Методическое исследование: Организация практической работы по дисциплине «Микропроцессорные системы» для студентов с моторными нарушениями

Методическое исследование: Организация практической работы по дисциплине «Микропроцессорные системы» для студентов с моторными нарушениями

Аннотация: В статье рассматриваются проблемы и методические подходы к организации практической подготовки студентов с нарушениями моторных функций (ДЦП, последствия травм, нервно-мышечные заболевания) в рамках технической дисциплины «Микропроцессорные системы». Обосновывается необходимость создания специализированной безбарьерной образовательной среды, сочетающей адаптацию оборудования, специализированное программное обеспечение и индивидуализацию заданий. Предлагается модель построения практических работ, основанная на принципах универсального дизайна обучения.

Ключевые слова: инклюзивное образование, моторные нарушения, микропроцессорные системы, практическая работа, адаптивные технологии, универсальный дизайн обучения, Arduino, симуляторы.

Введение

Дисциплина «Микропроцессорные системы» является краеугольным камнем в подготовке инженеров-электронщиков, программистов и IT-специалистов. Её специфика подразумевает активную деятельность, связанную с ручным трудом: сборку схем, подключение датчиков, работа с паяльником, макетными платами и мелкими радиоэлементами. Для студентов с моторными нарушениями (например, с тремором, спастикой, ограниченной амплитудой движений, низкой силой в кистях) эти задачи зачастую становятся непреодолимым барьером.

Цель данного методического исследования – разработать и систематизировать подходы к организации практических работ, которые позволят таким студентам в полной мере освоить профессиональные компетенции, перенеся акцент с физического манипулирования на проектирование, алгоритмизацию, отладку и анализ работы микропроцессорных систем.

1. Анализ барьеров и принципы организации доступной практики

Прежде чем проектировать практикум, необходимо выявить ключевые барьеры:

Физический доступ к оборудованию: Невозможность удерживать паяльник, манипулировать мелкими деталями, соединять провода, удерживать программатор.

Точность движений: Тремор делает опасной пайку и работу с компонентами поверхностного монтажа (SMD).

Скорость работы: Выполнение задания в общем темпе группы может быть невозможно.

Быстрое утомление: Спастика или мышечная слабость требуют частых перерывов.

Основополагающие принципы для преодоления барьеров:

·                     Принцип универсального дизайна: Создание практических заданий, изначально пригодных для использования всеми студентами без необходимости последующей адаптации.

·                     Принцип «равной результативности»: Разные пути (например, реальная сборка vs. симуляция) должны вести к освоению одних и тех же компетенций.

·                     Принцип индивидуализации: Задания и инструменты подбираются под конкретные возможности студента.

·                     Принцип технологической компенсации: Активное использование специализированного аппаратного и программного обеспечения.

2. Модель организации практической работы: три уровня доступа

Предлагается трехуровневая модель, позволяющая студенту работать на том уровне, который соответствует его возможностям, с перспективой развития.

Уровень 1: Полностью виртуальный (Симуляция)

На этом уровне физический контакт с оборудованием исключен. Студент осваивает ключевые компетенции: проектирование схем, программирование, отладку логики.

·                     Инструментарий:

o         Tinkercad Circuits: Идеальный стартовый инструмент. Позволяет собирать схемы на Arduino методом drag-and-drop, писать код в браузере и запускать симуляцию, наблюдая за поведением виртуальных светодиодов, моторов, датчиков.

o         Proteus VSM, NI Multisim: Профессиональные среды симуляции, позволяющие моделировать работу более сложных МП-систем, включая различные модели микроконтроллеров.

·                     Пример задания: «Разработайте в Tinkercad Circuits систему автоматического полива растения. Используйте Arduino Uno, датчик влажности почвы и электромагнитный клапан. Напишите программу, которая включает полив при падении влажности ниже 30%».

·                     Осваиваемые компетенции: Алгоритмическое мышление, синтаксис языков программирования (C++), работа с библиотеками, понимание принципов подключения датчиков и исполнительных устройств.

Уровень 2: Гибридный (Программирование реального устройства без физической сборки)

Студент работает с реальным микроконтроллером, но этап сборки схемы для него адаптирован.

·                     Инструментарий:

o         Готовые учебные стенды и шилды: Использование предварительно собранных плат с набором датчиков и индикаторов.

o         Макетная плата с увеличенными контактами: Специальные макетные платы с крупными клеммами, позволяющие подключать провода без усилия.

o         Беспаечные соединения: Использование комплектов с защелкивающимися коннекторами (например, наборы Crocodile Clips, готовые провода «папа-папа» с удобными ручками).

o         Ассистент или напарник: Студент выступает в роли «инженера-проектировщика», который дает указания ассистенту (тьютору или другому студенту) по сборке схемы, а сам фокусируется на написании и отладке кода.

·                     Пример задания: «Используя готовый шилд с семисегментным индикатором и кнопками, напишите программу для Arduino, реализующую счетчик нажатий. Код должен обрабатывать «дребезг контактов» цифровым фильтром».

·                     Осваиваемые компетенции: Работа с реальным железом, отладка программ с учетом аппаратных особенностей (например, дребезг контактов, помехи), использование последовательного порта для мониторинга.

Уровень 3: Адаптированная физическая работа

Для студентов с сохранной моторикой, но ограниченной точностью или силой.

·                     Инструментарий:

o         Эргономичные паяльники: С утолщенными рукоятками, противоскользящим покрытием, подставками с фиксацией.

o         Увеличительные приборы и пинцеты с увеличенными ручками: Лупы, микроскопы, помогающие компенсировать трудности с точностью.

o         3D-печать креплений: Создание индивидуальных держателей для плат или инструментов, стабилизирующих руку.

·                     Пример задания: «Соберите схему управления сервоприводом по сигналу с потенциометра. Используйте макетную плату и готовые провода. Задача – корректно подключить компоненты и запрограммировать Arduino».

3. Адаптация программного обеспечения и интерфейсов

Критически важный аспект – обеспечение доступа к средам разработки (IDE).

·                     Голосовое управление: Использование программ типа Talon Voice или Dragon NaturallySpeaking для написания кода голосом. Это требует предварительного обучения и настройки, но полностью решает проблему ввода.

·                     Программы экранного доступа: Совместимость сред разработки (Arduino IDE, PlatformIO, VS Code) с программами чтения с экрана (JAWS, NVDA) для студентов с сочетанными нарушениями (например, слабовидящих).

·                     Альтернативные устройства ввода: Трекболы, джойстики для мыши, сенсорные панели с настраиваемой чувствительностью могут быть удобнее стандартной мыши.

·                     Упрощение интерфейса: Настройка IDE – увеличение шрифтов, использование тем с высокой контрастностью.

4. Методические рекомендации по оцениванию

Критерии оценки должны быть пересмотрены в сторону компетентностного подхода.

·                     Смещение акцента: Оценивается не скорость пайки или аккуратность монтажа, а:

o         Корректность и оптимальность алгоритма.

o         Чистота и структурированность кода.

o         Умение провести тестирование и отладку.

o         Качество аналитического отчета о работе (понимание физических принципов, анализ ошибок).

·                     Использование рубрикаторов: Четкие и заранее известные студенту критерии оценки для каждого уровня сложности задания.

·                     Индивидуальный темп: Предоставление дополнительного времени на выполнение работы.

Заключение

Организация практической работы по «Микропроцессорным системам» для студентов с моторными нарушениями – это комплексная задача, требующая педагогической гибкости, технической изобретательности и соблюдения принципов инклюзии. Предложенная трехуровневая модель позволяет создать гибкую и эффективную образовательную траекторию.

Внедрение таких методик не только решает проблему доступности образования, но и обогащает учебный процесс для всех студентов, развивая у них навыки проектного управления, командной работы и поиска нестандартных решений. Будущее инклюзивного инженерного образования – за симбиозом педагогических методик и адаптивных технологий.

Литература:

1.                 Принципы Универсального Дизайна для Обучения (UDL). CAST.

2.                 Романенко, О. Н. Инклюзивное образование в инженерном вузе: проблемы и перспективы // Высшее образование в России. – 2020.

3.                 Официальная документация по доступности Arduino IDE и PlatformIO.

4.                 Ресурсы по использованию Tinkercad Circuits в инклюзивном классе.