Edukacja, zarówno formalna jak i pozaformalna, coraz silniej dostrzega konieczność zajęcia się nowymi technologiami. Przez ostatnie kilka lat sporo się zmieniło zarówno w warstwie dydaktycznej, jak i technicznej. W podstawie programowej informatyki silniejszy nacisk położono na algorytmikę oraz programowanie. Nie od dziś spotykamy się w szkole z tablicami interaktywnymi, nie dziwią laptopy, pracownie tabletowe. Nowoczesne szkoły idą o krok dalej – coraz częściej wyposażają swoje pracownie w roboty oraz mikrokontrolery.  

Informatyka jako nauka, dyscyplina wiedzy czy też przedmiot szkolny jest dziedziną niezwykle turbulentną. Jest to jeden z nielicznych przedmiotów szkolnych (jeśli nie jedyny), w którego przypadku postęp osiągnięty w pięć lat niejednokrotnie oznacza zmiany zbliżone do tych osiąganych przez 15–20 lat badań w innej dziedzinie, na przykład nad nowym pierwiastkiem chemicznym. Smartfony oraz komputery, które wyprodukowano kilka lat temu, uważamy dziś za niewystarczające, stare i przymierzamy się do ich wymiany. Dziesięć lat z kolei to granica, która wprost uniemożliwia rozsądne używanie sprzętu. To pokazuje w pewien sposób, jakie jest zapotrzebowanie na dynamikę zmian, również w edukacji.

Mikrokontroler wspomniany wcześniej to nic innego jak miniaturowy komputer – urządzenie w postaci układu scalonego z procesorem, pamięcią RAM, zestawem wejść i wyjść. Często swoją wielkością nie przekracza kilku lub kilkunastu centymetrów. Mikrokontrolery w życiu codziennym są powszechne i towarzyszą nam w takich urządzeniach jak pralka, lodówka, głośnik inteligentny, odkurzacz samojezdny, czy inne urządzenia IoT (Internet of Things – internet rzeczy). Nie dziwi zatem to, że i w szkole stanowią cenną i atrakcyjną pomoc dydaktyczną, dzięki której uczniowie mogą na przykład:

• zaprojektować prosty system alarmowy,
• stworzyć urządzenie interpretujące alfabet Morse’a,
• zaprogramować automatyczne wysyłanie wiadomości SMS po otwarciu drzwi do ich pokoju,
• stworzyć system wspomagający analizę parametrów gleby w uprawie roślin domowych, który bada wilgotność, temperaturę czy odczyn gleby i przypomina o podlewaniu,
• oprogramować wyłącznik czasowy lub akustyczny oświetlenia.

Jak zatem optymalnie wybrać mikrokontrolery do szkoły? Czym się kierować? Wreszcie czym różnią się te urządzenia między sobą? Kto pyta – nie błądzi. Szukając rozwiązania powyższych problemów, warto skorzystać z kilku pytań pomocniczych:

Kto i w jakich okolicznościach w mojej szkole będzie korzystać z mikrokontrolerów?

To podstawowe pytanie jest wręcz jednym z kluczowych, które powinniśmy zadać. W zależności od szkoły, jej organizacji, zajęć dodatkowych, preferencji uczniów i nauczycieli będą to różne sytuacje oraz grupy. Na pewno będą to zwolennicy pracy projektowej, ponieważ jest to wręcz idealne narzędzie do pracy metodą projektu. Wszelkie urządzenia, przypadki użycia czy konstrukty oprogramowane i stworzone z użyciem mikrokontrolera będą przecież wprost projektami.
Kolejne grupy niemniej zainteresowane mikrokontrolerami to nauczyciele techniki i informatyki, którzy nierzadko prowadzą dla swoich uczniów koła majsterkowania i robotyki. Istotnym elementem jest tutaj również rozpalenie uczniowskiej ciekawości – szkoła jest przecież dla uczniów. Mikrokontrolery doskonale sprawdzą się także podczas codziennych zajęć informatyki.

Czy dam radę? Programowanie jest trudne

Różne mikrokontrolery dają wsparcie różnym sposobom oprogramowania. Mamy tu do dyspozycji całe spektrum – od interfejsów bloczkowych znanych chociażby ze Scratcha, poprzez Microsoft MakeCode, Swift Playgrounds, aż po mBlock5, MicroBlocks czy AppInventor. A to dopiero wierzchołek góry lodowej. Warto przed zakupem mikrokontrolerów upewnić się, że wspierają taki język programowania i interfejs, jakie będą najlepiej dostosowane do potrzeb i umiejętności uczniów. Dodatkowo należy zwrócić uwagę na wspierane systemy operacyjne – część urządzeń może nie mieć oficjalnego wsparcia w zakresie współpracy na przykład z iOS czy Linuksem.

W jakie akcesoria dodatkowe powinienem się wyposażyć?

Mikrokontrolery są w pewnym stopniu podobne do klocków – im więcej elementów mamy do dyspozycji, tym więcej możemy stworzyć. Samo urządzenie ma zazwyczaj podstawowe czujniki i elementy bazowe – będą one różne w zależności od wybranego rozwiązania: żyroskop, czujnik oświetlenia, termometr, diody, przyciski. Apetyt rośnie w miarę jedzenia – jeśli uczeń zapragnie skonstruować robota, przyda się silnik, serwomotor. W przypadku projektu systemu wczesnego ostrzegania – moduł GSM oraz karta SIM, tak aby można było wysłać wiadomość. Jeśli nauczyciel planuje z uczniami stworzyć mini-konsolę dla szkolnego DJ-a, to z pewnością będą pomocne potencjometry czy wyświetlacz. Z kolei w przypadku projektu urządzenia bardziej mobilnego wykonanie projektu ułatwią akumulatory czy powerbank współpracujący z mikrokontrolerem.

Mikrokontrolery pozwalają na bardzo wiele, jednak dobrą praktyką jest „jedzenie tego tortu małą łyżeczką”. Na rynku istnieją rozwiązania, które bez zakupu dodatkowych elementów pozwalają na zrealizowanie kilkunastu czy kilkudziesięciu ciekawych projektów. Po wyczerpaniu tej puli warto zaprzyjaźnić się z pobliskim sklepem elektronicznym lub poszukać specjalnych zestawów rozszerzających możliwości.

Mikrokontrolery jako urządzenia są elementami wspomagającymi naukę. Mają uatrakcyjniać proces nauczania, ale przede wszystkim – umożliwiać zupełnie inny wymiar pracy z uczniem. W jaki sposób uczyć chemii czy fizyki bez doświadczeń, odczynników czy równi pochyłej? Tu sytuacja jest bliźniacza – programowanie staje się dużo bardziej namacalne i sprawia wiele więcej radości, jeśli efekt wykracza poza komputerową symulację i umożliwia uczniom poczucie realnego sprawstwa.

Tomasz Mikołajczyk – nauczyciel informatyki w Szkole Podstawowej nr 9 w Tarnowskich Górach, bloger IT (www.paninformatyk.com.pl), zwolennik korzystania z nowych technologii w edukacji. Autor scenariuszy, publicysta. Członek społeczności Superbelfrzy RP, laureat Listy 100 Szerokiego Porozumienia na Rzecz Umiejętności Cyfrowych w Polsce roku 2021. Poza szkołą – audytor systemu zarządzania bezpieczeństwem informacji w administracji, szkoleniowiec IT oraz QA Manager.