Platforma Arduino iz perspektive učitelja

antonio_svedruzic

Antonio Svedružić

Sažetak

U suvremenom obrazovanju sve je više računalnih alata i platformi za učenje i pomoć u učenju. Međutim, omogućuje li računalna tehnologija optimalno postizanje očekivanih ishoda učenja. Zbog toga je važno vrednovanje računalnih resursa u obrazovanju ponajprije od obrazovnih praktičara. Smatra se da je vrijednost obrazovnog računalnog alata ispunjena ako omogućuje konstruktivističko, samoregulirano, kontekstualno i suradničko učenje, a njeno tehničko oblikovanje podupire navedene oblike učenja. U tom kontekstu u radu se prikazuju didaktičke i tehnološke mogućnosti platforme Arduino za učenje programiranja i korištenja mikrokontrolera iz perspektive učitelja i nastavnika.

Ključne riječi: Arduino, didaktička vrijednosti, tehnička vrijednosti, vrednovanje.

1. Uvod

Vrednovanje računalnih alata koji pomažu učenju općenito se dijele na didaktičke i tehnološke elemente (Matijević i Topolovčan, 2017). U didaktičkom smislu obrazovni alat mora omogućiti konstruktivističko, samoregulirano, kontekstualno i suradničko učenje. Ako računalni alat omogućuje aktivno učenje koje kod učenika potiče interaktivno istraživanje, rješavanje problema, kreiranje nove vrijednosti ili suradničku konstrukciju znanja smatra se da podržava konstruktivističko učenje. Njegovu didaktičku vrijednost dodatno uvećava mogućnost individualizacije rada i samostalnog učenje uz odgovarajuću podršku virtualnog vođenja. Korisno je da računalni alat osigurava poveznicu s realnim okruženjem te da sadržaje prikazuje u stvarnom životnom kontekstu. Konačno, didaktički potencijal računalnog alata je veći ako omogućuju suradničko učenje kroz online aktivnosti u smislu dijeljenja sadržaja i suradnje s korisnicima. Podrška didaktičkim elementima učenja putem računalnog alata su njegova tehnološka obilježja kao što su: interaktivnost, intuitivno oblikovanje, mrežno funkcioniranje, jednostavno upravljanje i nadograđivanje. U tom svjetlu korisno je saznati koje su didaktičke i tehnološke vrijednosti Arduino platforme.

2. O platformi Arduino

Arduino je platforma za učenje programiranja i korištenja mikrokontrolera (Zenzerović, 2016). Osmišljena je kao „open-source“ platforma sa slobodnom razmjenom hardverskih i softverskih komponenti te programskog kôda. Uz mogućnost nadogradnje s modulima, senzorima i tzv. “shields-ovima“ može obavljati različite funkcije te postaje dostupna eksperimentalna oprema za mjerenje. No njena najveća dobrobit platforme je integracija tehničkih i prirodnih znanosti u jedinstvenu cjelinu danas objedinjeni pod pojmom STEM. Rad s platformom zahtjeva međupredmetnu integraciju koja uključuje znanja iz raznih znanstvenih disciplina od elektrotehnike, programiranja do matematike i fizike. Osnova Arduina je mikrokontroler i sklopovlje za komunikaciju dok se programiranje se izvodi pomoću uređivača u koji se unose C/C++ programski kôdovi koji dolaze uz okruženje s mogućnosti modifikacije. Nakon što se upoznaju osnovni principi programiranja uz dostupnost gotovih biblioteka na mreži rad s platformom postaje jednostavan što omogućuje velikom broju učenika rad s platformom. U literaturi postoji značajan broj stručnih radova koji opisuju primjenu platforme Arduino, međutim malo ih je koji evaluiraju njen obrazovni kapacitet. Stoga su ispitani učitelji i nastavnici koji imaju iskustva u radu s platformom o njenim didaktičkim i tehničkim mogućnostima. Vrednovanje je provedeno intervjuom sa STEM učiteljima i nastavnicima prema smjernicama procjene obrazovnog softvera iz literature (Matijević i Topolovčan, 2017).

3. Didaktička vrijednost platforme Arduino

S obzirom na konstruktivistički cilj učenja učitelji ukazuju da platforma Arduino potiče aktivno učenje što smatraju iznimno važnim korakom prema samostalnom učenju. Uz to, dodaju da u aktivnom istraživanju primjenjuju znanja u realnom okruženju čime se ostvaruje dobrobit značenja onoga što se istražuje i uči. Ukazuju na mogućnost istraživanja kroz eksperiment sa svim istraživačkim elementima od opažanja, razumijevanja kako se pojava zbiva i pronalaženja povezanosti između pojava i varijabli. Ukazuju na mogućnost rješavanja problema uz uvjet, poznavanje činjenica o pojavi koja se istražuje i temeljna znanja iz većine STEM disciplina. Što se tiče izrade i dizajna novih materijala ukazuju da je platforma dizajnirana s ciljem modifikacije, poboljšanja postojećih rješenja i realizacije novih ideja. Ipak, smatraju da je za kreiranje autentičnih projekata nužno veće iskustvo u radu s platformom.

U pogledu samostalnog upravljanja učenjem učitelji smatraju da platforma omogućuje individualizaciju rada tako što učenik samostalno odabire njemu interesantne projekte, prilagođava ih svojem predznanju, težini i mogućnosti primjene. Time aktivno upravlja i organizira vlastito učenje kao preduvjet za kvalitetno buduće samoučenje. Međutim, smatraju da je učenje bez vođenja teško ako ne postoji neki oblik podrške bilo informacijama na mreži ili podrškom učitelja. Što se tiče sadržaja i načina istraživanja učitelji ukazuju na bezbrojne mogućnosti odabira sadržaj u bazi projekata na mreži diferenciranih prema temi i složenosti projekta. Tako učenici imaju slobodu u odabiru sadržaja i njihove složenosti. Međutim, u radu s platformom nije moguće preskakanje radnji, kao u edukacijskim softverima, budući da sve radnje čine jedinstvenu cjelinu od konstrukcije i uparivanja npr. senzora i mikrokontrolera do unosa programskog kôda, mjerenja i vrednovanja dobivenih podataka.

Nadalje, učitelji smatraju da platforma ima veliki potencijal kad je u pitanju mogućnost kontekstualnog učenja odnosno povezivanje sa stvarnim situacijama i simuliranje realnih problema u radu s platformom. Potkrepljuju to činjenicom da su kreatori platforme na čelu sa suosnivačem Massimom Banzi zamislili platformu kao jednostavan i pristupačan alat za povezivanje STEM sadržaja sa stvarnim životnim kontekstom. Smatraju da rješavanje problema u stvarnom okruženju motivira učenike pružajući im uvid u rad uređaja koji će imati stvarnu funkciju u realnim životnim okolnostima. Dodaju da tehničke mogućnosti platforme omogućavaju zoran prikaz dobivenih rezultata mjerenja što je osigurano jednostavnim konvertiranjem podataka u druge audio i vizualne aplikacije.

Suvremene metode učenja promiču aktivnosti i komunikaciju manjih skupina učenika kroz interdisciplinarni kontekst. U pogledu suradničkog učenja učitelji smatraju da je platforma upravo osmišljena kako bi afirmirala slobodan pristup sadržajima i aktivnostima, a time i suradnju u učenju. Ističu da je platforma otvorenog tipa čime se potiče dijeljenje podataka o platformi, softverskih komponenti i programskog kôda. Štoviše, otvaranjem korisničkog računa na službenoj internetskoj stranici Arduina projekte je moguće dijeliti sa zajednicom. U to se uključuje još jedan oblik suradničkog učenja kroz rasprave na forumima. Učitelji ukazuju na korisnost tog tipa suradnje kojim se ukazuje na probleme u radu s platformom i moguće modifikacije projekata što budućim korisnicima značajno olakšavaju rad s platformom. O mogućnosti timskog rada učitelji smatraju da je suradnja moguća kroz interdisciplinarne projekte što učenicima pruža razmjenu znanja i iskustva. Pritom predlažu unaprijed formiranje funkcionalnih grupa i pripremu za timski rad kako bi svi učenici bili jednako uključeni u aktivnost. Ukazuju da suradnja pomaže u aktiviranju i motiviranju učenika za rad. Alternativa za rad u timu je suradnja kroz forume i druge oblike online komunikacije.

4. Tehnička vrijednost platforme Arduino

Preduvjet za ostvarivanje didaktičke vrijednosti platforme Arduino određuju njena tehnička (hardverska) obilježja. Neke od preporuke za tehničko oblikovanje su: interaktivnost, jednostavnost upravljanja, dizajn i organizacija programskog sučelja, dostupnost priručnika s uputama, mrežno funkcioniranje, instalacija na razne operativne sustave i uređaje, mogućnost dizajniranja vlastitih sadržaja i nadogradnje programskog sučelja, veliki broj primjera na mreži, niska cijena i jednostavnost nabave. U pogledu tehničke vrijednost platforme intervjuirani učitelji su ukazali na mnoge aspekte tehničkog oblikovanja platforme od kojih izdvajamo samo najzanimljivije. Tako učitelji ukazuju da je programsko sučelje moguće nadograditi za različite mikroupravljače čime je olakšana njihova upotreba i potreba za instalacijom kompajlera i softwarea za programiranje mikroupravljača. Isto tako, ukazuju na slabu procesnu moć Arduina u usporedbi s računalom, ali više mogućnosti u pogledu spajanja senzora kao i podrške periferije (npr. sabirnicu I2C, A/D converter). Što se tiče mrežnog funkcioniranja pokazuju da neke verzije platforme nemaju integrirani mrežni hardver što je potrebno nadomjestiti spajanjem WiFi-a, Ethernet-a ili GSM-gprs modula. U pogledu jednostavnosti rukovanja s platformom smatraju da nije jednostavno za početnike jer treba poznavati programski jezik premda postoje gotove funkcije i biblioteke koje ipak olakšavaju rad. IDE programsko sučelje je primjereno oblikovano premda se i dalje razvija. Na pitanje o primjerima za učenje i bazi projekata na mreži učitelji ukazuju na podršku Arduino Project Huba na kojoj su projekti razvrstani prema kategorijama (projekti s LE diode, svjetlosti, zvukom, razni gadgeti i igre) što predstavlja pomoću u učenju. Na kraju ističu nisku cijenu platforme i njenu dostupnost na tržištu.

Zaključak

U radu su ukratko prikazana iskustva učitelja i nastavnika u radu s platformom Arduino. Kriteriji za evaluaciju računalnog programa bila je njegova didaktička i tehnološka vrijednost. Oba vrednovana elementa pokazuju pozitivnu procjenjuju didaktičkih i tehnoloških vrijednosti platforme. Ukratko, platforma omogućuje:

a) konstruktivističko učenje jer učenik uči aktivno u realnom okruženju uz mogućnost dorade postojećih rješenja,
b) kontekstualno učenje na što ukazuju projekti povezani sa svakodnevnim životom koji pozitivno utječu na motivaciju i interes,
c) suradničko učenje jer se podaci o platformi, programski kôda i softverske komponente mogu dijeliti raznim komunikacijskim kanala što potiče suradnju,
d) samoregulirano učenje što podržava velika baza dostupnih projekata diferenciranih sadržajno i težinski.

Tehničko oblikovanje platforme Arduino smatraju učitelji izvrsno omogućuje ispunjavanje opisanih didaktičkih kriterije učenja. Platforma je kompatibilna s većinom mikroupravljača, posjeduje podršku periferije za spajanje senzora i jednostavno sučelje, upravljiva je na daljinu, posjeduje gotove funkcije, biblioteke i baze projekata, jednostavna je za upravljanje i niske je cijene. Prikazane didaktičke i tehnološke vrijednosti platforme mogu biti korisne informacije ostalim korisnicima u realizaciji projekata s Arduinom.

5. Literatura

  1. Matijević, M., Topolovčan, T. (2017). Multimedijska didaktika. Zagreb: Školska knjiga.
  2. Zenzerović, P. (2016). Arduino kroz jednostavne primjere. Zagreb: Hrvatska zajednica tehničke kulture.

[1] Antonio Svedružić je magistar odgojnih znanosti, profesor fizike, učitelj savjetnik, i doktorand na Učiteljskom fakultetu u Zagrebu. Znanstveni interes vezan mu je uz cjeloživotno obrazovanje i obrazovne znanosti, a stručni uz popularizaciju znanosti. Objavio je više od trideset znanstvenih i stručnih radova u časopisima i drugim publikacijama.