Методическая разработка «Технологическая карта занятия «Перечень основных операторов и команд среды Arduino IDE»

Этап занятия

Деятельность педагога

Деятельность учащихся

Формируемые УУД

Организационный этап

-Здравствуйте. Вы готовы к занятию, ребята?

Отметка отсутствующих в классе в журнале.

Здравствуйте. Да, мы полностью готовы.

Личностные УУД: формирование навыков самоорганизации

Актуализация знаний

Ребята, давайте с вами вспомним, о чем мы с вами говорили на прошлом занятии?

Абсолютно верно! А сейчас мы вспомним и закрепим те знания, которые мы получили на прошлом занятии при помощи электронного тестирования.

Тест по теме: «Знакомство с микроконтроллером Arduino. Особенности работы с оболочкой Arduino IDE».

Ответы на тест:

1-б; 2-б; 3 - a-2, б-3, в-1; 4-а; 5-б; 6 - a-2, б-1, в-3; 7-в; 8-г.

- Молодцы, вы справились с тестом, теперь перейдем к теме нашего занятия.

- Мы говорили об оболочке среды Arduino IDE, узнали из каких электронных компонентов состоит плата Arduino, чем различаются цифровые и аналоговые пины.

Учащиеся рассаживаются за компьютеры и решают электронный тест

(URL:https://forms.gle/CqHGHF2GkMZXLyqg7):

1. Укажите версию платы, которую мы будем использовать для построения роботов:

а) Arduino Nano;

б) Arduino Uno;

в) Arduino Mega;

г) Arduino Leonardo.

1. Микроконтроллер состоит из:

а) Процессора, модуля памяти, устройства ввода/вывода;

б) Процессора, модуля памяти, портов ввода/вывода;

в) Процессора, внутренней памяти, портов ввода/вывода;

г) Системного блока, модуля памяти, портов ввода/вывода.

1. Соотнесите маркировку пинов с их названиями:

а) D* 1) Аналоговый

б) ~ 2) Цифровой

в) A 3) Цифровой с ШИМ

1. Закончите предложение: «Цифровые пины предназначены для…»

а) Приема и передачи логического сигнала;

б) Измерения и конвертации напряжения;

в) Питания модулей.

5. Закончите предложение: «Аналоговые пины способны...»

а) Связываться с другими контроллерами, принимать и передавать логический сигнал;

б) Принимать и передавать логический сигнал, измерять напряжение, конвертировать его в значение от 0 до 1023;

в) Измерять напряжение, конвертировать его в значение от 0 до 1023;

г) Принимать и передавать логический сигнал, управлять широтно-импульсной модуляцией.

6. Соотнесите названия пинов с их количеством на плате:

а) ШИМ пины 1) 6

б) Аналоговые пины 2) 5

в) Цифровые пины 3) 14

7. Как работает широтно-импульсная модуляция?

а) Изменяет силу тока в течение определенного промежутка времени;

б) Изменяет сопротивление в цепи в течение определенного промежутка времени;

в) Изменяет напряжение в течение определенного промежутка времени;

8. Какую функцию выполняет кварцевый резонатор?

а) Определяет первоочередные задачи программы;

б) Подает сигнал на цифровые пины;

в) Производит арифметические операции;

г) Создает определенное количество импульсов за минуту.

Познавательные УУД: закрепление материала, изученного на предыдущих занятиях.

Личностные УУД: развитие памяти и мышления, формирование навыков самоорганизации развитие самооценки.

Регулятивные УДД: контроль знаний.

Постановка учебной задачи.

Для того, чтобы верно определить тему нашего занятия, разгадаем ребусы, представленные на слайде. В них спрятаны ключевые слова. (Слайд №1)

Совершенно верно! Как вы думаете, как может звучать тема и цель нашего сегодняшнего занятия?

Молодцы, вы ответили правильно. Мы познакомимся с ними, со структурой программы в среде Arduino IDE, функциями, логическими конструкциями.

Слайд №1

Учащиеся решают ребусы.

- Операторы, команды

- Основные операторы и команды.

Познавательные УУД: самостоятельное выделение и формулирование познавательной цели; освоение способов решения проблем творческого и поискового характера.

Коммуникативные УУД: определение цели, функций участников, способов взаимодействия; постановка вопросов,

умение слушать и понимать других.

Открытие нового знания.

Как мы уже с вами выяснили, программы в Arduino пишутся на языке программирования C. Этот язык был разработан еще в 1973 году и широко используется сей день. Среда Arduino же имеет в себе некоторый набор команд, написанных на языке C. Именно они и позволяют нам быстро и легко писать свои программы.

Сама программа состоит из нескольких частей – компонентов: подключение библиотек; константы и переменные; функция setup; функция loop; дополнительные функции. Рассмотрим названные компоненты поподробнее, для чего они нужны и как они работают в программе. (Слайд №2)

Подключение библиотек. Библиотека – это достаточно мощный инструмент, позволяющий быстро писать программы, как новичкам, так и профессионалам в сфере программирования. Библиотека представляет собой код, подключаемый в программу, который содержит инструменты для работы с различными датчиками и модулями, различные математические инструменты и инструменты для работы микроконтроллера.

Для работы с библиотекой нам не обязательно знать, как код работает внутри, «под капотом». Нужно лишь знать каким образом вызываются различные команды, заложенные в неё разработчиком. Для ознакомления с ними нужно прочесть описание библиотеки, документацию и примеры ее использования.

Библиотеки подключаются в программу только при необходимости. Неиспользуемые библиотеки заполняют память микроконтроллера ненужной информацией. Подключение в программу библиотеки происходит при помощи директивы #include в начале скетча. Далее в скобках пишется название библиотеки и расширение файла ".h". Код подключения выглядит следующим образом: #include h Приведем пример подключения библиотеки ультразвукового датчика: #include (Слайд №3)

Константы. Иногда для работы с программой нам могут понадобиться константы. Константы – величина, не изменяющая своего значения. Задать константы можно двумя способами:

1) Const =; -  данный способ отправляет значение константы в оперативную память;

2)      #define ; - этот способ позволяет не занимать место в оперативной памяти, а отправлять значение в постоянную flash память. (Слайд №4)

Учащиеся внимательно слушают и списывают структуру программы, способ подключения библиотеки в тетрадь.

Слайд №2

Слайд №3

Слайд №4

Регулятивные УУД: развитие логического мышления.

Познавательные УУД: поиск и выделение необходимой информации.

Коммуникативные УУД: умение с достаточной полнотой и точностью выражать свои мысли.

Предметные УУД: знакомство со структурой программы, основными операторами и командами среды Arduino IDE;

- знакомство с константами, функциями и способами их объявления.

Функции – это способ группировки программных команд, имеющих свое название и выполняющих конкретную задачу. (Слайд №5)

В программах обычно присутствует несколько функций. Они помогают сделать программу проще для чтения и понимания, а также позволяют занимать меньше памяти микроконтроллера. Для того чтобы функция могла быть вызвана, она должна быть описана последовательным набором команд, а также быть размещена вне других функций. Структуру функции вы можете увидеть на слайде.

В типе данных описывается тип данных, который функция будет возвращать по завершению работы. В имени функции указывается ее название, по которому мы в дальнейшем сможем ее вызывать. В наборе параметров указываются переменные, которые будут использованы при выполнении функции после ее вызова, но они являются необязательными, если они не были описаны в теле функции. Тело функции представляет набор команд, которые должны быть исполнены.

Тип данных void, переводится с английского, как пустота - не возвращает никаких значений при исполнении функции. Этот тип данных используется в программе в двух обязательных функциях – setup и loop. (Слайд №6)

Функция setup выполняется один раз – при запуске микроконтроллера, что позволяет нам описать настройки и режимы работы для платы Arduino, такие как, например, объявление режима работы пинов. То есть в части setup мы подготавливаем микроконтроллер к выполнению основной программы.

Функция loop (основная программа) выполняется бесконечно после завершения работы функции setup. Именно здесь и пишется основная выполняемая программа, команды для работы с числами, модулями, радиодеталями.

При выборе имени функции вы должны использовать строку латиницей и без использования пробелов.

В наборе параметров указываются переменные, которые используются для операций: до начала работы функции – при описании ее описании; после вызова функции – конкретные переменные, используемые в вычислении.

В теле функции мы указываем команды и операторы, как стандартные, так и подключенные из библиотек. На слайде вы можете увидеть Пример программы с функциями void setup и void loop. (Слайд №7)

Дети внимательно слушают, записывают определение функции, структуру в тетрадь, если возникают вопросы, задают их.

Слайд №5

Слайд №6

Слайд №7

Рассмотрим основные операторы и команды, которыми мы будем пользоваться при построении скетча.

Математические операторы. В среде Arduino существуют следующие математические операторы: сложения, вычитания, умножения, деления, нахождения остатка от деления, оператор присваивания. Запись этих и последующих операторов представлена на экране. (Слайд №8)

Операторы сравнения. Существуют несколько операторов сравнения. Их задача – сравнить значение чисел, строк или переменных, указанных вокруг них. Если они удовлетворяют условию, то выполняется одно действие, если нет, то выполняется другое, или не выполняется ничего. В среде Arduino существуют следующие операторы сравнения: больше, меньше, больше или равно, меньше или равно, равенство, неравенство. (Слайд №9)

В ходе сравнения мы получим логическое значение. Если сравнение верное, то мы получим значение true – истина или логическую единицу, а обратном же случае – false – ложь или логический нуль.

Кроме того, для удобства записи также используются некоторые логические операторы: && или and – логическое «и»; || или or – логическое «или»; ! or not – логическое отрицание «не». (Слайд №10)

Оператор if (если). Оператор ветвления if выполняет команды в зависимости от выполнения или невыполнения заданного условия. Если условие выполняется, то мы начинает свою работу основная часть команд конструкции if. В обратном случае, мы используем операторы else if, который проверяет второе условие, или оператор else – если нам нужно выполнение определенной команды, при невыполнении условий конструкции if. Записывается код по следующей структуре, представленной на слайде. (Слайд №11)

Оператор switch (выбора). Оператор switch позволяет создать более удобное ветвление в зависимости от значения переменной. Применяется для удобства записи при большом количестве переменных, как аналог конструкции if. Алгоритм записи представлен на экране. (Слайд № 12)

Операторы циклов. В среде Arduino существуют два вида циклов – for и while. Они используются, если нам необходимо выполнять определенные команды пока мы находимся в определенном промежутке значений переменных. Например, моргать светодиодом с 2 до 3 часов после включения платы.

Цикл for – счетчик. Он позволяет производить расчеты в определенных промежутках. И записывается следующий образом.

Цикл while – выполнятся, пока верно, указанное ему условие (Слайд № 13)

Учащиеся слушают, записывают в тетрадь операторы, делают пометки в тетрадях. Задают вопросы при недопонимании.

Слайд №8

Слайд №9

Слайд №10

Слайд №11

Слайд №12

Слайд №13

Первичное закрепление

А теперь закрепим изученный нами материал с помощью практической работы. Ребята, садитесь за компьютеры.

Задание 1. Найти факториал числа, заданного через переменную. Переменная задается при помощи типа int.

Задание 2. Составить программу, которая отслеживает возраст человека и, если ему 18 лет и больше, а также получены водительские права, переменная принимает значение: “Замечательно. Вы можете водить автомобиль”, а в противном случае – “К сожалению, водить автомобиль Вам нельзя”. Для работы с текстом используйте тип переменной String.

Учащиеся выполняют задание.

Познавательные УУД: поиск и выделение необходимой информации; освоение способов решения проблем творческого и поискового характера.

Регулятивные УУД: определение самостоятельного критерия оценивания, самооценка.

Коммуникативные УУД: умение с достаточной полнотой и точностью выражать свои мысли.

Предметные:

формирование умения составлять и отлаживать программный код;

Включение в систему знаний

Ребята, а сейчас предлагаю вам ответить на вопросы:

- Из каких компонентов состоит программа в среде программирования Arduino IDE?

- С помощью какой команды подключаются библиотеки?

- Какие операторы на данный момент вы знаете?

- При сравнении двух переменных, какой результат мы получаем?

Задания для самостоятельного выполнения:

1) Перевести число бит из переменной, в килобайты.

2) Составить алгоритм для водителя по работе светофора: «Зеленый» - «Можете ехать», «Желтый» - «Внимание», «Красный» - «Стоп» - «Движение запрещено». Цвета светофора задаются переменной signal.

Учащиеся отвечают на вопросы:

- Библиотеки, константы и переменные, функция setup, функция loop, дополнительные функции.

- #include

- Математические операторы (сложения, вычитания, умножения, деления, нахождения остатка от деления, оператор присваивания), операторы сравнения (больше, меньше, больше или равно, меньше или равно, равенство, неравенство), оператор if (если), switch (выбора), счетчик for, while.

- True (1) – истина, или false (0) – ложь.

Записывают задания для самостоятельного выполнения

Регулятивные УУД: определение самостоятельного критерия оценивания, самооценка.

Коммуникативные УУД: умение с достаточной полнотой и точностью выражать свои мысли.

Рефлексия

Сегодня мы с вами хорошо потрудились.

-Какая у нас с вами была цель на это занятие?

- Как вы считаете, мы добились этой цели?

-Вам было легко или возникали трудности?

Спасибо за работу на занятии!

- Познакомиться со структурой программы в среде Arduino IDE, основными операторами и командами среды Arduino IDE функциями, логическими конструкциями.

- Да, добились, познакомились, смогли выполнить все задания.

- Конечно, возникали трудности при решении задач, но мы их успешно преодолели.

Познавательные УУД: рефлексия способов и условий действия, контроль и оценка процесса и результатов деятельности.