Информационно-коммуникационные технологии
в профессиональном образовании
Аналитическая статья
УДК 37.047
Образовательная модель для технологии Arduino
Оксана Юрьевна Меркулова1, Елена Николаевна Шатохина1
1Ливенский филиал ОГУ им. И.С. Тургенева, Ливны, Россия
Аннотация. В статье рассматривается использование платформы Arduino в обучении программированию. Цель статьи – осветить, как использовать микропроцессор Arduino в учебной программе для старшеклассников и студентов СПО с целью получения отличных результатов и поддержки информационного мышления. Ключевым преимуществом выбранной концепции в отношении исследований в инженерии является проектирование и разработка различных решений реальных проблем.
Ключевые слова: Arduino; развитие информационного мышления
Information and communication technologies in vocational education
Аnalytical article
Educational model for Arduino Technology
Oksana Yurievna Merkulova1, Elena Nikolaevna Shatokhina1
1Livensky Branch of I.S. Turgenev OSU, Livny, Russia
Abstract. The article discusses the use of the Arduino platform in programming training. The purpose of the article is to highlight how to use the Arduino microprocessor in the curriculum for high school and secondary school students in order to obtain excellent results and support information thinking. The key advantage of the chosen concept in relation to research in engineering is the design and development of various solutions to real problems.
Keywords: Arduino; development of information thinking.
Введение
Чтобы идти в ногу с массово растущим и расширяющимся развитием областей обучения электроники и информатики, система образования должна быть в состоянии ориентироваться на используемые в настоящее время технологии, доступные на рынке, и включать их в образовательный процесс.
Основная часть
Встреча с новыми тенденциями становится решающей для людей с широким кругозором, опытом и пониманием. В настоящее время технологии на основе Arduino пользуются огромной популярностью среди сообществ, заинтересованных в области электронных и аппаратных решений, из-за их доступности на рынке, относительной простоты использования и, наконец, но не в последнюю очередь, из-за его небольшой цены и большой доступности различных компонентов. Поэтому становится все более важным включение Arduino в образовательный процесс в рамках предметов, преподаваемых еще в школах, которые хотели бы обеспечить комплексное представление об электронике и информатике.
Используя открытые библиотеки, доступные в Интернете, Arduino можно использовать для широкого спектра проектов, от чрезвычайно простых до очень сложных. Это делает эту платформу очень гибкой. Программисты создают роботов, дистанционно управляемые транспортные средства, устройства домашней автоматизации и т.д.
Arduino завоевал популярность благодаря своей простоте и доступности. Новичку, в том числе и ребенку, относительно легко начать программирование с платформы Arduino. Образовательный потенциал можно увидеть в нескольких областях, таких как дизайн, электроника, системы embedded и, наконец, программирование. Эти области дополняют друг друга.
Сообщество Arduino насчитывает более 100000 активных пользователей и расширяется. Arduino расшифровывается как платформа с открытым исходным кодом, используемая для создания различных проектов электроники. Весь пакет включает в себя программируемую печатную плату, называемую микроконтроллером и средой IDE, которая используется для построения программной логики. По сравнению с другими программируемыми микроконтроллерами, платформа Arduino не нуждается в специальном аппаратном обеспечении для загрузки логики в плату. Каждая плата может быть подключена к различным другим модулям, чтобы обеспечить сложные возможности построения различных опций.
Многие средние общеобразовательные школы, ориентированные на технические области обучения, уже включили технологии на основе Arduino в свои предметные курсы.
Основная проблема заключается в том, как управлять платформой Arduino. Эта платформа в контексте информационного мышления применительно к области информатики требует различных навыков, особенно умения комплектовать электронные схемы. Хотя необязательно разбираться в них полностью, стоит создать соответствующий программный код, а затем запустить его. В этом случае придется работать с платформой Arduino, например, на роботизированной основе.
Есть выбор, либо использовать платформу Arduino, либо, например, некоторые виртуальные модели. Реально-объектное программирование более выгодно для понимания студентов. Способность взаимодействовать с объектами реального мира мотивирует обучающихся и в то же время приводит к развитию информационного мышления с точки зрения алгоритмизации не только программного кода, но и создания электронных связей. В ходе анализа публикаций, посвященных программированию Arduino (в основном иностранная литература) используется единая модель.
Данная модель ориентируется, в частности, на описание одной электронной схемы, объясняющей принципы работы используемых компонентов. Далее следуют описания и блок-схемы используемых программных структур и команд. Затем дается весь программный код, который управляет схемой. Согласно модели, студент пассивно принимает и тестирует решение.
Так как модель выбрана преподавателем по умолчанию, необходимо внести модификацию, чтобы сделать возможным выполнение условия развития информационного мышления и заставить студента (пользователя) задуматься о связях или программном коде.
Этот шаг имеет важное значение для определения критериев закупок комплектов Arduino, которые будут включать необходимые компоненты, позволяя при этом динамично расширять другие темы.
Чтобы успешно внедрить технологии на основе Arduino в образовательный процесс, необходимо следующее:
- закупка компонентов Arduino, которые могут быть успешно использованы для объяснения многообразия возможностей технологии Arduino;
- создание модели Education, которая будет использоваться во время курса.
Концепция модели состоит из:
• сборника задач на основе Arduino, организованных от простых до более сложных;
• подробного описания каждой задачи, которое включает в себя необходимое оборудование и подробно описывает требуемую логику;
• простого и понятного руководства, как выполнить поставленную задачу шаг за шагом;
• возможного мотивационного расширения для каждого задания, чтобы получить дополнительные баллы оценивания результата работы после ее завершения.
Именно таким образом были выстроены все мастер-классы, проводимые руководителями школы Arduino Ливенского филиала ОГУ им. И.С. Тургенева. Обучающиеся получали оборудование и пошаговую инструкцию для выполнения элементарных заданий в группах: управление RGB-светодиодом, использование фоторезистора для создания автоматического ночника и т.д.
Руководство содержит подробные программные коды и все электронные диаграммы. В ней объясняются принципы использования электронных компонентов и некоторые физические явления. Программный код большинства примеров описан подробно.
Кроме простого алгоритма действий для обучающихся первого курса, важно, что модуль RGB LED Arduino может сразу монтироваться на плате и иметь встроенные резисторы — этот вариант более удобный для занятий в кружке робототехники именно для начинающих.
Практика показывает, что деятельность в рабочих группах помогает научиться работать в "команде". При этом происходит формирование конструктивного критического мышления. У обучающихся вырабатывается свой собственный взгляд на информацию. Групповая форма при работе над проектами дает высокий уровень познавательной самостоятельности.
Постепенно работа усложняется, на смену элементарным схемам приходят более сложные. К концу обучения на защите дипломных работ выпускники специальности 09.02.05 Программирование в компьютерных системах показывают высокий результат в изучении языков программирования в сфере робототехники. Многие работы отмечены членами ГЭК: «Разработка системы автоматической подачи звонков в учреждении образования с помощью «1С:Колледж» на базе платформы Arduino», «Разработка дубликатора ключей домофона с дисплеем на Arduino RFID 125 kHz», «Создание 3D-сканера с системой управления на базе платформы Arduino», «Создание системы управления светофором с использованием платформы Arduino», «Создание макетного образца солнечной батареи на платформе Arduino» и др.
Заключение
В связи с растущим интересом к микроконтроллерам и технологии Arduino, система образования должна обеспечивать соответствующее образование для достижения большей занятости своих выпускников.
|