В статье автор описывает способы применение набора по моделированию ARDUINO на уроках физики и внеурочное время в средней школе.
Ключевые слова: ARDUINO, физика, моделирование, проект, умная теплица.
Arduino — это платформа для разработки устройств на базе микроконтроллера, на простом и понятном языке программирования в интегрированной среде Arduino IDE. Добавив датчики, приводы, динамики, добавочные модули (платы расширения) и дополнительные микросхемы, вы можете использовать Arduino в качестве «мозга» для любой системы управления. С помощью Arduino можно реализовать практически любой ваш замысел. Это может быть автоматическая система управления поливом, или веб-сервер, или даже автопилот для мультикоптера [1].
В школьном наборе по моделированию имеется два управляющих модуля Arduino UNO и один Arduino Nanо. Разница между данными платами — в размерах и памяти. В комплекте имеются: макетные платы, наборы резисторов, фоторезисторы, светодиоды, в том числе и трехцветный RGB, датчики ультразвука, реостаты, переключатели, сервоприводы и шаговый мотор, три дисплея один из них LCD, гироскоп, инфракрасный датчик, реле, датчик пульса, датчик атмосферного и многие другие сенсоры.
Для работы с данным набором необходимо приложение Sketch Arduino. Для виртуальной сборки схем — программа Fritzing. Если вы не знакомы с языками программирования С++, в сети Интернет очень много готовых проектов и схем по сборке.
Данный набор применяю на уроках физики, в качестве демонстрационного материала и выполнения практических заданий, а так же мини-проектов.
При выполнении лабораторной работы «Определение влажности воздуха» в 8 классе, учащиеся помимо психрометра, по схеме собирают цепь: подключают датчик влажности воздуха и температуры, LCD дисплей и сверяют данные. Процесс сборки проиллюстрирован на рис. 1.
Рис 1. Выполнение сборки датчика влажности воздуха DHT11
Во время изучения раздела «Электромагнитные колебания» и «Переменный ток» в 11 классе, учащиеся собирают простейший осциллограф.
При изучении раздела «Механические колебания» в 9 классе, учащиеся собирают цепь, применяя датчик KY-039 который служит для измерения сердцебиения на пальце. Принцип работы сенсора основан на реакции прозрачности пальца на инфракрасный свет от светодиода, при изменении кровяного давления и транслирует на плоттер изображения в виде кардиограммы.
При знакомстве с разделом «Постоянный ток» в 10 классе, учащиеся самостоятельно моделируют вольтметр на базе Arduino.
В качестве демонстрационного материала использую: фоторезистор, реостат, реле.
Во внеурочное время учащиеся работают над проектом «Умная теплица». В школьной хозяйстве имеется две теплицы и у двух учащихся 8 класса появилась идея о создании автоматизированной теплицы. На рис.2 показан процесс работы над проектом.
Рис. 2. Процесс работы над проектом
Функции будут следующими: автоматическое регулирование температуры и влажности воздуха, регулирование освещения в теплице применяя фитоленты полного спектра, оповещение с помощью смс применяя GSM модуль. Сообщение будет поступать только тогда, когда будет наблюдаться критическая температура или влажность, с просьбой открыть дверь для проветривания или когда влажность почвы будет низкой.
Применяя набор по моделированию Arduino в своей педагогической деятельности, выделил плюсы и минусы.
Плюсы:
— Развитие функциональной грамотности, учащиеся применяют полученные знания для моделирования физических приборов и процессов, а также «умных» систем.
— Развитие естественно-научной грамотности, при работе над проектом учащиеся применяют знания биологии, химии, физики и географии.
— Межпредметная связь: если вы физик и информатик, то Arduino, позволит углубить навыки учащихся в программировании (упрощенная версия С++), а также на языке Python очень много готовых программ для устройств.
— Повышение мотивации к изучению предмета физики.
— При отсутствии специального оборудования в кабинете физики — набор станет для вас незаменимым инструментом.
— Относительно недорогая стоимость.
Минусы:
— Отсутствие набора на рынке области, возможно приобрести только через Интернет магазины «Aliexpress» «Alibaba» и др.
— Для создания проекта или устройства постоянно нужно приобретать модули (датчики, сенсоры) и микроконтроллеры.
— Для подготовки к уроку и на изучение самого набора требуется дополнительное время.
Литература:
1. Блум Джереми. Изучаем Arduino: инструменты и методы технического волшебства: Пер. с англ. — СПб.: БХВ-Петербург, 2015. — 336 с.
