Междисциплинарное обучение с помощью инструментов мира Интернета вещей

Интернет вещей – это то, что окружает нас каждый день. Если всего 15 лет назад об этом мало кто мог подумать, то сегодня множество вещей, что нас окружают, объединенных напрямую или опосредованно через интернет – и есть интернет вещей или по-другому – Internet of Things (IoT).

Какая же вещь была первой подключена к интернету? Одни источники гласят, что первым устройством в 1982 году стал автомат по продаже кока-колы в Университете Карнеги-Меллона. Другие – что первым стал тостер, представленный в 1990 году: его можно было включать и выключать через интернет.

Кевин Эштон (р. 1968)

Понятие «интернет вещей» сформулировал в 1999 году британский инженер Кевин Эштон, знаменитый своим вкладом в стандартизацию технологии радиочастотной идентификации объектов (RFID) и ее использование для цепи поставок производственных товаров. Интернет вещей, по Эштону – это множество устройств, связанных в единую сеть при помощи интернета и способных взаимодействовать друг с другом, при том, что в их взаимодействии не обязательно должен участвовать человек. Спустя 9 лет, в 2008 году устройств к интернету оказалось подключено больше, чем людей – в этом году «интернет людей» стал «интернетом вещей». Уже к 2014 году к сети было подключено более 12 миллиардов (!) устройств, а к 2020 году их стало более 55 миллиардов.

В качестве примера устройств мира IoT могут выступать «умные» телевизоры с подключением к интернету, различные бытовые счетчики (например, воды или электроэнергии) с дистанционной передачей показаний, компьютер «умного» дома, который способен не только дистанционно управлять приборами в доме, но и оповещать хозяев о его состоянии или внештатных ситуациях. Устройствами IoT также могут быть и различные «гаджеты» – смартфоны, планшеты и умные часы.

Интернет вещей – это молодая, динамично развивающаяся отрасль, которая всего лишь за 20 лет стала одной из самых значимых в нашей жизни. Развитие технологий ведет к тому, что в каждом устройстве рядом с нами в том или ином виде будут присутствовать инструменты взаимодействия из мира интернета вещей.

Такое бурное развитие отрасли не осталось без внимания преподавательского сообщества. Сейчас многие высшие школы, а иногда даже средние, внедряют образовательные дисциплины или отдельные уроки, так или иначе связанные с интернетом вещей.

Почему так важно изучать интернет вещей?

• Это та реальность, в которой мы сейчас живем: с каждым годом устройств из мира интернета вещей становится все больше и больше, а привычные нам – модифицируются для того, чтобы взаимодействовать с другими вещами и человеком;
• Интернет вещей охватывает множество областей человеческой жизни, таких, как транспорт, промышленность, «умный дом» (домашняя автоматизация) и многое другое, и в каждой из этих областей обучающийся сможет применить полученные навыки в будущем;
• Обучение позволяет «погрузиться» в мир тех вещей, которыми мы пользуемся каждый день;
• Обучение позволяет создавать и организовывать элементы интернета вещей у себя дома, что открывает возможности для самостоятельного преобразования и создания как новых устройств, так и программ к уже имеющимся.

Сейчас в сети можно найти множество инструкций и обучающих роликов о принципах организации устройств и систем интернета вещей. Доступны для приобретения и использования многие IoT-устройства (чайники, часы, различные датчики, погодные станции), а также программное и аппаратное обеспечение для систем связи – облачные хранилища для сбора и обработки данных (брокеры) и другие элементы. Как следствие – появляются продукты и методики обучения, специально ориентированные на изучение в рамках средней, а иногда и начальной школы.

Основная дисциплина при обучении IoT – это информатика. В рамках этого предмета чаще всего происходит знакомство с организацией доступа к сети и работой с программным обеспечением.

Бояться программирования в начальной школе не стоит. Достаточно давно существуют продукты, позволяющие писать, а точнее – «конструировать» программы в графическом режиме, по принципу «визуального программирования», которая обеспечивает низкий порог вхождения в дисциплину: программирование происходит посредством «drag and drop», то есть перетаскивания и объединения элементов с понятной визуализацией на экране.

Пример такого продукта — Robbo Scratch от АО «Роббо». Он позволяет в достаточно простой интерактивной форме программировать устройства IoT — например, детский робототехнический конструктор Robbo EDK, и попутно изучать новые дисциплины.

Несмотря на принцип визуального отображения элементов кода, общая концепция построения программы сохраняется, и знакомый с ней ребенок может довольно быстро перейти к общепринятому текстовому программированию.

Кроме того, в среде Robbo Scratch можно не только программировать устройства IoT, но и писать программы, не связанные с ними.

Помимо программирования, изучение интернета вещей включает в себя и изучение различных электронных устройств, которые собирают, обрабатывают, передают данные в сеть интернет и принимают их оттуда.

Одним из примеров таких устройств, специально разработанных для взаимодействия с миром интернета вещей, можно назвать Robbo EDK – небольшую по размеру платформу, простую в использовании и совместимую с различными датчиками и устройствами, имеющую ряд элементов, обеспечивающих беспроводную связь для успешной интеграции с интернетом вещей.

Previous Next

В качестве подключаемых датчиков могут выступать:

• Датчики температуры/влажности;
• Датчики освещенности;
• Газоанализаторы (в том числе и опасных газов);
• Энкодеры (датчики положения и угловой скорости двигающегося устройства);
• Высокоточные барометры и др.

Здесь может возникнуть вопрос: чем занятия с устройствами интернета вещей отличаются от занятий с Arduino-устройствами – широко известными среди любителей робототехники миниатюрными платами с процессором, которые позволяют собрать множество разных устройств своими руками. Чем лучше IoT-устройства?

• Обмен данными в IoT происходит с использованием средств взаимодействия с интернетом;
• Проводить занятия можно «без проводов», что расширяет возможности для экспериментов, – например, таких, как измерение высоты здания при помощи барометра;
• Можно построить программы так, чтобы для взаимодействия устройств не требовалось участие человека.

Круг школьных дисциплин, в программу которых уместно включить обучение интернету вещей, достаточно широк: это физика, естествознание, математика, биология, информатика, химия.

В ходе изучения технологий интернета вещей дети также могут научиться:

• Взаимодействию с современными устройствами;
• Пониманию принципов взаимодействия устройств друг с другом и с человеком;
• Созданию своих собственных программ, в том числе реализующих взаимодействие между устройствами;
• Работе над междисциплинарными проектами.

Понятие интернета вещей объединяет множество различных технологий, как программных, так и аппаратных. Это молодая и бурно развивающаяся отрасль современной науки и техники. Работа над построением систем интернета вещей потребует от школьников знаний из области физики, математики, биологии, естествознания, информатики, и таким образом даст ребятам навыки реализации междисциплинарных проектов. Низкий порог вхождения, а также применение современных технологий и программных продуктов, таких как среды разработки с «визуальным программированием», позволяет обучать детей уже в средней и начальной школах.

Г. Васильянов

Запись трансляции

Материал создан в рамках проекта POETA. Проект поддержан Программой приграничного сотрудничества «Россия – Юго-Восточная Финляндия 2014-2020» с совместным финансированием со стороны Евросоюза, России и Финляндии (KS1950, POETA, 2020-2022 гг.)