ПРИМЕНЕНИЕ АППАРАТНО-ПРОГРАММНЫХ СРЕДСТВ ARDUINO НА ИНТЕГРИРОВАННЫХ УРОКАХ ПО ИНФОРМАТИКЕ И ФИЗИКЕ
Т.Г. Галиуллин
Отделение информационных технологий
Колледж предпринимательства
ул. Брамса 9, г. Калининград, обл. Калининградская, Россия, 236022
В статье рассматриваются некоторые особенности применения аппаратно-программных средств Arduino на интегрированных уроках по информатике и физике. Предлагается программа интеграции уроков по информатике и физике состоящая из четырёх циклов занятий.
Ключевые слова: интегрированный урок, информатика, физика, аппаратно-программные средстваArduino.
В настоящее время значимость взаимосвязи предметов школьного цикла с позиции формирования межпредметных связей очевидна. Межпредметные связи, выступая в качестве отражения единства средств, форм и методов в процессе познания окружающей действительности, являются значимой областью исследований в рамках теоретических и практических подходов к преподаванию всех без исключения дисциплин в рамках школьного образования [2]. Под межпредметной связью в рамках современного образовательного процесса необходимо понимать такую связь, которая имеется между основами учебных дисциплин, а если говорить более точно, то между их структурными элементами, которые выражаются посредством понятий, научных фактов, законов, теорий и пр.
Интеграция уроков по информатике и физике имевшая место и ранее, на современном этапе существенно облегчается благодаря возможности применения аппаратно-программных средств, которые позволяют выйти за рамки виртуального мира в физический и взаимодействовать с ним [1]. К ним относятся, в частности и аппаратно-программные средства Arduino. Почему же именно Arduino, в чём преимущества?
Во-первых, низкая стоимость – платы Arduino относительно дешёвые.
Во-вторых, кроссплатформенность – программное обеспечение Arduino работает под разные операционные системы.
В-третьих, простая и понятная среда программирования – среда Arduino подходит как для опытных инженеров, так и для начинающих пользователей.
В-четвёртых, программное обеспечение с возможностью расширения и открытым исходным текстом – программное обеспечение Arduino выпускается как инструмент, который может быть дополнен опытными пользователями.
В-пятых, аппаратные средства с возможностью расширения и открытыми принципиальными схемами – схемы модулей выпускаются с лицензией Creative Commons, а значит, опытные инженеры имеют возможность создания собственных версий модулей, расширяя и дополняя их.
Мы предлагаем программу интеграции уроков по информатике и физике состоящую из четырёх циклов занятий (программа была успешно опробована).
Первый цикл (уроки физики) включает комплекс лабораторных работ на базе: платы универсальные макетные контактные ZY204 Arduino 1660; MB102BreadboardPowerSupplyModule 3.3V 5V; блоки питания импульсные 9V 2A 5.5×2.5; радиоэлементы (резисторы, конденсаторы, транзисторы и пр.); наборы разъёмов для плат макетных и кабели соединительные; светодиоды; измерительные устройства и пр. Темы уроков:
Электробезопасность. Устройство мультиметра.
Электрическая цепь. Измерение сопротивления. Измерение напряжения. Измерение силы тока.
Резисторы. Последовательное соединение.
Резисторы. Параллельное соединение.
Цветовая маркировка резисторов.
Резисторы. Сложное соединение.
Кнопка тактовая. Выключатель клавишный. Тумблер.
Переменный резистор. Реостат.
Переменный резистор. Потенциометр.
Мост Уитстона.
Устройство конденсатора. Измерение ёмкости.
Конденсаторы. Временная задержка RC цепью.
Конденсаторы. Последовательное соединение.
Конденсаторы. Параллельное соединение.
Транзисторы. Синхронный генератор (мультивибратор).
Микросхемы (семисегментный индикатор).
Все уроки не теоретические. На этих уроках обучающиеся: собирают электрические цепи и подключают их к источнику питания; проводят измерения электрических величин мультиметром; определяют параметры радиоэлементов по маркировке; делают расчёты.
Второй цикл (уроки информатики). Обучающие выполняют работы на базе программного обеспечения Circuit Simulator Applet. Темы уроков охватывают все схемы первого цикла (уроков физики).
Третий цикл (уроки физики) включает комплекс паяльных работ. Темы уроков:
Меры безопасности. Выпаивание и впаивание отдельных радиоэлементов на платах монтажных.
Пайка сложного соединения резисторов. Измерение сопротивления на микросхеме.
Пайка проводов. Устранение разрыва. Проверка мультиметром.
Пайка проводов. Внедрение на микросхему. Проверка мультиметром.
Пайка делителя напряжения. Проверка работоспособности устройства.
Пайка синхронного генератора (мультивибратора). Проверка работоспособности устройства.
Четвёртый цикл (уроки информатики). Обучающиеся выполняют работы на базе программного обеспечения ArduinoIDE и следующего аппаратного обеспечения: контроллеры Arduino UNO R3 [ATmega328P ATmega16U2]; кабелиUSB 2.0 [am]USB 2.0 [bm] 1.8 м.; датчики и пр. Также используется вся материальная база первого цикла (уроков физики). Темы уроков перечислять не будем, так как перечень их крайне обширный. Отметим лишь их общий характер. Обучающиеся: изучают проект схемы и техническое задание; собирают схему в соответствие с проектом и пишут программу в соответствие с техническим заданием.
В заключении отметим, что полученный обучающимися опыт деятельности в дальнейшем целесообразно развивать в исследовательской деятельности (физика) и проектной деятельности (информатика).
ЛИТЕРАТУРА
[1].Гребнева Д. М. Разработка интегрированных уроков по информатике и физике с использованием конструктора Arduino // Наука и перспективы / Российский государственный профессионально-педагогический университет. – Екатеринбург, 2019. – № 4. – С.9–15.
[2].Минеев-Ли В.Е., Васильева Д.С., Мазюк В.В. Межпредметная связь школьных курсов информатики и физики // Вопросы педагогики / Научно-информационный издательский центр «Институт стратегических исследований». – СПб., 2020. – № 12-1. – С.199–203.
