W wielu szkołach, zwłaszcza podstawowych (w sporej mierze dzięki programowi Laboratoria Przyszłości), w ostatnim czasie baza dostępnych pomocy dydaktycznych została odświeżona, unowocześniona. Poza robotami, drukarkami 3D, klockami konstrukcyjnymi, pojawiły się również mikrokontrolery. Zapewne większość nauczycieli informatyki zna lub chociaż kojarzy te urządzenia i jest w stanie na pewnym poziomie ogólności zdefiniować – co to jest i do czego służy. Szkoła (mogę powiedzieć z pełną odpowiedzialnością – całe szczęście) nie składa się jednak jedynie z nauczycieli informatyki. Czy zatem pozostali nauczyciele mogą skorzystać na tym, że w salach szkolnych pojawiło się takie urządzenie? Mówiąc wprost – po co mikrokontroler nauczycielowi i uczniowi w szkole?
Mikrokontroler – co to takiego?
W sporym uproszczeniu — mikrokontrolery to urządzenia, pełniące funkcję zminiaturyzowanych komputerów. Ich możliwości to między innymi obsługa zewnętrznych urządzeń, łączenie się z siecią WiFi czy Bluetooth, odbieranie i wysyłanie informacji, czy dokonywanie obliczeń. Przy odpowiedniej determinacji można zatem z mikrokontrolera, baterii, kompletu silniczków oraz obudowy stworzyć przykładowo robota. Nadal brzmi informatycznie, prawda? Trzeba sięgnąć głębiej, poznając możliwości mikrokontrolerów. Skupię się na najpopularniejszym urządzeniu, które powstało z myślą o edukacji – BBC micro:bit. Urządzenie to jest relatywnie tanie, łatwe w obsłudze i posiada szeroki wachlarz możliwości.
Wybrane możliwości microbita:
- Komunikacja bezprzewodowa,
- czujnik pola magnetycznego,
- czujnik temperatury,
- kompas,
- nagrywanie dźwięku,
- programowalna macierz LED,
- programowalne przyciski,
- światłomierz,
- wydawanie dźwięku, syntezator mowy.
Powyższa lista nieco rozjaśnia. Mając do dyspozycji urządzenie, pomoc w postaci nauczyciela informatyki lub uczniów z koła komputerowego, opcjonalnie odrobinę czasu i kilka filmów z YouTube, jesteśmy w stanie wykorzystać to urządzenie, będąc nauczycielem praktycznie dowolnego przedmiotu. A oto dowód w postaci kilku pomysłów.
Język angielski
Urządzenie posiada możliwość syntezatora mowy. Co za tym idzie, może po odpowiednim zaprogramowaniu, odczytywać na głos określone wyrazy. Można zapisać w urządzeniu listę np. 100 słówek, z których część będzie rzeczownikami, a część przymiotnikami. Uczeń po odsłuchaniu wyrazu, będzie musiał podjąć decyzję, naciskając jeden z dwóch przycisków, do której grupy zakwalifikuje słowo. W przypadku poprawnej odpowiedzi przyznawany jest punkt. Gra się do 10 pytań. Na koniec urządzenie wyświetla całkowitą liczbę zdobytych punktów.
Wychowanie fizyczne, informatyka, matematyka
Mikrokontroler w roli krokomierza. Urządzenie jest programowane przez uczniów podczas zajęć informatyki bądź koła komputerowego. Mikrokontroler powinien pełnić rolę krokomierza. Po włączeniu zasilania, licznik musi się resetować i wyświetlać na bieżąco liczbę wykonanych kroków. Następnie po dyskusji o znaczeniu ruchu dla organizmu, dzielimy klasę na drużyny. Drużyny mają za zadanie pokonać dystans krokiem spacerowym od punktu A do punktu B (np. okrążenie wokół budynku szkoły). Członkowie drużyn są jednak wyposażeni w różne urządzenia pomiarowe – krokomierz sportowy, krokomierz wykonany podczas zajęć informatyki, zegarek dla sportowców, telefon komórkowy. Uczniowie zapisują wyniki pomiarów. Dalsza część projektu może przebiegać pod okiem nauczyciela matematyki, gdzie uczniowie dyskutują na temat błędów pomiarowych, dokładności urządzeń, czy innych powodów, dla których mogły wyniknąć rozbieżności pomiędzy wynikami.
Zajęcia techniczne
Uczniowie podczas zajęć technicznych, czasami w grupach, projektują makiety, np. najbliższego otoczenia lub wymarzonej szkoły. To świetny sposób na zaprzęgnięcie elementów nauki w duchu STEAM. Mamy tu skalę obiektów, proporcje, bryły, matematykę, elementy artystyczne. Dlaczego nie dodać odrobiny technologii? Oświetlenie takiej makiety lub otwierana brama garażowa może być sterowana przy pomocy mikrokontrolera, z użyciem kilku przewodów, silnika, czy LED. Z pewnością takie rozwiązanie podniesie poziom satysfakcji uczniów z projektu.
Biologia, przyroda
Nie w każdej szkole jest pracownia przyrodnicza z prawdziwego zdarzenia, ze zwierzętami, którymi uczniowie się opiekują. Staje się to coraz częściej rzadkością czy niejako luksusem. Może poza patyczakami, terrarium czy rybkami w akwarium.
Weźmy terrarium i mikrokontroler. Czy można te elementy wspólnie użyć do celów edukacyjnych? Naturalnie! Zwierzęta wymagają określonej temperatury, którą warto monitorować o różnych porach dnia oraz nocy. W zależności od stanowiska, pory roku czy odległości od otwartego okna, wartość temperatury może się znacząco różnić. Co można zrobić? Wspólnie z uczniami zaprogramować odpowiednio micro:bita, wyposażyć go w dokładny termometr dla zwiększenia precyzji obserwacji, do tego powerbank, aby uniezależnić urządzenie od ewentualnych przerw w dostawie zasilania. To krok pierwszy – można na bieżąco odczytywać wartości, stworzyć dziennik obserwacji, badać stabilność temperatury wybranego terrarium. Krok drugi – połączenie urządzenia ze starym laptopem, który będzie pełnił rolę serwera zapisu, aby można było prowadzić obserwację w dzień i w nocy. Zatem eliminujemy potrzebę każdorazowego odczytu wartości, automatyzujemy z uczniami proces, przedstawiając im zalety – wielokrotnie częstsze sprawdzanie temperatury, możliwość zapisania wskazań termometru w nocy bądź w weekend. Kolejny potencjalny etap i możliwość rozwoju takiego projektu – połączenie lampy dogrzewającej i automatyzacja całości w taki sposób, aby w przypadku, gdy temperatura spadnie poniżej określonej wartości, mikrokontroler włączył dogrzewanie mikroświata wybranego zwierzęcia.
Możliwości jest wiele, urządzenie pozwala na nieomal dowolne elastyczne użycie czy to jego wbudowanych możliwości, czy z wykorzystaniem zewnętrznych elementów (jak właśnie silniczki, czujniki ciśnienia, temperatury bądź wilgotności).
Świadome wykorzystanie mikrokontrolera
Mikrokontrolery, niezależnie od marki — czy to Arduino, szkolny micro:bit, a może nieco bardziej zaawansowany Raspberry Pi łączy więcej, niż dzieli. Powinniśmy w szkole traktować je jako kolejne z narzędzi, które z całą pewnością warto wykorzystać, ale w określonym celu. Najpierw na horyzoncie musi pojawić się cel. Jeśli celem samym w sobie jest użycie mikrokontrolera – coś poszło nie tak. Może być nim jednak już przykładowo rozwijanie kompetencji informatycznych, korzystanie ze zdobyczy technologii w praktyce, czy kształtowanie umiejętności rozwiązywania realnych problemów. I tu dopiero jednym z narzędzi do osiągnięcia wybranego celu może być ułatwienie uczniom zadania, poprzez włączenie w proces przykładowo programowania, automatyzacji czy elementów analizy danych z wykorzystaniem mikrokontrolerów.
autor: Tomasz Mikołajczyk – nauczyciel informatyki, bloger IT (www.paninformatyk.com.pl), publicysta. Certyfikowany ekspert z zakresu IT (Microsoft Technology Associate, ISTQB Certified Tester, EITCA e-Government, EPP e-Teacher). Trzykrotny laureat tzw. Listy 100 Szerokiego Porozumienia na Rzecz Umiejętności Cyfrowych w Polsce.
