STEM-урок: "Навчальний міні-проєкт: «Привіт світ!» Знайомство з електронною платформою Arduino"

Про матеріал

Дана розробка STEM-уроку може бути використана як елемент впровадження проєктно-дослідницької діяльності у загальноосвітніх навчальних закладах та має на меті залучити до наукової діяльності учнів/учениць 9-11 класів.

Інтеграція базових знань з фізики та інформатики.

Перегляд файлу

Тема STEM-уроку:

Навчальний міні-проєкт: «Привіт світ!» Знайомство з електронною платформою Arduino

Тип уроку: комбінований.

Вікова група: 9-11 клас (при можливості, залучення учнів та учениць 7-8 класу). Тип STEM-проєкту: міжпредметний, дослідницький, короткотривалий (90 хв). Форма уроку: групова.

За програмою рівня стандарту зміст уроку буде спрямовано на розвиток в дітей наступних компетентностей:

Пояснювальна записка до уроку: дана розробка STEM-уроку може бути використана як елемент впровадження проєктно-дослідницької діяльності у загальноосвітніх навчальних закладах та має на меті залучити до наукової діяльності учнів/учениць 9-11 класів.

Мета: інтегрувати базові знання з фізики та інформатики на практиці за допомогою електронного конструктора; ознайомити учнів із будовою та призначенням основних елементів електронної платформи Arduino. Розкрити причинно-наслідкові зв’язки між спостережуваними явищами та теоретичними закономірностями. Продовжувати формувати інтерес учнівського колективу до наукових досліджень.

Зміст уроку буде спрямовано на розвиток в учнів наступних компетентностей:

Ключові компетентності

Математична - застосовування математичних методів для опису, дослідження фізичних явищ і процесів.

Природнича - вміння пояснювати природні явища і технологічні процеси; - використання знань з фізики для вирішення завдань, пов'язаних із реальними об'єктами природи і техніки;

- здатність, за допомогою фізичних методів самостійно чи в групі досліджувати природу;

- оцінка значення фізики та технологій для формування цілісної наукової картини світу, сталого розвитку.

Інформаційно-цифрова - уміння використовувати сучасні пристрої для опрацювання, збереження, передачі та представлення інформації;

- використання сучасних цифрових технологій і пристроїв для вивчення фізичних явищ, для обробки результатів експериментів, моделювання фізичних явищ і процесів;

- ціннісні орієнтири у володінні навичками роботи з інформацією, сучасною цифровою технікою.

Ініціативність і підприємливість - уміння застосовувати фізичні знання для генерування ідей та ініціатив щодо проєктної, конструкторської та винахідницької діяльності, для вирішення життєвих проблем, пов’язаних із матеріальними й енергетичними ресурсами;

- оцінювати можливість застосування набутих знань з фізики в майбутній професійній діяльності, для ефективного вирішення повсякденних проблем;

- оцінювати власні здібності щодо вибору майбутньої професії, пов’язаною з фізикою чи технікою;

- ціннісне ставлення до фізичних знань, результатів власної праці та праці інших людей.

Обізнаність і самовираження- використання знань з фізики та інформатики під час реалізації власних творчих ідей.

Предметні компетентності (їхня суть розкривається в наскрізних змістових лініях):

1) уміння планувати, підготувати, спостерігати експеримент;

2) уміння вимірювати застосовувати набуті знання на практиці та обробляти результати експерименту; 3) уміння інтерпретувати результати досліджень.

Обладнання: навчальний електронний набір для Arduino KS0070 KEYESTUDIO UNO R3, ноутбук або ПК, програмне забезпечення Arduino, проектор, Інтернетпідтримка.

Структура уроку:

Зміст уроку	Час, хв	Прийоми і методи
І. Організаційний етап. Актуалізація опорних знань. Постановка навчальної проблеми.	5	Питання класу. Фронтальна бесіда з елементами демонстрації.
II. Організація вивчення матеріалу.	70	Розповідь вчителя, бесіда;); спостереження й аналіз, виділення головного; записи на дошці і у зошитах. Написання найпростішої програми: «Привіт, світ!».
III. Закріплення нового матеріалу. Рефлексія.	10	Питання класу. Розв'язування якісних задач. Бесіда.
IV. Домашнє завдання. Підведення підсумків уроку.	5	Коментар учителя.

Хід уроку:

І. Організаційний етап.

Привітання. Перевірка присутності.

Актуалізація опорних знань.

Необхідно актуалізувати знання, отримані учнями на уроках фізики та інформатики.

Питання класу

• Що таке алгоритм?

• Які мови програмування ви знаєте?

• Як можна пов’язати теоретичні знання з інформатики та фізики на практиці?

Постановка навчальної проблеми.

Слово вчителя:

«Сьогодні на уроці ми з вами дізнаємось про одну цікаву розробку, призначену для навчальних досліджень. Це є Arduino – електронна платформа з відкритим кодом, що містить як апаратне так і програмне забезпечення. За допомогою неї можна вивчати роботу різноманітних датчиків, досліджувати напівпровідникові елементи, виводити необхідну інформацію на електронне табло або ж активувати роботу того чи іншого приладу»

II. Організація вивчення нового матеріалу.

Оголошення теми уроку.

Пояснення вчителя із записами в зошити (для наочності можна використати проектор, що виводитиме на екран інформацію з мережі Інтернет).

Слово вчителя:

«Спершу давайте проаналізуємо основні відомості, пов’язані з роботою даної електронної платформи».

Вчитель виводить на екран за допомогою проектора відповідну сторінку з Інтернет-мережі:

https://wiki.keyestudio.com/Getting_Started_with_Arduino

Питання до класу під час опрацювання теоретичного матеріалу на котрі необхідно акцентувати увагу:  З чого складається Arduino?

• Основне призначення дошки Arduino.  Що таке Arduino IDE?

• Як скористатися довідкою про мову Arduino?

Під час заняття буде використаний навчальний електронний набір для Arduino KS0070 KEYESTUDIO UNO R3.

Записи в зошити

Дошка Arduino - це невелика плата мікроконтролера, яка являє собою схему. Вона містить на невеликому чіпі (мікросхемі) цілий комп'ютер (мікроконтролер). UNO – це стартова дошка, призначена для роботи з електронікою та кодуванням.

Розглянемо довідку про мову Arduino. Перейдемо за відповідним посиланням: https://www.arduino.cc/reference/en/

Примітка: варто заздалегідь виготовити картки для учнів із основними елементами мови Arduino.

Для опрацювання матеріалу ділимо учнів на невеликі групи і даємо відповідні завдання. Час опрацювання: 10 хв. Обговорення кожної картки – 2 хв.

Мову програмування Arduino можна розділити на три основні частини: функції, значення (змінні та константи) та структуру.

Завдання учням: проаналізувати відповідні функції мови програмування.

Картка 1

Завдання учням: розглянути типи даних і константи. Порівняти записи змінних в мові програмування Arduino та інших мовах програмування (наприклад, Pascal).

Картка 2

Завдання учням: проаналізувати структуру програмного коду.

Картка 3 (продовження)

Після розгляду основних елементів мови програмування, слід розглянути будову навчальної електронної плати. Переходимо за посиланням:

https://wiki.keyestudio.com/Getting_Started_with_Arduino#keyestudio_UNO_Devel opment_Board

Вчитель разом з учнями коментує основні складові будови плати KS0070 KEYESTUDIO UNO R3.

Отже, будова електронної плати:

1. USB-з'єднання.

2. Порт (джек) живлення постійного струму.

3. Регулятор напруги.

4. Кристалічний осцилятор Arduino.

5. 17. Режими перезавантаження плати.

6. Режим з вихідною напругою 3,3 В.

7. Режим з вихідною напругою 5 В.

8. Заземлення.

9. Зовнішнє джерело живлення.

10. Аналогові входи.

11. Мікроконтролер.

12. Послідовний периферійний інтерфейс.

13. Індикатор живлення.

14. Мітки прийому на передачі сигналу.

15. Цифровий ввід і вивід

16. AREF

Встановлюємо додаток Arduino на комп’ютер:

https://www.arduino.cc/en/Main/Software

Створюємо проєкт: «Привіт світ!»

Початок роботи

1. Завантажте середовище Arduino (IDE) та встановіть або розпакуйте / витягніть каталог додатків.

2. Підключіть плату UNO до одного з USB-портів комп'ютера.

3. Встановіть драйвери (Якщо комп'ютер автоматично не завантажує та не встановлює необхідні драйвери USB, вкажіть налаштування обладнання в каталог «драйвери» програми Arduino IDE.)

4. Запустіть програму Arduino IDE

5. Відкрийте приклад ескізу.

6. Виберіть дошку в меню Інструменти.

7. Виберіть послідовний порт, який використовує плата.

8. Завантажте ескіз до дошки.

Обладнання

1. Arduino плата - 1

2. USB-кабель - 1

Кодування

Після встановлення драйвера для Arduino, відкриваємо програмне забезпечення та пишемо (або копіюємо код) програму, яка відображатиме напис «Привіт, світ!» (або Hello World!)

Завдання учням: за наведеним зразком внести код програми до середовища програмування Arduino. Проаналізувати весь алгоритм. Скомпілювати код та завантажити його на плату.

Зразок коду для програми Arduino:

Після компіляції програми та її завантаження на плату відкриваємо монітор послідовних портів. Вводимо літеру “R” і спостерігаємо виведення заданої фрази на екран.