar som blir sende mellom delane i eit kommunikasjonssystem
  • internett
    globalt elektronisk kommunikasjonssystem som du kan koble deg til trådlaust eller med kabel
  • kryptering
    omforming av data slik at informasjonen dei inneheld ikkje kan lesast av uvedkommande
  • mottakar
    endepunkt for ei informasjonsoverføring
  • sampling
    avlesing av et signals nivå ved faste tidsintervaller og omforming av nivået til en digital tallverdi
  • sendar
    startpunkt for ei informasjonsoverføring
  • system
    noko som består av fleire delar som verkar saman

Forskerspirebegrep

  • kravspesifikasjon
    skildring av eigenskapar og funksjonar som eit produkt skal ha
  • modell
    forenkla framstilling, for eksempel ein gjenstand eller ein figur, som hjelper oss å forstå noko
Forsøk og praktisk arbeid

Førebuing og utstyr

1. Gjer deg kjent med læringsmåla (sjå førre side) og omgrepa som er sentrale i denne økta (markert med utheva skrift).

2. Gjer deg kjent med / tilpass PowerPoint-presentasjonen dersom du vil bruke han.

Forsøk og praktisk arbeid

4A. Binære tal

Oppfrisking frå forrige økt. Hugsar de kva vi snakka om i forrige økt? Gi elevane litt tid til å tenke sjølve og la så nokre få svare. [wifi, basestasjon, 4G, satellitt, trådlaus kommunikasjon, binær kode, kryptering, bitfart]
 
Ark 1 i PowerPoint. Sei: Legg merke til kva for eit smart klesplagg vi ser i dette klippet og korleis det fungerer. Vis innslag frå Dagsrevyen 20/2-17(frå 8m45s til 10m36s).
 
Spør: Kva for eit plagg såg vi? [pustevest for spedbarn] Kva registrerte vesten? [korleis barnet pusta, lungevolum og luftstraum per tid]
 
Ark 2 i PowerPoint. Det sit sensorar i vesten som registrerer pusten til barnet. Resultatet ser vi som ein graf. Korleis trur de at vi kan sende denne informasjonen ved å bruke berre 0 og 1? La elevane snakke saman to og to. Poenget er ikkje å vite svaret på dette, men å undre seg. Kanskje nokre elevar kan noko om dette og kan fortelje til dei andre.
 
Sei: Vi kan sjå at det står nokre tal på aksane. Men vi må gjere om desse tala til 0 og 1.
 
Ark 3 i PowerPoint. Sei: Kor mange symbol har talsystemet vårt? [10] Vi kallar tala som vi bruker for desimale tal. Desi kjem frå det latinske decimus, som betyr tiende.
 
Ark 4 i PowerPoint. Kor mange symbol trur de at binære tal har? [to; 0 og 1] Binær kjem også frå latin og betyr to og to.
 
Ark 5 i PowerPoint. Sei: Nå skal de gjere om frå desimale tal til binære tal. Gå gjennom eksempla.
 
Ark 6 i PowerPoint. Be elevane slå opp på side 7 i elevheftet: Binære tal og be dei to og to fylle ut tabellen.
 

Fagleg bakgrunn

 

 
 
Forsøk og praktisk arbeid

4B. Sampling

Ark 7 i PowerPoint. Sei: Signal frå sensorar – f.eks. hjerterytme og lungevolum slik vi såg i filmen – kan bli framstilt grafisk med ein x- og ein y-akse. Men korleis skal vi overføre talverdiane på x- og y-aksen med 0 og 1?

Ark 8 i PowerPoint.  Sei: Vi les av verdiane i bestemte punkt på x-aksen. X-aksen visar ofte tid, målt i sekund. På y-aksen har vi i dette eksempelet lungevolum i milliliter.

Å lese av i bestemte punkt blir kalla å «sample». (Tal på avlesningspunkt per sekund blir kalla «samplingsfrekvens».) Vi set av tidspunkta vi les av signalverdien i ein tabell. Så les vi av signalverdien på y-aksen for kvart tidspunkt. Vi har delt inn y-aksen i åtte ulike nivå (0-7) og det er verdien på nivået vi skal overføre. Verdiane på y-aksen fører vi inn i same tabell.

Ark 9 i PowerPoint. Sei: No må nivåverdiane gjerast om frå desimale tal til binære tal. Sidan vi hadde delt inn i y-aksen åtte nivå (0-7) vil tre siffer eller tre «bit» vere nok til å få med alle tala frå 0 til 7.

Ark 10 i PowerPoint. Sei: Da har vi for kvar sample sett opp dei binære tala på y-aksen og sette dei saman til ein samanhengende bitstraum.

Be elevane slå opp på side 8 og 9 i elevheftet: Sampling. Be elevane to og to sample ved å først lese av grafen og fylle inn i tabellen. Etterpå skal dei teikne ein graf ut frå dei binære tala der har ført inn i tabellen. Ha ein felles oppsummering: Korleis ser grafen dere teikna ut samanlikna med den opprinnelege grafen?

Ark 11 i PowerPoint. Sei: Mottakaren må både vite at han skal lese av tre og tre bit og kor lang tid det er mellom kvart målepunkt (samplingsfrekvensen). Mottakaren rekonstruerer signalet etter målepunkta.

Ark 12 i PowerPoint. Sei: Vi ser at signalet som er rekonstruert i mottakaren ikkje heilt tilsvarar det opprinnelege signalet som ble målt. Sampling og digitalisering vil alltid innføre feil fordi signalet må bli rekonstruert i mottakaren ut frå eit endeleg tal på målepunkt.

Ark 13 i PowerPoint. Spør elevane: Korleis kan vi redusere feilen? Bruk tenk-par-del .

  • Sample oftere. Det vil seie å ha fleire og tettare målepunkt på x-aksen
  • Dele y-aksen inn i fleire nivå. Da vil vi trenge fleire bit per målepunkt for å få overført verdien (16 nivå = 4 bit, 32 nivåer = 5 bit)

Ark 14 i PowerPoint. Spør elevane om dei kan kome på nokre eksempel der dei har erfart at kvaliteten på mottatt signal er av dårleg kvalitet (strøyming av lyd og video vil nok vere vanlegaste svar).

Vis denne YouTube-filmen der elevane kan høyre forskjellen på eit musikklipp som har ulik kvalitet på samplinga (kbps).

Forsøk og praktisk arbeid

4C. Oppdrag Snakketøy

Ark 15–16 i PowerPoint. Sei at elevene skal tenke videre på oppdraget igjen, og nå skal dei lande på kva for ein idé dei skal presentere.

  • Trengs nokre sensorar?
  • Kva for informasjon skal bli overført?
  • Kor ofte må samplinga skje?
  • Er nokre av dataa sensitive og må bli kryptert?