Куда двигаться тем, кто уже уверенно программирует машины состояний в «Защите пасеки»? Для них создан курс «Киберфизика — первое программируемое устройство».
Это серия из пяти занятий, на каждом из которых кружковцы создают светофор, фонарь-ночник, калькулятор, умную теплицу или приспособление для игры «Захват флага». Авторы курса: Алексей Федосеев — лидер проекта, Анита Ходова — методист, Глеб Чекмарев — инженер.
Машина состояний (или конечный автомат, Finite State Machine, FSM) — это математическая модель, которая описывает поведение системы. Система может находиться строго в одном из заданных состояний в конкретный момент времени и переходить из одного состояния в другое при возникновении определенных событий.
Именно программирование машин состояний — полезная компонента игры «Защита пасеки»; для наставников, использующих игру на уроках, разработан углубленный онлайн-курс.
Язык ПРИМС (программирования машин состояний) состоит из четырех ключевых элементов:
Состояния. Все возможные режимы или этапы, в которых может пребывать система (например: Включено, Выключено, Ожидание).
События. Триггеры или действия, которые заставляют систему реагировать (например: нажатие кнопки, тайм-аут).
Переходы. Правила, определяющие, как именно система реагирует на событие и в какое новое состояние она переходит.
Действия. Операции, которые система выполняет при переходе или входе в новое состояние
Анита Ходова, методист:
Для киберфизика критически важно видеть вокруг системы и описывать их как машины состояний. Например, на мастер-классах мы предлагаем представить в виде машин состояний дверь с домофоном. Мы двигаемся итерационно и всё больше детализируем систему. Состояние «Дверь закрыта» мне нужно разделить на «Ожидание» и «Введение цифр». «Введение цифр» мне нужно разделить на «Звонок в квартиру» и «Введение кода». И вот так постепенно вы можете спускаться на тот уровень, который вам достаточен для решения задачи, при этом удерживая всю логику работы системы, всего устройства целиком.
Из игры «Защита пасеки» и программирования машин состояний в ней подростки переходят в реальное окружение, к работе с Arduino Uno и редактором «Кибериада IDE». Они могут наблюдать, как алгоритмы реализуются на настоящих устройствах, а не в симуляции.
«Кибериада IDE» — это редактор машин состояний, который позволяет программировать разные устройства: Arduino Uno, Arduino Micro, а также плату «Кибермишка».
Если игра «Защита пасеки» ограничивает набор сценариев: можно запрограммировать дрон только ограниченным количеством модулей, то «Кибериада IDE» дает программисту больше возможностей. Помимо готовых библиотек, можно создавать свои события и модули.
Те, кто уже разбирается в схемотехнике и машинах состояний, будет проходить курс быстрее тех, кто начинает с нуля. Для занятий нужна только плата Arduino и компьютер с редактором «Кибериада IDE», так что заниматься можно не только в кружке, но и дома.
Проще всего заниматься ребятам седьмого класса, но пятиклассники тоже справляются: визуальный язык программирования помогает им раньше начать разбираться в коде.
Проще всего заниматься ребятам седьмого класса, но пятиклассники тоже справляются: визуальный язык программирования помогает им раньше начать разбираться в коде.
Сценарии нелинейные — они содержат ловушки, в которые молодой инженер попадает, а потом пытается из них выбраться. Например, в сценарии с фонарем-ночником при правильной работе светодиоды должны переключаться строго друг за другом — сначала загорается первый, затем второй, третий и четвертый. Однако при замене фоторезистора на кнопку учащиеся могут заметить, что иногда очередь зажигания «проскальзывает» — например, после первого светодиода зажигается сразу третий или даже четвертый.
Занятия сценированы в логике задачной формы организации обучения, где для того, чтобы у учащийся переоткрыл и освоил новый способ решения задачи, методисты создают ситуацию сбоя. Именно при сбое у учащегося появляются вопросы и внутренняя мотивация найти ответы. Учащийся видит: он собрал схему правильно, но с кнопкой она почему-то перестала работать. Именно в этот момент педагог может ввести понятие дребезга.
Занятия сценированы в логике задачной формы организации обучения, где для того, чтобы у учащийся переоткрыл и освоил новый способ решения задачи, методисты создают ситуацию сбоя. Именно при сбое у учащегося появляются вопросы и внутренняя мотивация найти ответы. Учащийся видит: он собрал схему правильно, но с кнопкой она почему-то перестала работать. Именно в этот момент педагог может ввести понятие дребезга.
Дребезг контактов — это паразитное, многократное неконтролируемое замыкание и размыкание контактов механических переключателей (кнопок, реле, тумблеров) при их срабатывании. Возникает из-за физического отскока упругих металлических пластин. Длится обычно от 1 до 20 миллисекунд, но вызывает ложные срабатывания цифровых устройств.
Скачать материалы занятий можно по ссылке.
Расскажите об опыте проведения занятий: a.khodova@kruzhok.org (Анита Ходова, методист направления)