ардуино программа элективного курса. Планирование курса Основы программируемой микроэлектроники. Создание управляемых устройств на базе вычислительной платформы Ардуино
 Скачать 371.81 Kb.
|
|
Ардуино Программа и тематическое планирование Тузова О. А. 1 Программа и тематическое планирование курса «Основы программируемой микроэлектроники. Создание управляемых устройств на базе вычислительной платформы Ардуино» Элективный курс. 10 класс «В течение следующих 5 — 10 лет, Arduino будет использоваться в каждой школе на уроках электроники и физики. Лучший способ описать Arduino — это привести несколько примеров: * Хотите, чтобы ваша кофеварка отправляла вам сообщение в твиттер, когда ваш кофе готов? Arduino. * Хотите получать оповещения на свой телефон, когда в вашем почтовом ящике есть новая почта? Arduino. * Хотите сделать необычную световую пушку для вашего сына? Arduino. * Хотите сделать свой собственный монитор сердечного ритма для езды на велосипеде, который сохраняет данные на карту памяти? Arduino. * Хотите сделать своего оригинального робота? Arduino. Главные особенности Arduino — простота, открытость и быстрая скорость вхождения. Вам нужно скачать всего один архив, открыть его и начать работать. Вы сможете понять простейший пример Blink просто по комментариям в коде. Всего 10 минут на ознакомление и вы уже начинаете программировать!» Цитата из статьи Philip Torrone, опубликованной в Makezine Аннотация Среда обитания современного человека насыщена разнообразными электронными устройствами, которые будут и в дальнейшем развиваться и совершенствоваться. Другая сторона этого явления – упрощение самого процесса создания электронного устройства. Благодаря накопленным разработкам, он может быть настолько простым, что с ним справится и ребёнок. В частности, такую возможность предоставляет вычислительная платформа Ардуино. На базе этой платформы ученики могут конструировать и программировать модели электронных управляемых систем, не вдаваясь в сложные вопросы схемотехники и программирования на низком уровне. Причём эта уникальная инженерно-конструкторская среда имеет низкий порог вхождения и не имеет потолка. Конструировать и программировать простые устройства управления новогодней гирляндой или передачи акустических сигналов азбукой Морзе, несложные электронные игрушки ребёнок может уже на первых шагах знакомства с Ардуино. В то же время Ардуино используют профессиональные программисты и «продвинутые» любители в сложных конструкциях управления робототехническими устройствами. Интегрированная среда разработки Arduino — это кроссплатформенное приложение на Java, включающее в себя редактор кода, компилятор и модуль передачи прошивки в плату. Среда разработки основана на языке программирования Processing и спроектирована для программирования новичками, не знакомыми близко с разработкой программного обеспечения. Учебный курс «Основы программируемой микроэлектроники. Создание управляемых устройств на базе вычислительной платформы Ардуино» даёт возможность ученику Ардуино Программа и тематическое планирование Тузова О. А. 2 освоить основные приёмы конструирования и программирования управляемых электронных устройств и получить необходимые знания и навыки для дальнейшей самореализации в области инженерии, изобретательства, информационных технологий и программирования. При этом необходимо отметить, что оснащение курса не требует больших финансовых вложений, а программное обеспечение относится к классу СПО. Пояснительная записка Учебный курс «Основы программируемой микроэлектроники. Создание управляемых устройств на базе вычислительной платформы Ардуино» входит в образовательную область «информатика». Он включает 34 часа аудиторных занятий и (при возможности) самостоятельную работу учащихся. Курс может быть использован для профильной подготовки учащихся в классах физико-математического и информационно- технологического профилей. В неполном объёме курс может быть использован также при изучении информатики и технологии в непрофильных классах. Курс также предполагает знакомство с основами программированием на языке высоко уровня. Предметом изучения являются принципы и методы разработки, конструирования и программирования управляемых электронных устройств на базе вычислительной платформы (контроллера) Ардуино или её клона. Целесообразность изучения данного курса определяется: востребованностью специалистов в области программируемой микроэлектроники в современном мире возможностью развить и применить на практике знания, полученные на уроках математики, физики, информатики возможностью предоставить ученику образовательную среду, развивающую его творческие способности и амбиции, формирующую интерес к обучению, поддерживающую самостоятельность в поиске и принятии решений Цели курса: познакомить учащихся с принципами и методами разработки, конструирования и программирования управляемых электронных устройств на базе вычислительной платформы Ардуино развить навыки программирования в современной среде программирования углубить знания, повысить мотивацию к обучению путем практического интегрированного применения знаний, полученных в различных образовательных областях (математика, физика, информатика) развить интерес к научно-техническому, инженерно-конструкторскому творчеству развить творческие способности учащихся Ардуино Программа и тематическое планирование Тузова О. А. 3 Задачи курса рассматриваются на трёх уровнях: Первый уровень – репродуктивный (ученик понимает, может воспроизвести без ошибок) Второй уровень – «интерпретация» (ученик понимает, может применить с изменениями в похожей ситуации) Третий уровень – «изобретение» (ученик может самостоятельно спроектировать, сконструировать и запрограммировать устройство, решающее поставленную перед ним практическую задачу) Первый уровень: на базе Ардуино с использованием макетной платы и набора электронных элементов «???» научить учащихся понимать заданные схемы («схема на макетке») электронных устройств и воспроизводить их на макетной плате o понимать назначение элементов, их функцию o понимать правила соединения деталей в единую электрическую цепь o понимать ограничения и правила техники безопасности функционирования цепи понимать написанный программный код управления устройством, вносить незначительные изменения, не затрагивающие структуру программы (например, значения констант) записывать отлаженный программный код на плату Ардуино, наблюдать и анализировать результат работы использовать монитор последовательного порта для отладки программы, наблюдения за показателями датчиков и изменением значений переменных Второй уровень: на базе Ардуино с использованием макетной платы и набора электронных элементов «???» научить учащихся понимать заданные схемы («принципиальная схема» и «схема на макетке») электронных устройств и воспроизводить их на макетной плате o понимать назначение элементов, их функцию o понимать правила соединения деталей в единую электрическую цепь o понимать ограничения и правила техники безопасности функционирования цепи модифицировать заданные схемы для измененных условий задачи понимать написанный программный код управления устройством и модифицировать его для измененных условий задачи самостоятельно отлаживать программный код, используя, в частности, такие средства как мониторинг показаний датчиков, значений переменных и т. п. записывать отлаженный программный код на плату Ардуино, наблюдать и анализировать результат работы, самостоятельно находить ошибки и исправлять их Третий уровень предполагает достижение результатов второго уровня и, кроме того, умение учащихся самостоятельно проектировать, конструировать и программировать устройство, которое решает практическую задачу, сформулированную учителем или самостоятельно. Ардуино Программа и тематическое планирование Тузова О. А. 4 Основной формой обучения является практическая работа, которая выполняется малыми (2 человека) группами. Для работы необходим персональный компьютер (один на каждую группу), установленное программное обеспечение (может быть установлено с сайта http://arduino.cc/en/Main/Software ), контроллер Arduino Uno или его клон (1 на каждую группу), набор деталей ??? Формы подведения итогов Диагностика уровня усвоения материала осуществляется: по результатам электронного тестирования, завершающего изучение темы (группы тем) по результатам выполнения учащимися практических заданий на каждом уроке по результатам конкурсных работ (в течение изучения курса проводится несколько творческих конкурсов) Формы организации учебного процесса практическая направленность занятий, выполнение законченного практического проекта на каждом занятии аудиторные занятия в малых группах, индивидуализированные образовательные траектории дистанционная поддержка индивидуализированных траекторий в форме структурированного курса на школьном сервере (LMS Moodle), который содержит электронные учебные материалы и электронные тесты для самоконтроля Использованные материалы 1. Дистанционный курс на сайте amperka.ru http://wiki.amperka.ru/конспект-arduino 2. «Основы программирования микроконтроллеров» Учебник для образовательного набора «Амперка», Москва 2013 3. Список ссылок на сайте Arduino, do it! https://sites.google.com/site/arduinodoit/ Ардуино Программа и тематическое планирование Тузова О. А. 5 Учебно-тематическое планирование № Тема. Содержание темы Кол-во часов (теория + практика Практика Контроль Учебный материал для ученика 1 Знакомство с контроллером Ардуино Микроконтроллеры в нашей жизни (сообщения учеников), контроллер, контролер Ардуино (сообщение учеников) 1 , структура и состав Ардуино. Среда программирования для Ардуино (IDE Arduino) и язык программирования Processing 1 + 1 = 2 1. Рабочий лист 2. Простейшая программа (мигающий светодиод) 1. Рабочий лист 2. Результат практикума 1. Что такое микроконтроллер http://www.youtube.com/watch?v=xccd_ihNR08 2. Massimo Banzi: How Arduino is open-sourcing imagination http://www.ted.com/talks/massimo_banzi_how_a rduino_is_open_sourcing_imagination.html 3. Учебное пособие 2 §1.1-§1.3 4. Материалы электронного курса 2 Основы проектирования и моделирования электронного устройства на базе Ардуино Управление электричеством. Законы электричества. Как быстро строить схемы: макетная доска (breadboard). Чтение электрических схем. Управление светодиодом на макетной доске. 1 + 1 = 2 1. Маячок 2. Железнодорожный семафор 3. Светофор (3 секции) 1. Тест № 1 2. Результат практикума 1. Учебное пособие §2.1-§2.2, §3.1-§3.2 2. Материалы электронного курса 3 Широтно-импульсная модуляция Аналоговые и цифровые сигналы, понятие ШИМ, управление устройствами с помощью портов, поддерживающих ШИМ. Циклические конструкции, датчик случайных чисел, использование датчика в программировании для Ардуино. 1 + 1 = 2 1. Маячок с нарастающей / убывающей яркостью 2. Моделируем пламя свечи 1. Тест № 2 2. Результат практикума 1. Учебное пособие §6.1-§6.2 2. Материалы электронного курса 4 Программирование Ардуино. Пользовательские функции Подпрограммы: назначение, описание и вызов, параметры, локальные и глобальные 1 + 1 = 2 1. Передаём сообщение азбукой Морзе 2. «Все цвета радуги». Управление RGB-светодиодом 1. Тест № 3 2. Результат практикума 1. Учебное пособие §4.2, §6.3-§6.4 2. Материалы электронного курса 1 Выступление Massimo Banzi: на конференции TED: How Arduino is open-sourcing imagination http://www.ted.com/talks/massimo_banzi_how_arduino_is_open_sourcing_imagination.html 2 «Основы программирования микроконтроллеров» Учебник для образовательного набора «Амперка», Москва 2013 Ардуино Программа и тематическое планирование Тузова О. А. 6 переменные 5 Сенсоры. Датчики Ардуино Роль сенсоров в управляемых системах. Сенсоры и переменные резисторы. Делитель напряжения. Потенциометр. Аналоговые сигналы на входе Ардуино. Использование монитора последовательного порта для наблюдений за параметрами системы 1 + 1 = 2 1. Светильник с управляемой яркостью 2. Автоматическое освещение 3. Измерение температуры термометр 1. Тест № 4 2. Результат практикума 1. Учебное пособие §7.1-§7.2, §9.1-§9.4, 2. Материалы электронного курса 6 Кнопка – датчик нажатия Особенности подключения кнопки. Устранение шумов с помощью стягивающих и подтягивающих резисторов. Программное устранение дребезга. Булевские переменные и константы, логические операции. 1+3 = 4 1. Светофор с секцией для пешеходов и кнопкой управления 2. Кнопочный переключатель (эксперимент 10 3 ) 3. Светильник с кнопочным управлением (эксп. 11) 4. Кнопочные ковбои (эксп. 12) 1. Тест № 5 2. Результат практикума 1. Учебное пособие §8.1-§8.4 2. Материалы электронного курса 7 Цифровые индикаторы. Семисегментный индикатор Назначение, устройство, принципы действия семисегментного индикатора. Управление семисегментным индикатором. Программирование: массивы данных. 1+1= 2 1. Счёт до 10, обратный счёт 2. Секундомер (эксп. 13) 1. Тест № 6 2. Результат практикума 1. Учебное пособие §10.1-§10.3 2. Материалы электронного курса 8 Микросхемы. Сдвиговый регистр Назначение микросхем. Назначение сдвигового регистра. Устройство сдвигового регистра, чтение datasheet. Программирование с использованием сдвигового регистра 1+1= 2 1. Гирлянда светодиодов — варианты 1. Тест № 7 2. Результат практикума 1. Учебное пособие §11.1 2. Материалы электронного курса 9 Творческий конкурс проектов по пройденному материалу 0+2=2 http://arduinoandlight.blogspot.ru/ 10 Библиотеки, класс, объект Что такое библиотеки, использование библиотек в программе. Библиотека math.h, 1+1= 2 1. Комнатный термометр с индикацией температуры (эксп. 15) 1. Тест № 8 2. Результат практикума 1. Материалы электронного курса 3 http://wiki.amperka.ru/конспект-arduino Ардуино Программа и тематическое планирование Тузова О. А. 7 использование математических функций в программе 2. Метеостанция (эксп. 16) 11 Жидкокристаллический экран Назначение и устройство жидкокристаллических экранов. Библиотека LiquidCrystal. Вывод сообщений на экран 1+1= 2 1. Вывод сообщений на экран дисплея 1. Тест № 9 2. Результат практикума 1. Учебное пособие §12.1—§12.3 2. Материалы электронного курса 12 Транзистор – управляющий элемент схемы Назначение, виды и устройство транзисторов. Использование транзистора в моделях, управляемых Ардуино. 0,5+0,5= 1 1. Светодиодные сборки. Пульсар (эксп. 6) 1. Тест № 10 2. Результат практикума 13 Управление двигателями Разновидности двигателей: постоянные, шаговые, серводвигатели. Управление коллекторным двигателем. Управление скоростью коллекторного двигателя. Управление серводвигателем: библиотека Servo.h 1+2= 3 1. Миксер (эксп. 9) 2. Пантограф (эксп. 17) 1. Тест № 11 2. Результат практикума 1. Учебное пособие §14.1—§14.2 2. Материалы электронного курса 14 Управление Ардуино через USB Использование Serial Monitor для передачи текстовых сообщений на Ардуино. Преобразование текстовых сообщений в команды для Ардуино. Программирование: объекты, объект String, цикл while, оператор выбора case 1+1= 2 1. Передача текстовых сообщений азбукой Морзе 2. Управление светильником текстовыми командами 1. Тест № 12 2. Результат практикума 1. Учебное пособие §13.1—§13.4 2. Материалы электронного курса 15 Работа над творческим проектом 0+2=2 16 Заключительная конференция 0+2=2 Всего часов: 34 |