ПРИМЕНЕНИЕ МИКРОКОМПЬЮТЕРОВ В ОБУЧЕНИИ СТУДЕНТОВ-БАКАЛАВРИАТОВ НА СПЕЦИАЛЬНОСТИ “ИНФОРМАТИКА И ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ ТЕХНИКА”

АННОТАЦИЯ

Обучающиеся студенты получают много теоретического материала, который трудно усваивается без должного количества практических занятий. Будучи студентом 4-го курса, я задумался как процесс обучения можно сделать более эффективным и главное интересным. Данная статья рассматривает возможность использования недорогих, но инновационных аппаратных устройств в качестве инструмента для реализации различных проектов. Использование этого устройства должно помочь студентам применить знания, полученные во время обучения по программе бакалавриата. Проекты могут служить практикой для многих дисциплин данной специальности. И студент вправе продолжить разработку проектов самостоятельно или начать аналогичный проект в качестве дипломного.

Ключевые слова: информатика и вычислительная техника, информационная безопасность, микрокомпьютеры.

Целью исследования является внедрение микрокомпьютеров в учебный процесс студентов специальности "Информатика и вычислительная техника" с целью эффективного освоения дисциплин посредством создания благоприятных условий для студентов, способствующих более глубокому и практическому освоению навыков.

Необходимо решить следующие задачи:

• Описать дисциплины, существующих на программе бакалавриата;
• Описание особенностей использования микрокомпьютеров;
• Приведение примеров проектов, реализуемых на микрокомпьютерах.

Глава 1. Описание дисциплин

Студенты, обучающиеся на специальности "Информатика и вычислительная техника", должны обладать равновесным развитием как в понимании аппаратной составляющей компьютера, так и в умении работать с прикладными программами. Это представление включает в себя не только знание о том, как устроено и функционирует аппаратное обеспечение компьютера, но и умение применять полученные знания на практике в различных программируемых средах. Таким образом, студенты проходят через все стадии развития, начиная с фундаментального понимания работы аппаратного уровня и заканчивая прикладной реализацией программных решений.

Специалисты, прошедшее через обучение на данной специальности должны овладеть практическими навыками по следующим дисциплинам: архитектура информационных систем, проектирование баз данных, ассемблер, компьютерная графика, теория информации, операционные системы, высокопроизводительные вычислительные системы, электротехника и электроника, информатика, схемотехника, основы информационной безопасности, системы реального времени.

Применение микрокомпьютеров так или иначе могут удовлетворить потребность в проведении практических занятий для списка приведённых дисциплин.

Глава 2. Особенности использования микрокомпьютера

В данной главе рассмотрено устройство микрокомпьютеры, особенности их использования. И рассматривается актуальность их применения в образовательном процессе.

2.1. Устройство микрокомпьютеров

Микрокомпьютеры представляют собой небольшие одноплатные компьютеры, интегрирующие в себя все необходимые компоненты для работы, включая процессор, память, периферийные устройства и т. д. Они обычно имеют компактные размеры и низкое энергопотребление, что делает их удобными для использования в различных проектах (Рисунок 1).

Рисунок 1. Компоненты микрокомпьютера

2.2. Вариации микрокомпьютеров

На рынке существует множество различных вариантов микрокомпьютеров, таких как Raspberry Pi, Arduino, Orange Pi, Banana Pi и многие другие (Рисунок 2). Каждый из них имеет свои особенности и преимущества, позволяя выбирать подходящий вариант в зависимости от конкретных потребностей и задач.

Рисунок 2. Виды микрокомпьютеров

2.3. Дешевизна и легкость сборки

Одним из ключевых преимуществ микрокомпьютеров является их доступная цена и относительная легкость в сборке и настройке. Это делает их доступными для широкого круга пользователей, включая студентов и начинающих разработчиков.

2.4. Прозрачность использования

Микрокомпьютеры обычно используют открытое программное обеспечение и имеют широкое сообщество разработчиков, что обеспечивает прозрачность и доступность их использования. Студенты могут легко найти ресурсы, учебные материалы и примеры проектов для изучения и практики.

2.5. Вариативность использования

Микрокомпьютеры могут использоваться для реализации широкого спектра проектов, начиная от создания простых устройств для автоматизации до разработки сложных систем управления и мониторинга. Их гибкость и масштабируемость позволяют применять их в различных областях, включая робототехнику, интернет вещей, домашнюю автоматизацию и многое другое.

Глава 3. Примеры проектов

В этой главе будут рассмотрены примеры проектов, которые могут быть реализованы с использованием микрокомпьютеров, и как создание этих проектов может быть использовано для закрепления знаний, полученных в ходе обучения основам информатики и компьютерных наук. Примечательно то, что при написании любого проекта студенту необходимо создавать все с чистого листа. Так, например, студенту необходимо “собрать” устройство, установив различные модули и подключив периферийные устройства. Далее студент выбирает необходимое ПО, конкретно для своей задачи, устанавливает его и производит настройку.

3.1. Система мониторинга качества воздуха

Идея заключалась в том, чтобы изучить загрязнение воздуха частицами (загрязнение круизными лайнерами, автомобилями и т. д.). Для создания проекта используется лазерный датчик качества воздуха “Nova PM sensor”, а для отображения информации подключен OLED дисплей. Собранная установка может достигнуть производительности, сравнимой с профессиональными устройствами (Рисунок 3.1). Знания по дисциплинам схемотехники и систем реального времени являются ключевыми для реализации данного проекта.

Рисунок 3.1. Проект “Система мониторинга качества воздуха”

3. 2. Сетевое хранилище NAS

NAS (Network-attached storage) - устройство хранения данных, предназначенное для хранения файлов, которое обеспечивает постоянный доступ к данным. Для обеспечения безопасности, эффектности и надежности хранения файлов используется RAID технология. RAID (Redundant Array of Independent Disks) – избыточный массив независимых дисков. К микрокомпьютеру подключаются носители информации и обеспечивается бесперебойное подключение к сети через порт “Ethernet”. Проект позволяет изучить тонкости создания подобных систем и опробовать их в действии (Рисунок 3.2).  Без знаний в областях “архитектура информационных систем” и “проектирование баз данных” реализация данного проекта будет затруднительной.

Рисунок 3.2 Проект “Сетевое хранилище NAS”

3. 3. Вычислительный кластер

Кластер - группа компьютеров, объединённых высокоскоростными каналами связи и используемых как единый вычислительный ресурс (для решения одной задачи). В данном проекте микрокомпьютеры является узлами кластера, объеденных сетью для обмена информацией (Рисунок 3.3). Для обеспечения работоспособности системы необходимо произвести тщательную настройку системы. В данном проекте применяются знания, полученные на дисциплинах “операционные системы” и “высокопроизводительные вычислительные системы”.

Рисунок 3.3. Проект “Вычислительный кластер”

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Рассмотрение возможности использования микрокомпьютеров в учебном процессе на специальности “Информатика и вычислительная техника” позволило выявить преимущества и перспективы для улучшения образовательной практики. Внедрение данных устройств может поспособствовать повышению эффективности всего образовательного процесса.

Использование микрокомпьютеров предоставляет возможность студентам применять полученные знания на практике, что безусловно влияет на глубокое понимание и освоение материала.

Таким образом, рассмотрение вопроса о внедрении микрокомпьютеров в учебный процесс позволило выявить потенциал для улучшения образовательного процесса и повышения качества подготовки будущих специалистов в области информатики и вычислительной техники.

Список литературы:

1. Исследование устройств и датчиков контроля качества воздуха: [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://aqicn.org/sensor/ru/
2. Raspberry Pi 4: [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://www.raspberrypi.com/products/raspberry-pi-4-model-b/
3. Почему вашему устройству NAS нужен RAID: [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://wisesmart.com.ua/blog/tekhnologii/pochemu-vashemu-ustroystvu-nas-nuzhen-raid/
4. Что такое сетевое хранилище данных (NAS): [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://aws.amazon.com/ru/what-is/nas/
5. Информатика и вычислительная техника): [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://www.miit.ru/page/175250