Уроки Arduino онлайн: камеры, симулятор и приложение для живых занятий

Уроки Arduino онлайн по видеосвязи проходят очень хорошо, если с самого начала готовы четыре вещи. Во-первых, набор должен быть в руках у ученика: провода вставляет и код загружает он, а не ты. Во-вторых, нужны два ракурса камеры: один показывает лицо ученика, другой с держателя для телефона смотрит прямо сверху на макетную плату. В-третьих, ученик показывает экран своего компьютера, и ты видишь код в Arduino IDE, сообщение об ошибке и числа в мониторе порта в тот же момент, что и он. В-четвёртых, проект урока отправляется за день, поэтому список деталей и схема уже открыты у ученика на телефоне до начала звонка. Когда эти четыре условия выполнены, ошибку можно найти, даже не видя схему так чётко, как в классе: смотрит ученик, а ты подсказываешь, куда смотреть. Большинство ошибок находится за несколько минут, если идти по порядку из шести вопросов — от питания к коду.

Эта статья — о технической и педагогической стороне онлайн-уроков: настройка камер и звука, что отправить до урока, урок по минутам, удалённая отладка и групповые занятия. Как спланировать курс по неделям, рассказано в статье о том, как открыть курс Arduino, а сборка схем в браузере — в руководстве Симулятор Arduino в Tinkercad; здесь мы их не повторяем. Все примеры исходят из одного и того же: у ученика есть стартовый набор Arduino Uno и компьютер, а ты ведёшь урок за своим столом с таким же набором.

Почему для онлайн-урока Arduino одной камеры мало

Камера ноутбука показывает лицо ученика, а не макетную плату на столе. Поднести плату к камере — тоже не выход: провода болтаются, перемычка выскакивает, угол меняется каждую секунду, и пин 13 уже не отличить от пина 12. Поэтому базовая схема онлайн-урока Arduino состоит из трёх картинок: камера на лицо — для общения, верхняя камера — для схемы, демонстрация экрана — для кода. Камера на лицо важнее, чем кажется: момент, когда ученик хмурится, — это момент, когда ты замечаешь проблему, которую ученик пока не озвучивает. Верхняя камера становится картинкой, на которую ты смотришь чаще всего, ведь только она показывает, в какое отверстие вставлен провод. Демонстрация экрана заменяет привычку из класса заглядывать через плечо: пока ученик пишет код, компилирует его и читает монитор порта, ты видишь то же самое, что и он.

Техническая настройка: сторона педагога и сторона ученика

Дорогое оборудование не нужно: вторая камера — это телефон, который и так есть почти в каждом доме. Какое приложение для видеосвязи использовать, тоже не так важно: демонстрация экрана, окно чата и подключение к тому же звонку со второго устройства сегодня есть почти во всех популярных приложениях. Если планируются групповые уроки, отдельно проверь, есть ли в приложении сессионные залы (breakout rooms). В таблице ниже потребности обеих сторон собраны рядом.

Приём, который помогает больше всего: ученик подключается к тому же звонку второй раз с телефона и переименовывает этого участника, например в «Аня — Схема». На телефоне выключается микрофон, а громкость динамика убирается в ноль; иначе два устройства ловят звук друг друга, и звонок превращается в вой. Основная камера вместо фронтальной даёт более чёткую картинку и снимает проблему зеркала: с фронтальной камерой собственный предпросмотр в большинстве приложений отзеркален, и подписи пинов трудно читать. Держи телефон горизонтально, плата Arduino и макетная плата должны быть в одном кадре, а телефон лучше оставить на зарядке: 45-минутный видеозвонок быстро сажает батарею. Когда урок начинается, закрепи картинку верхней камеры (почти во всех приложениях есть функция «Закрепить» или «Выделить»), чтобы она не пропадала, когда говорит кто-то другой.

Что отправить до урока: правило 24 часов

Самые дорогие минуты онлайн-урока — те, что уходят на установку драйверов или поиски недостающего резистора прямо во время звонка. Чтобы их избежать, отправь ученику короткое сообщение минимум за день до урока и попроси выполнить список ниже. Чтобы получить ссылку на проект, открой проект в BlueGrays и нажми Поделиться: если приложение установлено, отправленная ссылка сразу откроет этот проект на телефоне ученика. Так ученик ещё до урока увидит список Нужные компоненты и Схему.

1. Список деталей: названия и количество деталей, включая номиналы резисторов. Ученик раскладывает детали на столе и присылает фото с верхней камеры; если чего-то не хватает, это станет известно на день раньше.
2. Ссылка на проект: проект, отправленный через Поделиться в приложении. Ученик увеличивает схему и сверяет количество деталей в списке со своим набором.
3. Установка Arduino IDE: ученик устанавливает версию для своей операционной системы, один раз открывает её и ждёт, пока докачаются пакеты плат, которые загружаются при первом запуске.
4. Пробная загрузка: ученик открывает «Файл › Примеры › 01.Basics › Blink» (File › Examples), выбирает плату и порт в меню «Инструменты» (Tools) и загружает скетч. Если светодиод L на плате мигает раз в секунду, компьютер, кабель и драйвер готовы. Скриншот или короткое видео этого ученик присылает тебе.
5. Репетиция звонка: пробный 5-минутный звонок до урока: второе подключение с телефона, выключение микрофона, угол верхней камеры.
6. Держатель и свет: держатель установлен на столе, лампа светит сбоку, под макетной платой лежит белая бумага.
7. Аккаунт BlueGrays: ученик уже вошёл в приложение. Для бесплатных проектов больше ничего не нужно; если на уроке будет проект Premium, код уже должен быть активирован.

План онлайн-урока Arduino на 45 минут

План ниже рассчитан на индивидуальный урок и использует два бесплатных проекта подряд: сначала Измерение освещённости с LDR, чтобы прочитать значение LDR в мониторе порта, затем добавляем в ту же схему светодиод и переходим к проекту Ночник на LDR. Эта пара очень подходит для онлайн-урока: числа в мониторе порта хорошо видны при демонстрации экрана, и как только ученик закрывает LDR рукой, падение значения сразу видно обоим. Оба проекта в BlueGrays полностью бесплатны — со схемой, кодом и разделом Разбор кода.

Сердце этого плана — минуты 27–30. Порог в коде ночника равен 50: когда показание опускается ниже 50, светодиод включается. Но освещение в каждой комнате своё; если в комнате ученика днём показание 600, а с рукой над датчиком 120, при пороге 50 светодиод не загорится никогда, и ученик решит, что схема сломана. Поэтому сначала проси измерить: «Сколько на свету, а сколько, если закрыть рукой?» Ученик называет оба числа, выбирает порог примерно посередине и меняет код. Задание Твоя очередь в разделе Разбор кода этого проекта тоже предлагает поднять порог до 300 и посмотреть на разницу; если на онлайн-уроке привязать это к собственному измерению ученика, это и убережёт от ошибки «у меня схема сломана», и покажет, зачем вообще нужен монитор порта. Про настройку скорости в бодах и плоттер читай в руководстве Монитор порта Arduino.

Удалённая отладка: порядок «покажи мне»

На онлайн-уроке до схемы рукой не дотянуться; это кажется недостатком, но при правильном подходе становится преимуществом для обучения. Когда ученик говорит «не работает», ты не объясняешь, что сделать, а каждый раз задаёшь вопросы в одном и том же порядке — и этим учишь его смотреть. Правило простое: начинай с питания, двигайся к коду, на каждом шаге смотри на одну вещь. Ответ «вроде всё нормально» не принимается: ученик либо показывает на камеру, либо читает с экрана. Шесть шагов ниже по очереди исключают самые частые ошибки новичков.

Когда нужно проследить провод на камере, попроси ученика показывать кончиком пальца, а ещё лучше — кончиком ручки: она указывает точное отверстие макетной платы яснее, чем палец. Пины считай от края платы: «Считай вправо от GND. Какое по счёту отверстие?» Пусть ученик читает номера рядов и буквы на макетной плате вслух: «в c12» оставляет куда меньше места для ошибки, чем «вон в той дырке». И учти, что на верхней камере плата может быть видна перевёрнутой, то есть право ученика — это твоё лево. Вместо «право» и «лево» используй ориентиры на самой плате: «со стороны USB», «с той стороны, где написано GND», «канавка посередине макетной платы».

Чек-лист удалённой проверки из 10 шагов

1. Плата подключена к USB, светодиод ON горит.
2. Кабель передаёт данные: это тот же кабель, что сработал при пробной загрузке.
3. В Arduino IDE выбрана плата Arduino Uno.
4. Выбран правильный порт: порт платы — тот, что исчезает из списка, когда плату отключают.
5. Код компилируется без ошибок; если ошибка есть, первая красная строка читается вслух.
6. Загрузка завершилась сообщением «Done uploading» (загрузка завершена); во время загрузки мигали светодиоды TX и RX.
7. Все минусы схемы подключены к пину GND Arduino.
8. Каждый провод стоит в пине, указанном на схеме, а номер пина совпадает с кодом.
9. Длинная ножка светодиода идёт через резистор к пину, короткая — к GND; цвета резистора верные (при необходимости проверь в утилите цветового кода резисторов).
10. Монитор порта открыт, его скорость совпадает со значением Serial.begin в коде (на этом уроке 9600), и числа бегут.

Как получить от ученика чёткое фото схемы

• Снимать строго сверху: телефон держится параллельно столу. На фото сбоку ряды макетной платы наезжают друг на друга, и не понять, в каком отверстии провод.
• Вспышку выключить, лампу поставить сбоку: вспышка оставляет белый блик на глянцевом пластике макетной платы — ровно там, куда нужно смотреть.
• Подойти ближе вместо зума: цифровой зум размывает картинку. Достаточно поднести телефон ближе и коснуться экрана для фокусировки.
• Подписи в кадре: подписи пинов Arduino и номера рядов макетной платы должны попасть в кадр. Если провода закрывают подпись, ученик аккуратно отводит их в сторону.
• Осторожно со сжатием: если мессенджер уменьшает фото, ученик отправляет его как файл или документ.
• Код текстом, а не фото: вместо снимка экрана попроси скопировать код и вставить его в сообщение; ты компилируешь его в своей Arduino IDE и отвечаешь с номером строки.

Место симулятора и приложения в онлайн-уроке

Симулятор дополняет онлайн-урок, а не заменяет его. Если наборы ещё едут по почте, первый урок можно провести в браузере, новую схему — сначала опробовать на своём экране, а потом показать ученику, а ученику без платы — дать домашнее задание. Установка, детали и ограничения Tinkercad подробно описаны в руководстве Симулятор Arduino в Tinkercad; здесь скажем только одно: в симуляции не бывает болтающихся проводов, перевёрнутых светодиодов и неправильных портов, а именно они и составляют большинство ошибок на онлайн-уроке. Поэтому, пока у ученика есть набор, основная работа идёт на настоящей макетной плате. А приложение помогает на уроке и между уроками вот где:

• Схема: ученик касается схемы, чтобы её увеличить, и приближает провод за проводом. Кнопкой Сохранить в галерею схема сохраняется на телефон; смотреть на неё в галерее при открытом видеозвонке проще, чем переключаться между приложениями.
• Копировать ссылку: эта кнопка рядом с исходным кодом копирует ссылку, по которой код можно открыть на компьютере. Ученик вставляет ссылку в чат звонка или отправляет себе, открывает её на компьютере и переносит код в Arduino IDE. Ссылка не постоянная и быстро перестаёт действовать, поэтому домашнее задание давай по названию проекта, а не ссылкой.
• Разбор кода: краткое описание «Что делает этот код?», пошаговое объяснение и задание Твоя очередь — готовое домашнее задание между уроками. Например, после урока про ночник: пройти «Разбор кода» в проекте Измерение освещённости с LDR, выполнить задание «Твоя очередь», где нужно снимать 10 показаний в секунду, и показать результат через демонстрацию экрана на следующем уроке.
• Собираем вместе: если урок пропущен или ученику хочется повторить проект без помощи, этот пошаговый режим проведёт по всем шагам — от подготовки деталей до проверки.
• Форум: ученик, у которого что-то не получается между уроками, открывает тему в категории Вопрос, прикладывает фото схемы и код через Добавить код, а когда всё исправлено, закрывает тему кнопкой Отметить решённым. В ответе можно попросить то же «правило трёх фото». Как написать хороший вопрос, рассказано в статье Как задавать вопросы об Arduino на форуме.

Групповые онлайн-уроки: как вести от 4 до 8 учеников

На индивидуальном уроке всё происходит между тобой и учеником; в группе из 4–8 человек главная проблема в том, что трое одновременно говорят «а у меня не горит». В видеозвонке наложение голосов означает, что никто никого не слышит. Поэтому правила задаются в первую же минуту и остаются одинаковыми на каждом уроке: верхняя камера у всех включена, микрофон включается только на время реплики, а просьбы о помощи приходят письменно, а не голосом.

• Очередь: ученик, у которого что-то не получается, пишет в чат только своё имя и этап («Макс — нет порта»). Ты идёшь по списку сверху вниз, в основном зале — не больше 2 минут на ученика. Всё, что требует больше времени, переносится в сессионный зал.
• Сессионные залы: раздели группу на залы по 2–3 человека. В каждом зале один ученик собирает схему, а другой смотрит на его верхнюю камеру и сверяет со схемой, потом роли меняются. Ты по очереди заходишь в залы на 3–4 минуты.
• Демонстрация экрана по очереди: на каждом этапе один ученик показывает свой экран, а остальные сравнивают его со своими. Составь очерёдность до урока, чтобы за семестр роль «ведущего» несколько раз досталась каждому и тихих учеников тоже было видно.
• Общий сигнал готовности: закончив этап, ученик пишет в чат «готово». Когда «готово» написала половина группы, ты объявляешь следующий этап; отстающие продолжают с тобой в сессионном зале.
• Для тех, кто справился быстрее: держи наготове небольшое дополнительное задание, например «Твоя очередь» из «Разбора кода» или изменение порога; так ожидание не превращается в скуку и не тормозит очередь.

Конкретный пример: допустим, ты ведёшь урок про ночник с онлайн-группой из 6 учеников, и урок длится 60 минут. Первые 10 минут все в основном зале: проверка связи и подсчёт деталей. Потом ты открываешь 3 сессионных зала; в каждом двое учеников 15 минут собирают схему с LDR и проверяют схемы друг друга по верхней камере. После возвращения в основной зал один ученик показывает свой монитор порта, и каждый пишет в чат свои значения на свету и в темноте; 6 разных комнат дают 6 разных чисел, и становится само собой понятно, почему порог выбирают для каждого отдельно. Светодиод добавляют снова в сессионных залах, а за последние 10 минут каждый зал один раз показывает работающую схему.

Как пакеты для педагогов работают на онлайн-курсе

То, что ученики живут в разных городах, не мешает работать с проектами Premium на онлайн-курсе. Пакеты для педагогов BlueGrays (Профиль › Пакеты для педагогов) дают коды Premium в пакетах по 5 или 10 штук, на месяц или на год, а раздавать их по одному можно с экрана Мои коды. В сообщении при отправке есть и код, и ссылка; когда ученик нажимает на ссылку, в приложении открывается экран Активировать код с уже заполненным кодом, и остаётся только нажать кнопку Активировать. Ученику не нужно привязывать карту к аккаунту Apple или Google: оплата проходит один раз с твоего аккаунта, и ничего не продлевается автоматически. В «Моих кодах» видно, кто какой код активировал, поэтому заранее предупреди учеников, что при активации кода тебе будут видны их имя, имя пользователя, email и фото профиля. Подробнее о пакетах — в статье Коды Premium для класса, а шаги для ученика — в статье Как активировать код педагога.

8 частых проблем онлайн-уроков и их решения

Суть онлайн-урока Arduino в том, что ученик использует свои руки и глаза вместо твоих: ты говоришь, куда смотреть, а он смотрит и показывает. Через несколько уроков у ученика вырабатывается привычка даже лучше, чем в классе, потому что он учится находить ошибки самостоятельно. Если хочется начать следующий онлайн-урок с проектов Измерение освещённости с LDR и Ночник на LDR, оба есть в приложении BlueGrays бесплатно — со схемой, кодом и разделом «Разбор кода», и ссылку можно отправить ученику уже сегодня.