XII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2020

В настоящее время одной из основных задач всех школ является необходимость обеспечить обучающимся условия для развития в быстро изменяющемся мире. Поскольку только накопление информации обучающимся является малоэффективным для развития личности, следовательно, необходимо сформировать у них навыки исследования и преобразования информации.

Посредством исследования развивается разные виды мышления, среди которых, креативное мышление обучающегося, так как креативность – это не что иное, как готовность к принятию и созданию принципиально новых идей, отклоняющихся от традиционных схем мышления. Способы развития креативного мышления и творческих способностей нашли отражения в работах многих ученых, среди которых Л. С. Выготский, А. Н. Леонтьев, Р. Арнхейма и многие другие. Благодаря трудам данных авторов сложилось понимание креативности как психического процесса, изменяемого и развиваемого. Большое количество экспериментов по изучению креативности, позволило ученым установить, что формирование креативного мышления у человека обусловлено морфологическими и социальными условиями, то есть основой креативного мышления являются сложные функциональные системы, связанные с мозговыми структурами и при этом свойственен последовательный переход от раскрытой формы предметной деятельности к автоматизированным «свернутым» интеллектуальным действиям [2].

Наряду с другими высшими психическими функциями креативное мышление содержит собственные функциональные и процессуальные особенности. Так ученый Дж. Гилфорд сформулировал шесть основных параметров, которые позволят отличить креативное мышление от интеллекта. Таковым параметрами являются: способность к выявлению и постановке затруднения; способность к порождению огромного количества идей; гибкость – способность продуцировать различные идеи; оригинальность – способность реагировать на раздражители своеобразно; возможность модернизировать имеющийся объект; умение решать проблемы, через анализ и синтез [5].

Развитие у обучающихся креативного мышления, а именно способностей неординарно мыслить, генерировать новые идеи, возможно под влиянием целенаправленного воздействия. В соответствии с этим для организации процесса развития данного вида мышления на уроках информатики появляется необходимость использования инновационных информационно-коммуникационных технологий, а именно конструктора Arduino, и комплекса связанных развивающих упражнений и проектов.

Благодаря Arduino любая идея обучающегося может стать реальность, начиная с автопилота для машины управления и заканчивая системой умного дома. Можно сказать, что это платформа для создания устройств на основе микроконтроллера, на доступном языке программирования и программном коде в интегрированной среде Arduino IDE. Если добавить к микроконтроллеру провода, светодиоды, потенциометры, резисторы, датчики, то Arduino станет «мозгом» системы управления различных устройств. Возможности Arduino могут быть ограничены только воображением обучающегося [1].

Если рассмотреть подробнее, то Arduino  это электронный конструктор и удобное средство быстрой разработки электронных устройств для новичков и профессионалов. Благодаря, открытой архитектуре платформа во всем мире пользуется спросом у потребителей. Плата Arduino состоит из микроконтроллера Atmel AVR и элементов обвязки для программирования и интеграции с другими схемами. На многих платах присутствует линейный стабилизатор напряжения +5 В или +3,3 В. Тактирование осуществляется на частоте 16 и 8 МГц кварцевым резонатором (в некоторых версиях  керамическим резонатором). Внешний программатор не нужен, так как в микроконтроллер предварительно прошивается загрузчик Boot-Loader. Устройство программируется через USB без использования программаторов [4].

Существует различные версии платформы Arduino (см. таб. 1).

Таблица 1

Версии Arduino и соответствующие микроконтроллеры

Версия Arduino	Микроконтроллер
Leonar-do	ATmega32u4
Uno	Atmel ATmega328
Nano
Duemi-lanove
Diecimila	Atmel ATmega168
Duemilanoves
Arduino Mega2560	ATmega2560
Arduino Duo	Contex

Версия UNO является одной из самых популярных и широких проектов. На рис.1 представлен микроконтроллер Arduino UNO.

Рис. 1. Arduino UNO

Характеристики платы Arduino UNO показаны в таблице 2.

Таблица 2

Характеристики платы Arduino UNO

Микроконтроллер	ATmega328
Рабочее напряжение	5 В
Напряжение питания (рекомендуемое)	7-12 В
Напряжение питания (предельное)	6-20 В
Цифровые входы/выходы	14 (из них 6 могут использоваться в качестве ШИМ-выходов)
Аналоговые входы	6
Максимальный ток одного вывода	40 мА
Максимальный выходной ток вывода 3.3 В	50 мА
Flash-память	32 КБ (ATmega328), из которых 0,5 КБ используются загрузчиком
SRAM	2 КБ (ATmega328)
EEPROM	1 КБ (ATmega328)
Тактовая частота	16 мГц

Каждый из 14 цифровых выводов может работать в качестве входа или выхода. Уровень напряжения на выходах ограничен 5 В. Максимальный ток, который может отдавать или потреблять один вывод, составляет 40 мА. Все выводы сопряжены с внутренними подтягивающими резисторами (по умолчанию отключенными) номиналом 20-50 кОм. Помимо этого, некоторые выводы Arduino могут выполнять дополнительные функции:

последовательный интерфейс: выводы 0 (RX) и 1 (TX);

внешние прерывания: выводы 2 и 3;

ШИМ: выводы 3, 5, 6, 9, 10 и 1 могут выводить 8-битные аналоговые значения в виде ШИМ-сигнала;

интерфейс SPI: выводы 10 (SS), 11 (MOSI), 12 (MISO), 13 (SCK);

светодиод: 13. Встроенный светодиод, подсоединенный к выводу 13.

В Arduino UNO есть 6 аналоговых входов (А0  А5), каждый из которых может предоставить аналоговое напряжение в виде 10-битного числа (1024 различных значений). По умолчанию измерение напряжения осуществляется относительно диапазона от 0 до 5 В. Тем не менее верхнюю границу этого диапазона можно изменить, используя вывод AREF и функцию analogReference(). Некоторые из аналоговых входов имеют дополнительные функции:

TWI: вывод А4 или SDA и вывод А5 или SCL.

В Arduino UNO есть восстанавливаемые предохранители, защищающие USB-порт компьютера от коротких замыканий и перегрузок. Несмотря на то, что большинство компьютеров имеют собственную защиту, такие предохранители обеспечивают дополнительный уровень защиты. Если от USB-порта потребуется ток более 500 мА, предохранитель автоматически разорвет соединение до устранения причин короткого замыкания или перегрузки [4].

При помощи платы Arduino UNO можно выполнять большое количество проектов, начиная с легкого – мигающего светодиода, и заканчивая большими заданиями, включающими в себя написание сложных скетчев, подобных программам, для работы платы. Приведем пример проектов, которые можно использовать на уроках информатики для развития креативного мышления [3].

Проект 1: «Определение мощности резистора».

Ученик по имени Петя заказал в интернете конструктор Arduino UNO, но вот не задача, в наборе все имеющиеся резисторы не были помечены метками о соответствующей им мощности. Как определить какой резистор имеет наибольшую мощность, а какой – меньшую.

Проект 2: «Уличные фонари».

Замечали ли вы, что в ночное время суток уличные фонари горят ярче, чем в дневное время? Почему так происходит? Смоделируйте схему работы таких фонарей на плате Arduino UNO.

Таким образом, можно сделать вывод о том, что для развития креативного мышления – процесса генерирования принципиально новых идей, в учебном процессе можно использовать платформу Arduino UNO. В результате работы было разработано два проекта, которые станут отправной точкой для развития креативного мышления обучающихся общеобразовательной школы.

Список литературы

Блум, Дж. Изучаем Arduino: инструменты и методы технического волшебства [Текст] / Дж. Блум. – СПб.: БХВ-Петербург. – 2015. – 336 с.

Красильникова, Е. В. О соотношении креативного и творческого мышления [Текст] / Е. В. Красильникова // Альманах мировой науки. 2016. – № 12-2 (15). – С.13-14.

Лободинов, В. С. Применение Arduino в учебном процессе [Текст] / В. С. Лободинов, Р. Пан, И. В. Пугачев // Молодой исследователь Дона. – 2018. – № 7. – С.57-62.

Петин, В. А. Практическая энциклопедия Arduino [Текст] / В. А. Петин, А. А. Биняковский. – М.: ДМК Пресс. – 2017. – 152 с.

Шубина, М. М. Креативное мышление как новый тип мышления современной культуры [Текст] / М. М. Шубина // Сборники конференций НИЦ СОЦИОСФЕРА. – 2016. – № 38. – С.19-21.

Код для цитирования: Скопировать