Arduino как способ заинтересовать в программировании

Тип статьи:
Авторская
Текст статьи:

Автор статьи: учитель информатики Лосев Антон Владимирович

Дата написания: 2019 год

Скачать статью можно по ссылке на ЯндексДиск:

    

Arduino как способ заинтересовать в программировании


Введение

Не для кого не секрет, что отрасль информационных технологий всё больше и больше набирает популярность и имеет спрос на хороших специалистов. Определиться с выбором профессии и заинтересовать в изучении предмета – задача которая в самом начале возлагается на школьного учителя. Одним из самых важных и в то же время сложных разделов информатики является программирование. Именно во время изучения языков программирования и алгоритмов в целом у многих потенциальных «технарей» отбивается желание дальнейшего изучения информатики.

Учащиеся сталкиваются с трудностями, которые они не всегда охотно преодолевают. Затрачивают огромное количество времени на изучение языка, преподаваемого им в школе. А что же они получают на выходе? Программу для решения какой-либо математической задачи. Продукт их деятельности зачастую не вызывает у них чувства удовлетворения. На мой взгляд, причиной тому становится нематериальный неосязаемый выход затраченных учениками сил. Они получают очередную, не всегда полезную программу. Ведь создавать программу, которая будет иметь действительное практическое применение на этапе начала изучения языка – задача непосильная. Для решения этой проблемы на помощь приходит аппаратно-программная платформа Arduino.

Программирование с материальным продуктом

Arduino – это язык программирования и это аппаратная платформа. Говоря о языке программирования, стоит отметить, что это C++ в другой оболочке. А это уже серьёзный и перспективный язык для изучения. В то же время изучение языка Arduinoна базовом уровне не вызовет больших сложностей.

Говоря о аппаратной платформе, мы получаем широкий выбор плат с различными интерфейсами подключения периферийных устройств и широким набором возможностей для технического творчества. Платы Arduinoимеют массу различных версий от самых простых плат, вроде ArduinoMicroдля реализации простых и не объёмных проектов, до Arduinomegaна базе которой можно построить «умный дом».

Так зачем же использовать язык и платы Arduinoна уроках. Отвечая на этот вопрос стоит рассказать о возможностях, предоставляемых Arduino. Самая распространённая плата, которую я рекомендовал бы для использования на уроках – ArduioUNO. Построена она на базе микроконтроллера ATmega 328 который обладает 2 Килобайтами ОЗУ и 32 Кбайтами постоянной памяти, а также процессором с тактовой частотой 16 МГц. Эти характеристики позволяют создавать достаточно объёмные и требовательные к производительности программы. Наличие аналоговых и цифровых портов позволяет подключать множество различных датчиков и модулей, таких как датчики влажности, температуры, освещённости, давления, GPSи GSMмодули и многое другое.

Таким образом, мы получаем инструмент, благодаря которому изучение программирования имеет материальный продукт, который учащиеся могут потрогать, посмотреть и использовать. Это значительно повышает заинтересованность в изучении программирования. Ученик стремиться не просто научиться какому-либо языку, а делает это через реализацию своего аппаратно-программного продукта. Даже самый простой базовый проект с мигающим светодиодом позволяет понять, что программный код, составленный учеником не просто набор строк, а реально работающее устройство, которое он сам обучил мигать светодиодом в определённое время. Это вызывает восторг даже у учащихся старших классов.

Изучение языка не составит большого труда, так как большинство датчиков имеет готовые библиотеки с примером кода, который позволяет научиться работать с ними за считанные минуты. Например, измерять температуру цифровым датчиком. Таким образом мы добиваемся ситуации успеха, которая так сильно подвигает к формированию и укреплению интереса изучения программирования и информатики в целом.

Огромное количество справочников и пособий как в печатном виде, так и в Интернет-изданиях облегчат знакомство с аппаратной и программной частью Arduinoдля преподавателя.

Использование Arduino на уроках и дополнительном образовании

Применять на уроках аппаратно-программный комплекс Arduino не просто. Необходимы наборы плат и датчиков в комплекте на группу. Так же необходима корректировка учебной программы. Но всё это с лихвой окупается, когда мы получаем результат затраченных усилий. Понимание программирования не просто как языка, а как умение составить правильный алгоритм для решения той или иной задачи, вот то, что мы получим в результате. В дальнейшем ученики легче справляются с заданиями по программированию на базовых школьных языках вроде Pascal. Решение нестандартной задачи по программированию даётся намного проще. Конечно, необходимо составить задания специально по Arduino, подготовить обучающие материалы. Это займёт немало времени, но результат того стоит.

Говоря о преподавании Arduino в виде объединений дополнительного образования, нам открываются широчайшие возможности для технического творчества. Работа в небольшой группе позволяет закупить оборудование в меньшем количестве. Появляются возможности для более глубокого изучения языка Arduino и возможности для работы над творческими проектами. Применив технологии дистанционного обучения в совокупности с обычными занятиями, появляется возможность охвата большого количества знаний.

Приведу пример из собственного опыта. В нашей школе уже два года работает объединение «Основы Arduino» в котором я преподаю. Мы сталкивались с огромным количеством задач, которые приходилось решать не только на уровне программирования, но и на уровне планирования, распределения обязанностей, управления проектами. Дети вовлекаются не просто в процесс изучения ещё одного языка, но и в настоящий процесс создания готового интересного устройства. Я назначаю ответственного за ведение проекта, который в свою очередь примеряет на себя роль CEO, руководящего процессом создания нового аппаратно-программного продукта. Мы нередко выходили за рамки отведённых нам сорока пяти минут и занимались два или три часа. На мой взгляд, это уже говорит о том, что мы занимались чем-то действительно интересным для учеников. В результате мы получали готовый продукт. Продукт, который можно не просто потрогать, но и применить, показать и гордиться им.

Проекты с использованием Arduino

Первым проектом, созданным в нашем объединении стало достаточно простое устройство. Автономная цифровая метеостанция. Устройство могло считывать такие параметры как влажность воздуха, температура воздуха и атмосферное давление. При этом оно было полностью автономно. Работало от обычного элемента питания на 9 вольт. После чего учащиеся систематически снимали показания в своих районах и записывали в дневник погоды.

В 2018-19 учебном году началась разработка сразу двух крупных проектов. Умный парник и метеозонд. Первый проект представляет собой автоматизированный парник для выращивания растений не большого размера. Например, садовая зелень (петрушка, лук). Парник рассчитан на жителя крупного города, не имеющего своего земельного участка и достаточного количества времени для ухода за посевами. Реализовано графическое меню, позволяющее настроить такие параметры парника как:

  • Включение вентиляции по значению температуры воздуха
  • Включение вентиляции по значению влажности воздуха
  • Включение полива по уровню влажности почвы (опытным путём были вычислены значения влажной, средней влажности и сухой почвы)
  • Принудительный полив или вентиляция

В процессе разработки сейчас находится система беспрерывной работы. Разрабатывается схема питания электроники от аккумуляторных батарей и солнечной энергии. В 2019 году проект умного парника будет завершён и представлен широкой аудитории. Подробнее о ходе работ и самом проекте можно посмотреть на сайте: arduino.losev-it.ru

Второй проект «Метеозонд» представляет собой метеорологический зонд, бортовой компьютер которого создаётся и программируется учениками. Запуск готового устройства на высоту около 15 км. планируется в 2020 году. Устройство будет собирать базовые климатические показатели: атмосферное давление, температура, влажность воздуха и высота над уровнем моря. Все данные должны будут записываться на карту памяти. Информацию о своём местоположении бортовой компьютер метеозонда должен будет высылать по средствам GSM сетей. Автономность будут обеспечивать аккумуляторы типа 18650, ёмкости которых хватит на продолжительное время полёта. Более подробно проследить за развитием проекта можно на сайте space.losev-it.ru .

Заключение

Arduino – отличный язык для изучения программирования в старших классах. Аппаратная платформа Arduino предоставляет массу возможностей для интересного изучения программирования и проектирования устройств. В совокупности эти средства дают возможность изучать сложные разделы информатики в интересной форме. Дают возможность учащимся шире раскрыть свой технический потенциал. Ко всему прочему это хороший стартовый багаж знаний для поступления в технические ВУЗы. Зная примеры решения сложных задач, построения не стандартных алгоритмов и зная язык C++ в базовой форме, учащийся будет легче осваивать программы технических специальностей ВУЗов. Таким образом, по моему мнению, Arduinoявляется хорошим средством для привлечения внимания к программированию, проектированию электронных цифровых устройств и реализации успешного изучения алгоритмов в старшей школе.

Нет комментариев. Ваш будет первым!
Загрузка...

Подготовка к ГИА


Подпишись