Инженерно-техническое образование в гимназии

В.Путин: «Мы живем в период кардинальных перемен в экономической жизни всего мира. Никогда еще столь быстро не обновлялись технологии. Многое из того, что нас сегодня привычно окружает, казалось фантастикой лет 15-20 назад. Выигрывает тот, кто полнее других использует новые возможности. Нам нужна новая экономика, с конкурентоспособной промышленностью и инфраструктурой. Нам необходимо выстроить эффективный механизм обновления экономики, найти и привлечь необходимые для нее огромные материальные и кадровые ресурсы. Высокий уровень образования населения, огромное наследие фундаментальной науки, наличие инженерных школ — мы обязаны задействовать все эти факторы».

Экономика страны сегодня нуждается в модернизации. Потому подготовка высококвалифицированных кадров для промышленности и развитие инженерного образования является стратегической государственной задачей, приоритетным направлением развития страны. Современный инженер должен не только осуществлять «трансфер научных идей в технологию и затем в производство, но и создать всю цепочку исследование – конструирование – технология – изготовление – доведение до конечного потребителя – обеспечение эксплуатации».

Вырастить такого специалиста возможно, если начать работу со школьной скамьи.

Инженерно-техническое  направление в гимназии № 105

В гимназии классы с изучением предметов ориентированных на инженерно-техническое направление появилось в сентябре 2016 года, когда был выигран Грант. Первый год - пропедевтический.

 

Цели первого года

Инженер должен быть хорошо «подкован» во многих областях и науках. С чего начать подготовку будущих инженеров? Отвечая на этот вопрос для наших воспитанников гимназии, мы сформулировали цели первого года обучения:

1. Обучение технологии проектной и исследовательской деятельности.

2. Знакомство с теориями креативного мышления.

3. На основе черчения, 3d-моделирования, работы с робототехническими наборами и 3D-принтерах выстраивание полной технологической цепочки: от идеи до овеществлённого инженерного продукта.

Описание спецкурсов

1. Черчение, 3D-моделирование и прототипирование.

Черчение – язык техники. Это возможность передать свою инженерную идею другому человеку. Эту простую истину подтвердит любой инженер на производстве. Под ней, вне сомнений, подпишутся преподаватели технических вузов, которые сегодня вынуждены обучать первокурсников, не имеющих представления о черчении как таковом, ибо данный предмет исчез из школьной программы. На данном спецкурсе мы вернули уроки черчения. Хорошим дополнением к ним являются занятия по трёхмерному компьютерному моделированию. Тем более, что при грамотно организованной работе трёхмерные компьютерные модели можно изготовить на 3D-принтерах. Таким образом, хорошо реализуется связка «идея» – «модель» – «материальное воплощение». На её основе можно делать разные интересные проекты, что соотносится с поставленными нами целями первого года.

2. Робототехника и программирование.

Робототехника — прикладная наука, занимающаяся разработкой автоматизированных технических систем. Робототехника опирается на такие дисциплины как электроника, механика, программирование.

Робототехника является одним из важнейших направлений научно- технического прогресса, в котором проблемы механики и новых технологий соприкасаются с проблемами искусственного интеллекта. На современном этапе в школе рассматриваются проблемы робототехники. Lego роботы встраиваются в учебный процесс. 

В современном обществе идет внедрение роботов в нашу жизнь, очень многие процессы заменяются роботами. Сферы применения роботов различны: медицина, строительство, геодезия, метеорология и т.д. Очень многие процессы в жизни, человек уже и не мыслит без робототехнических устройств (мобильных роботов): робот для всевозможных детских и взрослых игрушек, робот – сиделка, робот – нянечка, робота – домработница и т.д. Специалисты обладающие знаниями в этой области сильно востребованы. И вопрос внедрения робототехники в учебный процесс начиная с начальной школы актуален. Если ребенок интересуется данной сферой с самого младшего возраста, он может открыть для себя столько интересного. Поэтому, внедрение робототехники в учебный процесс и внеурочное время приобретают все большую значимость и актуальность. Основное оборудование используемое при обучении детей робототехнике в школах - это ЛЕГО конструкторы, Fischertechnik  и Ардуино наборы. В нашей гимназии разработаны методические рекомендации по встраиванию робототехники в учебный процесс.

На данный момент (2016 год) созданы следующие лаборатории робототехники:

— робототехника LEGO №1 (на базе образовательных наборов LEGO WEDO), для учащихся 1–4 классов в корпусе 1 и корпусе 2;

— робототехника LEGO №2 (на базе образовательных наборов LEGO MINDSTORMS EV3), для учащихся 5–10 классов в корпусе 2;

— мобильная робототехника (на базе Arduino-совместимых контроллеров и наборов фирмы АМПЕРКА, для учащихся 9–10 классов;

Также в 6 классах ведется предмет «Прикладная механотроника» за счет часов внеурочной деятельности, где ребята знакомятся с основами физики, закладываются начала конструирования робототехнических конструкций,  а также элементы начертательной геометрии.

Курс «LegoWedo»

(ведется за счет платных образовательных услуг)

Все школьные наборы на основе LEGO® конструктора ПервоРобот предназначены чтобы ученики в основном работали группами. Поэтому, учащиеся одновременно приобретают навыки сотрудничества, и умение справляться с индивидуальными заданиями, составляющими часть общей задачи. В процессе конструирования добиваться того, чтобы созданные модели работали, и отвечали тем задачам, которые перед ним ставятся. Учащиеся получают возможность учиться на собственном опыте, проявлять творческий подход при решении поставленной задачи. Задания разной трудности учащиеся осваивают поэтапно. Основной принцип обучения «шаг за шагом», являющийся ключевым для LEGO®, обеспечивает учащемуся возможность работать в собственном темпе.

Курс «Lego MINDSTORMS EV3»

Данные конструкторы показывают учащимся взаимосвязь между различными областями знаний. На уроках информатики решать задачи физики, математики и т.д. Модели Конструктора EV3 дают представление о работе механических конструкций, о силе, движении и скорости, производить математические вычисления. Данные наборы помогают изучить разделы информатики – это моделирование и программирование.

Цель использования Лего - конструирования в системе дополнительного образования является овладение навыками начального технического конструирования, развития мелкой моторики, изучение понятий конструкции и основных свойств (жесткости, прочности, устойчивости), навык взаимодействия в группе. В распоряжение детей предоставлены конструкторы, оснащенные микропроцессором, и наборами датчиков. С их помощью школьник может запрограммировать робота - умную машинку на выполнение определенных функций.

В основная задача современного образования - создать среду, облегчающую ребёнку возможность раскрытия собственного потенциала. Это позволит ему свободно действовать, познавая эту среду, а через неё и окружающий мир. Новая роль педагога состоит в том, чтобы организовать и оборудовать соответствующую образовательную среду и побуждать ребёнка к познанию и к деятельности.

Связка двух курсов «Робототехника» и «Программирование» позволяет не только освоить основы написания программ на языках высокого уровня, но сразу найти им практическое применение в виде программирования роботов. На базе комплектов деталей для робототехники EV3 учащиеся конструируют и программируют роботов, оптимально приспособленных для выполнения заданных функций. Выходом может быть участие в соревнованиях, а также представление своих проектов на НПК и других конкурсах.

3. Экспериментальная физика.

Школьный курс физики весьма теоретизирован. Будущему инженеру просто необходимо быть хорошим физиком-практиком. Этому способствует введение дополнительного курса «Экспериментальная физика». Основная цель данного курса – научить учащихся проводить проектную работу с элементами исследования, ставить перед собой учебные цели, формулировать задачи, проводить экспериментальную работу, оценивать результаты эксперимента, уверенно пользоваться лабораторным оборудованием. Удачно подобранная тематика экспериментальных работ способствует повышению уровня учебной мотивации, развитию пытливости ума. Данный спецкурс является хорошим подспорьем в подготовке команды к Турниру юных физиков.

Дальнейшие планы

Выполнив в 2016-2017 учебном году цели начального периода, мы будем разрабатывать дальнейшую программу спецкурсов подготовки будущих инженеров. Все существующие сегодня стандарты инженерного образования подразумевают развитие определённых личностных качеств будущего инженера. Школа не может остаться в стороне от этих требований. Потому планируем серьёзную работу по формированию умений работать в команде, воспитанию лидерских качеств.

 

Успехи учащихся гимназии и педагогов

В ноябре 2016 года учащиеся нашей гимназии приняли участие в районной научно-практической конференции по направлениям робототехника и физика используя различные робототехнические наборы и лабораторию по физике. Работы сделанные ребятами удостоились 1,2 и 3 места.

 

Аналитическая справка по реализации гранта