Використання онлайн симулятора Tinkercad Circuits Arduino як засіб впровадження STEM-освіти на уроках інформатики

Михайленко Ірина Михайлівна

Вчитель математики та інформатики

Спеціаліст

Комунальногозакладу

Настасівської ЗОШ І-ІІІ ступенів

Тернопільської районної ради

Тернопільської області

Використання онлайн симулятора Tinkercad Circuits Arduino як засіб впровадження STEM-освіти на уроках інформатики

Мета: ознайомити з онлайн симулятором Tinkercad Circuits Arduino. Показати можливість використання даного сервісу на уроках інформатики, як один із засобів впровадження STEM-освіти в сучасній Українській школі.

В умовах стрімкої  еволюції технологій зростає попит на такі професії, як програмісти, IT-фахівці, інженери, професіонали в галузі високих технологій. У віддаленому майбутньому з'являться професії, про які зараз навіть уявити важко, всі вони будуть пов'язані з технологією і високо технологічним виробництвом у поєднанні з природничими науками. Особлива потреба буде в спеціалістах біо- та нано-технологій. [1]

Таким чином, основна мета сучасної освіти – підготувати таких фахівців. Перед школою, в свою чергу, постає завдання дати учням підґрунтя для здобуття майбутньої професії, підготувати до життя, дати поштовх до самореалізації, розвивати креативність, творчість. Іншими словами, учні повинні оволодіти основними ключовими компетентностями, що декларуються в концепції «Нової української школи», а саме: спілкування державною та іноземними мовами, математична грамотність, компетентності в природничих науках і технологіях, інформаційно-цифрова грамотність, уміння навчатися впродовж життя, соціальні й громадянські компетентності, підприємливість, загальнокультурна, екологічна грамотність і здорове життя. [2]

В сучасній українській школі реалізувати такий підхід до навчання можна використовуючи запровадження STEM-освіти. На сьогоднішній день інтенсивно створюються STEM-центри/лабораторії, центри науки у містах нашої країни. Але, на мою думку цим не потрібно обмежуватись, а впроваджувати STEM-освіту в навчальний процес «тут і зараз».

Одним з таких напрямків є використання  онлайн симулятора Tinkercad Circuits Arduino на уроках вивчення програмування у будь-якому класі.

Arduino (Ардуіно) — це апаратна обчислювальна платформа для аматорського конструювання, основними компонентами якої є плата мікроконтролера з елементами вводу/виводу та середовище розробки на мові програмування, що є підмножиною C/C++.[3]

На основі Arduino розробляють навчальні прилади, роботи, системи спостереження і безпеки, аналоги систем типу «розумний дім», гірлянду з «вогнями, що біжать», цифровий кодований замок, дистанційний пульт для керування побутовими пристроями, систему для автоматичного поливання квітів і т.п.

Але чи можна займатись проектами Arduino без самого мікроконтролера? Завдяки онлайн сервісу Tinkercad Circuits Arduino можна не тільки створювати електричні схеми та запускати емулятор^[1] електричного кола, а і підключати до проекту віртуальну плату Arduino, в яку можна завантажити працюючі скетчі (програма, код). Tinkercad – це безкоштовний, простий і водночас потужний сервіс, з якого можна розпочинати навчання електротехніці та роботехніці.

Можливості симулятора Tinkercad для розробника Arduino:

• онлайн платформа (браузер та інтернет);
• зручний графічний редактор для візуальної побудови електричних схем;
• набір попередньо встановлених моделей більшості популярних електронних компонентів, відсортоване за типами компонентів;
• симулятор^[2] датчиків та інструментів зовнішнього впливу. Ви можете змінювати показники датчиків, стежачи за тим, як на них реагує система;
• вбудований редактор коду Arduino з монітором порту і можливістю покрокової налагодження;
• готові для розгортання проекти Arduino зі схемами і кодом;
• візуальний редактор коду Arduio;
• можливість інтеграції з рештою функцій Tinkercad і швидкого створення для вашого пристрою корпусу та інших конструктивних елементів - створена модель може бути відразу ж скинута на 3D-принтер;
• вбудовані підручники і величезне співтовариство з колекцією готових проектів.

В якому ж форматі можна використовувати даний сервіс в рамках вивчення курсу інформатики. Як вже було сказано, симулятор Tinkercad дозволяє не лише створювати електричні схеми а і писати програмний код (скетч). Натиснувши на кнопку «Code Editor» та перейшовши в режим редагування коду ми оnримуємо можливість створювати програму одним із двох способів: з допомогою візуальних блоків типу Scratch або використовуючи мову програмування Arduino, що основана на С/С++. Слід зауважити приємну особливість для учнів та вчителів, які не вивчають мову програмування С/С++ або ж тільки починають з нею знайомитись, при побудові скетча з допомогою блоків, код на мові програмування Arduino створюється автоматично.

Я рекомендую використовувати онлайн платформу Tinkercad, при вивченні лінійних алгоритмів, розгалуження чи повторення, наприклад у 5 класі. Використовуючи для практичних робіт, невеликих завдань, домашнього завдання чи для створення учнівських проектів. Пропоную вашій увазі приклад інструкції для практичної роботи при вивчення лінійних алгоритмів.

Практична робота

Побудуйте схему світлофора, за зразком (малюнок 1), використовуючи світлодіоди жовтого, зеленого та червоного кольорів. Створіть скетч (код) який дозволить червоному світлу горіти 5 секунд, жовтому – 2 секунди, зеленому – 5 секунд і знову жовтому – 2 секунди.

(Завдання передбачає, що учні вже зареєстровані на сайті www.tinkercad.com  та ознайомлені з основами роботи в даному середовищі)

1. Зайдіть на сайт www.tinkercad.com.
2. Здійсніть вхід та відкрийте розділ Circuits.
3. Побудуйте схему за зразком (мал.1), використовуючи наступні елементи: (кнопка Components)

4. Приєднайте світлодіоди до 10, 7 та 3 пінів.
5. Задайте колір світлодіодам у вікні властивостей об’єкта, виділивши їх по одному.
6. Відкрийте вкладку Code Editor та створіть код, використайте наступні блоки:

Додаткові завдання

1.               Змініть час блимання світлодіодів відповідно на 7, 1 та 7 секунд
2.               Переставте червоний світлодіод у 2 пін та здійсніть відповідні зміни у програмному коді.
3.               Поміняйте опір усіх резисторів на 200 . Проаналізуйте що змінилось. Зробіть висновки.

На завершення цієї статті – короткого знайомства з новим цікавим сервісом Tinkercad Arduino Circuits та способами його використання на уроках інформатики, хотілося б ще раз підкреслити його ключові можливості: візуальний редактор схем, візуальний і текстові редактори коду, режим налагодження, режим симуляції схем, можливість експорту отриманих скетчів і електричних схем в реальні проекти. Зібрані разом, та ще й у вигляді зручного, простого для освоєння web-сервісу, вони роблять Tinkercad вкрай корисним як для учнів, які планують поєднати своє життя з ІТ технологіями, так і для тих що лише знайомляться та можливо зацікавляться робототехнікою.

Список використаних джерел

1. Інститут модернізації змісту освіти. STEM-освіта [Електронний ресурс].- Режим доступу: https://imzo.gov.ua/stem-osvita/
2. Методичні рекомендації щодо впровадження SТЕМ-освіти у загальноосвітніх та позашкільних навчальних закладах України на 2017/2018 навчальний рік [Електронний ресурс]: [Лист ІМЗО № 21.1/10-1470 від 13.07.17 року]. - Режим доступу: https://osvita.ua/legislation/Ser_osv/56880/
3. Вікіпедія[Електронний ресурс].- Режим доступу: https://uk.wikipedia.org/wiki/Arduino

^[1] Емулятор – це повноцінний аналог, що здатен замінити оригінал.

^[2] Симулятор – це пристрій чи сервіс, що імітує деякі властивості системи чи сервісу, але не є його точною копією.