ExpoTec – المستوى الأول
يمثل ExpoTec Level 1 مرحلة انتقال الطالب من تعلّم أساسيات التكنولوجيا إلى تصميم وبناء أنظمة هندسية متكاملة.
خلال هذا المستوى، يتعلم الطلاب كيف تعمل البرمجة، والإلكترونيات، والتصميم الميكانيكي، والروبوتات، وتكامل الأنظمة معًا لإنشاء منتجات تكنولوجية حقيقية.
يبدأ الطلاب بتعلّم C++ وArduino، وكيف يمكن للبرمجيات التفاعل مع العالم الحقيقي من خلال المستشعرات، والمحركات، والشاشات، والمكونات الإلكترونية المختلفة. ثم يطبقون هذه المهارات في أنظمة متكاملة مثل الصوبة الزراعية الذكية، ونظام الري الذكي، ونظام الرادار، ومواقف السيارات الذكية، والمصعد.
بعد ذلك ينتقل الطلاب إلى الروبوتات المتحركة ذاتية التحكم Autonomous Mobile Robotics، حيث يخوضون عملية بناء روبوت متكامل: تصميم الهيكل الميكانيكي، وتطوير النظام الإلكتروني ولوحة التحكم، ودمج المحركات والمستشعرات، وكتابة البرنامج الذي يمكّن الروبوت من استشعار البيئة واتخاذ القرارات والتحرك بشكل ذاتي.
وفي نهاية المستوى، يطبق الطلاب معرفتهم في الإلكترونيات والبرمجة لبناء هاتف محمول DIY مستوحى من الهواتف الكلاسيكية، ويطورون بأنفسهم واجهة المستخدم، والقوائم، والأيقونات، والتطبيقات، ونظام التنقل، وألعابًا مثل Snake.
بنهاية المستوى، يبدأ الطالب في رؤية التكنولوجيا ليس كمجموعة من الموضوعات المنفصلة، بل باعتبارها أنظمة متكاملة يمكن تصميمها، وبناؤها، وبرمجتها، واختبارها، وتحسينها.
اختر الكورس الخاص بك
الكورس الاول/
الاردوينو وربط الالكترونيات باستخدام لغه C++ الجزء الاول
يتعلم الطالب برمجة Arduino باستخدام C++، وربطه بالمستشعرات والمشغلات المختلفة، وبناء أنظمة إلكترونية ذكية متكاملة.
المشروعات الأساسية
- نظام الري الذكي: مراقبة الظروف المحيطة والتحكم في عملية الري تلقائيًا.
- الصوبة الزراعية الذكية: دمج عدة مستشعرات ومشغلات لمراقبة بيئة الصوبة والتحكم فيها.
- نظام الرادار: استخدام الاستشعار والحركة لاكتشاف الأجسام وعرض مواقعها.
- نظام مواقف السيارات الذكى: اكتشاف وجود السيارات وإدارة الأماكن المتاحة وعملية الدخول.
- نظام المصعد: بناء منطق التحكم في الطوابق، والأزرار، والحركة، ومؤشرات المصعد.
الكورس الثاني/
الروبوتات المتحركة ذاتية التحكم
يتعلم الطالب تصميم وبناء وبرمجة واختبار الروبوتات المتحركة ذاتية التحكم من خلال دمج الميكانيكا، والإلكترونيات، والمستشعرات، والبرمجيات داخل روبوت واحد متكامل.
المشروعات الأساسية
- التصميم والتصنيع الميكانيكي والإلكتروني — تصميم وتصنيع أجزاء الروبوت باستخدام الطباعة ثلاثية الأبعاد والـ Laser Cutting.
- روبوت تتبع الخط: تصميم وبرمجة روبوت قادر على اكتشاف المسار وتتبعه بشكل ذاتي.
- روبوت تجنب العوائق: بناء روبوت يستطيع اكتشاف العوائق واتخاذ قرارات الحركة والملاحة دون تدخل بشري.
- روبوت التنظيف الذاتي: دمج الحركة، والاستشعار، والملاحة، والتصميم الميكانيكي لبناء روبوت قادر على تنفيذ مهمة تنظيف عملية بشكل ذاتي.
الكورس الثالث/
DIY الهاتف المحمول
يبني الطالب جهازًا إلكترونيًا محمولًا ويطور بنفسه واجهة المستخدم، والتطبيقات، والقوائم، والألعاب الخاصة به من البداية.
المشروعات الأساسية
- الشاشة الرئيسية والقائمة الرئيسية: تصميم الواجهة الرئيسية ونظام التنقل بين وظائف الهاتف المختلفة.
- تطبيق جهات الاتصال: إنشاء واجهة بسيطة لجهات الاتصال والتنقل بينها.
- تطبيق الآلة الحاسبة: تطوير آلة حاسبة تفاعلية يتم التحكم فيها باستخدام لوحة المفاتيح.
- قائمة الإعدادات: تطوير إعدادات قابلة للتغيير وإنشاء عدة مستويات من القوائم.
- الساعة الرقمية / تطبيق الأدوات: عرض معلومات مفيدة من خلال تطبيق مخصص.
إلى أي مستوى سيصل الطالب؟
بنهاية ExpoTec Level 1، يتجاوز الطالب مرحلة مجرد استخدام Arduino أو توصيل المستشعرات أو كتابة برامج منفصلة.
ويبدأ في الوصول إلى مستوى:
مطوّر أنظمة هندسية ناشئ
في هذه المرحلة، يستطيع الطالب فهم النظام التكنولوجي باعتباره مجموعة من التخصصات الهندسية المترابطة، ويبدأ في بناء حلول متكاملة لمشكلات محددة.
ويتعلم التعامل مع المشروعات من خلال عملية هندسية واضحة:
المشكلة → المتطلبات → التصميم → البناء → البرمجة → التكامل → الاختبار → اكتشاف الأخطاء → التحسين
وبدلًا من أن يقتصر تفكيره على:
"كيف أوصل هذا المستشعر؟"
أو:
"ما الكود الذي يجعل هذا المحرك يتحرك؟"
يبدأ في التفكير:
"ما النظام الذي يجب أن أصممه لحل هذه المشكلة؟"
وهذا التحول في طريقة التفكير هو أحد أهم أهداف ExpoTec Level 1.
المهارات الهندسية التي يكتسبها الطالب
برمجة C++ وتطوير البرمجيات
يبني الطلاب أساسًا قويًا في C++ ويتعلمون استخدام البرمجة كأداة لإنشاء أنظمة حقيقية.
يتعاملون مع المتغيرات، وأنواع البيانات، والعمليات، والشروط، والحلقات التكرارية، والدوال، والمصفوفات. ومع تطور المشروعات، يتعلمون تنظيم البرامج الأكبر، وبناء منطق النظام، ومعالجة مدخلات المستخدم، وتطوير برمجيات تفاعلية.
ومع تطور مشروعاتهم، يتعلم الطلاب أيضًا كيفية تنظيم البرامج الأكبر، وبناء منطق النظام، ومعالجة مدخلات المستخدم، وتطوير برمجيات تفاعلية.
الإلكترونيات والأنظمة المدمجة
يفهم الطلاب كيفية تفاعل البرمجيات مع الإلكترونيات.
يتعلمون التعامل مع الإشارات الرقمية والتناظرية، وربط Arduino بالمستشعرات، والمحركات، ومحركات Servo، والشاشات، والأزرار، والـ Buzzers، وغيرها من المكونات الإلكترونية.
وينتقل الطلاب من التحكم في مكونات منفردة إلى بناء أنظمة مدمجة متكاملة قادرة على الاستشعار، ومعالجة المعلومات، واتخاذ القرارات، وتنفيذ الأوامر.
ربط المستشعرات والمشغلات
يتعلم الطلاب كيف تتفاعل الأنظمة التكنولوجية مع العالم الحقيقي.
يستخدمون المستشعرات المختلفة لجمع المعلومات من البيئة، ويستخدمون المشغلات Actuators لإحداث استجابة أو حركة فعلية.
ومن خلال ذلك، يتعلمون دورة العمل الهندسية الأساسية:
استشعار → معالجة → اتخاذ قرار → تنفيذ
التصميم الميكانيكي
يتعرف الطلاب على الجانب الخاص بـ الهندسة الميكانيكية في تطوير المنتجات والروبوتات.
يتعلمون تصميم هياكل الروبوتات، وتحديد أماكن المكونات الإلكترونية، والمحركات، والمستشعرات، والأجزاء الميكانيكية، وفهم كيف يؤثر التصميم الميكانيكي على أداء النظام بالكامل.
الروبوتات والأنظمة ذاتية التحكم
ينتقل الطلاب من مجرد التحكم في محركات منفردة إلى تطوير روبوتات متحركة متكاملة ذاتية التحكم.
يتعلمون كيف تستخدم الروبوتات المستشعرات لفهم البيئة المحيطة، ومعالجة المعلومات، واتخاذ القرارات، والتحكم في حركتها دون الحاجة إلى تدخل بشري مستمر.
ويطبقون هذه المفاهيم من خلال روبوتات تؤدي مهام مثل:
تتبع الخط — تجنب العوائق — التنظيف الذاتي
تصميم الأنظمة الإلكترونية
يبدأ الطلاب في تجاوز فكرة التعامل مع كل مكوّن إلكتروني بشكل منفصل، ويتعلمون النظر إلى الإلكترونيات باعتبارها بنية متكاملة لنظام إلكتروني كامل.
يتعلمون كيفية تحديد متطلبات النظام، واختيار المكونات المناسبة، وتنظيم التوصيلات، وإدارة توزيع الطاقة، ودمج وحدات التحكم والمستشعرات والمشغلات، وبناء لوحات التحكم الإلكترونية للروبوتات.
تطوير المنتجات البرمجية
من خلال مشروع DIY Mobile Phone، يكتشف الطلاب أن البرمجة لا تقتصر فقط على التحكم في المكونات الإلكترونية.
يتعلمون كيف يمكن للبرمجيات أن تحوّل المكونات الإلكترونية إلى منتج تفاعلي متكامل.
ويقوم الطلاب بتطوير الشاشات، والقوائم، والأيقونات، وأنظمة التنقل، والتطبيقات، والألعاب، مع تعلم كيفية عمل العديد من الوظائف البرمجية معًا داخل جهاز واحد.
تكامل الأنظمة
إحدى أهم المهارات التي يكتسبها الطلاب خلال ExpoTec Level 1 هي القدرة على دمج عدة تخصصات هندسية داخل نظام واحد متكامل يعمل بصورة صحيحة.
يتعلم الطلاب دمج:
التصميم الميكانيكي + الإلكترونيات + البرمجة المدمجة + المستشعرات + المشغلات + البرمجيات
كما يتعلمون أن المشكلات قد تظهر عند دمج الأنظمة الفرعية المختلفة معًا، وكيفية تحديد هذه المشكلات، واختبارها، وتحليلها، وحلها.
حل المشكلات الهندسية
ينتقل الطلاب تدريجيًا من مجرد اتباع تعليمات وخطوات محددة مسبقًا إلى تطوير منهج هندسي حقيقي في حل المشكلات.
ويتعلمون أن يسألوا:
- ما المشكلة التي أحاول حلها؟
- ما المعلومات التي يحتاج إليها النظام؟
- ما المستشعرات التي يجب استخدامها؟
- ما المشغلات التي يحتاج إليها النظام؟
- ما القرارات التي يجب أن يتخذها البرنامج؟
- كيف يجب أن يتصرف النظام؟
- كيف يمكنني اختبار ما إذا كان الحل يعمل بشكل صحيح؟
- كيف يمكنني تحسين التصميم؟
ومن خلال هذه العملية، يطور الطلاب مهارات التفكير التحليلي، والتجربة، واكتشاف الأخطاء وإصلاحها، والاختبار، والتحسين المستمر للتصميم.
ماذا يستطيع الطلاب بناءه بعد المستوى الأول؟
بعد إكمال ExpoTec Level 1، يكتسب الطلاب الأساس الهندسي اللازم لتصميم وبناء أنظمة ومشروعات مثل:
- الصوبة الزراعية الذكية – Smart Greenhouse
- نظام الري الذكي – Smart Irrigation System
- نظام الرادار – Radar System
- نظام مواقف السيارات الذكي – Smart Parking System
- نظام التحكم في المصعد – Elevator Control System
- روبوت تتبع الخط – Line Follower Robot
- روبوت تجنب العوائق – Obstacle Avoidance Robot
- روبوت التنظيف الذاتي – Autonomous Cleaner Robot
- الهاتف المحمول DIY – DIY Mobile Phone
والأهم من ذلك، يبدأ الطلاب في تطوير القدرة على استخدام نفس المهارات الهندسية لابتكار وتنفيذ أفكار مشروعاتهم الخاصة، بدلًا من أن تقتصر قدراتهم على المشروعات التي سبق لهم تنفيذها.
تطور الطالب
لا يعتمد ExpoTec Level 1 على حفظ خطوات تنفيذ مجموعة ثابتة من المشروعات.
بل صُمم ليغير طريقة تفكير الطالب في التكنولوجيا.
في بداية المستوى:
"كيف أوصل هذا المكوّن؟"
"ما الكود الذي يجب أن أكتبه؟"
"كيف أجعل هذا المحرك يتحرك؟"
في نهاية المستوى:
"ماذا أريد أن أبني؟"
"ما الذي يجب أن يقوم به النظام؟"
"ما الأنظمة الميكانيكية والإلكترونية والبرمجية التي أحتاج إليها؟"
"كيف يمكنني تصميم النظام، وبناءه، واختباره، وتحسينه؟"
يبدأ الطالب المستوى باعتباره متعلمًا للتكنولوجيا – Technology Learner، وينهيه وقد اكتسب الأسس التي تؤهله ليصبح مطوّر أنظمة هندسية – Engineering System Builder.
بنهاية ExpoTec Level 1، لا يكتفي الطلاب بفهم كيفية عمل التكنولوجيا، بل يبدأون في اكتساب المهارات الهندسية اللازمة لبنائها بأنفسهم.