В данной статье рассматривается возможность использования платформы Arduino™ в процессе изучения МДК 02.01 «Микропроцессорные системы» при проведении лабораторно-практических работ, курсовом и дипломном проектировании в образовательных учреждениях СПО. Материалы могут быть полезны специалистам в области педагогики.
Ключевые слова: программирование, обучение, Arduino, средние профессиональные образовательные учреждения.
Профессиональный модуль ПМ 02, в состав которого входит МДК 02.01 «Микропроцессорные системы», является частью основной профессиональной образовательной программы, в части освоения основного вида профессиональной деятельности: «Применение микропроцессорных систем, установка и настройка периферийного оборудования» и соответствующих профессиональных компетенций.
В результате изучения профессионального модуля студенты должны освоить следующие компетенции:
|
ПК 2.1. |
Создавать программы на языке ассемблера для микропроцессорных систем. |
|
ПК 2.2. |
Производить тестирование и отладку микропроцессорных систем. |
|
ПК 2.3. |
Осуществлять установку и конфигурирование персональных компьютеров и подключение периферийных устройств. |
|
ПК 2.4. |
Выявлять причины неисправности периферийного оборудования. |
Важнейшую роль в формировании профессиональных компетенций играют лабораторный практикум и курсовое проектирование.
Эффективное проведение лабораторно-практических занятий невозможно без достаточного стендового оснащения.
В настоящее время существует достаточно богатый выбор специализированного стендового оборудования.
Но использование специализированных стендов имеет ряд недостатков:
как правило специализированные стенды достаточно громоздки;
на стенде можно выполнить лишь фиксированный набор лабораторных или практических работ;
высокая стоимость стендов.
Пример специализированного стенда и стенда на основе Arduino приведен на рисунке 1.
|
|
|
|
|
Рис.1 Специализированный стенд и стенд на основе Arduino
В то же время на рынке существуют отладочные микропроцессорные комплекты, позволяющие выполнять прототипирование разрабатываемых устройств и создавать их рабочие макеты.
Один из таких комплектов - Arduino™.
Arduino – это инструмент для проектирования и прототипирования электронных устройств более плотно взаимодействующих с окружающей физической средой, чем стандартные персональные компьютеры, которые фактически не выходят за рамки виртуальности.
Arduino применяется для создания электронных устройств с возможностью приема сигналов от различных цифровых и аналоговых датчиков, которые могут быть подключены к нему, и управления различными исполнительными устройствами.
Arduino – это платформа, предназначенная для «physicalcomputing» с открытым программным кодом, с современной средой для написания программного обеспечения.
Устройства, основанные на Arduino, могут работать самостоятельно или взаимодействовать с программным обеспечением на компьютере.
Несомненная выгода от использования Arduino в обучении выражается следующими факторами:
- Экономическая доступность;
- Простота освоения среды разработки;
- Большой выбор датчиков, устройств индикации и исполнительных механизмов;
- Использование в разработке программного обеспечения языка программирования на основе C++;
- Методическое обеспечение, большой выбор литературы, существует активное сообщество пользователей и множество форумов с подробными руководствами.
- Широкая распространенность платформы: от использования систем автоматизации на платформе Arduino в быту до применения в научных исследованиях.
- Проект Arduino развивался изначально как образовательный, поэтому он отлично подходит для использования, как в аудиторной, так и внеаудиторной деятельности [1].
Большое количество проектов говорит о популярности платформы. На настоящий момент данная платформа набирает популярность и постоянно совершенствуется.
В конце 2012-2013 учебного года был закуплен комплект микропроцессорных плат Arduino, датчиков, радиоэлементов и средств макетирования.
С 2013 -2014 года в рамках преподавания МДК 02.01 «Микропроцессорные системы» в качестве стендового оборудования используется открытая платформа Arduino.
При разработке курсовых проектов по МДК 02.01 «Микропроцессорные системы» и выпускных квалификационных работ все технические решения отрабатываются на этой платформе и на защиту представляются экспериментальные макеты разрабатываемых устройств.
Использование Arduino в курсовом проектировании позволяет студентам при небольших затратах создать приборы, которые были бы полезны в той или иной сфере жизни.
Например, в рамках дипломного проектирования был изготовлен многоканальный измеритель температуры, применявшийся в геофизических исследованиях проводимых ИМГиГ ДВО РАН [2].
С 2013 по 2016 годы при курсовом и дипломном проектировании разрабатывались: системы жизнеобеспечения аквариума, различные измерители метеопараметров и домашние метеостанции, регуляторы температуры, будильники, подставка под кофейную чашку с изменением цвета в зависимости от температуры, системы автополива комнатных растений, часы с цветовой индикацией времени и т.д. Примеры нескольких проектов приведены на Рис. 2
Рис.2 Примеры дипломных проектов на основе Arduino
Использование платформы Arduino позволяет студенту получить практический опыт:
создания программ для микропроцессорных систем;
тестирования и отладки микропроцессорных систем;
применения микропроцессорных систем;
установки и конфигурирования микропроцессорных систем и подключения периферийных устройств;
выявления и устранения причин неисправностей и сбоев периферийного оборудования;
Наш опыт показывает, что использование платформы Arduino в курсовом проектировании позволяет повысить эффективность учебного процесса, прежде всего, его практической составляющей, а также обеспечить необходимый уровень сформированности профессиональных компетенций выпускника технического профиля, в деятельности которого значительную долю занимает разработка электрических и электронных схем различных устройств и проектирование технических объектов.
Литература:
1. [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://interactive-plus.ru/e-articles/193/Action193-15499.pdfМаксимов П. В. Применение ARDUINO в обучении прикладному программированию [Текст] / П. В. Максимов, Ю. В. Корнилов // Педагогический опыт: теория, методика, практика: материалы V Междунар. науч.-практ. конф. (Чебоксары, 25 дек. 2015 г.) / редкол.: О. Н. Широков [и др.]. — Чебоксары: ЦНС «Интерактив плюс», 2015. — № 4 (5). — С. 461–463. — ISSN 2412-0529.
2. Восьмые научные чтения памяти Ю.П. Булашевича, 2015 г. Особенности вариаций естественных геофизических полей над залежью углеводородов. В.А. Паровышный, В.Н. Сеначин, Ю.В. Сохатюк, А.И. Казаков, О.В. Веселов, Е.В. Кочергин
