Основы образовательной робототехники

Программа дополнительного профессионального образования (повышения квалификации) «Основы образовательной робототехники» направлено на совершенствование профессиональных компетенций учителей в области организации учебной деятельности старшеклассников по робототехники с применением отладочных плат Arduino и виртуальной среды Tinkercad Circuits, а также ориентирована на совершенствование компетенций, обеспечивающих реализацию системно-деятельностного подхода к изучению технических наук старшеклассниками и учащимися 9 классов школ, осуществляющих профильную и предпрофильную подготовку обучающихся в рамках проекта «Инженерный класс в московской школе», реализуемого при поддержке Департамента образования и Правительства города Москвы.

Преимущество данной программы состоит в комплексном подходе, сочетающем знания школьного курса физики с освоением основ разработки микроконтроллерных устройств, программирования на языке высокого уровня, схемотехники. Помимо практических знаний, у слушателей будет сформирована методологическая и теоретическая база, обеспечивающая понимание школьниками принципов работы и протекания физических процессов, связанных с работой устройств на Arduino.

Выбор семейства Arduino для обучения старшеклассников основам программирования и разработки микроконтроллерных устройств обусловлен тем, что оно включает в себя широкий ряд различных отладочных плат, на которых установлены микроконтроллеры, большая часть которых относится к семейству AVR. Отладочные платы Arduino просты в использовании: они не имеют встроенных дисплеев, кнопок (за исключением загрузочной) или датчиков. В то же время, функциональность их использования при обучении школьников обеспечивается тем, что платы Arduino имеют широкую базу подключаемых внешних датчиков, дисплеев, плат расширения и различных модулей связи, - таким образом, полученные знания помогут школьникам в изучении более сложных устройств.

Обучение происходит в онлайн-среде Tinkercad Circuits. Она достаточно проста для изучения, но при этом предоставляет широкие возможности для разработки и проверки работы создаваемых устройств: среда включает в себя большое количество электронных компонентов, устройств и датчиков, востребованных при разработке устройств на микроконтроллерах.

Разработанные программа и учебно-методические материалы должны стать основой для организации образовательного процесса, а также для решения задачи подготовки обучающихся к сдаче предпрофессионального экзамена по направлению «Конструкторское».

Программа предлагается педагогическим работникам, организующим урочную и внеурочную деятельность в рамках проекта «Инженерный класс в московской школе» для различных категорий обучающихся и реализующим основные образовательные программы или дополнительные общеразвивающие программы по данному направлению.

Формы работы с педагогами направлены на отработку технологий подготовки школьников к сдаче предпрофессионального экзамена по направлению «Конструкторское (программирование устройств на Arduino)», их обучения с учетом возрастных особенностей и образовательных интересов.

В содержании разделов (модулей) программы определено оптимальное соотношение лекционных и практических занятий.     

Дополнительная профессиональная образовательная программа реализуется в очном формате с активной дистанционной поддержкой. Дистанционная поддержка программы предполагает самостоятельную работу с применением информационно-телекоммуникационных сетей при опосредованном (на расстоянии) взаимодействии обучающихся и педагогических работников, а также возможности получения консультаций у преподавателей данного курса

Ожидаемые результаты повышения квалификации - профессиональная готовность педагогических работников к реализации задач обучения школьников программированию отладочных плат Arduino в виртуальной среде Tinkercad Circuits.

Тематический план:

1. Организационно-педагогические условия преподавания курса. Структура занятий и система оценивания усвоения материала.
2. Отладочные платы Arduino, их возможности и применение.
3. Среда Tinkercad, интерфейс и возможности.
4. Базовый синтаксис языка программирования и работа с интерфейсом среды.  Wiring – базовые ключевые слова и их назначение, переменные, условные переходы, циклы, функции, массивы. Разбор базовой программы. Методика обучения.
5. Организация процесса изучения цифровых и аналоговых сигналов.  Виды сигналов, воспринимаемые Arduino.  Широтно-импульсная модуляция. Подключение кнопок, светодиодов, потенциометров. Управление яркостью свечения светодиода.
6. Временные задержки и отсчет времени выполнения кода.  Изучение способов измерения времени выполнения программы (функции delay(), millis()). Изучение принципа работы пьезоизлучателя и  создание простых мелодий.
7. Изучение сенсоров и датчиков, используемых в проектах на Arduino. Принципы их работы и схемы подключения.
8. Методика изучения микросхем расширения для увеличения возможностей Arduino. Использование драйверов для управления устройствами.
9. Руководство разработкой проекта робота на колесной платформе.
10. Особенности изучения интерфейсов uart, spi, i2c для подключения устройств и передачи данных между ними.
11. Использование библиотек для упрощения работы с устройствами.  Особенности изучения структуры библиотек, подключаемых к проекту. Руководство разработкой собственных библиотек.
12. Организация разработки библиотеки управления колесным роботом.
13. Организация работы с дисплеями. Типы дисплеев и способы их работы.
14. Подключение строкового LCD экрана, создание меню для управления колесным роботом.
15. Хранение данных. Хранение настроек программы. Использование энергонезависимой памяти EEPROM платы Arduino.
16. Реализация настроек моторов и датчиков колесного робота.  Методика обучения различных категорий школьников.
17. Расширение возможностей Arduino.  Особенности использования микросхем стандартной логики для расширения возможностей микроконтроллера.

Контингент обучающихся – только учителя школ, имеющих статус участника или кандидата в проекте «Инженерный класс в московской школе» Департамента образования города Москвы

Форма обучения: очно-заочное с использованием дистанционных образовательных технологий (ДОТ)

Обучение для данного контингента обучающихся – бесплатное

Место проведения занятий – город Москва, улица Таллинская, д.34, МИЭМ НИУ ВШЭ, метро Строгино (последний вагон из центра, пешком 5 минут от метро)

 Порядок регистрации на программу

РАСПИСАНИЕ ЗАНЯТИЙ на сентябрь - октябрь 2019 года