Обучение технологиям мира интернета вещей на примере практического занятия по свету и источникам света

Георгий Васильянов, инженер-исследователь лаборатории «Промышленные системы потоковой обработки данных» Центра НТИ СПбПУ

Интернет вещей – это множество устройств, связанных друг с другом через интернет и способных взаимодействовать друг с другом без участия человека.

Это определение наиболее полно описывает реальность, окружающую нас сегодня. Всё больше различных устройств получают возможность быть частью интернета вещей. Смартфоны, кофеварки, роботы, погодные станции, счётчики, различные датчики и устройства и многое другое – это всё элементы мира интернета вещей. Крайне важно, чтобы обучающиеся имели возможность познакомиться с этой областью как можно раньше.

Почему так важно изучать интернет вещей?

• Это та реальность, в которой мы сейчас живём;
• Так как IoT охватывает множество областей, список связанных с ним дисциплин также очень широк;
• Обучение позволяет «погрузиться» в мир тех вещей, которыми мы пользуемся каждый день;
• Обучение позволяет создавать и организовывать устройства IoT даже у себя дома.

Если говорить о структуре занятий, то на первый взгляд она может показаться базовой:

• Теоретическая часть, в которой вводятся основные понятия;
• Историческая справка;
• Рассказ о физике процессов;
• Практическая часть.

Однако, как и у любой области, в структуре обучения IoT существуют свои особенности, обусловленные в первую очередь спецификой и сложностью интернета вещей.

Основная задача теоретической части – познакомить учащихся с базовыми определениями и заинтересовать в теме. Поэтому иллюстрации вводных частей должны быть интересными, яркими, привлекательными, желательно — с примерами из реальной жизни. В данной части мы можем ввести основные понятия, которые будут использованы в дальнейшем, показать интересные иллюстрации явлений или предметов и их связи с нашей повседневной жизнью. Главное в теоретической части – как можно больше интересных иллюстраций, фактов, графиков.

Рис. 1. Пример слайдов теоретической части

Основная задача исторической справки – познакомить учащихся с историей явления и историей его изучения. Цель – проиллюстрировать идею, что прогресс никогда не стоит на месте, а также показать, как раньше изучали явления, представленные на уроке.

Рис. 2. Пример слайдов исторической справки

Одна из основных частей урока, призванных объяснить, каким образом то или иное явление происходит, измеряется или фиксируется, а также как оно влияет на нашу жизнь – это рассказ о физике процессов.

Здесь следует дать как можно больше примеров, связанных с реальным миром, а также — как можно более простое описание этих процессов, но с сохранением понятий, принятых стандартами отрасли. Здесь сделаем небольшое пояснение. Различные процессы можно объяснять по-разному, однако для того, чтобы у обучающихся всех возрастов не было в дальнейшем расхождения картины мира с научной, рекомендуется давать ученикам те термины и определения, которые широко используются в релевантной научной области.

Рис. 3. Пример оформления слайдов части по физике процессов

Одна из самых важных составляющих модуля, посвященного физике процессов – практическая занятость учащегося. Старайтесь делать так, чтобы процесс обучения требовал физической активности.

В частности, в рамках работы с интернетом вещей, который предполагает, что устройства могут не быть закреплены стационарно, можно дать детям задание измерить освещённость в разных частях комнаты, здания или близлежащих объектов. Во-первых, это позволит увидеть динамику развития процессов освещения, а во-вторых — покажет пример того, как измеряется освещённость на практике.

При обучении интернету вещей довольно удобным и сбалансированным продуктом является робототехнический комплекс Robbo Scratch, созданный на базе языка программирования Scratch и свободного микроконтроллера Arduino. Он позволяет в простой интерактивной форме «конструировать» программы из готовых блоков. Его освоение занимает сравнительно мало времени, а общая структура программ, создаваемых в Robbo Scratch, аналогична структуре общеупотребительных языков программирования. То есть, работа с Robbo Scratch может помочь школьникам в дальнейшем войти в программирование с ценным набором релевантных навыков.

Рис. 4. Пример программы, составленной в Robbo Scratch для получения данных освещенности от Robbo IOT Kit

По результатам работы учащиеся могут составить карту помещения с обозначением уровня освещённости в различных его точках.

Рис. 5. Карта помещения

Таким образом, залогом успешного обучения интернету вещей является правильное построение структуры занятия, приведение как можно более близких к реальности примеров использования, объяснение сложных процессов с применением научных терминов и определений, а также акцент на интерактивности в практических занятиях.

Материал создан в рамках проекта POETA. Проект поддержан Программой приграничного сотрудничества «Россия – Юго-Восточная Финляндия 2014-2020» с совместным финансированием со стороны Евросоюза, России и Финляндии (KS1950, POETA, 2020-2022 гг.)