Ғылым және инженерлік мамандық талаптанушыларына программалауды arduino платформасын қолдана отырып оқыту

Андатпа

Бұл жұмыста Arduino платформасы бағдарламасын қолдану бойынша қызығушылық танытқан ғылыми және инженерлік мамандарды оқытуға талдау жасалады. Зерттеу барысында бұл платформаны дәрістік демонстрацияларда, физикадан зертханалық жұмыстарда қолдануға ыңғайлы және ол робототехн и каны бағдарламалау азаматын оқыту үшін оңтайлы. Оқушылардың көпшілігі роботтарды бағдарламалаудың осы платформасы туралы риза және жақсы жауап беретіні анықталды.

Соңғы жылдары программалау пәні ғылым, технология, инженерлік және математикалық (ИҒТМ) мамандықгарға да беріле бастауда. Бұның себебі, компьютерлер ғалымдар мен инженерлердің жүгінетін негізгі құралға айналуында [1]. Лекторлар бірнеше мәселемен бетпе-бет қалуда. ИҒТМ студенттері программалаудың негізгі қағидаларын ұғынуда едәуір қиыншылық көреді. Олар алғаш программалауды үйренгенде оңай меңгермейді және өздерінің негізгі бағыттарына қатысын көре бермейді. Үйретудің жаңа әдісгемесі қиыншылықтардың алғашқыларын шешуде септігін тигізбек. Бірнеше зерттеулер нәтижесі физикалық программалау парадигмасын ортаға әкелуде. Парадигма программалаудың принциптерін «дисплейден» шын өмірге ауыстыруды ұсынады. Осылайша, студенттердің программалаумен ара-қатынасы жақсармақ. Резник осыған ұқсас тұжырым ұсынған: «сандық манипулятивтер» - программалануға қабілетті, қолға алуға болатын құралдар [2]. Математика мұғалімдері тәріздес тәсілдерді ондаған жылдар бойы қолданып келген. Математиканы үйретуде физикалық объектілерді қолдану өткен ғасырдың басынан-ақ бет алған. Кейбір зерттеулер физикалық программалаудың принциптерін компьютерлік программалауда қолдану мүмкіндіктерін сарапқа салған. Алайда, ол зерттеулердің қорытындысы ИҒТМ мамандықтарына қолдануға жарай бермейді. Аталмыш зерттеулер программалауда роботтарды қолдануды ұсынуда, дегенмен, ғылым мамандықтары студенттерінде қажетті икем иемденбеген. Кейбір амалдар жас ғалымдар мен жаңа инженерлерден тіптен ауыр программалау есептерін сұрайды.

Кескін 1. Arduino UNO: лекциялық демонстрацияларда және зертханалық жұмыстарда қолданылған платформа

Осы зерттеудің екі мақсаты бар: 1) физикалық программалауға негізделген бірнеше үйренбелі модуль әзірлеу және енгізу; 2) ғылым мамандықтары студенттеріне үйретілу барысын осы модульдердің тиімділігін бағалау. Бұл модульдер программалаудың негізгі тәсілдерін робототехника түсініктерінсіз үйретуге мүмкіндік береді. Осы үйренбелі модульдер, әлемге канат жайған, Arduino платформасына негізделмек.

Практикалық бөлім

Әдістің негізгі бағдары - дәстүрлі үйрету әдістемесін дамыту, жою емес. Лектор программалаудың негізгі қағидаларын үйрете отырып, артынан Arduino модульдерімен қуаттандырып отырмақ. Осы модульдер арқылы С/С++, немесе MatLab тілдерін үйретуге болады [3,4]. Жобада компиляцияланған да, баламаланған да, тілдер қолданылмақ.Лектор программалау принциптерінің физикалық мысалдарын көрсетпек. Студенттерді қызықтыру мақсатында LED-тардың түрлі түсі, дауыстағыштар, және программалаудың түрлі элементтерін байланыстыру үшін сервомоторлар қолданылмақ. Демонстрациялауға қажетті кодтарды әзірленеді. Лекциялық демонстрациялар әртүрлі қабылдау элементтерін қолданады: жарық, дыбыс, және қозғалыс.

Зертханалық жұмыстар арқылы көзделгені демонстрация мен байланыстыру. Зертханалық модульдер лекциялық модульдермен

байланысты болғандықтан студенттерде қызығушылық ұялатары анық. Ардуино модульдерінің тиімділігі биология мамандығында екі топтың программалауға кіріспе пәні өту барысында анықталды: бірінде оқытушы дәстүрлі әдісті қолданды; екіншісінде ол бағдарламасын Ардуино модульдерімен толықтырды. Аталмыш оқытушы пәнді екі жыл қатарынан оқытты. Екі түрлі әдісті салыстыру мақсатында мұғалім сабақ жоспарларын және курс бойынша күнделік жүргізіп отырды. Оқушылардың жетістіктері мен қызығушылығы өлшеніп отырды. Студенттердің жетістіктері программалаудан емтихан арқылы бағаланды. Сонымен қатар курс аяғында егжей-тегжейлі сауалнама жүргізілді. Студенттер алған әсерлерін бес мәнді бағалау жүйесімен тұпшалап берді. Қорытынды: модульдер оқушылардың үйрену көрсеткішін жақсартты. Студенттердің 74% программалаудың жоғары деңгейін иемденді, дәстүрлі әдіспен салысгырғанда 32% өсім.

Қызығушылық та артқан: сыныптың 64% программалауда өздерін еркін сезінген, 9% арту бар.Ардуино платформасы студенттер тарапынан жылы қабылданды. Олардың 95% астамы зертханалық жұмыстардың қызық екендігін және 85% астамы демонстрациялардың тартымды екндігін атап өткен. Студенттер басқа да пікірлер қалдырған: «Пән өте пайдалы болды. Тіпті, бүкіл курсым осы болса да жетер еді» - деп жазған екен студенттердің бірі.

Кесте 1. Ардуино қолданылған кездегі лекциялардан және зертханалықтардан студенттердің кері байланысы

114

Зерттеушілер ИҒТМ мамандықгары үшін кіріспе программалауды үйретудің қоры жасақтаған. Модульдер С/С++ және Matlab. Аталмыш модульдер физикалық платформа ретінде Arduino қолдана отырып, физикалық программалаудың парадигмасын ұстануда. Алынған нәтижелер бойынша модульдерді [5,6] қолдану көбірек студенттің меңгеруіне және қызығуына әкеледі. Физикалық программалаудың парадигмасын енгізу білім алушылардың пәнді меңгеруін арттыруымен қатар, тиімдірек еліктіреді.

Әдебиеттер тізімі:

1. G. Т. Richard, "Employing Physical Computing in Education: How Teachers and Students Utilized Physical Computing to Develop Embodied and Tangible Learning Objects," The International Journal OfTechnoIogy, Knowledge and Society, 2010.
2. M. Resnick et al., "Digital manipulatives: new toys to think with," in Proceedings of the SIGCHI conference on Human factors in computing systems, 1998, pp. 281-287.
3. Святошинский «Программирование для BorlandC++», 2018, Киев.
4. Кетков Ю.Л„ Кетков А.Ю„ Шульц M. «MATLAB 7. Программирование, пиленные методы»,С.-Петербург, 2005.
5. Джеремми Блум «Изучаем Arduino», 2015
6. Петин В. «Проекты с использованием контроллера Arduino», С.- Петербург, 2015.