Архив Галактики

Азбука микроэлектроники. Введение

KosachenkoSV's blog / 22.08.2015

Из своего опыта проведения учебных занятий по микроэлектронике в Томском физико-техническом лицее http://tftl.tomedu.ru могу утверждать, что учебной литературы по микроэлектронике - дефицит, и в то же время полезной информации по данной теме в интернете очень много, но ее нужно адаптировать для занятий. Со временем у меня накопились поурочные материалы, которые хочется окончательно оформить и поделиться с коллегами. Возможно, по мере их публикации, из них со временем получится книга, которая поможет проведению уроков в школах.

Введение

Учебные занятия по робототехнике начинают внедряться во многих учебных заведениях. Опросы, проведенные среди коллег, показывают, что при приобретении оборудования для этих занятий предпочтение отдается робототехническим наборам фирмы LEGO, а именно LEGO Mindstorms NXT2.0 и LEGO EV3.

Эти замечательные наборы обладают рядом достоинств, например, позволяют изучать механику и частично программирование, однако, к недостаткам данных наборов нужно отнести невозможность изучения электроники, в результате чего школьники с этими наборами не смогут полноценно знакомиться с микроэлектроникой и далее с мехатроникой, являющейся базой для более сложных киберфизических систем. Это заставило автора искать средства для простого и удобного изучения электроники, программируемых микроконтроллеров. Предпочтение отдавалось способам быстрого прототипирования электрических схем, причем желательно без пайки на начальных занятиях, т.к. иначе потребуется оборудование рабочих мест обучающихся вентиляционной вытяжкой, паяльниками, необходимыми расходными материалами.

В качестве программируемого контроллера, с которым можно легко собирать и изучать электрические схемы, подошел изготовленный в г.Кемерово Freeduino 2009 — удачный клон популярного контроллера Arduino, распространяемого по открытой лицензии «Open HardWare». Типовой набор элементов и радиодеталей для занятий микроэлектроникой был подобран и собран в лицее, о составе которого подробно описано по ссылке.

Для первого года изучения микроэлектроники необходимо познакомить обучающихся с типовыми схемами соединения радиоэлементов, техническими характеристиками контроллера Arduino, законом Ома, введением в программирование на языке Си.

Автор взял за основу идеи учебных занятий с сайта Александра А. Паршева /, переработав и дополнив их, оформил в виде поурочных карт. В качестве примера приведены два первых урока, в ходе которых обучающиеся знакомятся с контроллером Arduino, обозначением его контактов (представляется обучающимся в виде плаката), системой программирования Arduino IDE, радиодеталями, макетной платой с перемычками и проводами, с помощью которых соединяются модули и радиоэлементы без пайки.

Начиная со второго занятия, в тексты программ могут быть преднамеренно внесены незначительные ошибки. Этот прием из арсенала проблемного обучения позволяет, во-первых, создать ситуацию необходимости изучения правильного написания команд в программе, в отличие от механического копи-паста; во-вторых, познакомить ребят с системой сообщений об ошибках при отладке и компиляции программ в среде Arduino IDE.