M. kozybayev north kazakhstan state university хабаршы педагогикалық сериясы вестник серия педагогическая

Петров П.А. 

202 

Аnnotation 

This article shows the need for a platform Arduino Uno microcontrollers in the study of 

engineering students. 

 

 

Аппаратная платформа Arduino имеет огромную практическую ценность для 

студентов,  обучающихся  на  инженерных  специальностях.  На  кафедре 

«Энергетика  и  радиоэлектроника»  СКГУ  им.  М.  Козыбаева  нашла  свое 

применение  одна  из  таких  платформ  как  Arduino  Uno,  славящаяся  своей 

простотой  и  практичностью.  В  частности,  она  активно  используется  на 

лабораторных  и  практических  работах  по  дисциплинам  «Мехатроника  и 

робототехника»,  «Микроконтроллеры и  микропроцессоры  в  электроэнергетике»,  

«Микроконтроллеры  и  специальные  микропроцессоры»  у  специальностей 

5В071600 – «Приборостроение», 5В071800 – «Электроэнергетика» и 5В071900 – 

«Радиотехника,  электроника  и  телекоммуникации».  Плата  Arduino  Uno  имеет 

довольно компактную форму, что позволяет ей свободно умещаться в ладони. На 

рисунке  1  изображена  плата  Arduino  Uno  в  сравнении  габаритов  со  спичечным 

коробком. 

 

 

Рисунок 1. Плата Arduino Uno в сравнении со спичечным коробком 

 

Теперь стоит разобраться, что собой представляет архитектура таких плат. 

Arduino Uno 

контроллер построен на ATmega328. Платформа имеет 14 цифровых 

вход/выходов  (6  из  которых  могут  использоваться  как  выходы  ШИМ),  6 

аналоговых входов, кварцевый генератор 16  МГц, разъем USB, силовой разъем, 

разъем  ICSP  и  кнопку  перезагрузки.  Для  работы  необходимо  подключить 

платформу  к  компьютеру  посредством  кабеля  USB,  либо  подать  питание  при 

помощи  адаптера  AC/DC  или  батареи.  В  отличие  от  всех  предыдущих  плат, 

использовавших  FTDI  USB  микроконтроллер  для  связи  по  USB,  новый Arduino 

Uno 

использует  микроконтроллер ATmega8U2.  "Uno"  переводится  как  один  с 

итальянского  и  разработчики  тем  самым  намекают  на  грядущий  выход  Arduino 

1.0.  Новая  плата  стала  флагманом  линейки  плат  Arduino.  Для  сравнения  с 

предыдущими  версиями  можно  обратиться  к полному  списку  плат 

Arduino. 

Основные характеристики платы вынесены в таблицу 1. 

 

Таблица 1. Основные характеристики платы Arduino Uno 

 

Микроконтроллер 

ATmega328 

Рабочее напряжение 

5 

В 

Входное рекомендуемое напряжение  7-12 В 

Входное предельное напряжение 

6-

20 В 

Использование аппаратной платформы Arduino 

в образовательном процессе студентов инженерных специальностей 

203 

Цифровые входы/выходы 

14 (6 – 

ШИМ) 

Аналоговые входы 

6 

Постоянный ток через вход/выход 

40 мА 

Флеш-память 

32 Кб 

ОЗУ 

2 Кб 

EEPROM 

1 Кб 

Тактовая частота 

16 МГц 

 

Каждый  из  14  цифровых  выводов  Uno  может  настроен  как  вход  или  выход, 

используя  функции pinMode(), digitalWrite(),  и  digitalRead().  Выводы  работают  при 

напряжении  5  В.  Каждый  вывод  имеет  нагрузочный  резистор  (по  умолчанию 

отключен)  20-50  кОм  и  может  пропускать  до  40  мА.  Некоторые  выводы  имеют 

особые функции: 

- 

последовательная  шина:  0  (RX)  и  1  (TX).  Выводы  используются  для 

получения  (RX)  и  передачи  (TX)  данных  TTL.  Данные  выводы  подключены  к 

соответствующим  выводам  микросхемы  последовательной  шины  ATmega8U2  USB-

to-TTL. 

- 

внешнее прерывание: 2 и 3. Данные выводы могут быть сконфигурированы на 

вызов прерывания либо на младшем значении, либо на переднем или заднем фронте, 

или при изменении значения. Подробная информация находится в описании функции 

attachInterrupt(). 

- 

ШИМ:  3,  5,  6,  9,  10,  и  11. Любой  из  выводов  обеспечивает ШИМ с 

разрешением 8 бит при помощи функции analogWrite(). 

-  SPI: 10 (SS), 11 (MOSI), 12 (MISO), 13 (SCK). 

Посредством данных выводов 

осуществляется связь SPI, для чего используется библиотека SPI. 

- LED: 13. 

Встроенный светодиод, подключенный к цифровому выводу 13. Если 

значение на выводе имеет высокий потенциал, то светодиод горит. 

Платформа программируется посредством программного обеспечения Arduino. 

Из  меню Tools > Board выбирается  «Arduino  Uno»  (согласно  установленному 

микроконтроллеру).  

Микроконтроллер  ATmega328  поставляется  с  записанным  загрузчиком, 

облегчающим запись новых программ без использования внешних программаторов. 

Связь осуществляется оригинальным протоколом STK500 [1]. 

Таким  образом,  Arduino  Uno  –  это,  в  первую  очередь,  перепрограммируемый 

микроконтроллер ATmega328 с вынесенной на плату периферией. 

Программное  обеспечение  Arduino  имеет  довольно  простой  и  понятный 

интерфейс и, что важно, имеет русифицированную версию (рисунок 2). 

 

 

 

Рисунок 2. Интерфейс программного обеспечения Arduino 

 

Петров П.А. 

204 

На лабораторных и практических занятиях, студенты, как правило, работают 

входами-выходами платы, которые имеют как аналоговый и цифровой характер. 

Для начала, проведем эксперимент с цифровыми выводами. 

Напишем  программу  для  работы  с  9  выводом  Arduino,  который 

поддерживает генерацию широтно-импульсного сигнала [2, c. 49-52]. Подключим 

к выводу светодиода, чья яркость будет меняться с помощью ШИМ, программно 

генерируемого  с  микроконтроллера.  ШИМ  –  это  сигнал,  характеризующийся 

изменением коэффициента заполнения: 

 

   

 ,                                                              (1) 

где   - длительность одного импульса, Т – период сигнала. 

Сам ШИМ - сигнал выглядит как на рисунке 3: 

 

 

Рисунок 3. ШИМ – сигнал 

 

По  сути,  ШИМ  –  это  эмуляция  аналогового  сигнала,  что  делает  его 

неоценимым  при  изучении  микронтроллеров.  Ведь  ШИМ  используется  со 

многими  электромеханическими  нагрузками,  в  частности  с  двигателями 

постоянного тока. 

Язык  Arduino  основывается  на  платформе  С++,  что  позволит  с  легкостью 

перейти на изучение этого языка программирования. 

Прошивка  платы  осуществляется  через  последовательный  порт 

персонального компьютера, взаимодействующего с USB-портом Arduino Uno. 

Программа  для  изменяющего  яркость  светодиода  представлена  на  рисунке 

4: 

Использование аппаратной платформы Arduino 

в образовательном процессе студентов инженерных специальностей 

205 

 

 

Рисунок 4. Программа для светодиода, подключенного к 9 выводу Arduino,  

поддерживающего ШИМ 

 

Цифровые  контакты  Arduino  Uno  имеют  8-разрядную  систему,  т.е.  могут 

генерировать  значения  от  0  до  255.  Таким  образом,  напряжение  в  0  вольт 

соответствует десятичному значению 0, а значение напряжения около 5 вольт – 

десятичному значению 255. 

Плату Arduino Uno очень удобно коммутировать с макетными платами, что 

демонстрирует рисунок 5, где изображен макет для вышеописанной программы. 

 

 

 

Рисунок 5. Макет для опыта со светодиодом, меняющего свою яркость 

 

Теперь проведем эксперимент с аналоговыми входами Arduino Uno. По сути, 

это  подразумевает  работу  с  6-канальным  10-разрядным  аналого-цифровым 

преобразователем.  То  есть,  он  принимает  1024  градации  от  0  до  десятичного 

значения  1023[2,  с.64-66].  Соединим    аналоговый  вход  0  со  средним  выводом 

потенциометра и будем крутить его ручку, что будет соответствовать изменению 

напряжения на входе 0 Arduino Uno 0 до 5 вольт. Рисунок 5 иллюстрирует макет 

устройства. 

Петров П.А. 

206 

 

 

Рисунок 6. Соединение потенциометра с аналоговым входом Arduino Uno 

 

Программа для устройства подразумевает считывание аналогового значения 

с  потенциометра  и  отправку  его  каждые  0,5  секунд  в  встроенный  в  Arduino 

интерфейс последовательного порта компьютера (рисунок 7) [2, с. 67-71]: 

 

 

 

Рисунок 7. Программа для считывания значения напряжения  

с аналогового входа 0 

 

В  интерфейсе  COM-порта  можно  увидеть  значения  напряжения  в 

десятичной форме, т.е. значению в 2,5 вольт соответствует число 512, значению в 

5 вольт – число 1023 и  т.д. (рисунок 8). 

 

 

 

 

Рисунок 8. Интерфейс COM-порта со значениями напряжения на аналоговом 

входе 0 в десятичной форме 

 

Показания  мультиметра  при  крайне  правом  положении  ручки 

потенциометра  равны  4,95  вольт  вместо  5,  что  обусловлено  некоторыми 

погрешностями АЦП и самим элементом (рисунок 9): 

Использование аппаратной платформы Arduino 

в образовательном процессе студентов инженерных специальностей 

207 

 

 

Рисунок 9. Измерения мультиметром для описанного опыта 

 

Таким образом, описанная плата имеет ряд отличительных достоинств для 

того, чтобы использовать её в образовательном процессе у студентов инженерных 

специальностей.  Это  компактность,  удобство  программирования,  простота 

коммуникации  с  макетными  платами,  наличие  14  цифровых  и  6  аналоговых 

выводов.  Это  позволяет  проводить  различные  выводы  по  изучению 

микроконтроллеров и собирать макеты различной сложности. 

На основе изученной платы Arduino Uno, автор перешел к изучению более 

сложных плат - Arduino Mega 2560 и Arduino Due. Такие многофункциональные 

платы,  подразумевающие  даже  генерацию  аналогового  сигнала,  могут 

использоваться  в  сложных  системах  автоматизации.  В  частности,  на  основе 

работы  таких  плат,  готовится  диссертационное  исследование  по  разработке 

высокоточной  автоматизированной  системы  управления  двухдвигательным 

асинхронным  электроприводом  механизма  вращения  крупногабаритных 

агрегатов. 

 

 

 

Литература: 

1. http://arduino.ru/Hardware/ArduinoBoardUno 

2. Джереми Блум. Изучаем Arduino: инструменты и методы технического волшебства: Пер.  

    

с англ. – СПб.: БХВ-Петербург, 2016. – 336 с.: ил. 

 

 

 

УДК 378 

 

РАЗВИТИЕ ТВОРЧЕСКИХ СПОСОБНОСТЕЙ СТУДЕНТОВ 

ТЕХНИЧЕСКИХ СПЕЦИАЛЬНОСТЕЙ АКТИВНЫМИ МЕТОДАМИ И 

ФОРМАМИ ОБУЧЕНИЯ 

 

Полищук Н.Ю. 

(старший преподаватель СКГУ им.М.Козыбаева) 

 

 

Аңдатпа 

Мақала  талдау, енгізу және қолдану белсенді әдіс-тәсілдерді зерделеу  кезінде техникалық 

пәндер, олардың әсеріне дамыту қабілеттерін, инженерлік шығармашылығына арналған. 

Полищук Н.Ю. 

208 

Аннотация 

Статья посвящена анализу внедрения и применения активных методов и форм обучения при 

изучении  технических  дисциплин,  их  влиянию  на  развитие  у  студентов  способностей  к 

инженерному творчеству. 

 

Annotation 

The article is devoted to the introduction and application of active methods and forms of education 

in the study of technical subjects, their impact on the development of students ' abilities to engineering 

work.

 

 

 

Главными  характеристиками  выпускника  любого  образовательного 

учреждения являются  его компетентность и мобильность. В этой связи акценты 

при  изучении  учебных  дисциплин  переносятся  на  сам  процесс  познания, 

эффективность которого полностью зависит от познавательной активности самого 

студента.  Успешность  достижения  этой  цели  зависит  не  только  от  того,  что 

усваивается  (содержание  обучения),  но  и  от  того,  как  усваивается: 

индивидуально или коллективно, в авторитарных или гуманистических условиях, 

с  опорой  на  внимание,  восприятие,  память  или  на  весь  личностный  потенциал 

человека, с помощью репродуктивных или активных методов обучения [1]. 

Если  использовать  активные  методы  в  различных  формах  обучения,  то 

подготовка специалистов будет более эффективной. 

В  связи  с  этим  положением  рассмотрим  влияние  активных  методов 

обучения на процесс подготовки специалистов в вузе. 

Апробация  и  внедрение  активных  методов  обучения  осуществлялись  на 

кафедре  «Транспорт  и  машиностроение»  СКГУ,  при  изучении  технических 

дисциплин  специальности 5В072900 «Строительство». 

Учебный процесс с использованием активных методов обучения в условия 

вуза  опирается  на  совокупность  общедидактических  принципов  обучения  и 

включает свои специфические принципы, а именно: 

- 

Принцип  равновесия  между  содержанием  и  методом  обучения  с  учетом 

подготовленности студентов и темой занятия. 

- 

Принцип моделирования. Моделью учебного процесса выступает учебный 

план. В нем отражаются цели и задачи, средства и методы обучения, процедура и 

режим занятий, формулируются вопросы и задания, которые решают студенты в 

ходе  обучения.  Но  также  необходимо  преподавателю  смоделировать  конечный 

результат, то есть описать «модель студента», завершившего обучение.  

- 

Принцип  входного  контроля.  Этот  принцип  предусматривает  подготовку 

учебного  процесса  согласно  реальному  уровню  подготовленности  студентов, 

выявления  их  интересов,  установления  наличия  или  потребности  в  повышении 

знаний.  Входной  контроль  дает  возможность  с  максимальной  эффективностью 

уточнить содержание учебного курса, пересмотреть выбранные методы обучения, 

определить  характер  и  объем  индивидуальной  работы  студентов, 

аргументированно  обосновать  актуальность  обучения  и  тем  вызвать  желание 

учиться. 

- 

Принцип  соответствия  содержания  и  методов  целям  обучения.  Для 

эффективного  достижения  учебной  цели  преподавателю  необходимо  выбирать 

такие  виды  учебной  деятельности  студентов,  которые  наиболее  подходят  для 

изучения конкретной темы или решения задачи.  

- 

Принцип  проблемности.  В  этом  случае  требуется  такая  организация 

Использование аппаратной платформы Arduino 

в образовательном процессе студентов инженерных специальностей 

209 

занятия,  когда  студенты  узнают  новое,  приобретают  знания  и  навыки  через 

преодоление  трудностей,  препятствий,  создаваемых  постановкой  проблем.  Так 

А.М.Матюшкин, один из основателей теории проблемного обучения, утверждает, 

что  именно  проблемное  построение  занятия  гарантирует  достижение  учебной 

цели. 

- 

Принцип  «негативного  опыта».  В  практической  деятельности  вместе  с 

успехом,  допускаются  и  ошибки,  поэтому  необходимо  учить  человека  избегать 

ошибок.  Эта  задача  очень  актуальна.  В  соответствии  с  данным  принципом  в 

учебный  процесс,  построенный  на  активных  методах  обучения,  вносятся  два 

новых обучающих элемента: 

- 

Изучение, анализ и оценка ошибок, допущенных в конкретных ситуациях. 

Материалом  для  таких  занятий  могут  быть  критические  публикации  в 

периодической печати и реальные факты из жизни своей группы; 

- 

Принцип «от простого к сложному». Занятие планируется и организуется с 

учетом  нарастающей  сложности  учебного  материала  и  применяемых  методов  в 

его  изучении:  индивидуальная  работа  над  первоисточниками,  коллективная 

выработка выводов и обобщений и т.д. [2]. 

На  кафедре  «Транспорт  и  машиностроение»  СКГУ  им.  М.Козыбаева 

активно применяются в процессе изучения специальных строительных дисциплин 

деловые  игры.  В  этих  играх  отрабатываются  специальные  качества,  которыми 

должен  обладать  выпускник  кафедры.  Это  знания  и  практические  навыки 

инженерного  проектирования;  навыки  формирования  политики  предприятия  в 

области  качества,  ориентации  на  потребителя,  активное  изучение  нового  с 

проведением патентного поиска, перспективы интеграции системы менеджмента 

качества. 

В  большинстве  проводимых  деловых  игр  применяются  инструменты 

качества.  В  процессе  проведения  деловых  игр  большое  внимание  уделяется 

формированию  таких  качеств  как:  умение  слушать,  культура  речи  и  этика 

поведения;  ориентация  на  потребности  и  удовлетворенность  заказчика;  умение 

создавать  в  коллективе  атмосферу  взаимного  доверия;  потребность  постоянно 

самосовершенствоваться  и саморазвиваться. 

Главное достоинство деловых игр – это активное вовлечение всех студентов 

в  познавательный  процесс,  а  также  экономия  времени  этого  процесса  [3]. 

Продолжительность игры может составлять несколько минут, но в итоге каждый 

ее участник получит соответствующую рейтинговую оценку. 

Использование  активных  методов  обучения  позволяет  усваивать  модель 

новых  отношений  в  обществе,  формировать  их  в  коллективе.  В  то  же  время 

педагог  становится  управленцем  взаимодействия  со  студентами,  выполняет 

функции планирования и организации, мотивации и контроля обучения.  

Процесс  обучения  -  это  информационная  система,  поскольку  одной  из 

основных  функций  обучения  является  передача  информации,  знаний  новому 

поколению.  Соответственно  в  ней  работают  закономерности,  характерные  для 

информационного общества. 

Активность  студента  создает  условия  для  более  развитой  внутренней 

мотивации,  формируя  тем  самым  благоприятные  условия  для  того,  чтобы 

материал  был  не  просто  воспринят,  но  и  усвоен  по  существу,  заинтересованно. 

Участие  каждого  студента  (вовлеченность)  в  коллективной  работе  аудитории 

позволяет сконцентрировать умственные и эмоциональные усилия участников на 

анализе и осмыслении происходящих в группе явлений. 

Полищук Н.Ю. 

210 

Диалог в процессе обучения является своего рода цепочкой к мысли и ведет 

к  дальнейшему  разворачиванию  других  элементов  деятельности.  В  диалоге 

студенты могут поделиться опытом, который является открытием для других. 

Эффективно  применение  деловой  игры  совместно  с  инструментами 

качества.  В  системе  высшего  образования  все  более  востребованной  становится 

модель  подготовки  специалистов,  владеющих  достаточным  объемом  знаний, 

умений и навыков, необходимых в дальнейшей производственной деятельности. 

Предприятия  и  организации  четко  выражают  свою  потребность  в  социально 

ориентированных  и  коммуникабельных  сотрудниках,  нацеленных  на  освоение 

нового.  Кроме  того,  выпускники  вуза,  имеющего  Сертификат  Качества  должны 

хорошо  знать  основные  принципы  Международного  стандарта  качества,  уметь 

применять в своей учебной и производственной деятельности. 

ИСО  –  международная  организация  по  стандартизации.  Она  является 

всемирной федерацией национальных органов по стандартизации. Во всем мире 

огромное  количество  организаций,  учреждений,  промышленных  предприятий 

сертифицировано по стандарту качества ИСО 9001:2008. 

Для чего строительной организации необходим Сертификат качества? 

- 

Это  требования  заказчиков,  инвесторов  и  организаторов  тендеров 

(конкурсов)  по  размещению  заказов  на  строительно-монтажные  или  проектные 

работы; 

- 

данная система является инструментом повышения качества продукции и 

усовершенствования системы управления; 

- 

наличие  у  организации  сертификата  Системы  качества  является  важным 

фактором  повышения  ее  конкурентоспособности  на  рынке  строительно-

монтажных  или  проектных  услуг,  особенно,  если  на  нем  активно  работают 

иностранные фирмы. 

Принципы  Стандарта  качества  универсальны,  и  при  внедрении  Системы 

необходимо только адаптировать эти универсальные требования к специфическим 

условиям деятельности проектной или строительно-монтажной организации. 

В  Деловой  игре  рассматриваются  основные  принципы  Международного 

стандарта  качества  ИСО  9001:2008:  Ориентация  на  потребителя;  Роль 

руководства;  Вовлечение  работников;  Процессный  подход;  Системный  подход; 

Постоянное  улучшение;  Принятие  решений,  основанных  на  фактах; 

Взаимовыгодные отношения с поставщиками. 

При  проведении  этой  деловой  игры  используется  Метод  проектов. 

Основной  формой  работы  на  занятии  является  групповая  работа.  Перед  каждой 

группой  (3-4чел.)  ставится  задача:  Обосновать  применение  принципов 

жүктеу/скачать 3,9 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: