Arduino és ESP32 beágyazott rendszer programozási innovációs műhely működtetése a Bottyánban – NTP-MTTD-20-0203
Bevezetés
Az MTTD projekt beérett. A 2018-es MTTD pályázat által finanszírozott szakkörön tűnt fel Goldschmindt Bence diákunk, aki már akkor kiemelten tehetségesnek látszott. Bence a szakmai érettségi megszerzése után a 13. évfolyamot is iskolánkban kezdte meg. A Szakma Sztár versenyen országos első helyezést ért el, ami vizsgafelmentést jelentett számára a Műszaki Informatika szakon. Nagyon büszkék vagyunk Bence teljesítményére. Örülök, hogy az MTTD-nek támogatólag része lehetett a sikerben.
Tehetséges tanulóink mentorálását, a tehetséggondozó szakkört és az ehhez szükséges anyagok, eszközök beszerzését, a Nemzeti Tehetség Programban meghirdetett „A matematikai, a természettudományos, a technikai, digitális, valamint a szakmatanuláshoz szükséges kompetenciák erősítése a köznevelési intézményekben” című kiírásra benyújtott Arduino és ESP32 beágyazott rendszer programozási innovációs műhely működtetése a Bottyánban által nyert összegből valósítottuk meg. A projekt, a hatvan órás tehetséggondozó programon kívül egy két napos szakmai kirándulást is tartalmazott volna, melynek során Győrben, a Széchenyi István Egyetem laborjait és az egyetem mellett található Mobilis Interaktív Kiállítási Központot látogattuk volna meg. A kirándulás alkalmával a tehetségígéretek motivációjának további elmélyítését tűztük ki célul. Felkérésre módosítottuk a tervet úgy, hogy az iskolai helyszínen vettek részt plusz szakmai előadásokon diákjaink.
- Az innovációs műhely programja
Az ESZC Bottyán János Szakgimnáziumban (volt TSZC Bottyán János Szakgimnáziuma, volt Bottyán János Műszaki Szakközépiskola és a volt Szent István Gimnázium) több évtizedes, tradicionális gyökerei vannak a műszaki oktatásnak. A specializálódás eredményeként évtizedeken át sok villamos szakember hagyta el ezen intézmény falait. Sokan közülük a műszaki felsőoktatásban folytatta tanulmányait. Célunk volt, hogy a tehetséggondozás kereti közt, a kiemelkedő, többet akaró diákok számára egy meredekebb fejlődési görbét rajzoljunk, miáltal a mérnöki oktatás számára felkészültebb, mélyebb tudású diákokat adhassunk át.
- 1. ábra – Akadály elkerülő robot autó
Kiemelt szempontnak tekintettük, hogy akik aktívabbak, szorgalmasabbak, érdeklődőbbek, eredményeikkel csapatmunkában részt véve motiválhassák kevésbé aktív társaikat is. A pályázat egy valódi, fontos és aktuális probléma megoldását célozza meg, fejleszti a kreativitást, jövőképet formál. A program érinti azokat a területeket, amelyek a korszerű ipar, vezérléstechnika, a járműgyártás ma megkövetel, így a tanulók a munkaerőpiacon értékesíthető plusz szakmai tudást szerezhettek általa.
Mindenkinek lehetőséget biztosítottunk villamos szerelésekre, műszerek előállítására, működő vezérlés létrehozására, programozásra, olyan elemzésekre, mérésekre, amelyeket a villamos ipari tananyag csak megalapozott, de nem tartalmaz kellő mélységben.
Lehetőségük nyílt az elmélet gyakorlatba ültetésére, ezáltal plasztikusabb élményanyagot kaptak, ami véleményünk szerint megerősíti bennük a szakma iránti érdeklődést. Projektünk elemei univerzálisan használható tudást nyújtanak nemcsak elektronikai, de informatikai területeken egyaránt.
A tananyag felépítésében elsődleges szempontnak tekintettük, hogy olyan témaköröket, területeket érintsünk, melyek elsajátítása során tovább sikerül fokozni a tanulók hardver- és programfejlesztés iránti érdeklődését. A projekt befejeztével reményeink szerint sikerül a tehetséges tanulókat tovább motiválni, a szakterületen tartani, illetve ösztönözni a felsőfokú tanulmányok megkezdését.
Bízunk benne, hogy sikerült fokozni a szakterületi motivációt. A projekt lezárása után a tanórákon is kamatoztatni tudják majd az itt megszerzett elméleti-, gyakorlati tudásukat. Hiszen megismerkedtek a környezeti jelenségek mérésével, a begyűjtött adatok feldolgozásával. Immáron képesek komplex adatstruktúrákat megvalósítani.
- 2. ábra Gyakorlati projektfeladat megvalósítása
A programban a főleg 10. (a COVID miatt elhúzódó szakkör miatt már 11.) évfolyamosok vettek részt. Később részt vettek a kurzuson végzős 12.-es diákok is. Főleg az informatika és elektronika iránt érdeklődő, eredményes, a jövőben ez irányban továbbtanulni szándékozók jelentkeztek. Mivel a létszám korlátozott, ezért orientációs beszélgetés és az érdeklődésük figyelembevételével született meg a tanulók kiválasztása. A kurzus elején a COVID miatt online módon történt a megvalósítás. A kontakt órákon a diákok 2-3 fős csoportokban dolgoztak, ennek során egyéni ötleteik is megvalósításra kerültek. Igény szerint természetesen tanári segítséggel. Programot nagyon nagy mértékben hátráltatta a rengeteg COVID hullám és a hirtelen meghozott korlátozások, hosszabbítások. Volt időszak, amikor az oktatásirányítás nem engedte a szakkörök megtartását, csak ha a távolságtartás garantálható lett volna.
- ábra Egy szakköri diákunk néhány munkája – TinkerCAD ARDUINO Online szimulátor szoftver – hardver és szoftver összeállítás és tesztelés
Az Arduino és a Raspberry Pi programozás tanításának egyik fontos eleme az algoritmizálási készség, az algoritmus készítésében való jártasság minél hatékonyabb fejlesztése. A programozás tanításában és tanulásában tapasztalt sikertelenségeket nem egy programozási nyelv ismerethiánya okozza.
- 2. ábra – Robotautó Javítás
Annál inkább a diákok fejletlen algoritmikus gondolkodása, az órák érdekességének hiánya és a tanulók érdeklődésének alacsony szintje. Fő motivációként jelenik meg, a tanulóknak való segítségnyújtás, az algoritmikus gondolkodás fejlődésének elősegítése, hogy a diákok szűkebb körben tanuljanak meg algoritmusokat készíteni, de mindezt, ne tanulásnak, hanem játéknak, kreatív tevékenységnek érzékeljék. Ebben nagy segítségünkre van az Arduino IDE fejlesztőkörnyezet, mely magyar nyelvű lokalizációt is tartalmaz. A másik nagy előny, hogy a tanulók azonnal ki tudják próbálni az általuk megírt programot az elkészített hardvereszközön, így a fejlesztés nem pusztán a kód beírásából áll. Ez a módszer véleményünk szerint nagymértékben fokozza a diákok motivációját. A program és a hardver teszteléséhez rendelkezésre állnak rendkívül innovatív szimulációs eszközök is. Ezekre egy jó példa az Autodesk cég által fejlesztett tinkercad.com weboldal, ahol virtuális hardver és szoftvertervezésre is lehetőség van. Ezt a projektünk elején a tanulók COVID alatti online oktatás idején sikeresen használtuk. Enélkül nem sikerült volna a szakkört megtartani.
- 4. ábra Virtuális fejlesztés (TinkerCAD)
- Szakmai kirándulás
Mivel a korábbi évben nagyon jól sikerült, a tehetséggondozási programban résztvevő tanulókkal 2020. május 20–21. között kétnapos tanulmányi kirándulást terveztünk megvalósítani. Ennek keretében Győrbe látogattunk volna el. Az első napra a Pannonhalmi Apátság, majd a Győri Mobilis Interaktív Kiállítási Központ meglátogatása szerepelt a terveinkben. Itt a tavalyi évhez hasonlóan gyakorlati foglalkozásokon vettünk volna részt, kémiai-, és fizikai kísérletek megfigyelésével.
A 2021-2022-es tanévben a tavaszi koronavírus járványhelyzet miatt a szakmai kirándulás programjának megvalósítását sajnos el kellett halasztanunk, végül megvalósítása nem látszott életszerűnek a COVID vészhelyzet és utazási tilalom és a diákok oltottságának hiánya miatt. Sajnos nem volt megvalósítható a kirándulás.
A forrásokat eszközök beszerzésére csoportosítottuk át, de a chiphiány miatt sajnos 2023. közepi határidőre vállalták a cégek a tervezett beszerzést. Az ismételten áttervezett költségvetés DKÜ és egyéb adminisztrációs problémák miatt nehézségekbe ütközött.
- június 30. Gozner Zoltán
foglalkozásvezető
Dobrai Tibor
Önkéntes Segítő