CC BY
123
ISSN 2304-120X
ниепт
научно-методический электронный журнал
Раздел 13.00.00 Педагогические науки
ART 191071 2017, № 12 (декабрь) УДК 378.147:004.9
Интернет вещей в подготовке учителей технологии
Китайгородский Михаил Дмитриевич1
Сыктывкарский государственный университет имени Питирима Сорокина, Сыктывкар, Россия
mkit0111@gmail.com
Аннотация. Новая индустриальная революция Индустрия 4.0 определила несколько трендов в цифровых технологиях, среди которых выделяют и интернет вещей - сеть цифровых приборов и устройств, взаимодействующих между собой посредством Интернета. Области приложений интернета вещей довольно обширны: промышленные технологии, удаленные технологии сервиса и быта, образовательные технологии. Современные цифровые технологии необходимо включать в содержание технологического образования в школе и при подготовке учителей технологии. Эта необходимость определяется и национальными проектами «Цифровая экономика» и «Образование», которые реализуются в настоящее время. Целью статьи является рассмотрение технологий интернета вещей как содержательного контента технологического образования будущих учителей технологии. Анализ образовательных программ и учебных курсов, посвященных интернету вещей, показал, что в технических вузах данные программы проектируются, реализуются и являются актуальными. Но в образовательных программах подготовки учителей технологии интернет вещей не рассматривается. И это является проблемой, так как школьное технологическое образование должно раскрывать современные цифровые технологии, в том числе и технологии интернета вещей, а для этого необходима соответствующая технологическая и методическая подготовка учителей технологии. Нами предложен учебный курс «Интернет вещей», который является составляющей частью модуля «Цифровые технологии» образовательных программ подготовки учителей технологии в Сыктывкарском государственном университете им. Питирима Сорокина. Целью дисциплины является ознакомление студентов с основами технологии интернета вещей. В результате освоения дисциплины студент должен: знать терминологию, технические и программные средства для реализации технологий интернета вещей; уметь применять полученные знания в учебной и профессиональной деятельности; владеть основами технологий интернета вещей. Содержание дисциплины включает четыре раздела: «Введение в интернет вещей»; «Технические средства интернета вещей»; «Сетевые технологии интернета вещей»; «Сервисы, приложения и модели интернета вещей». Лабораторный практикум дисциплины реализуется в трёх циклах занятий: изучение алгоритмов подключения различных датчиков и устройств управления к контроллеру Агёшпо; изучение технологий удаленного взаимодействия с контроллерами Агёшпо; выполнение студентами мини-проектов на основе кейс-технологии. Предложенный курс позволяет сформировать у будущих учителей технологии компетенции в области современных цифровых технологий.
Ключевые слова: Индустрия 4.0, цифровые технологии, интернет вещей, технологическое образование.
Поступила в редакцию Received 03.11.19 Получена положительная рецензия Received a positive review 18.11.19
Принята к публикации Accepted for publication 18.11.19 Опубликована Published 25.12.19
Creative Commons Attribution 4.0 International (CC BY 4.0)
1 Китайгородский Михаил Дмитриевич, кандидат физико-математических наук, доцент кафедры общетехнических дисциплин и методики обучения технологии ФГБОУ ВО «Сыктывкарский государственный университет имени Питирима Сорокина», г. Сыктывкар, Россия
Введение
В настоящее время цифровые технологии проникают во все сферы деятельности человека. Глобальная цифровизация промышленности определила новую индустриальную революцию Индустрия 4.0. Важнейшими сквозными технологиями Индустрии 4.0 являются интеллектуальная робототехника и искусственный интеллект, аддитивные технологии, технологии виртуальной и дополненной реальности, технологии больших данных, промышленный интернет вещей [1]. Современные технологии необходимо включать в содержание технологического образования в школе и при подготовке учителей технологии. Эта необходимость определяется национальными программами, которые реализуются в настоящее время. В Послании Президента Федеральному собранию в 2019 году президент отметил: «Должно меняться и содержание образования. В государственных стандартах и программах важно отразить приоритеты научно-технологического развития страны» [2]. В национальном проекте «Образование», реализация которого предусмотрена в 2019-2024 годах, указано, что особое внимание будет уделено совершенствованию методов обучения предметной области «Технология». Должна быть обеспечена возможность изучать технологию на базе высокооснащенных организаций, а для учителей технологии должны быть реализованы инновационные программы повышения квалификации [3].
Исследование, которое отражено в данной статье, посвящено проблеме интеграции в технологическое образование будущих учителей технологии одного из передовых и перспективных направлений Индустрии 4.0 - технологий интернета вещей.
Обзор отечественной и зарубежной литературы
Интернет вещей (англ. Internet of Things, IoT) - это объединение цифровых датчиков и устройств (интернет-вещей), которые взаимодействуют между собой и с внешней средой с помощью встроенных технологий связи и Интернета. Одно из первых определений интернета вещей было дано Нилом Гершенфельдом, Раффи Крикорианом и Дэнни Коэном в работе [4], посвященной концепции IoT и её возможностям.
В настоящее время число датчиков, устройств, подключенных к Интернету, неуклонно растет. Данные, собранные компанией Cisco и опубликованные Дэйвом Эвансом в отчете [5], говорят о том, что количество таких устройств превысило численность населения Земли примерно в 2005 году. Сейчас интернет-вещей около 50 миллиардов, а к 2025 году, как предполагает К. Шваб [6], ожидается триллион устройств, подключенных к Интернету. На рис. 1 показана динамика развития интернета вещей.
50
2003 г. 2010 г. 2015 г. 2020 г,
Ы Мировое население (млрд) ■ Число подключенных устройств (млрд)
Рис. 1. Динамика развития интернета вещей
Рынок интернета вещей постоянно расширяется. Данные технологии применяются в промышленности, транспорте, образовании, медицине, ЖКХ, быту. На рис. 2 приведены результаты исследования аналитиков компании Ovum Т. Стаммерса, Э. Томаса и П. Холли, показывающие число подключенных к Интернету устройств в разных отраслях [7].
Энергетика и ЖКХ Транспорт Промышленность Здравоохранение Торговля Финансы Госсектор Бизнес-услуги Образование
Рис. 2. Число 1оТ устройств (млн шт.) в основных отраслях
Технологии интернета вещей позволяют повысить эффективность современного производства, оптимизировать его, улучшить условия и безопасность труда. В. П. Куприяновский, Д. Е. Намиот, В. И. Дрожжинов и другие [8] показали, что интеграция датчиков и устройств управления промышленных станков с системами автоматизированного проектирования и управления позволяет вывести производство товаров на совершенно иной уровень качества, экономичности и эффективности. Промышленные приложения интернета вещей уже сейчас позволяют внедрять рассматриваемые технологии в автоматический мониторинг, контроль, управление, техническое обслуживание. Обзор ключевых технологий и трендов интернета вещей в промышленности достаточно подробно провели Ли Да Сюй, Ву Хе, Сянчан Ли [9].
В энергетике и ЖКХ интернет вещей в первую очередь связан с дистанционным мониторингом удаленных энергетических систем и различных счетчиков. Сбор и анализ информации о состоянии оборудования, его функционировании позволяет мгновенно реагировать на внештатные ситуации, оперативно исправлять проблемы, возникающие в системах. А удаленный контроль счетчиков позволяет бороться с потерями, вызванными неисправностями приборов, несанкционированным использованием энергии и т. п.
Одним из перспективных направлений интернета вещей является его развитие в автомобильной индустрии. Д. З. Евсеев, М. М. Зайцева, В. В. Косенко и другие выделяют в этой области три направления: создание беспилотного автомобиля, создание «автомобильного интернета» и разработку технологии беспилотных автоколонн [10]. Уже сейчас во многих автомобилях передовых производителей сотни и тысячи датчиков и устройств управления взаимодействуют между собой по беспроводным сетям,
что позволяет управлять автомобилем удаленно. Введение интернета вещей позволяет оптимизировать логистику в транспортной отрасли, что приводит к сокращению себестоимости продукции, а также позволяет осуществлять контроль за перемещением продукции. Анализ таких возможностей интернета вещей был проведен А. А. Вахрушевой [11].
Интернет вещей дал толчок развитию такой отрасли, как телемедицина, с помощью которой возможен дистанционный мониторинг различных параметров здоровья человека, что позволяет удаленно расшифровывать медицинскую информацию, выставлять диагнозы и принимать решения о способе лечения. В обзоре Г. С. Лебедева, И. А. Шадеркина, И. В. Фоминой и других [12] определены наиболее перспективные направления интернет-технологий, среди которых выделяются клиническая и пациент-центрированная телемедицина, медицинский интернет вещей, медицинские информационные системы и др.
Интернет вещей вошел и в образование. Можно рассматривать два направления, в которых уместно говорить об интернете вещей. Первое - это использование интернета вещей как одной из составляющих информационно-образовательной среды. Второе - рассмотрение интернета вещей как феномена изучения, содержательного контента образования.
Интернет вещей как составляющая информационно-образовательной среды. В этом контексте интернет вещей представляет собой устройства и датчики, встроенные в различные учебные приборы, технические средства обучения. Использование в образовательном процессе мобильных устройств и облачных сервисов также можно интерпретировать как технологии интернета вещей. Такие возможности рассмотрены О. Ю. Заславской и А. И. Кирилловым [13]. Уже есть опыт использования технологий интернета вещей на уроках общеобразовательной школы, в частности на уроках информатики. А. А. Гальчук и А. Н. Сергеев [14] в своей работе раскрывают возможности использования методики распределенного обучения информатики с помощью технологий интернета вещей и условия реализации методики обучения информатики в системе «Умный класс».
Объединение учебного оборудования в единые сети позволяет организовать электронное обучение с совершенно новыми дистанционными технологиями - технологиями дистанционного управления учебными и научными экспериментами. В исследованиях В. Г. Зубкова, И. И. Колтунова, А. В. Акимова [15] представлена одна из возможных технологий проектирования лабораторных работ для дистанционного обучения студентов технических специальностей.
В Казанском национальном исследовательском техническом университете им. А. Н. Туполева в Центре дистанционных автоматизированных учебных лабораторий (региональный центр технологий National Instruments) Ю. К. Евдокимовым, А. Ю. Кирсановым, А. Ш. Салаховой разработан цикл дистанционных лабораторных работ по основам электроники и радиотехники [16]. Студенты выполняют эксперименты в этих лабораториях с применением сетевых технологий Интернета и локальной сети вуза. Для доступа к лабораторным работам было создано специальное программное обеспечение, которое позволяет выполнять монтаж экспериментальной установки, включающей измерительные приборы, изучаемые элементы, формировать исследуемые сигналы и выполнять обработку результатов эксперимента.
В МГТУ им. Н. Э. Баумана создан портал «Автоматизированный лабораторный практикум с удаленным доступом» (АЛП УД), на котором размещены ресурсы нескольких интернет-лабораторий: «Испытания материалов», «Спектрометрия плазмы и плазменные нанотехнологии», «Радиотелескоп МГТУ им. Н. Э. Баумана», интернет-лаборатории по робототехнике. В университете для управления удаленными объектами через сеть Интернет А. М. Зиминым разработана «Интерактивная диалоговая удаленная система» (ИНДУС) [17] для сопряжения экспериментальных установок с компьютерами, позволяющая полностью контролировать выполнение лабораторных заданий.
В Московском энергетическом институте Л. Г. Гениным, Я. И. Листратовым, В Г. Свиридовым и другими учеными [18] автоматизированы лаборатории теплотехники и гидравлики. Дистанционные лабораторные стенды позволяют удалённо проводить исследования конвекции в системах труб, теплообмена в воде и газах при различных режимах её течения, различных режимов турбулентности и т. п.
В зарубежных университетах удаленные лаборатории также являются эффективным средством организации дистанционного обучения техническим дисциплинам.
В Национальном университете Сингапура функционирует дистанционная лаборатория, которая позволяет изучать как простые электротехнические цепи из пассивных RLC-элементов, так и сложные активные схемы с универсальными измерительными приборами. Наблюдение за дистанционным экспериментом осуществляется с помощью веб-камеры. Все составляющие дистанционной лаборатории объединены сервером, осуществляющим сбор, обработку и передачу информации по сети. С. Чен, С. Рамакришнан, Ю. Чжуан и другие в своей работе [19] подробно описали технологические установки для реализации таких лабораторных работ.
Лаборатория автоматического управления (Automatic Control Engineering Laboratory) разработана в Национальном институте Сербии (г. Ниш). Лаборатория позволяет исследовать магнитные свойства различных материалов и изучать характеристики сервоприводов. М. Наумович и Д. Живанович [20] на основе этой лаборатории спроектировали дистанционные эксперименты, которые студенты могут выполнять удаленно.
Дистанционные лабораторные работы проводятся не только в рамках дисциплин радиоэлектроники. В инженерном колледже г. Майсур (Индия) Джагадиш Чандра и Судхакер Самуэль разработали архитектуру удаленного обучения студентов на основе веб-технологий для дистанционного эксперимента по управлению средой биореактора [21]. В работе изучаются процессы, происходящие в биореакторе, в частности, осуществляется контроль температуры, кислотности и скорости реакций. Программная часть установки выполнена в приложении LabVIEW, виртуальные инструменты которого позволяют дистанционно управлять процессами и снимать показания с измерительных приборов.
В Сыктывкарском государственном университете имени Питирима Сорокина на кафедре общетехнических дисциплин и методики обучения технологии М. Д. Китайгородским и И. Н. Смольяниновым был разработан лабораторный стенд для дистанционного изучения микроконтроллеров [22]. Стенд объединяет в себе электронную плату, позволяющую изучать работу микроконтроллеров посредством дистанционного программирования устройств ввода-вывода цифровой и аналоговой информации с помощью контроллеров Arduino UNO и дистанционного наблюдения работы устройств ввода-вывода с помощью веб-камеры. В результате его использования в лабораторном практикуме повышается эффективность обучающего процесса, значительно снижается время освоения основ программирования микроконтроллеров.
Интернет вещей как содержательный контент образования. В настоящее время научных и методических работ, связанных с вопросами обучения технологиям интернета вещей, крайне мало. Но надо отметить, что учебные курсы по интернету вещей начинают проектироваться и реализовываться в отдельных образовательных программах бакалавриата и магистратуры.
На факультете вычислительной математики и кибернетики МГУ имени М. В Ломоносова Д. Е. Намиотом предлагался курс по интернету вещей для магистерских программ «Открытые информационные системы» и «Программное обеспечение вычислительных систем», состоящий из нескольких разделов: «Архитектура приложений», «Сетевые стандарты взаимодействия», «Системы хранения данных», «Принципы анализа и обработки данных» [23, 24]. В данных работах приводятся также обзоры магистерских программ, предметом изучения которых является интернет вещей. Но, так как эти обзоры пятилетней давности, мы актуализировали существующие на данный момент образовательные программы.
В Московском институте электроники и математики им. А. Н. Тихонова Национального исследовательского университета «Высшая школа экономики» начинает реализовываться магистерская программа «Интернет вещей и киберфизические системы». Научным руководителем программы является профессор-исследователь Л. С. Восков [25]. Программа предназначена для комплексной подготовки специалистов, способных использовать потенциал новых технологий интернета вещей, и имеет три блока: инженерия в области IoT и киберфизических систем; анализ данных и прикладное ПО в ки-берфизических системах и интернете вещей; кибербезопасность в IoT. Обучение реализуется в партнёрстве с российскими и международными компаниями, внедряющими эти технологии: Samsung, IBM, National Instruments, Rightech, InfoWatch, PTC и другими, что позволяет студентам получать доступ к современным лабораториям, профессиональному оборудованию и к знаниям напрямую от специалистов индустрии.
В Сколковском институте науки и технологий (Сколтех), новом международном исследовательском университете, профессором Н. Бриллиантовым разработана магистерская программа «Информационные науки и технологии (Интернет вещей (IoT), Высокопроизводительные вычисления (HPC))» [26]. Программа готовит специалистов для Индустрии 4.0 - дает мощную теоретическую подготовку и развивает прикладные навыки в сферах высокопроизводительных вычислений, big data и интернета вещей.
В Институте микроприборов и систем управления имени Л. Н. Преснухина Национального исследовательского университета «Московский институт электронной техники» осуществляется прием абитуриентов на обучение по нескольким программам магистратуры по направлению «Информатика и вычислительная техника». Одна из программ этого направления - «Встраиваемые системы: от IoT до робототехнических комплексов». По программе осуществляется подготовка студентов в области проектирования и внедрения вычислительных комплексов различного назначения: от миниатюрных устройств до сложных высокопроизводительных вычислительных систем. Высокое качество образовательной программы обеспечивается функционирующей в институте научной школой члена-корреспондента РАРАН, профессора В. А. Бархоткина [27].
Еще одна магистерская программа с наименованием «Интернет вещей» реализуется в Московском авиационном институте (национальный исследовательский университет). Ключевыми компетенциями выпускников данной магистратуры являются: умение проектировать киберфизические системы, ориентированные на применение технологий «Интернета вещей»; знание и понимание принципов построения
архитектуры smart-систем («Умный дом», «Умный город»); знание и понимание перспективных направлений применения интернета вещей в процессе цифровой трансформации бизнеса. Разработчики программы Д. Волошин, И. Быконя и С. Ляпина организовали обучение таким образом, что студенты совмещают учебные занятия с работой в профессиональной области [28]. В учебном плане в основном преобладают лабораторные и практические занятия, а теоретические вопросы рассматриваются в форме консультаций и обсуждений со специалистами в области интернета вещей.
Конечно, образовательные программы IoT реализуются и в зарубежных вузах.
В глобальном технологическом институте Zigurat (г. Барселона, Испания) реализуется магистерский курс "Global Smart City Manager" («Управление умным городом»). Эта программа, руководителями которой являются исследователи Рамон Грас Алома и Джереми Берк [29], применяет к участникам междисциплинарный подход, при этом учитываются новые технологические инструменты в городских условиях. Выпускники программы становятся менеджерами «Умного города», которые будут обеспечивать согласованность всех инициатив и проектов города на основе устойчивого подхода.
В Университете Брэдфорда (г. Брэдфорд, Западный Йоркшир, Англия) представлена уникальная очная магистерская программа "Internet of Things (IoT)", которая разработана экспертами в этой области, имеющими богатый опыт исследований и разработок в IoT, для решения проблемы нехватки квалифицированных специалистов. В дополнение к стандартным подходам в обучение внедряется интерактивная среда, состоящая из симуляторов, облачных тестовых площадок для поддержки практического обучения, которая расширяет возможности разработки продуктов интернета вещей. Практические занятия студенты проводят в специализированном «Центре вычислительных предприятий», который предоставляет возможности реализации проектов, являющихся актуальными для современной индустрии. Руководители центра Дэн Неагу и Мариан Георге считают, что студенты получают важные отраслевые знания и опыт, чтобы улучшить свои профессиональные навыки и иметь перспективы трудоустройства, а промышленные партнеры в конечном итоге получают программные продукты, которые используются их организациями, и академический опыт [30, 31].
Учебные модули "Internet of Things" включены в программы бакалавриата Тяньцзиньского университета (г. Тяньцзинь, КНР). После базового модуля «Информационная и телекоммуникационная инженерия» студенты осваивают специализированные модули: «Введение в Интернет вещей»; «Беспроводные сенсорные сети и RFID»; «Компьютерные коммуникации и сети»; «Аналитика больших данных»; «IoT технологии и приложения». Разработчики программы Жан-Филипп Вассер и Адам Дункелс [32] являются и авторами учебника [33], в котором подробно показывается, как подключение интеллектуальных объектов влияет на нашу жизнь, с примерами практической реализации и примерами из практики. Это обеспечивает глубокое понимание технологических и архитектурных аспектов, лежащих в основе технологии смарт-объектов.
Рассматривая образовательные программы по интернету вещей, надо отметить и долгосрочный социальный проект компании Samsung Electronics «IoT Академия Samsung». Цель проекта - создание центров компетенций по работе с технологиями интернета вещей на базе российских вузов. Для реализации проекта экспертами Исследовательского центра Samsung создан авторский учебный курс и методические материалы, рассчитанные на два учебных семестра. На базе вузов-партнеров оборудованы специализированные IoT-лаборатории, где установлены мобильные и носимые устройства Samsung, наборы для быстрого прототипирования и микрокомпьютеры Artik. В первом
семестре студенты изучают пять учебных кейсов-задач: «Электронный замок»; «Мониторинг температуры и влажности на фармацевтическом складе»; «Адаптивное освещение офиса»; «Умный мусорный контейнер»; «Автоматическая теплица». Во втором семестре студенты приступают к разработке собственных проектов, цель которых - решение практических задач с применением IoT-технологий. По итогам аттестации студенты получают сертификаты об успешном окончании программы «IoT Академия Samsung». Менеджером программы является один из авторов курса Т. Волкова [34].
Представленный обзор образовательных программ по интернету вещей показывает, что в технических вузах данные программы проектируются, реализуются и являются актуальными. Мы провели отдельное исследование образовательных программ подготовки учителей технологии в области цифровых технологий и выяснили, что нет таких магистерских программ, в которых рассматривались бы технологии интернета вещей. И это является проблемой, так как школьное технологическое образование должно раскрывать современные цифровые технологии, в том числе и технологии интернета вещей, а для этого необходима соответствующая технологическая и методическая подготовка учителей технологии.
Далее мы приведем результаты реализации подготовки учителей технологии в области современных цифровых технологий в Сыктывкарском государственном университете (СГУ) им. Питирима Сорокина.
Методологическая база исследования
Для реализации цели исследования и решения поставленных задач использовался комплекс методов: изучение и анализ нормативных и программно-методических документов в сфере образования, обобщение педагогического опыта, анкетирование, наблюдение, педагогический эксперимент, количественная и качественная обработка экспериментальных данных, графическое представление полученных результатов.
Опросы учителей технологии и студентов, результаты которых выявили проблему данного исследования, проводились на основе опросников, размещенных в Google Формах. Было опрошено более 50 учителей из 38 общеобразовательных школ Республики Коми и более 60 студентов, обучающихся по направлениям подготовки 44.03.01 и 44.04.01 Педагогическое образование.
При создании образовательных программ с включением модуля «Цифровые технологии» нами были проанализированы паспорта национального проекта «Цифровая экономика» и федерального проекта «Цифровая образовательная среда», которые стали методологической базой разрабатываемых учебных курсов. Проектирование учебной дисциплины «Интернет вещей» для студентов - будущих учителей технологии осуществлялось с учетом общедидактических принципов обучения, таких как научность образовательных программ, интеграция содержания обучения, использование технологий электронного обучения, использование методов и технологий креативного обучения.
Результаты исследования
В 2017-2018 годах нами был проведен опрос учителей технологии Республики Коми и студентов СГУ им. Питирима Сорокина - будущих учителей технологии о необходимости обновления содержания технологического образования в соответствии с развитием современных цифровых технологий. Результаты опроса представлены на рис. 3.
I Студенты
Рис. 3. Результаты ответов учителей технологии и студентов на утверждение о необходимости
регулярной корректировки содержания технологического образования Более 95% студентов и 87% учителей считают, что обновление необходимо. Но вместе с тем не все учителя готовы к такому обновлению. На рис. 4 показаны результаты ответов учителей на вопрос о готовности обучать современным цифровым технологиям своих учащихся. Только около 37% учителей ответили, что готовы к этому.
скорее да, чем I
Рис. 4. Результаты ответов учителей технологии на вопрос о готовности обучать учащихся цифровым технологиям
Нами была поставлена задача включения в образовательные программы подготовки учителей технологии в СГУ им. Питирима Сорокина предметного модуля «Цифровые технологии». Такие модули были встроены в учебные планы направления подготовки бакалавриата 44.03.01 Педагогическое образование с профилями «Технология и Детское техническое творчество» и в учебный план направления подготовки магистратуры 44.04.01 Педагогическое образование программы «Электронное обучение». Наряду с дисциплинами цифровых технологий «Микропроцессорная техника», «ЗБ-проектирование», «Компьютерное моделирование» и другими в учебные планы была включена дисциплина «Интернет вещей».
Целью дисциплины «Интернет вещей» является ознакомление студентов с основами технологии интернета вещей. В результате освоения дисциплины студент дол-
жен: знать терминологию в области интернета вещей, микропроцессорные и программные средства для реализации технологий интернета вещей; уметь применять полученные знания и владеть технологиями интернета вещей при осуществлении учебной и профессиональной деятельности.
Содержание дисциплины включает четыре раздела.
1. Введение в интернет вещей
Терминология интернета вещей. История интернета вещей. Отрасли интернета вещей. Перспективы технологий интернета вещей в индустрии и области сервиса. Интернет вещей в образовании.
2. Технические средства интернета вещей
Устройства интернета вещей: датчики, исполнительные механизмы, микроконтроллеры, контроллеры. Подключение датчиков и исполнительных механизмов к микроконтроллерам. Ознакомление с контроллерами Arduino.
3. Сетевые технологии интернета вещей
Сетевые протоколы. Технологии Bluetooth и Wi-Fi. Подключение контроллеров к сетям передачи данных. Передача и прием данных с помощью контроллера Arduino.
4. Сервисы, приложения и модели интернета вещей
Основы проектирования удаленных систем на основе интернета вещей. Применение интернета вещей в технологическом образовании основного общего образования и в дополнительном образовании детей.
Основной формой изучения цифровых технологий, конечно, является лабораторный практикум. Именно при выполнении практических заданий у будущих учителей технологии формируются компетенции, которые необходимы в их будущей профессиональной деятельности. Лабораторные работы включают три цикла занятий. На первом студенты изучают алгоритмы подключения к контроллеру Arduino различных датчиков: температуры, освещенности, влажности, движения, концевых выключателей и устройств управления и индикации: реле, сервоприводов, светодиодов, цифровых индикаторов, звуковых извещателей. Второй цикл лабораторного практикума посвящен сетевым технологиям, технологиям удаленного взаимодействия с контроллерами Ar-duino. На третьем цикле занятий студенты выполняют мини-проект на основе кейс-технологии. Перед учащимися ставятся практические задачи, подобные тем, которые они могли бы использовать в своей будущей профессионально-педагогической деятельности. Наиболее интересными приложениями интернета вещей, с точки зрения студентов, являются технологии «умного дома». Поэтому кейс-задачи были сформулированы именно в этой области: «Дистанционное определение температуры помещения»; «Охранная система на основе датчика движения»; «Автоматическое управление шторами при изменении освещенности»; «Дистанционное управление освещением дома». Кейс-задачи решаются командами из 2-3 студентов и завершаются защитой проектов.
Заключение
Технологии интернета вещей являются наиболее интегрированными цифровыми технологиями. Для их освоения необходимы знания о работе различных датчиков и исполнительных механизмов, программировании микроконтроллеров, владение сетевыми технологиями. Поэтому учебный курс «Интернет вещей» может являться обобщающим курсом модуля «Цифровые технологии» при подготовке будущих учителей технологии.
Ссылки на источники
1. Тарасов И.В. Технологии Индустрии 4.0: влияние на повышение производительности промышленных компаний // Стратегические решения и риск-менеджмент. - 2018. - № 2. С. 62-69.
2. Послание Президента Федеральному Собранию (20.02.2019 г.). - URL: http://kremlin.ru/events/presi-dent/news/59863.
3. Паспорт национального проекта «Образование». - URL: http://government.ru/info/35566/
4. Gershenfeld N., Krikorian R., Cohen D. The Internet of Things // Scientific American. - 2004. - Vol. 291. - Р. 76-81.
5. Evans D. The Internet of Things How the Next Evolution of the Internet Is Changing Everything. - URL: https://www.cisco.com/c/dam/en_us/about/ac79/docs/innov/IoT_IBSG_0411FINAL.pdf.
6. Шваб К. Четвертая промышленная революция. - М.: Эксмо, 2016. - 138 с.
7. Интернет вещей, IoT, M2M мировой рынок. - URL: http://www.tadviser.ru/in-dex.php/Статья:Интернет_вещей,_IoT,_M2M_(мировой_рынок).
8. Интернет Вещей на промышленных предприятиях / В. П. Куприяновский, Д. Е. Намиот, В. И. Дрожжинов, Ю. В. Куп-рияновская, М. О. Иванов // International Journal of Open Information Technologies. - 2016. - № 12. - С. 69-77.
9. Ли Да Сюй, Ву Хе, Сянчан Ли. Интернет вещей в промышленности: обзор ключевых технологий и трендов // IIoT. Приложение к журналу Control Engineering Россия. - 2017. - Апрель. - С. 12-18.
10. Индустрия 4. 0 и автомобильный транспорт / Д. З. Евсеев, М. М. Зайцева, В. В. Косенко, А. А. Котесова, Т. К. Шульга // Инженерный вестник Дона. - 2018. - № 2(49). - URL: http://ivdon.ru/ru/magazine/ar-chive/n2y2018/4919.
11. Вахрушева А. А. Опыт и перспективы применения Интернета вещей в навигации // Интерэкспо Гео-Сибирь. -2017. - № 2. - С. 25-30.
12. Эволюция интернет-технологий в системе здравоохранения / Г. С. Лебедев, И. А. Шадеркин, И. В. Фомина, А. А. Лисненко, И. В. Рябков, С. В. Качковский, Д. В. Мелаев // Журнал телемедицины и электронного здравоохранения. - 2017. - № 2(4). - С. 63-78.
13. Заславская О. Ю., Кириллов А. И. Новые возможности информатизации образования - «Интернет вещей» // Вестник РУДН. Серия: Информатизация образования. - 2017. - № 2. - С. 140-147.
14. Гальчук А. А., Сергеев А. Н. Использование технологий Интернета вещей на уроках информатики в школе // Научный результат. Педагогика и психология образования. - 2017. - № 4(14). - С. 3-10.
15. Зубков В. Г., Колтунов И. И., Акимов А. В. Лабораторные работы для дистанционного обучения студентов // Автомобиле- и тракторостроение в России: приоритеты развития и подготовка кадров: материалы 77-й Междунар. науч.-техн. конф. ААИ. - М., 2012. - Кн. 14. - С. 47-59.
16. Евдокимов Ю. К., Кирсанов А. Ю., Салахова А. Ш. Дистанционные автоматизированные учебные лаборатории и технологии дистанционного учебного эксперимента в техническом вузе // Открытое образование. -2009. - № 5. - С. 101-116.
17. Зимин А. М. Автоматизированный лабораторный практикум с удаленным доступом в техническом университете // Информационные технологии. - 2002. - № 2. - С. 39-43.
18. Использование уникальных экспериментальных стендов в режиме удаленного компьютерного доступа для развития учебного лабораторного практикума в техническом вузе / Л. Г. Генин, Я. И. Листратов, В. Г. Свиридов, Е. В. Свиридов, Н. Г. Разуванов // Международная научно-практическая конференция «Образовательные, научные и инженерные приложения в среде LabVIEW и технологии National Instruments»: сб. тр. конф., Москва, 14-15 ноября, 2003. - М., 2003. -C. 67-71.
19. Development of Remote Laboratory Experimentation through Internet / S. H. Chen, R. Chen, S. Y.Hu Ramakrishnan, Y. Zhuang, C. C. Ko, M. Chen // Proceedings of the 1999 IEEE Hong Kong Symposium on Robotics and Control. -Hong Kong, 1999. - Р. 756-760.
20. Naumovic M. B., Zivanovic D. Remote Experiments in Control Engineering Education Laboratory. International Journal of Online Engineering. - 2008. - Vol. 5. - № 2. - Р. 273-282.
21. Jagadeesh Chandra A. P., R. D. Sudhaker Samuel Web-based Collaborative Learning Architecture for Remote Experiment on Control of Bioreactor's Environment // Journal of software. - 2009. - Vol. 4. - № 2. - Р. 116-123.
22. Китайгородский М. Д., Смольянинов И. Н. Дистанционные технологии проведения лабораторных практикумов // Дистанционное и виртуальное обучение. - 2015. - № 8. - С. 4-11.
23. Намиот Д. Е. Об учебных программах по Internet of Things // International Journal of Open Information Technologies. - 2015. - № 5. - С. 35-38.
24. Намиот Д.Е. Об обучении по Internet of Things и Smart Cities // International Journal of Open Information Technologies. - 2016. - № 5. - С. 26-38.
25. Магистерская программа «Интернет вещей и киберфизические системы». - URL: https://www.hse.ru/ma/internet/
26. Информационные науки и технологии (Интернет вещей (IoT), Высокопроизводительные вычисления (HPC)). -URL: http://msc.skoltech.ru/informatsionnye-nauki-i-tekhnologii.
27. Встраиваемые системы: от IoT до робототехнических комплексов. - URL: http://abiturient.ru/speciality/75721.
28. Волошин Д., Быконя И., Ляпина С. Почему работодатели заинтересованы в выпускниках магистратуры «Интернет вещей» МАИ. - URL: https://mai.ru/press/news/detail.php?ID=105085.
29. Master's in Global Smart City Manager. - URL: https://www.e-zigurat.com/en/smart-cities-masters-program/
30. MSc Internet of Things (IoT). - URL: https://www.bradford.ac.uk/media-v8/aqeo/programme-specifications/2019-20/MSc-IoT-Programme-spec-2019-20-Final.pdf.
31. Bradford Computing Enterprise Centre. - URL: https://www.bradford.ac.uk/computing-enterprise-centre/
32. TJU Syllabus for Internet of Things. - URL: http://cs.tju.edu.cn/csweb/resources/files/up-load/file/20170223/1487824207021017932.pdf.
33. Vasseur Je.-Ph., Dunkels A. Interconnecting Smart Objects with IP // Morgan Kaufmann. - 2010. - 432 p.
34. Волкова Т. IoT Академия Samsung. Программа обучения. - URL: https://myitacad-emy.ru/edu/mod/page/view.php?id=124.
Mikhail D.Kitaygorodskiy
Candidate of Physical and Mathematical Sciences, Associate Professor, General Technical Disciplines and Methods of Teaching Technology Chair, Syktyvkar State University named after Pitirim Sorokin, Syktyvkar, Russia. mkit0111@gmail.com
Internet of things in training teachers of technology
Abstract. The new industrial revolution Industry 4.0 determines several trends in digital technologies, among which there is the Internet of things - a network of digital devices that communicate with each other via the Internet. The areas of the Internet of things application are quite broad: industrial technologies, remote technologies of service and every-day life, educational technologies. Modern digital technologies must be included in the content of technological education at school and in the training of technology teachers. This is also determined by the national projects «Digital Economy» and «Education», which are currently being implemented. The purpose of the article is to consider the technologies of the Internet of things as the content of educational course for future technology teachers. An analysis of educational programs and training courses on the Internet of things shows that these programs are designed, implemented and they are actual for technical universities. However, the Internet of things is not included in educational programs for training technology teachers. And this is a problem since technology educational course at school should demonstrate modern digital technologies, including the Internet of things, and this requires appropriate technological and methodological training of technology teachers. We have proposed an educational course «Internet of Things», which is an integral part of «Digital Technologies» section within the educational programs for training technology teachers in Syktyvkar University. The purpose of the discipline is to familiarize students with the basics of the Internet of things technology. As a result of learning the discipline, the student must: know the terminology, hardware and software for implementing the Internet of things technologies; be able to use the acquired knowledge in educational and professional activities; know the basics of the Internet of things. The content of the discipline includes four sections: Introduction to the Internet of things; Technical means of the Internet of things; Network technology of the Internet of things; Services, applications and models of the Internet of things. The laboratory practical work of the discipline is implemented in three cycles of classes: study of algorithms for connecting various sensors and control devices to Ar-duino controllers; learning technologies for remote interaction with Arduino controllers; carrying out mini-projects based on case technology. The proposed course allows future technology teachers to acquire competences in the field of modern digital technologies.
Key words: Industry 4.0, digital technologies, Internet of things, technological education.
Научно-методический электронный журнал «Концепт» (раздел 13.00.00 Педагогические науки) с 06.06.2017 включен в перечень рецензируемых научных изданий, в которых должны быть опубликованы основные научные результаты диссертаций на соискание ученой степени кандидата наук, на соискание ученой степени доктора наук (перечень ВАК Российской Федерации).
Библиографическое описание статьи:
Китайгородский М. Д. Интернет вещей в подготовке учителей технологии // Научно-методический электронный журнал «Концепт». - 2019. - № 12 (декабрь). -С. 13-24. - URL: http://e-koncept.ru/2019/191071.htm.
DOI 10.24411/2304-120X-2019-11071
© Концепт, научно-методический электронный журнал, 2019 © Китайгородский М. Д., 2019
ISSN ЯМИ2ПН
ö Ьl мi
www.e-koncept.ru
