III уровень

Образовательная схемотехника и робототехника на Arduino

Приамурский государственный университет имени Шолом-Алейхема
72 часа длительность
с 1 ноября дата
Онлайн формат

Описание

Программа "Образовательная схемотехника и робототехника на Arduino" посвящена подготовке слушателей в области электротехники и программированию этой техники, а также, преподаванию в этой области. Курс затрагивает вопросы общего свойства, например, откуда берется ток, как работает кнопка и др. для лучшего усвоения материала, начиная с основ. В процессе изучения курса слушатели изучат процессы проектной деятельности, начиная от анализа задачи, ее проектирования и моделирования, и заканчивая средствами поддержки и масштабирования проекта, кроме того, научатся обучать подобной деятельности своих учеников.

Курс "Образовательная схемотехника и робототехника на Arduino" нацелен на формирование трех общепрофессиональных компетенций:  информационно-педагогическая, проектная и программно-аналитическая. Усвоение информационно-педагогической компетенции заключается в формировании информационной базы по темам схемотехники и робототехники на уровне, достаточном для преподавания данных курсов в образовательных учреждениях. Сюда входят теоретическая подготовка, подбор и разработка заданий, средств оценивания результатов образовательной деятельности.

Усвоение проектной компетенции направлено на формирование у слушателя четкой пошаговой инструкции создания прототипов и самих устройств при соблюдении нормативов жизненного цикла проекта и его заявляемых характеристик.

Усвоение программно-аналитической компетенции направлено на формирование системы "анализ – синтез" при работе в области схемотехники и робототехники, изучение особенностей языка С/С++ при программировании устройств, принципов оптимизации использования памяти и минимизации размеров устройства при выполнении поставленных задач.

Для обучения по образовательной программе по техническим требованиям необходимо стабильное подключение к сети Интернет, а также регистрация на сайте tinkercad.com. Желательно наличие комплекта Arduino (достаточно Starter Kit). Для обучения с точки зрения входных условий подготовки желательно иметь профессиональное педагогическое образование, иметь хотя бы начальные навыки программирования на любом алгоритмическом языке.

В процессе обучения слушатели изучат принципы работы с Arduino как с технической, так и с программной части, научатся создавать приборы и роботов, обучать их требуемым действиям, а также научатся обучать данной технологии своих будущих учеников. Данная программа актуальна ввиду большой востребованности схемотехники и робототехники в настоящее время, а также недостаточного количества преподавателей, имеющих подходящую подготовку в данной области, в том числе, обучающих технологии в средних образовательных учреждениях.     

Модули

свернуть
Модуль 1 Принципы робототехники
Тема 1.1 Структура работы Arduino (2.5 час). Основные понятия электротехники. Схема работы Arduino. Подключение и общие принципы схемотехники на Arduino. Сборка устройств с помощью платы Arduino Uno и печатной платы. Простые устройства ввода и вывода: светодиод, кнопка, динамик и т.д. Тема 1.2 Создание схем на Arduino с помощью программного обеспечения TinkerCAD Circuits (5.5 час.). Программирование на С/С++ для Arduino. Организация кода, блоки setup() и loop(). Явное и неявное задание значений при работе с данными. Создание схем на Arduino с использованием устройств вывода.
Результаты обучения:
В результате темы слушатели изучат основные принципы построения устройств и загрузку скетчей для управления данных устройств, познакомятся с основными устройствами вывода информации и программным обеспечением для моделирования с Arduino
Трудоемкость: 8
Выходное тестирование: Да
Модуль 3 Программирование на Arduino
Тема 3.1. Создание эффективных программ для Arduino (2.5 час). Использование конструкций языка С/С++ для организации работы устройств. Использование функций и библиотек, написание эффективного кода с учетом дальнейшего масштабирования устройства. Тема 3.2. Использование структур данных для организации работы схем (5 час.). Использование ветвления, массивов данных, циклическое исполнение программ для оптимизации программ собираемого устройства.
Результаты обучения:
В результате изучения модуля слушатели познакомятся с принципами усовершенствования скетчей для устройств, неявным заданием значений и устройств, изучат ветвление, массивы данных, циклическое исполнение программ, функции, научатся более эффективно использовать память устройства.
Трудоемкость: 13
Выходное тестирование: Да
Модуль 5 Обучение схемотехнике
Тема 5.1. Использование компьютерных средств для обучения схемотехнике (5 час.). Создание виртуального класса при использовании web-ориентированной системы TinkerCAD. Организация удаленной работы обучающихся робототехнике, использование метода дополненной задачи при обучении. Создание многоуровневой системы подготовки и индивидуальной образовательной траектории обучающихся. Тема 5.2. Принципы организации проектной деятельности при обучении схемотехнике и робототехнике (5 час.). Командообразование в процессе изобретательства. Организация этапов изобретательства в схемотехнике и робототехнике. Обучение реализации проектов, подготовка к выпуску продукции.
Результаты обучения:
В результате изучения модуля слушатели познакомятся с методикой обучения схемотехнике и робототехнике на Arduino, научатся составлять задания для обучения по принципам индивидуальной образовательной траектории, научатся создавать команды для проектной деятельности своим учеников.
Трудоемкость: 10
Выходное тестирование: Да
Модуль 7 Контрольное тестирование
Контрольное тестирование является итоговой аттестацией, отметкой об успешности прохождения курса.
Трудоемкость: 1
Выходное тестирование: Да
Модуль 2 Использование датчиков в устройствах
Тема 2.1. Использование инструментов для управления состоянием компонентов схем на Arduino (7 час.). Передача данных от устройства компьютеру. Принципы организации сигналов о состоянии устройства. Использование устройств ввода. Работа с кнопками, подавление шумов кнопки. Создание схем с управлением устройством с помощью кнопки и джойстика. Тема 2.2. Использование инструментов фиксации и сбора информации от внешней среды (6 час.). Использование датчиков для организации более сложных приборов. Датчики движения, температуры, влажности. Перевод значений устройства в общеупотребимые значения.
Результаты обучения:
В результате изучения модуля слушатели изучат основные устройства ввода и контроля работы приборов, используют датчики сбора данных различного рода.
Трудоемкость: 13
Выходное тестирование: Да
Модуль 4 Комплексные устройства
Тема 4.1. Создание простого светофора (2.5 час.) Этапы конструирования сложных приборов. Процесс проектной изобретательской деятельности в робототехнике. Создание светофора с помощью светодиодов, определение временных интервалов задержки событий. Тема 4.2. Подключение динамика и 7-сегментного дисплея к светофору (3.5 час.). Доводка и масштабирование проекта прибора. Жизненный цикл проекта, сопровождение устройства. Организация посекундного звукового оповещения и визуального отображения времени светофора. Тема 4.3. Организация эффективного управления 7-сегментным дисплеем с помощью декодера (6 час.). Использование двоичной кодировки и вычислительного программирования при визуальном упрощении схемотехники. Использование декодера для упрощения схемы светофора.
Результаты обучения:
В результате изучения модуля слушатели познакомятся с принципами проектной деятельности и этапами жизненного цикла устройства, познакомятся с основами изобретательства в области приборостроения, принципами поддержки проекта и его модификации.
Трудоемкость: 13
Выходное тестирование: Да
Модуль 6 Основы электромеханики
Тема 6.1. Основы движения. Сервопривод. Аккумуляторы (7 час.). Использование электромоторов в качестве движущих элементов приборов. Сервоприводы и их использование в робототехнике. Подключение портативных источников питания. Тема 6.2. Двигатели и передача импульсов для движения на Arduino (7 час.). Создание движущихся элементов робота. Движение по системе колесной электротяги, организация шагового движения посредством сервоприводов.
Результаты обучения:
В результате изучения модуля слушатели познакомятся с принципами электромеханического движения, изучат два основных подхода в этой области: колесная тяга и шагоходная система по принципу сервопривода, изучат принципы использования аккумуляторов как мобильных источников питания.
Трудоемкость: 14
Выходное тестирование: Да
Модуль 1 Принципы робототехники
Тема 1.1 Структура работы Arduino (2.5 час). Основные понятия электротехники. Схема работы Arduino. Подключение и общие принципы схемотехники на Arduino. Сборка устройств с помощью платы Arduino Uno и печатной платы. Простые устройства ввода и вывода: светодиод, кнопка, динамик и т.д. Тема 1.2 Создание схем на Arduino с помощью программного обеспечения TinkerCAD Circuits (5.5 час.). Программирование на С/С++ для Arduino. Организация кода, блоки setup() и loop(). Явное и неявное задание значений при работе с данными. Создание схем на Arduino с использованием устройств вывода.
Результаты обучения:
В результате темы слушатели изучат основные принципы построения устройств и загрузку скетчей для управления данных устройств, познакомятся с основными устройствами вывода информации и программным обеспечением для моделирования с Arduino
Трудоемкость: 8
Выходное тестирование: Да
Модуль 2 Использование датчиков в устройствах
Тема 2.1. Использование инструментов для управления состоянием компонентов схем на Arduino (7 час.). Передача данных от устройства компьютеру. Принципы организации сигналов о состоянии устройства. Использование устройств ввода. Работа с кнопками, подавление шумов кнопки. Создание схем с управлением устройством с помощью кнопки и джойстика. Тема 2.2. Использование инструментов фиксации и сбора информации от внешней среды (6 час.). Использование датчиков для организации более сложных приборов. Датчики движения, температуры, влажности. Перевод значений устройства в общеупотребимые значения.
Результаты обучения:
В результате изучения модуля слушатели изучат основные устройства ввода и контроля работы приборов, используют датчики сбора данных различного рода.
Трудоемкость: 13
Выходное тестирование: Да
Модуль 3 Программирование на Arduino
Тема 3.1. Создание эффективных программ для Arduino (2.5 час). Использование конструкций языка С/С++ для организации работы устройств. Использование функций и библиотек, написание эффективного кода с учетом дальнейшего масштабирования устройства. Тема 3.2. Использование структур данных для организации работы схем (5 час.). Использование ветвления, массивов данных, циклическое исполнение программ для оптимизации программ собираемого устройства.
Результаты обучения:
В результате изучения модуля слушатели познакомятся с принципами усовершенствования скетчей для устройств, неявным заданием значений и устройств, изучат ветвление, массивы данных, циклическое исполнение программ, функции, научатся более эффективно использовать память устройства.
Трудоемкость: 13
Выходное тестирование: Да
Модуль 4 Комплексные устройства
Тема 4.1. Создание простого светофора (2.5 час.) Этапы конструирования сложных приборов. Процесс проектной изобретательской деятельности в робототехнике. Создание светофора с помощью светодиодов, определение временных интервалов задержки событий. Тема 4.2. Подключение динамика и 7-сегментного дисплея к светофору (3.5 час.). Доводка и масштабирование проекта прибора. Жизненный цикл проекта, сопровождение устройства. Организация посекундного звукового оповещения и визуального отображения времени светофора. Тема 4.3. Организация эффективного управления 7-сегментным дисплеем с помощью декодера (6 час.). Использование двоичной кодировки и вычислительного программирования при визуальном упрощении схемотехники. Использование декодера для упрощения схемы светофора.
Результаты обучения:
В результате изучения модуля слушатели познакомятся с принципами проектной деятельности и этапами жизненного цикла устройства, познакомятся с основами изобретательства в области приборостроения, принципами поддержки проекта и его модификации.
Трудоемкость: 13
Выходное тестирование: Да
Модуль 5 Обучение схемотехнике
Тема 5.1. Использование компьютерных средств для обучения схемотехнике (5 час.). Создание виртуального класса при использовании web-ориентированной системы TinkerCAD. Организация удаленной работы обучающихся робототехнике, использование метода дополненной задачи при обучении. Создание многоуровневой системы подготовки и индивидуальной образовательной траектории обучающихся. Тема 5.2. Принципы организации проектной деятельности при обучении схемотехнике и робототехнике (5 час.). Командообразование в процессе изобретательства. Организация этапов изобретательства в схемотехнике и робототехнике. Обучение реализации проектов, подготовка к выпуску продукции.
Результаты обучения:
В результате изучения модуля слушатели познакомятся с методикой обучения схемотехнике и робототехнике на Arduino, научатся составлять задания для обучения по принципам индивидуальной образовательной траектории, научатся создавать команды для проектной деятельности своим учеников.
Трудоемкость: 10
Выходное тестирование: Да
Модуль 6 Основы электромеханики
Тема 6.1. Основы движения. Сервопривод. Аккумуляторы (7 час.). Использование электромоторов в качестве движущих элементов приборов. Сервоприводы и их использование в робототехнике. Подключение портативных источников питания. Тема 6.2. Двигатели и передача импульсов для движения на Arduino (7 час.). Создание движущихся элементов робота. Движение по системе колесной электротяги, организация шагового движения посредством сервоприводов.
Результаты обучения:
В результате изучения модуля слушатели познакомятся с принципами электромеханического движения, изучат два основных подхода в этой области: колесная тяга и шагоходная система по принципу сервопривода, изучат принципы использования аккумуляторов как мобильных источников питания.
Трудоемкость: 14
Выходное тестирование: Да
Модуль 7 Контрольное тестирование
Контрольное тестирование является итоговой аттестацией, отметкой об успешности прохождения курса.
Трудоемкость: 1
Выходное тестирование: Да

Требования

Образование: среднее профессиональное или высшее    

Результаты обучения

В результате обучения слушатели получат навыки по работе с системой схемотехники и робототехники Arduino, овладеют навыками работы по сборке схем, освоят программирование схем и роботов с помощью скетчей, научатся обучать других людей системе схемотехники и робототехники на Arduino. Курс рассчитан на планомерное изучение устройств для Arduino, подключение и управление компонентов, а также освоение методики обучения других людей полученным компетенциям по Arduino.

Знание (осведомленность в областях):

  • Принципы работы современных устройств в области схемотехники и робототехники.
  • Логическая структура технических средств из реальной жизни.
  • Принципы программирования устройств, а также принципах реализации псевдоискусственного интеллекта при построении роботов, в том числе основы движения.
  • Обучать принципам работы по сборке и программированию устройств на базе  Arduino.

Умение (способность к деятельности):

  • Сборка электротехнических приборов на основе системы Arduino.
  • Программирование работы устройств, их масштабирование и усложнение.
  • Эффективное использование ресурсов памяти и энергии.
  • Создавать материалы и задания для обучения схемотехнике и робототехнике на базе Arduino.

Навыки (использование конкретных инструментов):

  • Использование компонентов системы Arduino для сборки устройств схемотехники и робототехники.
  • Применение среды программирования Arduino IDE для составления программ и загрузки их на собираемое устройство.
  • Использование web-ориентированной среды дизайна устройств  TinkerCAD Circuits для построения моделей и программирования.

Преподаватели

Лучанинов

Дмитрий Васильевич

Контакты

Контактное лицо: Лучанинов Дмитрий Васильевич

Адрес электронной почты: dvluchano@mail.ru

Телефон: +7(914)8113978

Федеральное государственное образовательное учреждение высшего образования "Приамурский государственный университет имени Шолом-Алейхема"

679015, Еврейская автономная область, г. Биробиджан, ул.Широкая, д.70а

Авторизуйтесь чтобы записаться