План уроков по блочному коду: курс робототехники на Arduino на 8 недель

Программирование роботов — это написание программ, которые позволяют плате воспринимать окружающий мир, принимать решение и что-то приводить в действие: кнопка или датчик освещённости воспринимают, Arduino решает, а светодиод, зуммер или мотор реагируют. Проще всего объяснить этот цикл в классе, если начать с блочного кода и перейти к настоящему коду той же программы, когда ученики усвоят логику. В этой статье — готовый план уроков по блочному коду для учителей, кружков робототехники и родителей, которые устраивают мастерскую дома: 8 недель, один 40-минутный урок в неделю, и каждый урок построен вокруг бесплатного блочного проекта в BlueGrays.

У каждой недели плана есть цель, бесплатный проект BlueGrays, новый блок, с которым ученики знакомятся на этой неделе, и его соответствие в настоящем коде. Дальше — список материалов для класса из 24 учеников, пример урока по минутам, таблица критериев оценивания, идеи дифференциации для быстрых и медленных групп, вариант без оборудования с симуляторами и правила безопасности. План построен на Arduino Uno, а неделя по желанию посвящена Raspberry Pi Pico и MicroPython.

Что такое программирование роботов и почему начинать с блоков?

При словах «курс робототехники» сразу представляются роботы-машинки, но в основе любого робота лежат одни и те же три задачи: воспринимать, решать и действовать. Прочитать кнопку — это восприятие, спросить «кнопка нажата?» — решение, а зажечь светодиод или включить зуммер — действие. Когда ученики понимают эти три шага на светодиоде и кнопке, перенос той же логики на моторы и датчик расстояния — по большей части вопрос замены деталей. Поэтому план начинается не с моторов, а со светодиодов и кнопок, а до «глаз» робота, датчика расстояния HC-SR04, доходит на последней неделе.

Почему начинать с блоков? Для детей 10–14 лет главный враг первых уроков — точки с запятой, фигурные скобки и регистр букв: ученики в итоге думают не о том, что делает программа, а о том, почему код не компилируется. В блоках таких ошибок нет, и внимание сразу уходит на логику. Но оставаться в блоках — не цель: в реальном мире Arduino программируют на C++, а Pico — на MicroPython. Блоки в BlueGrays сделаны именно для этого моста: каждый блок один к одному соответствует строке настоящего кода, который загружается в плату. Ученики сначала читают блоки, потом смотрят на код той же программы и сопоставляют каждый блок с его строкой. Все блочные проекты и то, как они устроены, можно посмотреть на странице «Блочный код».

План уроков по блочному коду на 8 недель

Каждый урок рассчитан на 40 минут и работу в группах по 2–3 человека. Все проекты из таблицы в BlueGrays полностью бесплатны вместе с блоками и кодом, так что ученикам Premium не нужен. Порядок выбран не случайно: сначала выход (светодиод), затем время, переменные и повторение, потом вход (кнопка) и условия, хранение состояния, аналоговый датчик, массивы и циклы и, наконец, звук и расстояние. Каждая неделя добавляет к предыдущей всего одну новую идею.

Во время курса введи правило: в конце каждого урока ученики меняют одно значение. На 1-й неделе, когда ожидание 100 мс в проекте «Мигание светодиодом» превращается в 1000 мс и светодиод замедляется, уже на первом уроке появляется чувство «программой управляю я». На 3-й неделе, если увеличить переменную delayTime в проекте «Полицейская мигалка» с 60 до 200, ученики видят, что одно число влияет сразу на шесть блоков; это самый короткий способ объяснить, зачем нужны переменные. На 6-й неделе настройка порога 50 в проекте «Ночник на LDR» под освещение в твоём классе учит, что показания датчика зависят от окружения. На 7-й неделе дай каждой группе потенциометр 10 kΩ для проекта «Бегущий огонь с регулировкой скорости»: менять скорость светодиодов рукой — обычно любимый момент недели.

Список материалов для класса из 24 учеников

Если разделить 24 ученика на группы по 3, получится 8 групп; достаточно подготовить 9 наборов, один из них запасной. Если удобнее работать парами, пересчитай количество на 12 групп. Паять ничего не нужно: все детали вставляются в макетную плату. Вместо того чтобы покупать детали по одной, сравни с этим списком содержимое готового стартового набора; что обычно входит в типичные наборы, мы рассказываем в статье «Стартовый набор Arduino».

Пример урока: 5-я неделя, переключение светодиода кнопкой

Ниже — ход 40-минутного урока, и этот же каркас можно использовать каждую неделю: разминка, совместное чтение блоков, прогноз, схема, настоящий код, изменение одного значения, вопрос на выходе. В примере взят проект 5-й недели, «Переключение светодиода кнопкой (вкл/выкл)», потому что идея «программа может что-то запоминать» — один из поворотных моментов в программировании роботов.

1int ledState = 0;     // LED durumu: 0 = kapalı, 1 = açık / LED state: 0 = off, 1 = on
2int lastButton = 0;   // Önceki buton okuması / Previous button reading
3
4void setup() {
5  pinMode(13, INPUT);   // Buton girişi (harici pull-down) / Button input (external pull-down)
6  pinMode(7, OUTPUT);   // LED çıkışı / LED output
7}
8
9void loop() {
10  int button = digitalRead(13);   // Butonu oku / Read the button
11  if (button != lastButton) {     // Buton durumu değişti / Button state changed
12    if (button == 1) {            // Yalnız basış anında (LOW -> HIGH) / Only at the press (LOW -> HIGH)
13      ledState = !ledState;       // Durumu tersine çevir / Flip the state
14      digitalWrite(7, ledState);
15    }
16    delay(50);                    // Sıçramayı atlamak için kısa bekleme / Short wait to skip the bounce
17    lastButton = button;          // Bu okumayı sakla / Store this reading
18  }
19}
20

Положи блоки и код рядом, и соответствие видно очень ясно: два блока «объявить целое (int)» внутри «глобальные переменные (в начале)» — это первые две строки кода, «настройка (один раз)» становится setup(), а «повторять всегда» — loop(). Блок «установить button в прочитать пин 13» — это строка int button = digitalRead(13), сравнение «≠» — это !=, а «не ledState» — !ledState. На этапе прогноза большинство групп говорит: «если держать кнопку, светодиод будет мигать»; при проверке видно, что светодиод переключается только один раз, ведь внешний блок «если» срабатывает только при изменении состояния кнопки. Момент, когда неверный прогноз исправляется, — самая поучительная минута урока. Когда delay(50) становится 0, ученики замечают, что при некоторых нажатиях светодиод переключается дважды и кажется, будто ничего не произошло; это идеальный повод рассказать о дребезге контактов (bounce). Группам, которым интересно, почему кнопка подключена к GND через 10 kΩ, покажи статью «Как подключить кнопку к Arduino».

Как использовать BlueGrays на уроке

• Открыть проект: ученики открывают проект недели на своём телефоне или планшете. Метка «Блоки» в списке проектов отмечает проекты с блоками, а фильтр «Проекты с блоками» оставляет в списке только их. В каждом проекте есть список деталей и схема подключения.
• Показать блоками: если включить этот переключатель в разделе кода, вместо кода появятся блоки той же программы. Нажми на изображение, и оно откроется на весь экран — идеально для совместного чтения на проекторе. Блоки отображаются на языке приложения.
• Разбор блоков: на этой вкладке программа объясняется шаг за шагом; на каждом шаге видны только блоки этого шага и то, что они делают. Для групп, которым нужно больше времени, это настоящий помощник учителя.
• Переход к настоящему коду: выключи переключатель, и появится код той же программы. Ученики копируют его в Arduino IDE (для Pico — в Thonny) и загружают в плату.
• Справочник по коду: здесь собраны примеры команд вроде digitalWrite, if/else и for, и каждый пример есть ещё и в виде блоков. Ученики привыкают заглядывать сюда, прежде чем спрашивать тебя, если какая-то команда вылетела из головы.
• Вопросы дня: каждый день 5 вопросов уровней от A1 до C2, недельный рейтинг и значки. Можно предложить их ученикам для повторения по несколько минут в день между уроками.

Нет оборудования? Урок с симулятором

Если наборы ещё не пришли или уроки проходят дистанционно, хорошая альтернатива — браузерные симуляторы вроде Tinkercad Circuits и Wokwi. В обоих есть Arduino Uno, макетная плата, светодиоды, резисторы и кнопки, а также широкий выбор датчиков; схема собирается на экране и запускается, если вставить настоящий код проекта. Ход урока остаётся тем же: ученики читают блоки в BlueGrays, вставляют код в симулятор, меняют значение и наблюдают результат. У Tinkercad есть и собственный блочный редактор, поэтому некоторые учителя проводят там все первые недели. И всё же настоящий горящий светодиод и провода, вставленные в макетную плату, творят чудеса с мотивацией, поэтому симулятор лучше ставить перед оборудованием, а не вместо него. Установка и первая схема описаны в статьях «Моделирование Arduino в Tinkercad» и «Симуляция в Wokwi».

Оценивание: критерии для уроков блочного кода

На уроках робототехники процесс важен не меньше результата: группа, которая зажигает светодиод, и группа, которая выясняет, почему он не горит, вполне могут научиться одному и тому же. Таблицу ниже удобнее применять, если на каждом уроке сосредоточиться на одном критерии; к концу 8 недель достаточно, чтобы все ученики хотя бы раз побывали под наблюдением по каждому из шести критериев. Вопросы на выходе тоже дают данные для таблицы.

Дифференциация для быстрых и медленных групп

• Быстрые группы, дополнительное задание: добавить в код проекта «Светофор» четвёртую фазу (например, красный вместе с жёлтым) или пересчитать время под настоящий перекрёсток. Код группы меняют в Arduino IDE самостоятельно, а блоки используют как подсказку.
• Быстрые группы, объединение: на 8-й неделе пусть они попробуют объединить «Измерение расстояния с HC-SR04 (монитор порта)» и «Работа с зуммером» в одну программу, которая включает зуммер, когда расстояние становится меньше 20 см, — простой парктроник. Это первый настоящий шаг от чтения блоков к написанию собственного кода.
• Быстрые группы, смена платформы: группы с Pico открывают проект «Внешний светодиод на Pico» и сравнивают версию на MicroPython с кодом на C++ с 1-й недели.
• Медленные группы, готовая схема: выдай уже собранную схему или положи на стол крупную распечатку схемы подключения. Эти группы тратят время на чтение блоков и прогнозы.
• Медленные группы, шаг за шагом: пусть они проходят программу по вкладке «Разбор блоков» и в конце каждого шага одним предложением говорят, что происходит. Изменить одно значение — вполне достойная цель на этот день.
• Смешанные пары: следи, чтобы в каждой группе была роль «чтеца»; если объединить в группу тех, кто быстро собирает схемы, но медленно читает, с теми, у кого всё наоборот, продвигаются обе стороны.

Переход от блоков к тексту: когда и как

Фиксированной недели для перехода нет; подходящий момент наступает, когда ученики, глядя на блоки, могут ещё до запуска сказать, что сделает программа. По этому плану большинство классов доходит до этой точки на 4-й или 5-й неделе. При этом знакомство с кодом начинается с первого дня: настоящий код загружается в плату на каждом уроке, поэтому строки setup(), loop() и digitalWrite() ученики видят с 1-й недели. Переход постепенно смещается от «смотрим на блоки, загружаем код» к «читаем код, при необходимости заглядываем в блоки». Эту смену упрощает такая последовательность:

1. Положи блоки и код рядом и вместе с классом найди строку, соответствующую каждому блоку (1–3-я недели).
2. Скрой блоки, прочитай только код и предскажи, что сделает программа; затем проверь через «Показать блоками» (4–5-я недели).
3. Меняй значения только в коде: время ожидания, номер пина, порог. Если возникает ошибка компиляции, прочитай первую строку сообщения (5–6-я недели).
4. Напиши новую строку кода: например, добавь ещё один светодиод в массив проекта «Бегущий огонь» и увеличь границу цикла с 6 до 7 (7-я неделя).
5. Объедини два проекта в небольшую собственную программу; если что-то не получается, загляни в примеры и блоки в «Справочнике по коду» (8-я неделя и дальше).

Советы по безопасности

Серия «От блоков к коду» коротко

• Часть 1: Что такое блочный код и как блочная программа превращается в настоящий код.
• Часть 2: Мигаем светодиодом с помощью блочного кода: первая программа, блоки и C++ рядом.
• Часть 3: Блок «если» и кнопка: условия и их соответствие в if/else.
• Часть 4: Циклы и переменные: «повторять всегда» и loop(), счёт и for, массивы, счётчики.
• Часть 5: Чтение датчиков блоками и MicroPython: последовательный порт, LDR, HC-SR04 и Pico.
• Часть 6: эта статья, в которой всё изученное превращается в план уроков по блочному коду на 8 недель для класса.

На этом серия завершается; если перед началом занятий в классе хочется ещё раз освежить логику, вернись к началу, к статье что такое блочный код. Все проекты из плана можно посмотреть в приложении BlueGrays вместе со схемой подключения, списком деталей и кодом: через Показать блоками переключиться на блочную версию той же программы, через Разбор блоков — на пошаговое объяснение, и спокойно вести урок с проектора.