Pobierz
program
program
Arduino jest jednym z najpopularniejszych sposobów na rozpoczęcie nauki programowania, elektroniki i robotyki. Sama płytka Arduino pozwala sterować diodami, odczytywać dane z czujników czy budować własne urządzenia.
Wraz z kolejnymi projektami pojawia się jednak bardzo praktyczny problem: coraz więcej elementów trzeba ze sobą połączyć.
Dioda LED, przycisk, buzzer, potencjometr czy czujnik wymagają odpowiednich połączeń. Przy jednym prostym eksperymencie kilka przewodów nie stanowi problemu. Przy kilkunastu stanowiskach uczniowskich i regularnych zajęciach sytuacja wygląda już zupełnie inaczej.
Jednym ze sposobów uporządkowania takiej pracy jest shield Arduino, czyli płytka rozszerzająca przeznaczona do współpracy z Arduino.
Ale czym właściwie jest shield? Czy zastępuje płytkę stykową? Czy dzięki niemu uczniowie uczą się mniej elektroniki? I przede wszystkim – kiedy warto z niego korzystać?
Shield Arduino to płytka rozszerzająca, którą można połączyć bezpośrednio z płytką Arduino.
W zależności od przeznaczenia shield może dodawać do Arduino określone elementy lub funkcje.
Może zawierać między innymi:
Dzięki temu zamiast budować każdy projekt od podstaw z pojedynczych elementów, można korzystać z gotowej płytki rozszerzającej.
Ważne jest jednak jedno:
Shield nie jest „lepszym Arduino”. Jest rozszerzeniem Arduino przeznaczonym do konkretnego zastosowania.
Różne shieldy mogą więc pełnić zupełnie różne funkcje.
Shield do sterowania silnikami będzie wyglądał i działał inaczej niż shield z wyświetlaczem, a jeszcze inaczej będzie wyglądała płytka edukacyjna zawierająca zestaw czujników i elementów do nauki programowania.
Największą zaletą shieldów jest możliwość bezpośredniego połączenia ich z Arduino za pomocą odpowiednich złączy.
W przypadku płytki zaprojektowanej jako rozszerzenie Arduino część połączeń może być już wykonana na płytce.
Zamiast więc budować układ:
Arduino → przewód → płytka stykowa → rezystor → LED → przewód → GND
otrzymujemy gotowy układ, w którym określony element jest już połączony z odpowiednim pinem Arduino.
Uczeń może wtedy rozpocząć pracę z programem bez konieczności każdorazowego odtwarzania tego samego połączenia.
Nie oznacza to jednak, że shield całkowicie eliminuje przewody.
To zależy od konkretnego rozwiązania.
Niektóre shieldy nadal pozwalają podłączać dodatkowe elementy zewnętrzne. Ich zadaniem jest przede wszystkim uporządkowanie i rozszerzenie pracy z Arduino.
To jedno z najważniejszych pytań, jakie warto zadać przed wyborem wyposażenia do nauki Arduino.
I odpowiedź nie brzmi:
„Shield jest lepszy od płytki stykowej”.
Oba rozwiązania mają inne zastosowania.
Płytka stykowa jest bardzo dobrym narzędziem do nauki podstaw elektroniki.
Uczeń samodzielnie:
Dzięki temu może zobaczyć, jak poszczególne elementy są ze sobą połączone.
Płytka stykowa jest szczególnie przydatna, kiedy celem lekcji jest nauka budowania układów elektronicznych.
Shield sprawdza się natomiast wtedy, gdy chcemy ograniczyć liczbę czynności wykonywanych przed rozpoczęciem właściwego ćwiczenia.
Jeżeli celem lekcji jest na przykład:
„Napisz program, który włącza diodę po naciśnięciu przycisku”
to możemy:
Uczeń może więc szybciej przejść od:
„mam podłączony sprzęt”
do:
„sprawdzam, jak działa mój program”.
Nie.
To bardzo ważne rozróżnienie.
Dobry zestaw edukacyjny nie musi opierać się wyłącznie na jednym rozwiązaniu.
Płytka stykowa może być świetnym narzędziem do nauki elektroniki i samodzielnego budowania układów.
Shield może natomiast znacznie ułatwić wykonywanie powtarzalnych ćwiczeń i projektów.
Dlatego zamiast zastanawiać się:
„Shield czy płytka stykowa?”
lepiej zastanowić się:
„Czego chcę nauczyć ucznia podczas tej konkretnej lekcji?”
To właśnie cel zajęć powinien decydować o wyborze sprzętu.
Im więcej elementów znajduje się w projekcie, tym większe znaczenie ma sposób ich połączenia.
Jeżeli podstawowe elementy są już umieszczone na płytce rozszerzającej, uczeń nie musi za każdym razem budować tego samego układu od początku.
Pozwala to ograniczyć liczbę czynności technicznych poprzedzających właściwe ćwiczenie.
Na zajęciach z Arduino czas jest ograniczony.
Jeżeli lekcja trwa 45 albo 90 minut, każda dodatkowa czynność organizacyjna zabiera czas przeznaczony na naukę.
Gotowy układ może pozwolić szybciej rozpocząć:
Jest to szczególnie istotne podczas zajęć prowadzonych w większej grupie.
W edukacji ogromne znaczenie ma powtarzalność.
Jeżeli nauczyciel przygotowuje dziesięć stanowisk, dobrze jest, aby każde z nich wyglądało podobnie.
Dzięki temu:
To jedna z przyczyn, dla których płytki rozszerzające są interesującym rozwiązaniem w edukacji.
To pytanie warto potraktować poważnie.
Można przecież powiedzieć:
„Jeżeli wszystko jest już podłączone, uczeń nie nauczy się elektroniki”.
Nie zawsze.
Wszystko zależy od tego, jaki jest cel lekcji.
Jeżeli chcemy nauczyć ucznia:
jak podłączyć diodę LED, rezystor i przycisk,
płytka stykowa może być bardzo dobrym rozwiązaniem.
Jeżeli natomiast chcemy nauczyć:
jak napisać program reagujący na naciśnięcie przycisku,
gotowy układ może pozwolić szybciej przejść do właściwego problemu.
Dlatego sprzęt nie powinien dyktować programu nauczania.
To nauczyciel powinien zdecydować, czego chce nauczyć ucznia, a następnie dobrać odpowiednie narzędzie.
Gotowa płytka rozszerzająca może ograniczyć liczbę błędów wynikających z nieprawidłowego podłączenia elementów.
Nie oznacza to jednak, że shield gwarantuje bezpieczną pracę w każdej sytuacji.
Nadal można:
Dlatego shield należy traktować jako narzędzie upraszczające pracę, a nie jako rozwiązanie zastępujące wiedzę.
To szczególnie ważne w edukacji.
Nie ma jednego standardowego zestawu elementów, który musi znajdować się na każdym shieldzie.
W zależności od przeznaczenia mogą pojawić się między innymi:
Dlatego przy wyborze shielda warto patrzeć nie tylko na jego nazwę, ale przede wszystkim na to, jakie zadania można z jego pomocą realizować.
Jednym z przykładów takiego podejścia jest Education Board v1 firmy Code Designer.
Jest to płytka rozszerzająca przeznaczona do współpracy z Arduino i zaprojektowana z myślą o nauce programowania oraz elektroniki.
Na płytce znajdują się między innymi:
Dzięki takiemu zestawowi jeden układ może być wykorzystywany podczas wielu różnych lekcji.
Najważniejsze nie jest to, że na jednej płytce znajduje się wiele elementów.
Najważniejsze jest to, że ten sam sprzęt może być wykorzystywany podczas kolejnych etapów nauki.
Uczeń może rozpocząć od prostego programu sterującego diodą LED, a następnie przejść do:
Sprzęt pozostaje podobny.
Zmienia się natomiast problem, który uczeń musi rozwiązać za pomocą programu.
To pozwala budować stopniowo coraz bardziej zaawansowane ćwiczenia.
Na przykład:
Uczeń poznaje podstawowe sterowanie wyjściem.
Dioda staje się elementem prostego systemu komunikacji.
Uczeń zaczyna sterować kilkoma kanałami i tworzyć kolory.
Program zaczyna reagować na działanie użytkownika.
Uczeń poznaje wejście analogowe.
Program reaguje na warunki otoczenia.
Taką ścieżkę można znaleźć w przygotowanych przez Code Designer materiałach do Education Board. Pakiet zawiera obecnie 15 scenariuszy na poziomie podstawowym, a pojedynczy scenariusz jest przygotowany z myślą o zajęciach trwających około 2 × 45 minut.
Materiały Education Board – poziom podstawowy
Sam sprzęt nie wystarczy do prowadzenia dobrych zajęć.
Uczeń potrzebuje również środowiska, w którym może tworzyć programy, testować je i obserwować ich działanie.
Dlatego Education Board jest wykorzystywany razem z Code Designer IDE.
Program pozwala rozpocząć naukę od programowania blokowego, a następnie przechodzić do bardziej zaawansowanych sposobów tworzenia programów.
Dzięki temu nauczyciel może skupić się nie tylko na tym:
„co podłączyć?”
ale przede wszystkim:
„co chcemy osiągnąć za pomocą programu?”
Warto spojrzeć na shield szerzej.
Jego największą wartością nie musi być samo ograniczenie liczby przewodów.
W przypadku edukacji równie ważne są:
Dlatego dobrze zaprojektowany shield może być elementem całego systemu edukacyjnego, a nie tylko dodatkiem do Arduino.
W Code Designer przy projektowaniu materiałów edukacyjnych przyjmujemy prostą zasadę:
Sprzęt, oprogramowanie i scenariusz zajęć powinny ze sobą współpracować.
Samo kupienie Arduino nie sprawi, że zajęcia automatycznie staną się interesujące.
Tak samo samo kupienie shielda nie zastąpi nauczyciela i dobrze przygotowanego programu zajęć.
Dopiero połączenie:
sprzętu + oprogramowania + scenariusza + pracy nauczyciela
tworzy rozwiązanie, które można wykorzystać regularnie podczas zajęć.
Nie ma jednej odpowiedzi odpowiedniej dla każdego projektu.
| Cel zajęć | Rozwiązanie, które może lepiej się sprawdzić |
|---|---|
| Nauka podstaw elektroniki | Płytka stykowa |
| Nauka budowania obwodów | Płytka stykowa |
| Samodzielne projektowanie układu | Płytka stykowa |
| Nauka podstaw programowania | Shield |
| Pierwsze projekty z czujnikami | Shield |
| Powtarzalne ćwiczenia | Shield |
| Zajęcia z większą grupą | Shield |
| Szybkie rozpoczęcie projektu | Shield |
| Prototypowanie własnego układu | Płytka stykowa / rozwiązanie mieszane |
| Bardziej zaawansowany projekt | Shield + dodatkowe elementy |
To nie jest więc wybór:
„które rozwiązanie jest lepsze?”
To wybór:
„które rozwiązanie lepiej pasuje do celu tej lekcji?”
Jeżeli zajęcia obejmują regularną pracę z Arduino, shield może być bardzo praktycznym elementem wyposażenia stanowiska.
Szczególnie wtedy, gdy zależy nam na:
Nie oznacza to jednak, że płytki stykowe powinny zniknąć z pracowni.
Najlepsze wyposażenie pozwala wykorzystać oba rozwiązania – każde tam, gdzie ma największy sens.
Shield Arduino to płytka rozszerzająca możliwości Arduino, która może zawierać dodatkowe elementy, czujniki, złącza lub układy elektroniczne.
W edukacji jego największą zaletą nie musi być samo ograniczenie liczby przewodów.
Dobrze zaprojektowany shield pozwala przede wszystkim stworzyć powtarzalne i łatwe do wykorzystania stanowisko pracy, dzięki któremu uczniowie mogą szybciej przejść od przygotowania sprzętu do programowania i budowania projektów.
Jednocześnie shield nie powinien być traktowany jako zamiennik płytki stykowej.
Płytka stykowa uczy budowania układów. Shield pozwala szybciej pracować z gotowym układem.
Dobry nauczyciel może wykorzystać oba rozwiązania – zależnie od celu konkretnej lekcji.
Education Board v1 jest przykładem płytki rozszerzającej zaprojektowanej właśnie z myślą o takim zastosowaniu: połączeniu Arduino, wielu elementów elektronicznych, nauki programowania oraz gotowych projektów edukacyjnych.
Jeżeli natomiast interesuje Cię nie tylko sprzęt, ale cały sposób prowadzenia zajęć, zobacz również:
Jak poprowadzić zajęcia z Arduino bez plątaniny kabli?
A jeżeli szukasz gotowych materiałów do pracy z uczniami:
Materiały Education Board – poziom podstawowy
Shield Arduino to płytka rozszerzająca przeznaczona do współpracy z Arduino. Może dodawać między innymi czujniki, diody, przyciski, wyświetlacze, złącza lub inne układy elektroniczne.
Shield pozwala rozszerzyć możliwości Arduino i ułatwić pracę z określonym zestawem elementów. W edukacji może pomóc w tworzeniu powtarzalnych stanowisk i szybszym rozpoczęciu ćwiczeń.
Nie. Płytka stykowa i shield mają różne zastosowania. Płytka stykowa daje dużą swobodę budowania własnych układów, natomiast shield zapewnia gotowe rozszerzenie Arduino.
Tak, szczególnie jeśli celem jest nauka programowania i tworzenie pierwszych projektów. Warto jednak nadal uczyć podstaw elektroniki i pokazywać uczniom, jak działają wykorzystywane elementy.
Tak. Wiele projektów można realizować z wykorzystaniem odpowiednio dobranego shielda lub płytki edukacyjnej. W przypadku Education Board wiele podstawowych elementów jest już umieszczonych na płytce.
Education Board v1 jest płytką rozszerzającą przeznaczoną do współpracy z Arduino i zaprojektowaną z myślą o edukacji. Zawiera zestaw elementów pozwalających realizować wiele projektów bez budowania każdego podstawowego układu od zera.