Курс «Киберфизика — первое программируемое устройство»

2026-06-03 15:14 Методические зарисовки

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 ее как машину 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.

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.

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)

Анита Ходова