diplomka/kapitoly/8-overeni-v-praxi.tex

\chapter{Ověření v~praxi} \label{kapitola:overeni-v-praxi}

Vytvořená vývojová deska byla spolu se dvěma moduly testována ve dvou odlišných scénářích. Prvním bylo ověření v~rámci kroužku programování jednočipových počítačů na Gymnáziu Jana Keplera. Druhé proběhlo formou workshopu organizovaného studentským spolkem \emph{microlab} na Pedagogické fakultě Univerzity Karlovy.

\begin{table}[h!]
\vspace{10pt}
\centering
\begin{tabular}{lll}
\textbf{Místo}                   & Gymnázium Jana Keplera & Pedagogická fakulta, UK \\
\textbf{Počet účastníků}         & 7                      & 5                       \\
\textbf{Věkový rozsah}           & 14--18                 & 20--25                  \\
\textbf{Počet setkání}           & 2                      & 1                       \\
\textbf{Celkový časový rozsah}   & 6 hodin                & 3 hodiny               
\end{tabular}
\end{table}

Každá ze dvou následujících sekcí se zabývá detaily průběhu ověřování a~hodnocení jednotlivých prvků práce, zejména samotné vývojové desky, didaktických materiálů a~jejich formy, vhodnosti připravených úkolů a~celkové použitelnosti těchto komponent ve výuce. Sekce se zaměřují na podrobné posouzení efektivity těchto prvků v~praktickém prostředí a~poskytují zpětnou vazbu pro další optimalizaci a~zlepšení výukového procesu, která je podrobně rozebrána v~kapitole \ref{kapitola:reflexe}.

\section{Kroužek, Gymnázium Jana Keplera}

Na Gymnáziu byl uspořádán krátký kroužek cílený právě na programování jednočipových počítačů. Přihlásilo se celkem 7 žáků, většina z~nich znala nebo měla zkušenosti s~platformou Arduino, někteří dokonce z~předchozích kroužků, avšak objevili se i~žáci, kteří se s~podobnými technologiemi nesetkali. Přihlásili se převážně starší žáci vyššího gymnázia, avšak kroužku se účastnilo i~dva mladší žáci z~nižšího stupně. Jednalo se tedy o~celkově rozmanitou skupinu.

Kroužek sestával ze dvou setkání, každé po třech výukových hodinách. Byly zde probrány základy fungování a~využití jednočipových počítačů, následovala příprava prostředí k~programování vývojové desky, seznámení s~webovou dokumentací z~kapitoly \ref{kapitola:webova-dokumentace} a~účastníci kroužku si postupně vyzkoušeli všechny úkoly blíže popsané v~kapitole \ref{kapitola:didakticke-materialy}.

Pro výuku byla zvolena forma, při které žáci pracovali ve skupinách o~počtu dva nebo tři, bez přímého vedení učitele, který jen poskytoval rady a~odpovědi na případné dotazy a~řídil průběh práce na jednotlivých úkolech. K tomuto rozdělení vedla skutečnost, že nebyl k~dispozici dostatečný počet vývojových desek pro každého žáka. Tento přístup také podporoval spolupráci mezi studenty, kteří si mohli vzájemně pomáhat a~sdílet své znalosti, což přispělo k~pozitivnímu a~produktivnímu učebnímu prostředí. Zpravidla starší žáci aktivně pomáhali těm mladším a~vysvětlovali jim jednotlivé koncepty.

Vzhledem k~tomu, že čas byl rezervován pouze na dvě setkání, byla výuka zaměřena výhradně na práci se světelným modulem a~připravené úkoly pro tento modul. Někteří žáci však dokončili své úkoly rychleji a~ke konci kroužku si nad rámec tematického plánu vyzkoušeli i~další možnosti vývojové desky, například práci s~technologií Wi-Fi.

\subsection*{Výsledky ověření}

S~pozitivním ohlasem se setkala forma didaktických materiálů v~podobě webové stránky. Ze své podstaty poskytuje jednoduchý přehled jednotlivých modulů a~slouží jako dobrý základ pro plnění jednotlivých úkolů. Učitel mohl webovou stránku nejen promítat, ale každý žák si poté mohl dle potřeby prohlížet dokumentaci sám. Tato forma umožnila žákům snadný a~okamžitý přístup k~potřebným informacím a~podpořila jejich samostatnost při řešení úkolů.

Struktura jednotlivých úkolů s~využitím několika úrovní obtížnosti se ukázala být velice úspěšnou, zejména v~prostředí, kde pracovali studenti s~rozmanitou úrovní zkušeností. Úkoly byly navrženy tak, aby zahrnovaly jak základní, tak pokročilé části, což umožnilo každému studentovi najít úroveň, která odpovídala jeho znalostem a~schopnostem. V~praxi se nestalo, že by někdo nezvládal základní část, nebo naopak neměl co dělat a~zůstal nečinně čekat. Díky této struktuře úkolů měl každý student vždy výzvu odpovídající jeho schopnostem, což vedlo k~maximálnímu zapojení všech žáků.

Z~technického hlediska se během těchto setkání ukázalo, že původní navrhované změny struktury paměti v~sekci \ref{sekce:konfigurace} nestačí v~případě, že je výsledný firmware příliš veliký, například při integraci mnoha externích knihoven. Problém byl na místě vyřešen změnou paměťových oddílů, viz \ref{sekce:konfigurace-ota}.

Praktická zkušenost z~kroužku rovněž zdůraznila důležitost efektivního vývojového prostředí. PlatformIO a~s~ním spojený editor PlatformIO IDE se ukázaly jako užitečné nástroje, protože poskytují jednotné prostředí pro správu kódu, kompilaci, nahrávání firmware a~jeho jednoduchý vývoj. Integrace s~PlatformIO výrazně zjednodušuje průběh výuky a~přispívá k~jejímu hladkému průběhu.

Ukázalo se, že eliminováním potřeby zapojování jednotlivých senzorů a~tím, že byla vývojová deska s~moduly připravena na okamžité programování, bylo možné se se studenty dostat mnohem dál než během výuky kroužků právě s~platformou Arduino, která se odehrávala v~předchozích letech. Studenti tak měli více času věnovat se samotnému programování a~řešení úkolů, místo aby se zabývali složitým zapojováním hardwaru. Tato zjednodušená příprava výrazně přispěla k~efektivnějšímu využití času během kroužku a~umožnila hlubší porozumění programovacím konceptům a~využívaným knihovnám.


\section{Workshop, Pedagogická fakulta, Univerzita Karlova}

Workshop s~rozsahem tří vyučovacích hodin byl uspořádán na Pedagogické fakultě Univerzity Karlovy u~příležitosti setkání neformálního spolku \emph{microlab}, který je zaměřen právě na informační technologie, zejména na programování, elektrotechniku a~kybernetiku. Workshopu se aktivně zúčastnilo celkem pět vysokoškolských studentů, nejen z~prostředí Pedagogické fakulty, ale také z~Fakulty elektrotechnické ČVUT a~Matematicko-fyzikální fakulty Univerzity Karlovy. Věk účastníků pokrýval dvacet až dvacet pět let a~všichni účastníci byli mírně pokročilí až pokročilí v~obecné oblasti programování.

Čtyři z~účastníků měli zkušenost s~programováním jednočipových počítačů, dva z~nich se považovali za pokročilé, a~jeden účastník se již dokonce věnoval návrhu vlastních jednočipových počítačů. Lze tedy stanovit, že účastnická základna, byť malá, byla rozmanitá s~ohledem na znalosti a~dovednosti v~této oblasti.

Na začátku workshopu byl vysvětlen princip fungování vývojové desky a~softwarového vybavení, kterým se deska ovládá. Rozsah pouze tří vyučovacích hodin se opět soustředil zejména na práci se světelným modulem. Účastníci si osvojili práci s~vývojovou deskou výrazně rychleji a~pracovali na připravených úkolech. Někteří účastníci si také vyzkoušeli úkoly, které jsou cíleny na práci se samotnou vývojovou deskou.

\subsection*{Výsledky ověření}

Praktická zkušenost z~workshopu zdůraznila důležitost efektivního vývojového prostředí a~volba systému PlatformIO se potvrdila jako správná. V~tomto případě pracoval každý ve vlastním prostředí, nikoli pouze v~PlatformIO IDE. Nikdo ze zúčastněných se nemusel zabývat složitou konfigurací a~stačilo jen nainstalovat PlatformIO a~u~některých také Git pro naklonování repozitáře se šablonou základního projektu. Někteří však využili možnost stažení této šablony formou archivu \emph{zip}, která je uvedena v~dokumentaci.

\begin{figure}[h!]
    \vspace{10pt}
    \centering
    \includegraphics[width=0.3\linewidth]{obrazky/download-zip.png}
    \caption{Tlačítko pro stažení šablony projektu v~archivu zip.}
    \label{fig:download-zip}
    \vspace{10pt}
\end{figure}

Struktura jednotlivých úkolů s~využitím několika úrovní obtížnosti se opět ukázala jako velmi úspěšná. Úkoly byly navrženy tak, aby zahrnovaly jak základní, tak pokročilé části, což umožnilo každému účastníkovi postupovat vlastním tempem. Díky této struktuře úkolů měl každý účastník vždy výzvu odpovídající jeho schopnostem, což vedlo k~maximálnímu zapojení všech zúčastněných.

Při práci na úkolech určených pro vývojovou desku však bylo zjištěno, že původní návaznost těchto úkolů není dostatečně dobře seřazena dle obtížnosti, kdy mezi úkoly zaměřenými na sériovou linku a~poté na WiFi je obrovský skok v~náročnosti. Proto byly implementovány úpravy ve struktuře těchto úkolů, viz následující kapitola \ref{kapitola:reflexe}.

Podobně jako u~kroužku na gymnáziu, i~zde se pozitivně osvědčila forma didaktických materiálů v~podobě webové stránky. Účastníci cítili potřebu splnit všechny připravené výzvy a~považovali tento přístup za zábavnou formu vzdělávání.

Vývojová deska i~didaktické materiály se ukázaly být vhodnými i~pro studenty vysoké školy. S~ohledem na jejich pokročilejší znalosti a~dovednosti oproti žákům gymnázia však zabere připravená sada úkolů podstatně méně času. Tento fakt je důležitý pro další úpravy a~přizpůsobení materiálů, aby byly dostatečně náročné a~atraktivní i~pro vysokoškolské studenty. Workshop tedy ukázal, že je možné využít stávající strukturu úkolů a~rozšířit ji o~další pokročilé úkoly a~projekty, které by lépe odpovídaly schopnostem vysokoškolských studentů. Není tedy nutné vývojovou desku omezovat pouze na prostředí střední školy, potažmo gymnázia.

Celkově lze říci, že workshop, po úpravách vycházejících z~první reflexe na gymnáziu, potvrdil efektivitu navrženého přístupu a~metodiky. Z~ověření tedy vyplývá, že zvolené materiály a~struktura úkolů jsou vhodné pro široké spektrum studentů s~různou úrovní znalostí a~dovedností.


\section{Shrnutí výsledků}

Didaktické materiály jsou velmi flexibilní a~snadno přizpůsobitelné potřebám výuky, protože nejsou příliš specifické. Nabízejí různé úrovně obtížnosti prostřednictvím připravených výzev, což umožňuje jejich využití pro studenty s~různými úrovněmi znalostí. Forma dokumentace ve formě webové stránky je velmi dobře hodnocena, zejména díky její přehlednosti a~snadnému přístupu.

Softwarová platforma je spolehlivá a~uživatelsky přívětivá. Funguje bez problémů na různých operač\-ních systémech, aniž by vyžadovala složitou ruční konfiguraci, což značně usnadňuje práci.

Hardware měl v~předchozí verzi některé nedostatky, které však byly odstraněny v~nové revizi vývojové desky a~modulů, což výrazně zlepšilo jeho použitelnost.

Tento systém je ideální zejména pro výuku v~rámci zájmových kroužků, ale své místo by mohl najít i~jako součást povinné výuky. Jeho využití je však nejvhodnější pro studenty vyšších ročníků gymnázií, kteří již disponují pokročilejšími znalostmi v~oblasti programování. Díky své modularitě a~přehlednosti přirozeně navazuje na výuku s~nástrojem micro:bit a~zároveň představuje most k~pokročilejší práci s~Arduinem, které obohacuje výuku o~praktické zapojování periferií.