Z okazji dnia dziecka postanowiłem napisać artykuł o tym jak można zainteresować dzieci elektroniką i programowaniem. Niestety miałem pewną obsuwę i publikuję dopiero dzisiaj. W tekście opiszę zarówno produkty kierowane do przedszkolaków i uczniów podstawówki, jak i dla starszych – gimnazjalistów czy licealistów. Tematy takie jak elektronika i programowanie uchodzą za trudne. Poza tym szkoła wyrabia przeświadczenie, że nauka czegokolwiek polega tylko na siedzeniu nad książkami, wkuwaniu wzorów i zdawaniu klasówek. Okazuje się, że wcale tak być nie musi. Poznawanie elektroniki może być świetną zabawą. Nie tylko dla dziecka, ale także dla rodzica.

Zabawki dla najmłodszych

Istnieją zabawki edukacyjne skierowane do dzieci mających 3 lata, a nawet młodszych. Przykładami mogą być projekty z Kickstartera:

• Cubetto
• KUMIITA

Są to roboty sterowane za pomocą prostych komend wydawanych przez umieszczanie klocków na panelu sterującym lub tekturowych znaczników umieszczanych na podłodze.  Inną ciekawą zabawką są Ozoboty, czyli roboty mogące poruszać się po torach narysowanych kredkami na kartce.

Projekty tego typu są bardzo ciekawe i na pewno uczą najmłodszych podstawowych koncepcji programistycznych, a przy okazji zapewniają inteligentną rozrywkę. Jednak chciał bym poruszyć tutaj pewną ważną kwestię. W ostatnim czasie popularne staje się stwierdzenie, że programowanie i elektronika to technologie przyszłości i w związku z tym trzeba wprowadzać w nie dzieci już od najmłodszych lat. Jeśli zaniedbamy na samym początku ich edukację w tym kierunku, to później już nie nadrobią strat. Moim zdaniem drugie zdanie nie jest prawdziwe – jeżeli ktoś nie programował robotów za pomocą klocków w wieku 3 lat, tylko zaczął w wieku 8, 12 czy nawet 20 lat dalej może być bardzo dobrym programistą! Takie zabawki mają tylko wzbudzić zainteresowanie tematem. Najważniejsza i tak będzie praca włożona później.

Zabawki tego typu są dosyć drogie, a dzieci szybko z nich wyrastają. Jeżeli chcemy zainwestować w coś, co będzie służyło przez lata, lepiej poczekać i kupić Lego Mindstorms, o którym w piszę w kolejnym rozdziale.

Lego Mindstorms

Lego mindstorms to zestaw klocków, który oprócz standardowych elementów zawiera również silniki i sensory takie jak czujnik odległości, dźwięku, czy koloru. Istnieje ogromna baza instrukcji budowy z nich różnego rodzaju pojazdów zwierząt, czy humanoidów. Po zbudowaniu konstrukcji z klocków, można ją następnie zaprogramować. Podstawowe środowisko IDE umożliwia programowanie za pomocą przesuwanych po ekranie bloczków i strzałek. Twórcą tego IDE jest firma National Instruments znana dzięki programowi LabView służącemu do zbierania danych, kontrolowania i wizualizacji procesów przemysłowych.

Cena zestawu może odstraszać, bo wynosi około 1500 zł, jednak jest to inwestycja na lata. Mimo, że zestaw jest skierowany głównie do dzieci chodzących do szkoły podstawowej, mogą z niego korzystać jeszcze w liceum, lub nawet na studiach. Sam miałem na studiach laborki z wykorzystaniem Lego Mindstorms, a na turniejach robotów wielu licealistów prezentuje swoje konstrukcje, co można zobaczyć w relacji z Trójmiejskiego Turnieju Robotów.

Dziecko może zacząć od budowania na podstawie instrukcji i poznawania podstaw programowania próbując wprawić w ruch swoje pojazdy, zwierzęta, czy roboty. Kiedy podrośnie, będzie mogło uczyć się programowania Mindstorms używając jednego z popularnych języków, jak C++, czy Java. Zestaw można rozszerzać o dodatkowe części takie jak np. akcelerometr, żyroskop, dodatkowe silniki.

Popularne są również warsztaty dla dzieci, z wykorzystaniem Lego Mindstorms. W programie takich zajęć najczęściej jest budowanie robotów z instrukcji i wspólne programowanie. Następnie jest czas na zabawę gotowymi konstrukcjami. Często wprowadzany jest również element rywalizacji np. wyścigi czy zawody sumo. Sam kiedyś prowadziłem podobne zajęcia. Najczęściej mają one formę tygodniowych warsztatów i jest to wydatek około 500 zł. Czy się opłaca? Moim zdaniem lepiej kupić zestaw, aby dziecko mogło bawić się nim w domu. Jednak warsztaty również mają swoje zalety – dziecko spędza czas z rówieśnikami, rodzic może w międzyczasie pójść do pracy, prowadzący zajęcia pomogą w razie problemów przy budowie, czy programowaniu, po takich warsztatach można otrzymać dużą bazę instrukcji do zbudowania w domu. Bardzo fajną inicjatywą jest kupowanie zestawów Lego Mindstorms przez szkoły i robienie z ich wykorzystaniem zajęć pozalekcyjnych.

Arduino

Kolejnym etapem wtajemniczenia są zestawy do nauki elektroniki i programowania takie jak Arduino. Jest to zestaw ewaluacyjny oparty o popularny wśród hobbystów mikrokontroler Atmega (istnieją już wersje Adruino z szybszymi procesorami). Można go programować jak zwykły procesor, albo użyć specjalnie stworzonego języka Arduino opartego na C++. Największą zaletą Arduino jest jego rozszerzalność. Istnieje ogromna liczba modułów dodatkowych od sterowników silników, poprzez moduły WiFi czy Bluetooth do automatycznych wyłączników światła w pokoju. Poza tym w internecie można znaleźć dużo gotowych projektów i udostępnionego kodu programów.

Zestaw Arduino jest dobrym prezentem dla dziecka w wieku gimnazjalnym. Wtedy będzie w stanie nauczyć się języka programowania, a także zrozumie podstawy elektroniki potrzebne przy podłączaniu modułów. Przy okazji jest to świetna możliwość pokazania praktycznego zastosowania wiedzy z lekcji fizyki.

Arduino jest zdecydowanie tańsze niż opisywany wcześniej zestaw Lego. Jednak żeby zrobić bardziej zaawansowane projekty trzeba dokupić dodatkowe moduły i w sumie cena może wyjść całkiem spora.

Tworzenie projektów na Arduino wymaga już większej samodzielności. Napotkane problemy nieraz trzeba rozwiązywać szukając odpowiedzi w internecie. Dużo częściej można popełnić błędy powodujące błędne działanie układu lub brak działania. Możliwe jest również uszkodzenie zestawu. Z tych względów programowanie Arduino może być trudne, ale zdolny gimnazjalista, czy licealista jest w stanie sobie z tym poradzić. Sam zacząłem interesować się elektroniką dopiero na studiach i żałowałem, że nie dowiedziałem się o tym wcześniej.

Programowanie Arduino może już być wprowadzeniem do tworzenia własnych układów elektronicznych oraz do poznania innych zestawów ewaluacyjnych np. na procesory STM32 albo komputerów jednopłytkowych takich jak Raspberry Pi.

Podsumowanie

Moim zdaniem dobry wiek, kiedy można zacząć zachęcać dziecko do poznawania elektroniki i programowania to 6-8 lat. Oczywiście można zacząć wcześniej, ale jeśli tego nie zrobimy to nic złego się nie stanie. Na początku jest to głównie nauka przez zabawę i w tym celu mogę polecić Lego Mindstorms, które pozostaje również fajną opcją dla starszych dzieci. W gimnazjach i liceach powstają koła zainteresowań na których dzieci tworzą własne konstrukcje, które mogą później zaprezentować na turniejach robotów. Jednak w wieku gimnazjalnym, czy licealnym dziecko może już zainteresować się Arduino, albo ogólnie elektroniką. Jest to trudniejsze, ale daje dużo satysfakcji i umiejętności przydatne na studiach i w pracy. Poznanie elektroniki od strony praktycznej daje przekonanie, że nauka to także dobra zabawa. Jeśli wiemy do czego chcieli byśmy zastosować tą wiedzę, łatwiej później przebrnąć przez wkuwanie wzorów i ślęczenie nad książkami, których niestety nie da się uniknąć w trakcie edukacji.