Урок Arduino в большом классе: 30 учеников и 10 наборов

Урок Arduino в большом классе проходит без хаоса, если у каждой вещи есть номер, а у каждого ученика — своя задача. Когда на 30 учеников 10 наборов и никакого помощника, раздели класс на группы по три, дай каждой группе роли сборщика схемы, программиста и чтеца/контролёра и меняй эти роли на каждом уроке. Разложи наборы по коробкам с номерами от 1 до 10, а плате, кабелю и компьютеру из коробки 7 тоже дай номер 7. Устрой постоянные станции: каждая группа начинает каждый урок за одним и тем же столом и в одном и том же порядке. И наконец, введи одно правило, которое все знают наизусть: прежде чем идти к тебе, проверь 3 источника: разделы помощи на странице проекта, напарников по группе и соседнюю группу. Когда все пять частей на месте, даже в классе из 30 человек ты перестаёшь искать светодиоды по партам и наконец получаешь время учить.

Это не план уроков, а руководство по управлению классом и логистике. Какой проект делать на какой неделе, рассказано в 8-недельном плане по робототехнике и программированию, а как раздать ученикам коды Premium — в статье о кодах для всего класса. Здесь речь о повседневных проблемах, которые всплывают, когда этот план выполняется с 30 учениками: кто к чему прикасается, как пересчитывать детали, как не запутаться в компьютерах и USB-кабелях, что делать, когда руки поднимают сразу пять групп, и как за пять минут освободить столы в конце урока. Все примеры исходят из одного допущения: 30 учеников, 10 наборов Arduino Uno, урок 40 минут и учитель без помощника.

Сначала арифметика: почему группы по три и 10 станций?

Когда на 30 учеников 10 наборов, естественное деление — 10 групп × 3 ученика, и это больше чем арифметическое совпадение. При работе в парах понадобилось бы 15 наборов; в группах по четыре или пять хотя бы один ученик остаётся в стороне и уходит с урока, так и не прикоснувшись к макетной плате. Три человека как раз соответствуют трём задачам, которых требует схема: один вставляет детали, второй переносит код на компьютер и загружает его, третий читает страницу проекта и проверяет каждый шаг. Каждая группа сидит на постоянной станции, и у станции тот же номер, что у коробки и компьютера группы. Если кого-то нет, группы не пересобирают: в группе из двух задача чтеца/контролёра переходит к программисту; в группе из четырёх четвёртый участник становится хранителем деталей и берёт на себя пересчёт коробки. Так каждый урок начинается по одной и той же карте, и никто не спрашивает: «Куда мне сесть, куда смотреть?»

Роли в группе: сборщик схемы, программист, чтец/контролёр

Роли нужны не для того, чтобы разделить учеников, а чтобы у всех были заняты руки. Самая частая картина в большом классе такая: самый увлечённый ученик забирает себе и провода, и клавиатуру, а двое других уходят в телефоны. Роли ломают эту картину, потому что у каждой роли есть задача, которую может выполнить только она, и задача, которую ей выполнять нельзя. Таблицу ниже можно распечатать крупно и поставить на каждую станцию или превратить карточки ролей в бейджи на шнурке.

Меняй роли на каждом уроке: за три урока каждый ученик побывает в каждой роли по разу. Запоминать порядок не нужно: напиши имена учеников на карточке станции как A, B и C, а номер урока — на доске. Каждый ученик находит свою роль по своей букве и номеру урока. В двухэтапных проектах (например, сначала светодиод, потом кнопка) роли можно сменить ещё и один раз посреди урока; тогда программист на втором этапе собирает схему и теперь своими руками делает то, что на первом этапе было видно только со стороны.

Управление наборами: пронумерованные коробки, карточка содержимого и пересчёт

В большом классе потерянная деталь — это потерянная минута. Когда группа не находит свой светодиод, она берёт его из соседней коробки, соседняя группа на следующем уроке восполняет пробел из другой коробки, и через три недели ни одна коробка не полная, а где что пропало, уже не понять. Лекарство простое: у каждого набора своя коробка, крупный номер на крышке и карточка содержимого внутри. На карточке указаны название детали, количество и два пустых квадратика (выдача и сдача). Если карточку заламинировать, контролёр на каждом уроке отмечает её маркером для белой доски и стирает в конце. Список ниже — пример базовой коробки, которой хватает на первые бесплатные проекты со светодиодами, кнопками, LDR и зуммером; добавляй или убирай строки под свою программу.

Пересчитывай дважды: на выдаче в начале и на сдаче в конце. Пересчёт на выдаче — задача контролёра, и он должен занимать не больше минуты: детали раскладываются в порядке карточки, количество сверяется с карточкой, и если всё на месте, в квадратике ставится галочка. Пересчёт на сдаче идёт в том же порядке, но контролёр считает, пока сборщик разбирает схему. Чаще всего путаются резисторы; разложи 220 Ω и 10 kΩ по отдельным маленьким пакетикам или сделай перегородку в коробке. Если ученики не уверены в номинале резистора, они могут прочитать полосы с помощью утилиты цветового кода резисторов в приложении, а когда добавляется новый цвет светодиодов, подходящий резистор поможет рассчитать калькулятор резистора для светодиода. Если чего-то не хватает, действуй по этому протоколу, никого не обвиняя:

1. Не хватает в начале: контролёр записывает недостающую деталь на карточке и, не поднимая руки, идёт к столу с материалами, где стоит запасная коробка; берёт одну деталь и помечает на краю карточки: «взято из запаса».
2. Не хватает в конце: группа две минуты проверяет под столом, за макетной платой и в сумках. Если деталь не нашлась, контролёр пишет на карточке дату и название детали; в этот день деталь не восполняют из запасной коробки, её добавляешь ты после урока.
3. Сломанная деталь: светодиод со сломанной ножкой, провод с оторванным концом или деталь, которая нагрелась, в коробку не возвращаются. Они отправляются в контейнер с надписью «Сломано» на столе с материалами; раз в неделю ты проверяешь этот контейнер и пополняешь коробки.
4. Повторяющиеся пропажи: если в одной и той же коробке два урока подряд чего-то не хватает, проведи пересчёт в конце урока вместе с этой группой; чаще всего дело не в краже, а в том, что детали расползаются по другим коробкам.

Расстановка в классе и логистика компьютеров и USB

Расставь столы 10 островками и поставь на каждый крупный номер станции. Компьютеры — с той стороны, где розетки, а коробка — перед учениками; USB-кабель должен подходить с края стола, а не через середину, чтобы сборщик схемы не зацепил его рукой и не стащил плату со стола. Оставь себе проход: до любой станции должно быть несколько шагов. Стол с материалами (запасная коробка, контейнер для сломанных деталей, чистые карточки содержимого) — у двери, а доска помощи — там, где её видят все. Если есть проектор, на мини-объяснении покажи схему крупно; если нет, ученики открывают ту же схему на своих телефонах. С компьютерами почти вся путаница возникает из-за одного: никто не знает, какая плата на каком порту. Реши это до урока так:

• Правило одного номера: коробка 7, плата 7, USB-кабель 7 и компьютер 7. Наклей малярный скотч на плату и на оба конца кабеля и напиши номер; плата всегда подключается к одному и тому же компьютеру и, по возможности, в один и тот же USB-разъём, поэтому в Windows номер порта обычно тоже не меняется.
• Метод «отключи и подключи»: если в списке портов несколько вариантов, ученик отключает плату, смотрит список Инструменты › Порт (Tools › Port) в Arduino IDE и снова подключает плату; появившийся порт — это и есть плата группы. Пусть каждый проделает это один раз на первом уроке.
• Проверка перед уроком: до урока убедись, что на каждом компьютере установлена Arduino IDE, установлен драйвер, нужный для плат-клонов, и что в каждую плату хотя бы раз загружен Blink со своего компьютера. Шаги установки — в статье об установке Arduino IDE.
• Библиотеки заранее: если проекту урока нужна библиотека, установи её на все компьютеры заранее, а не во время урока. Способы описаны в статье об установке библиотек Arduino.
• Готовая папка: создай на рабочем столе каждого компьютера папку с номером урока и положи туда код этой недели. Ученики всё равно читают и меняют код, но ты экономишь пять минут, которые теряются, когда 30 человек одновременно пытаются перенести код.

Если компьютеров меньше, чем групп, устрой станцию загрузки. Допустим, в классе 5 ноутбуков: две группы делят один компьютер; группы собирают и проверяют схему за своим столом, потом несут плату и USB-кабель к станции, загружают код и возвращаются. Чтобы очередь не путалась, поставь рядом с компьютером карточку «Сейчас загружает группа…» и не позволяй группе задерживаться у станции дольше двух минут. Если при загрузке появляется ошибка, группа уходит со станции, разбирается за своим столом и снова встаёт в очередь; так одна застрявшая группа никогда не задерживает остальные девять.

Подготовка в начале урока: сначала 10 минут, потом 5

1. У двери (0–1-я минута): входя в класс, ученики находят свою роль по номеру урока на доске и сразу идут к своей станции.
2. Выдача коробок (1–3-я минута): контролёры забирают с полки материалов коробку со своим номером; коробки стоят по порядку номеров, и никто не тянется к чужой.
3. Пересчёт на выдаче (3–5-я минута): контролёр отмечает карточку содержимого, сборщик схемы раскладывает детали, программист включает компьютер и запускает Arduino IDE.
4. Проверка подключения (5–7-я минута): программист подключает USB и проверяет, правильно ли выбраны плата и порт; если порт не появляется, стаканчик помощи сразу становится жёлтым.
5. Страница проекта (7–9-я минута): контролёр открывает на телефоне проект недели и сверяет список «Нужные компоненты» с деталями в коробке.
6. Сигнал готовности (9–10-я минута): готовая группа ставит наверх зелёный стаканчик. Ты подходишь только к столам, где стаканчик не зелёный. После третьего урока эта подготовка обычно сокращается до 5–6 минут.

Очередь за помощью для учителя без помощника

В большом классе учителя выматывают не сложные вопросы, а одновременно поднятые руки и крики «Можно вас?». Вместо поднятых рук дай каждой станции три вставленных друг в друга пластиковых стаканчика (зелёный, жёлтый, красный) или три цветные карточки, стоящие на столе. Группа ставит наверх цвет, который соответствует её ситуации. Система стаканчиков даёт сразу два результата: ты одним взглядом видишь, какие группы застряли, а ученики, пока ждут, продолжают работать, а не держат руку в воздухе. Группа с красным стаканчиком ещё и пишет номер своей станции на доске помощи; ты идёшь по порядку на доске, а группа, которая кричит или встаёт с места, без очереди не проходит.

Единственное условие для красного стаканчика — правило «3 до меня»: прежде чем звать тебя, группа должна проверить три источника. Первый — страница проекта. В BlueGrays на вкладке Разбор кода каждого проекта после пошагового объяснения кода идёт раздел Если не получается, где перечислены заминки, которые часто случаются в этом проекте; в бесплатных проектах эта вкладка открыта всем. Раздел Если не работает на странице проекта перечисляет, что проверить, если проект не работает, и открывается с Premium. Второй источник — напарники по группе: контролёр заново читает схему соединение за соединением, а сборщик схемы ведёт пальцем по каждому проводу. Третий источник — соседняя группа: если посмотреть на работающую схему группы, которая делает тот же проект и уже прошла этот шаг, перевёрнутый светодиод часто находится за секунды. Когда поднимается красный стаканчик, твой первый вопрос должен быть: «Какие три источника проверили?»; если ответа нет, стаканчик возвращается на жёлтый.

Ученики-помощники — лучшая поддержка для учителя без ассистента. На каждом уроке назначай помощниками первых двух-трёх закончивших учеников и давай им заметный знак (бейдж или нарукавную повязку). У помощника одно правило — руки за спиной: объяснять, показывать и задавать вопросы можно, но трогать чужую макетную плату или набирать код за другую группу нельзя. Если помощники идут к жёлтым стаканчикам, а ты — к красным, очередь быстро тает. Не выбирай всё время одних и тех же; если за четверть каждый хотя бы раз побудет помощником, быстрые ученики не заскучают, а остальные не станут говорить: «Они всё равно сделают».

План урока на 40 минут

Самая хрупкая точка этого плана — 30-я минута: сборка, кажется, никогда не закончится, и этап уборки исчезает. Чтобы этого не случилось, на 28-й минуте громко предупреди: «Две минуты!», а на 30-й остановись, даже если какие-то схемы ещё не работают. Группа, у которой схема не заработала, на этапе проверки отвечает на вопрос «Что мы уже попробовали и где сейчас застряли?», и это тоже часть обучения. Если урок длится 80 минут, не прогоняй план дважды: подготовку и уборку проведи один раз, а сборку посередине раздели на двухэтапный проект или на сборку и дополнительное задание.

10 самых частых проблем в классе и решения за 1 минуту

Быстрые и застрявшие: две скорости в одном классе

• Задания «Твоя очередь»: в BlueGrays вкладка Разбор кода заканчивается разделом Твоя очередь; у каждого задания есть варианты Подсказка и Показать решение. Группа, которая закончила, перед решением задания записывает свой прогноз на бумаге, затем меняет код, загружает его и сравнивает результат с прогнозом. Как подходить к этим заданиям, мы подробно рассказали в статье о «Разборе кода».
• Шаг вперёд: группа, которая закончила проект Мигающий светодиод, может с той же коробкой перейти к проекту Светофор, а группа, закончившая проект Включение и выключение светодиода кнопкой (вкл/выкл), — к проекту Работа с зуммером. Деталей в коробке на эти проекты хватает, так что к столу с материалами идти не нужно.
• Следующий проект через «Подбор проекта»: ученики могут ответить на 3 вопроса в разделе Подбор проекта в приложении и найти следующий проект по своим интересам. Как это работает, рассказано в статье о том, какой проект Arduino выбрать.
• Помощь другим: один из участников закончившей группы становится на этом уроке учеником-помощником; объяснить — лучшая проверка того, что схема действительно понятна.

Держи наготове собранную половину схемы для застрявших групп. До урока собери на макетной плате из запасной коробки ту часть проекта недели, которая стоит на макетке (например, светодиод и резистор). Группа, у которой на 20-й минуте всё ещё красный стаканчик и которая не может найти ошибку в своей схеме, откладывает свою макетную плату, подключает готовую к своей плате Arduino двумя проводами и загружает свой код. Когда схема заработает, задача группы не закончена: нужно положить две макетные платы рядом и найти разницу. Так застрявшая группа заканчивает урок с работающей схемой и самостоятельно находит ошибку. В проектах с датчиками, например Ночник на LDR, тот же метод подходит для части схемы с датчиком.

Приложение в большом классе: у каждого свой экран

В большом классе 30 людям трудно одновременно разглядеть одну схему, нарисованную на доске. Здесь помогает BlueGrays: каждый ученик или хотя бы контролёр каждой группы открывает проект на своём телефоне. Схему можно увеличивать, так что даже с последней парты номера пинов видны вблизи; кнопка Сохранить в галерею сохраняет схему в телефон, и её можно открыть даже при слабом интернете. Режим Собираем вместе делит проект на шаги («Подготовь детали», «Собери схему», «Загрузи код», «Запусти и проверь»), и в этом режиме экран не гаснет, так что оставленный на столе телефон не потемнеет. В конце урока каждый, кто показывает работающую схему, отмечает проект кнопкой Сделано, и ты видишь эту отметку на экране телефона во время обхода. Здесь стоит быть честными: в BlueGrays нет панели для класса; в удалённом списке не видно, какие проекты закончили ученики, поэтому проверка проходит у стола. Поскольку схемы, код, блоки и «Разбор кода» открыты в 60 бесплатных проектах (по 20 на каждую платформу), на первые недели Premium никому не нужен; если дальше пойдут проекты Premium, пакеты для педагогов позволят всему классу открыть одни и те же проекты.

Правила безопасности и уборки

• Во время подключения USB отключён: пока сборщик схемы делает соединения, USB не подключён; программист не подключает его, пока не услышит «Подключение готово».
• Только 5 V от USB: на первых уроках никаких батареек, адаптеров и ничего, что включается в розетку; пин 5V никогда не соединяют напрямую с GND.
• Деталь греется — стоп: если деталь нагревается или чем-то пахнет, сначала отключают USB, потом ставят красный стаканчик. Нагревшаяся деталь отправляется в контейнер для сломанных.
• Порядок на столах: никакой еды и напитков на станциях, сумки — под столами, а USB-кабель никогда не свисает в проход.
• Последние 5 минут без новых соединений: когда начинается уборка, никто не вставляет новые провода; схему, работа над которой продолжится в следующий раз, не разбирают, макетную плату кладут в коробку, а на карточке пишут: «Коробка 7, схема в работе».
• Порядок сдачи: отключить USB, смотать кабель, пересчитать детали, отметить карточку, закрыть коробку и поставить её на полку по порядку номеров. Никто не уходит, пока последняя коробка не окажется на полке.

Первые два урока такой порядок может показаться тяжеловатым; после третьего он превращается в рутину и освобождает большую часть урока для настоящего обучения. Не нужно вводить всё сразу: начни с пронумерованных коробок и ролей, а стаканчики добавь на второй неделе. Если хочется, чтобы ученики открывали проект недели на своих телефонах и увеличивали схему, скачай BlueGrays и перед уроком один раз попробуй несколько бесплатных проектов; знать, где какой раздел, ещё до входа в класс — это первые пять минут, которые ты выигрываешь на загруженном уроке.