Mikrokontrolery, czyli jak nie zmarnować paprotki?
LABORATORIA PRZYSZŁOŚCI
SCENARIUSZ: MLP‑006
SCENARIUSZ ZAJĘĆ DLA: uczniów szkół podstawowych, klasa IV
PROWADZONYCH PRZEZ: nauczycieli kształcenia ogólnego, nauczycieli informatyki
TEMAT: Mikrokontrolery, czyli jak nie zmarnować paprotki?
CELE KSZTAŁCENIA – wymagania ogólne
Rozumienie, analizowanie i rozwiązywanie problemów na bazie logicznego i abstrakcyjnego myślenia, myślenia algorytmicznego i sposobów reprezentowania informacji.
Programowanie i rozwiązywanie problemów z wykorzystaniem komputera oraz innych urządzeń cyfrowych: układanie i programowanie algorytmów, organizowanie, wyszukiwanie i udostępnianie informacji, posługiwanie się aplikacjami komputerowymi.
Posługiwanie się komputerem, urządzeniami cyfrowymi i sieciami komputerowymi, w tym znajomość zasad działania urządzeń cyfrowych i sieci komputerowych oraz wykonywania obliczeń i programów.
Rozwijanie kompetencji społecznych, takich jak komunikacja i współpraca w grupie, w tym w środowiskach wirtualnych, udział w projektach zespołowych oraz zarządzanie projektami.
Przestrzeganie prawa i zasad bezpieczeństwa. Respektowanie prywatności informacji i ochrony danych, praw własności intelektualnej, etykiety w komunikacji i norm współżycia społecznego, ocena zagrożeń związanych z technologią i ich uwzględnienie dla bezpieczeństwa swojego i innych.
TREŚĆ NAUCZANIA – wymagania szczegółowe:
Rozumienie, analizowanie i rozwiązywanie problemów. Uczeń:
formułuje i zapisuje w postaci algorytmów polecenia składające się na:osiągnięcie postawionego celu, w tym znalezienie elementu w zbiorze nieuporządkowanym lub uporządkowanym, znalezienie elementu najmniejszego i największego;
w algorytmicznym rozwiązywaniu problemu wyróżnia podstawowe kroki: określenie problemu i celu do osiągnięcia, analiza sytuacji problemowej, opracowanie rozwiązania, sprawdzenie rozwiązania problemu dla przykładowych danych, zapisanie rozwiązania w postaci schematu lub programu.
Posługiwanie się komputerem, urządzeniami cyfrowymi i sieciami komputerowymi. Uczeń:
opisuje funkcje podstawowych elementów komputera i urządzeń zewnętrznych.
Rozwijanie kompetencji społecznych. Uczeń:
identyfikuje i docenia korzyści płynące ze współpracy nad wspólnym rozwiązywaniem problemów.
Przestrzeganie prawa i zasad bezpieczeństwa. Uczeń:
posługuje się technologią zgodnie z przyjętymi zasadami i prawem; przestrzega zasad bezpieczeństwa i higieny pracy.
METODY NAUCZANIA:
pogadanka;
dyskusja;
oparte na działalności praktycznej.
FORMA ORGANIZACYJNA NAUCZANIA:
nauczanie grupowe.
ŚRODKI DYDAKTYCZNE:
makieta do podlewania kwiatów (opcjonalnie);
kolorowe kartki;
pisak/marker;
koraliki;
żyłka do nawlekania;
przycisk, dzwonek lub inny element dźwiękowy do gry;
karty pracy.
PRZEWIDYWANY CZAS:
45 minut
PROPONOWANY PRZEBIEG ZAJĘĆ:
Faza przygotowawcza
1. Cel fazy przygotowawczej (zakładany efekt kształcenia).
Pod koniec tej części lekcji uczeń będzie w stanie:
określić, czym jest mikrokontroler i program;
wskazać 3 przykłady mikrokontrolerów w swoim domu.
2. Informacje, instrukcje, wskazówki techniczne do pracy nauczyciela.
Nauczyciel przedstawia uczniom cel lekcji, zachęcając ich do własnych wypowiedzi i podawania przykładów z życia.
3. Informacje, instrukcje, wskazówki techniczne do pracy ucznia.
Aktywnie uczestniczą w rozmowie inicjowanej przez nauczyciela.
4. Szczegółowo opisane sytuacje dydaktyczne.
Nauczyciel wprowadza uczniów w rozmowę kierowaną. Kieruje do uczniów pytania: „Kto ma w domu rośliny? Kto i w jaki sposób o nie dba? Czego do życia potrzebuje roślina?” Zadaje wiele pytań, zachęca uczniów do wypowiedzi (patrz. pkt. 2).
Nauczyciel prezentuje makietę do podlewania roślin.
Makieta przedstawia inteligentny system do podlewania kwiatów. „Jak myślicie, co dokładnie może robić takie urządzenie? Kiedy może nam się przydać?” Zadaje pytania, zachęca uczniów do wypowiedzi.
„A teraz zdradzę Wam sekret. Głównym zadaniem naszej „smart doniczki” nie jest podlewanie kwiatków, a pokazanie Wam przykładu użycia niesamowitego urządzenia!”
„MIKROKONTROLER to taki mały mózg do prostych oraz bardziej skomplikowanych zadań. Mikrokontroler ma wiele cech „prawdziwego komputera” i jest zamknięty w maleńkim układzie scalonym. Posiada mikroprocesor, który znajduje się w większości urządzeń. Dzięki niemu może wykonać program.”
„PROGRAM to rodzaj instrukcji. Tak, jak dostajemy instrukcję złożenia klocków Lego, żebyśmy wiedzieli, co po kolei robić, tak komputer dostaje program, żeby wiedział jakie czynności wykonać. Taka instrukcja dla komputera zapisana jest liczbami. My rozumiemy język polski, komputer język liczbowy.”
Pokazujemy na makiecie, gdzie znajduje się mikrokontroler oraz kod programowania w aplikacji.
„Znając język komputerów wprowadzamy taką instrukcję i w ten sposób urządzenie robi dokładnie to, co chcemy.”
„Przykłady użycia znajdziemy w wielu urządzeniach domowych. Czy jesteście w stanie wymienić kilka? (poprawne odpowiedzi to m.in. w pralkach, kuchenkach mikrofalowych, płytach grzewczych, żelazkach, robotach sprzątających, włącznikach na czas telefonach i innych drobnych urządzeniach agd.”
Faza zasadnicza
1. Cel fazy zasadniczej (zakładany efekt kształcenia).
Pod koniec tej części lekcji uczeń będzie w stanie:
wykonywać działania zgodnie z instrukcją;
opisać działanie makiety oraz jej elementy;
odtworzyć przedstawiony kod;
pracować w zespole;
uczyć się na błędach.
2. Informacje, instrukcje, wskazówki techniczne do pracy nauczyciela.
Nauczyciel informuje uczniów o tym, co będą robić podczas lekcji: zapoznają się z treścią wyzwania, zrozumieją definicję oraz zasadę działania mikrokontrolerów i programowania. Zobaczą, jak zapisany jest przykładowy program językiem JAVA, będą mieli możliwość wprowadzenia drobnych modyfikacji, przetestują urządzenie, które wykorzystuje mikrokontroler, będą potrafili zidentyfikować urządzenia programowalne w swoim otoczeniu.
Nauczyciel koordynuje działania uczniów, stosuje metodę sokratejską, pozwala uczniom samodzielnie dochodzić do wniosków. Pozwala na samodzielne rozwiązywanie problemów i integrację zespołową. Koncentruje się na budzeniu zaciekawienia, zadawaniu pytań otwartych, prowokowaniu pytań uczniowskich, zostawianiu czasu na myślenie intuicyjne, respektowaniu pomysłów ucznia i ich strategii myślenia, nieustannym rozpoznawaniu jego rozumienia, uważności w słuchaniu jego argumentów i prób wyrażania własnych wyjaśnień oraz interpretacji, wskazywaniu zaskakujących rzeczy do przemyślenia, zachęcaniu do podejmowania różnych próbnych działań, itp. Nauczyciel zachowuje ostrożności przy „narzucaniu” definicji, terminów i sposobów rozumienia świata – aby nie wypaczać i nie hamować uczenia się.
3. Informacje, instrukcje, wskazówki techniczne do pracy ucznia.
Nauczyciel aktywizuje uczniów. Stara się, aby uczestniczyli zarówno w dyskusjach, jak i ćwiczeniach.
„Słuchaj uważnie wyjaśnień oraz poleceń nauczyciela, zwracaj uwagę na instrukcje i kolejność wykonywania zadań, to pomoże Ci zrozumieć temat lekcji oraz poprawne wykonanie zadań”.
4. Szczegółowo opisane sytuacje dydaktyczne.
Zadanie nr 1:
Nauczyciel: „Poczujmy się, jak komputer”. Rozkładamy na podłodze kolorowe kartki lub krążki. Na tablicy zapisujemy lub zawieszamy „zakodowaną” czynność dla każdego koloru. Chętni uczniowie muszą przejść całą trasę zgodnie z zapisanym kodem w najszybszym, możliwym czasie.
Przykładowe czynności: Kucnij, podskocz, pomasuj swój brzuch, stań na jednej nodze, obróć się, pokaż mikrokontroler na makiecie, powiedz, czym jest program?
Zadanie nr 2:
Budowa makiety. Nauczyciel zaprasza uczniów do podejścia bliżej makiety, przedstawia wszystkie elementy, prezentuje aplikację oraz jej działanie. Pozwala uczniom samodzielnie przetestować makietę, aplikację, zapisany program.
Prezentuje, jak wprowadzać drobne modyfikacje (np. pokazujące się imię na wyświetlaczu). Odpowiada na pytania, skłania do dyskusji na temat zastosowania mikrokontrolerów.
W przypadku braku makiety, nauczyciel może przedstawić film pokazowy, na którym przedstawione jest działanie „podlewaczki”. W tej formie nie ma możliwości skorzystania z aplikacji połączonej z urządzeniem, dlatego pomijamy etapy z tym związane. Scenariusz stworzony jest tak, aby bez tego cel lekcji również został osiągnięty.
Zadanie nr 3:
„Kontroler jakości biżuterii”.
Nauczyciel: „Jesteście kontrolerami jakości biżuterii i macie bardzo ważne zadanie. Do komputera wkradł się błąd i maszyny niepoprawnie złożyły biżuterię, co już udało Wam się zauważyć. Część została wykonana prawidłowo, jednak pozostałe muszą dzisiaj wyruszyć do odbiorców, dlatego należy naprawić je ręcznie. Podzielcie się na drużyny. Każda dostanie swój wzór do złożenia. Przyjrzyjcie mu się dobrze i niech każda osoba z drużyny nakłada po jednym koraliku i podaje następnej. Uważajcie, żeby biżuteria się nie rozsypała. Do dzieła!”
Uczniowie mają za zadanie odtworzyć układ koralików według podanego wzoru.
Faza końcowa
1. Cel fazy końcowej (zakładany efekt kształcenia):
sprawdzenie poziomu osiągnięcia celów szczegółowych zajęć.
Pod koniec tej części lekcji uczeń będzie w stanie:
objaśnić podstawowe informacje poznane na zajęciach, jak: mikrokontroler, program;
wytłumaczyć różnice między użyciem pralki i roweru;
opisać, jakim językiem posługuje się komputer.
2. Informacje, instrukcje, wskazówki techniczne do pracy nauczyciela.
Nauczyciel kieruje dyskusją. Porządkuje zebrane informacje. Planuje kolejne zadania. Nadzoruje pracę uczniów.
3. Informacje, instrukcje, wskazówki techniczne do pracy ucznia.
Uczniowie testują rozwiązania, wyprowadzają wnioski, które stosują do nowych sytuacji, szukają odpowiedzi, słuchają ze zrozumieniem.
4. Szczegółowo opisane sytuacje dydaktyczne.
Quiz podsumowujący.
Uczniowie pozostają w swoich zespołach. Każdy z nich otrzymuje dzwonek (lub inny element o zbliżonym zastosowaniu). Nauczyciel zadaje pytania, a zespół, który pierwszy się zgłosi może odpowiadać. Prawidłowa odpowiedź – punkt, błędna – do pytania zgłaszają się pozostałe zespoły.
Przykładowe pytania:
W jaki sposób makieta „pomaga” roślinom?
Co to jest mikrokontroler?
Gdzie mikrokontrolery znajdują swoje zastosowanie?
Co to jest program?
Czy pralka jest zaprogramowana?
Jaki język rozumie komputer?
Czy rower jest zaprogramowany?
EWALUACJA ZAJĘĆ (sprawdzenie osiągnięcia zakładanych efektów kształcenia)
Testem wiedzy i umiejętności uczniów jest quiz podsumowujący wiedzę zebraną na zajęciach.
Nauczyciel wykorzystuje aplikację mentimeter.com (darmowa aplikacja do zbierania opinii, wymaga założenia konta). Na tablicy zapisuje pytanie: Czego dzisiaj dowiedziałeś się na lekcji? Udostępnia uczniom możliwość odpowiedzi albo jako link, albo jako kod QR. Uczniowie mogą wysłać odpowiedź przez telefon komórkowy lub komputer.
Autorki scenariusza: Zuzanna Pietrzak; Paulina Mania