ทักษะการเรียนรู้ในศตวรรษที่ 21 สำหรับผู้ที่ต้องการเริ่มต้นในการเขียนโปรแกรมทั้งด้านฮาร์ดแวร์และซอฟต์แวร์นั้น Arduino เหมาะสมไปใช้สอนในระดับการศึกษาขึ้นพื้นฐานตั้งแต่ระดับมัธยมศึกษาตอนต้นขึ้นไป, ระดับอาชีวศึกษา และในระดับมหาวิทยาลัย ซึ่งในปัจจุบันสามารถจัดหาซื้ออุปกรณ์และตัวตรวจจับได้ง่าย ทั้งจากหน้าร้านและผ่านระบบออนไลน์ ทั้งในและต่างประเทศ

          Arduino เป็นที่ยอมรับในระดับโลกมาหลายปี และมีระบบนิเวศแบบเปิดที่ใหญ่มาก มีการสร้างชุมชนออนไลน์ที่มีการให้คำแนะนำและมีนักพัฒนารวมกลุ่มกันอยู่มากมาย คล้าย ๆ กับระบบปฏิบัติการ Android ที่ Google ได้สร้างระบบนิเวศไว้

ภาพที่ 1 บอร์ด Arduino
ที่มา https://pixabay.com , Seven_au

Arduino คืออะไร

          บอร์ด Arduino เป็นไมโครคอนโทรลเลอร์ ที่สามารถอ่านอินพุตจากตัวตรวจจับแสง, ใช้นิ้วกดบนปุ่ม หรือส่งข้อความไปยัง Twitter และเปลี่ยนเป็นเอาต์พุตเปิดใช้งานมอเตอร์, เปิดไฟ LED หรือเผยแพร่ข้อมูลไปยังระบบอินเทอร์เน็ตได้อีกด้วย ซึ่งผู้ใช้งานสามารถควบคุมบอร์ดว่าต้องทำอะไร โดยส่งชุดคำสั่งไปยังไมโครคอนโทรลเลอร์บนบอร์ด ในการทำเช่นนั้นคุณต้องใช้ภาษา Arduino ซึ่งมีคำสั่งเพิ่มขึ้นมาเพื่อเขียนในรูปแบบภาษา C++ และใช้ซอฟต์แวร์ Arduino IDE เป็นหลักในการประมวลผล

          ในช่วงหลายปีที่ผ่านมา Arduino เป็นส่วนหลักของโครงการมากมาย ตั้งแต่วัตถุประสงค์ประจำวันไปจนถึงเครื่องมือวิทยาศาสตร์ที่ซับซ้อน ชุมชนออนไลน์ ของ Maker ทั่วโลก ซึ่งมี นักเรียน/นักศึกษา, ผู้ชอบทำงานอดิเรก, ศิลปิน, นักเขียนโปรแกรมและผู้เชี่ยวชาญ ได้รวมตัวกันใช้งานสำหรับ แพลตฟอร์มแบบเปิดนี้ การมีส่วนร่วมของพวกเขาได้เพิ่มความรู้ที่เข้าถึงได้อย่างเหลือเชื่อซึ่งสามารถเป็นประโยชน์อย่างมากสำหรับมือใหม่และผู้เชี่ยวชาญ

          Arduino มีจุดกำเนิดเริ่มต้นขึ้นที่สถาบันการออกแบบปฏิสัมพันธ์ Ivrea ประเทศอิตาลี ซึ่งเป็นเครื่องมือที่ง่ายสำหรับการสร้างต้นแบบที่รวดเร็วมุ่งเป้าไปที่นักเรียนที่ไม่มีพื้นฐานด้านอิเล็กทรอนิกส์และการเขียนโปรแกรม แต่ก็มีผู้ใช้หลายคนพยายามนำ Arduino ไปใช้ในระบบงานจริง ๆ ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับปัญหาและความยากง่ายของงานนั้น ๆ Arduino เริ่มมีการเปลี่ยนแปลงเพื่อปรับให้เข้ากับความต้องการและความท้าทายใหม่ ๆ จากบอร์ด 8 บิตแบบง่าย ๆ กับผลิตภัณฑ์สำหรับแอปพลิเคชันสำหรับ IoT, อุปกรณ์สวมใส่, เครื่องพิมพ์ 3 มิติ และสภาพแวดล้อมแบบฝังตัว

          การใช้งานบอร์ด Arduino ในปัจจุบัน เป็นระบบเปิดที่สมบูรณ์ที่ช่วยให้ผู้ใช้สามารถสร้างได้อย่างอิสระและปรับให้เข้ากับความต้องการเฉพาะของพวกเขา ซอฟต์แวร์ก็เป็นระบบเปิดและมีการเติบโตผ่านการมีส่วนร่วมของผู้ใช้ทั่วโลก โดยเว็บไซต์หลักที่สามารถศึกษาและหาข้อมูลเพิ่มเติมได้คือ https://www.arduino.cc

ทำไมต้องเลือกใช้งาน Arduino

          - ราคาไม่แพง บอร์ด Arduino มีราคาไม่แพงเมื่อเทียบกับแพลตฟอร์มของไมโครคอนโทรลเลอร์อื่น  โมดูล Arduino ที่มีราคาถูกที่สุดสามารถประกอบได้ด้วยมือและแม้แต่โมดูล Arduino ที่ประกอบไว้ล่วงหน้าก็มีราคาถูก

          - ทำงานได้หลายแพลตฟอร์ม ซอฟต์แวร์ Arduino IDE ทำงานบนระบบปฏิบัติการ Windows, Macintosh OSX และ Linux ระบบไมโครคอนโทรลเลอร์ส่วนใหญ่ จำกัด อยู่ที่ Windows

          - สภาพแวดล้อมการเขียนโปรแกรมที่ง่ายและชัดเจน ซอฟต์แวร์ Arduino IDE นั้นใช้งานง่ายสำหรับผู้เริ่มต้น แต่ก็มีความยืดหยุ่นเพียงพอสำหรับผู้ใช้ขั้นสูงในการใช้ประโยชน์เช่นกัน

          - ซอฟต์แวร์แบบเปิดและซอฟต์แวร์ที่ขยายความสามารถได้ ซอฟต์แวร์ Arduino ได้รับการเผยแพร่เป็นเครื่องมือแบบเปิด ซึ่งมีไว้สำหรับนักเขียนที่มีประสบการณ์ ภาษาสามารถขยายได้ผ่านไลบรารี่ภาษา C++ และผู้ที่ต้องการเข้าใจรายละเอียดทางเทคนิคสามารถก้าวกระโดดจาก Arduino ไปยังภาษาการเขียนโปรแกรม AVR-C ซึ่งเป็นภาษาพื้นฐาน ในทำนองเดียวกันคุณสามารถเพิ่มรหัสต้นฉบับ AVR-C โดยตรงในโปรแกรม Arduino IDE ของผู้ใช้งาน

          - ฮาร์ดแวร์ระบบเปิดที่ขยายความสามารถได้ แผนของบอร์ด Arduino ได้รับการเผยแพร่ภายใต้ใบอนุญาต Creative Commons ดังนั้นนักออกแบบวงจรที่มีประสบการณ์สามารถสร้างโมดูลรุ่นของตัวเองขยายและปรับปรุงตามความต้องการให้ดีขึ้น แม้แต่ผู้ใช้ที่ไม่มีประสบการณ์ก็สามารถสร้างโมดูลรุ่นที่มีบอร์ดทดลอง เพื่อทำความเข้าใจวิธีการทำงานและช่วยประหยัดเงิน

บอร์ด Arduino ในท้องตลาด

          ในปัจจุบันมีผลิตภัณฑ์ด้าน บอร์ด Arduino ที่ผลิตออกมามากมาย ในบทความนี้จะแนะนำในส่วนที่มีตัวอย่างและบทความให้ได้เรียนรู้ตั้งแต่ระดับเริ่มต้น ดังนี้คือ

         - Arduino Uno Rev3

         - Arduino nano

         - Arduino MEGA

         - NodeMCU (ESP8266)

         - ESPino32

         - Node32Lite

นำ Arduino ไปใช้ ในด้านการจัดการเรียนการสอนอย่างไร

ภาพที่ 2 ตัวอย่างโครงงานที่สร้างด้วย Arduino
ที่มา มาโนชญ์ แสงศิริ

        - ผู้สอนต้องมีความรู้และทักษะในการเขียนโปรแกรมควบคุมตัวตรวจจับต่าง ๆ เพื่อควบคุมชิ้นงานให้มีประสบการณ์เสียก่อนว่าสามารถนำไปใช้ทำอะไรได้บ้าง จึงกำหนดรูปแบบของ วัสดุต่าง ๆ ที่ใช้ประกอบในกิจกรรมการจัดการเรียนรู้

        - สามารถฝึกนักเรียนด้านการเขียนโปรแกรมภาษา C++ เพื่อแก้โจทย์ปัญหาพื้นฐานได้ แต่การใช้งาน Arduino IDE เพื่อฝึกฝนด้านคำสั่งนั้นจะต้องอาศัยระยะเวลาและประสบการณ์การลองผิดลองถูกในการฝึกฝน โดยครูผู้สอนต้องคอยแนะนำอย่างใกล้ชิด แล้วจึงฝึกฝนการเขียนโปรแกรมควบคุมตัวตรวจจับต่าง ๆ เพื่อรับและแสดงผลข้อมูลอย่างง่าย แล้วจึงต่อยอดด้วย loT Platform

        - สามารถนำไปประยุกต์ใช้งานในรูปแบบของโครงงานต่าง ๆ ได้เหมือน บอร์ดไมโครคอนโทรเลอร์ทั่วไป เช่น ระบบเปิด/ปิดไฟอัตโนมัติ, ระบบตรวจสอบอุณหภูมิห้องแบบเรียลไทม์, ระบบแจ้งเตือนต่าง ๆ , ระบบวัดความเข้มแสง, เครื่องนับแต้ม, ระบบจัดเก็บข้อมูลจากตัวตรวจจับต่าง ๆ ลงฐานข้อมูลต่างเช่น MariaDB/MySQL เป็นต้น แต่จำเป็นต้องมีการซื้อตัวตรวจจับ (Sensor) เพิ่มเติมด้วย และเพิ่มความสามารถของชิ้นงานด้วย loT Platform ที่มีบริการดังนี้ NETPIE, Anto.io (Anto IoT platform), loTtweet, Blynk, Thinkspeak, thingspeak, mydevices, cloudmqtt, thinger.io, thingsboard.io

        - สามารถนำไปประยุกต์ใช้สอนในรูปแบบสะเต็มศึกษาได้

แหล่งที่มา

มาโนชญ์ แสงศิริ. (2562,29 มกราคม).  สะเต็มกับ KidBright.  สืบค้นเมื่อ 1 กุมภาพันธ์ 2562, จาก http://www.scimath.org/article-stem/item/9091-kidbright

มาโนชญ์ แสงศิริ. (2562,18 มกราคม).  IoT Platform ฝีมือคนไทย.  สืบค้นเมื่อ 1 กุมภาพันธ์ 2562, จาก http://www.scimath.org/article-technology/item/9084-2018-10-18-07-45-35

Arduino. (2019). Retrieved February 1, 2019 from https://arduino.cc

Leo Louis. (2016, April).  WORKING PRINCIPLE OF ARDUINO AND USING IT AS A TOOL FOR STUDY AND RESEARCH.  International Journal of Control, Automation, Communication and Systems (IJCACS), 1 (2), 21-29.

Yahya Tawil. (2016, 1 July). Understanding Arduino UNO Hardware Design. Retrieved February 1, 2019. from https://www.allaboutcircuits.com/technical-articles/understanding-arduino-uno-hardware-design