Архив Галактики

Опыт организации лаборатории микроэлектроники и робототехники в лицее

alanpa's blog / 02.11.2012

В современном мире нас окружает огромное количество различных устройств, работающих под управлением микроконтроллеров — от стиральной машины и холодильника до линии сборки автомобилей и устройств космического корабля. Дети встречаются с различными электронными игрушками, обычно не задумываясь, почему машинка или кукла делает именно такие действия и почему не делает другие. Создаётся впечатление, что эти игрушки делают Боги. Но, как известно, «не Боги горшки обжигают».

Предметы школьного курса призваны объяснять современную картину мира. Но за последние пятнадцать лет в мире произошла настоящая революция мини-гаджетов. Даже такой предмет, как «информатика», уже перестаёт формировать ту картину мира, которая необходима современному человеку. Вернее, картина формируется, но из неё выпадает важный момент — принципы работы устройств под управлением микропроцессоров и робототехника. А между тем, есть как минимум два устройства, способных помочь в решении указанной проблемы. Это плата Arduino и конструкотр Lego Mindstorm NXT.

Идея познакомиться с Arduino появилась относительно давно — года 3 назад, когда один из моих выпускников посоветовал посмотреть сайт, рассказывающий о данной плате. Загоревшись, заказал плату (а это была Freeduino) и набор резисторов и диодов в одном из интернет-магазинов. Примерно недельные эксперименты показали, что было бы неплохо подключить двигатели. Блок управления моторами MotorShield пришел по почте еще через полторы недели. Шаговые двигатели от старых принтеров шагали, диоды мигали... Но не долго. Наверное, так бывает в 95% случаев, когда проведя с десяток экспериментов, плата оказывается в шкафу в коробочке. О том, чтобы купить набор плат для школы даже и не мечталось.

На этом бы наш доклад о внедрении микроэлектроники в одной из школ города Северодвинска можно было бы и закончить, но...

В октябре 2011 года на городском объединении учителей информатики присутствовал гость из Архангельска. Это был Денис Геннадьевич Копосов — величайший популяризатор робототехники и микроэлектроники. Под его руководством учителям Северодвинска была предоставлена возможность собрать схемы на Arduino, написать программу для этого устройства, порадоваться результатам своей работы. В конце занятия достаточно провокационный вопрос: «Кто готов работать с платой прямо сейчас, начиная со второй четверти?». Поднятая мной рука оказалась ключом от дальнейших событий — Денис Геннадьевич вручил 5 плат ChipKIT UNO32, являющихся совместимыми с Arduino. Но в обмен на этот подарок надо было в течении двух месяцев создать отчёт об использовании этих плат, желательно в формате сайта. Пути назад уже не было.

На фото: Стартовый набор.


Первое, что пришлось сделать — купить необходимые элементы для работы: диоды, резисторы, монтажную плату, кнопки... Начался диалог с администрацией лицея. Хочется сказать огромное СПАСИБО директору лицея Сахаровой Ирине Сергеевне, которая сразу же поддержала проект и выделила нужную сумму на покупку деталей.

Второе. Планы занятий, методика их проведения. Очень помог сайт Amperka.ru. Были найдены статьи и на «Образовательной галактике Intel». Понемножку стали появляться занятия. Проводил их регулярно в одном из 10-х классов. Класс информационный, то есть с 4-мя часами информатики в неделю. Один из них — работа с микроконтроллером. Удалось привлечь и восьмиклассников, которые ходили ко мне на кружок построения многогранников. Кружок был перепрофилирован — к нам присоединились еще несколько семи-восьмиклассников. По два-три занятия провел и в других 10-х и 11-х классах.

Процесс пошел. 5 плат — хорошо. Наборы, разложенные по удобным коробочкам — замечательно. Блог живой — материалы появляются регулярно (на настоящий момент материалы сайта не обновлялись уже давно. Связано это с тем, что пока на занятиях с новыми группами ребят вырабатываем уже опубликованный материал, и над новыми уроками в этом учебном году не работал). Но удача не покидает нас. Видимо Денис Геннадьевич поверил в наши намерения организовать курс микроэлектроники в лицее и подарил еще 6 плат ChipKit Uno32 с надстройкой chipKIT Basic I/O Shield. Формирование лаборатории микроэлектроники было на этом завершено. Да, конечно, будут еще приобретаться датчики, сервоприводы, электромоторчики... Но сейчас все ресурсы уходят в другое направление, о котором чуть позже.

Примерно в это же время Денис Геннадьевич убеждает поверить в свои силы и принять участие в конкурсе проектов «Образование вне стен классной комнаты». С проектом организации мобильной лаборатории микроэлектроники мне удалось выиграть 20 нетбуков CMPC.

На фото: работа с CMPC + Arduino


Для дальнейшего развития лаборатории микроэлектроники робототехники победа в конкурсе имела ряд очень важных последствий, некоторые из которых проявились позже. Попробую сформулировать их.

1. Возможность проводить занятия с Arduino практически в любое время и в любом месте. Несколько раз наборы вместе с компьютерами выдавались ученикам на дом, сами занятия в школе проходят не только в кабинете информатики, но и в неспециализированных кабинетах. Сейчас занятия по микроэлектронике веду уже не только я, но и мой коллега Роман Васильевич Корзников.
2. Администрация лицея убедилась в серьёзности проекта внедрения микроэлектроники как предмета в школьный курс. В трёх (!) десятых классах выделен еженедельный час предмета «информационный практикум». По всей видимости, этот час останется и при переходе этих классов на выпускную параллель в следующем учебном году.
3. Получено «добро» на начало проекта «Робототехника»
4. Сожжен еще один мост, позволяющий отказаться от проекта.

1. Робот на гусеничном ходу. Движение вперёд 40 см, разворот, возвращаемся, разворачиваемся.
2. Робогатор. Программу взяли готовую, но реакция очень бурная.
3. Робот — пятиминутка. Соревнования на точность прохождения по квадрату (50 см). Главное — как можно точнее стать на начальную позицию. Аналогично движение по восьмерке.
4. Навешиваем датчик расстояния. Выдерживаем дистанцию Алгоритм оказался очень сложным для 5-7 классов. Со старшими горевали об отсутствии цикла с предусловием. Пришлось через ветвление.
5. Сделал поле. Линия из изоленты. Круг. Двигаемся внутри круга, не выходя за его границы. Дополнительно — найти в круге красный квадрат 5х5 см.
6. Совместили «глаза» и датчик цвета (да, конструктор 8547). Выталкивали предметы из круга. Поле: круг диаметром 1м, в центре — окружность красного цвета диаметром 20 см.
7. Движение по простой линии.

1. Администрация лицея серьёзно думает о расширении робототехнической базы.
2. Чувствую заинтересованность в проекте «Робототехника» родителей детей, посещающих занятия.
3. Отсев детей из кружка незначительный, приходят новые ученики.

1. Проект «микроэлектроника на базе Arduino» ушёл на второй план.

1. Очень хочется, чтобы из учеников, с которыми работаем в младших классах (для меня это 5-7), сформировалась команда фанатов NXT). Хочется выйти на уровень соревнований.
2. Плановое финансирование проекта.