Дополнительная общеобразовательная (общеразвивающая)
программа продвинутого уровня
«Конструкторское бюро Технополис»
Срок реализации: 1 год
Возраст обучающихся 12-18 лет
Автор программы:
Масленников Ринат Ринатович,
педагог дополнительного образования
Сургут, 2018
В ходе практических занятий по программе дети получат навыки работы на высокотехнологическом оборудовании, познакомятся с теорией решения изобретательских
задач, основами инженерии, выполнят работы с электронными компонентами, поймут особенности и возможности высокотехнологического оборудования и способы его практического применения, а также определят наиболее интересные направления для дальнейшего практического изучения, в том числе основы начального технологического предпринимательства.
Название программы |
Конструкторское бюро Технополис |
Направленность программы |
Техническая |
Уровень программы |
Продвинутый |
Ф.И.О. разработчика (составителя) программы |
Масленников Ринат Ринатович |
Год разработки или модификации |
2018 |
Где, когда и кем утверждена программа |
Рекомендована методическим советом МАОУ ДО «Технополис», протокол №2 от 25.04.2018г., утверждена директором МАОУ ДО «Технополис» 25.04.2018г. |
Информация о наличии рецензии |
нет |
Цель |
формирование уникальных компетенций по работе с высокотехнологичным оборудованием, изобретательства и инженерии и их применение в практической работе и проектах. |
Задачи |
• познакомить с основами теории решения изобретательских задач и инженерии; • научить проектированию в САПР и созданию 2 D и 3D моделей; • научить практической работе на лазерном оборудовании; • научить практической работе на аддитивном оборудовании; • научить практической работе на станках с ЧПУ (фрезерные станки); • научить практической работе с ручным инструментом; • научить практической работе с электронными компонентами; • развивать навыки необходимые для проектной деятельности; • развивать разные типы мышления. |
Планируемые результаты освоения программы |
По окончании обучения обучающиеся должны демонстрировать сформированные умения и навыки работы с высокотехнологичным оборудованием и применять их в практической деятельности. Ожидается, что обучающиеся будут выполнять различные творческие работы и задания; принимать активное участие во внеклассных мероприятиях; выступать на олимпиадах и конкурсах различных уровней. |
Срок реализации программы |
1 год |
Количество часов в неделю/год |
6/228 |
Возраст обучающихся |
12-18 лет |
Формы занятий |
• практическое занятие; • занятие – соревнование; • экскурсия; • Workshop (рабочая мастерская - групповая работа, где все участники активны и самостоятельны); • консультация; • выставка |
Методическое обеспечение |
Альтшуллер Г. С. Найти идею. Введение в теорию решения изобретательских задач. — Новосибирск: Наука, 1986 Иванов Г. И. Формулы творчества, или Как научиться изобретать: Кн. Для учащихся ст. Классов. — М.: Просвещение, 1994. |
Условия реализации программы (оборудование, инвентарь, специальные помещения, ИКТ и др.) |
Обязательное оборудование (указано минимальное количество) Компьютерное оборудование • Персональные компьютеры для работы с 3Д моделями с предустановленной операционной системой и специализированным ПО- 10 шт. • Мониторы - 10 шт. • Клавиатура USB - 10 шт. • Мышь USB - 1 шт. Профильное оборудование: • 3D-принтер учебный с принадлежностями - 10 шт. • Фрезер учебный с принадлежностями -10 шт. • Лазерный гравер учебный с рамой на колесах-1 шт. • Паяльная станция - 10 шт. • Ручной инструмент- 10 комп Программное обеспечение: • Программное обеспечение САПР для проектирования печатных плат • ПО обучающее для станка • ПО для 3Д моделирования • Презентационное оборудование • Интерактивный комплект • Дополнительное оборудование: • Вытяжная система для лазерного станка фильтрующая • Система хранения материала Расходные материалы Материалы могут закупаться в других размерах, главное, чтобы итоговое количество было достаточным. Количество указано с запасом, чтобы дети могли экспериментировать. Оставшиеся материалы рекомендуется использовать на мастер-классах. |
В настоящее время в мире происходит процесс стремительного насыщения современного общества техническими средствами массовой коммуникации, возрастание роли и места информации в жизни человечества в целом и каждого конкретного человека в отдельности. На современном этапе развития общества информационная культура становится одним из основных показателей общей культуры личности. Успешность каждого человека трудоспособного возраста всё более зависит от того, насколько он обладает способностью своевременно получать, адекватно воспринимать и продуктивно использовать новую информацию в своей деятельности, в том числе и профессиональной. «Завтра» сегодняшних детей – это информационное общество. И ребенок должен психологически быть готов к жизни в этом обществе, которое живет в мире постоянного умножения потоков информации. Решать практические задачи по обработке этой информации человеку помогает компьютер. Но если навыки работы с конкретной техникой можно приобрести на рабочем месте, то мышление, не развитое в определенные природой сроки, таковым и останется. Поэтому для подготовки детей к жизни в современном информационном обществе очень важно развивать мышление детей. Учёные-психологи отмечают, что для человека в жизни порой важен не столько набор знаний, которым он обладает, сколько развитое мышление. Причём некоторые структуры мышления (например, логическое мышление) оптимально формировать в возрасте 5-12 лет, а так как данный курс предназначен для обучения детей младшего школьного возраста, то отличительной его особенностью является направленность на развитие логического и алгоритмического мышления обучающихся и на освоение ими практической работы на компьютере.
Уровень программы: продвинутый.
По уровню освоения программа «Конструкторское бюро Технополис» является пропедевтической и предназначена для обучения детей школьного возраста (обучающихся 12-18 лет).
По направленности образовательной деятельности программа носит технический характер.
Актуальность программы Основы изобретательства и инженерии, с которыми познакомятся ученики в рамках программы, сформируют начальные знания и навыки для различных разработок и воплощения своих идей и проектов в жизнь с возможностью последующей их коммерциализации. Освоение инженерных технологий подразумевает получение
ряда базовых компетенций, владение которыми критически необходимо для развития изобретательства, инженерии и молодежного технологического предпринимательства, что необходимо любому специалисту на конкурентном рынке труда в STEAM- профессиях.
Педагогическая целесообразность программы заключается в том, что в ходе ее реализации у обучающихся, кроме предметных, формируются учебно-познавательные, коммуникативные и информационные компетенции. В ходе изучения курса систематично и последовательно формируются навыки умственного труда – планирование своей работы, поиск рациональных путей ее выполнения, критическая оценка результатов.
Цель программы: формирование уникальных компетенций по работе с высокотехнологичным оборудованием, изобретательства и инженерии и их применение в практической работе и проектах.
Задачи:
• познакомить с основами теории решения изобретательских задач и инженерии;
• научить проектированию в САПР и созданию 2 D и 3D моделей;
• научить практической работе на лазерном оборудовании;
• научить практической работе на аддитивном оборудовании;
• научить практической работе на станках с ЧПУ (фрезерные станки);
• научить практической работе с ручным инструментом;
• научить практической работе с электронными компонентами;
• развивать навыки необходимые для проектной деятельности;
• развивать разные типы мышления.
Программа «Конструкторское бюро Технополис» предназначена для обучения детей школьного возраста (обучающихся 12-18 лет).
Объем программы составляет 228 часов. Режим занятий - 6 академических часов в неделю.
Основной формой организации образовательного процесса является групповое занятие. Для успешного усвоения обучающимися данного курса предполагается применение фронтальных, групповых и индивидуальных приёмов работы, постепенный переход от работы со всей группой, через этап оказания дозированной помощи обучающемуся, к полностью самостоятельной работе.
Возможные формы занятий: занятие-практикум, контрольное занятие, выставка, презентация и защита проектов, конкурс, лабораторное занятие, олимпиада, соревнование, которые педагог выбирает самостоятельно исходя из целей и задач занятия.
Планируемые результаты
Профессиональные и предметные:
• знание основ и принципов теории решения изобретательских задач, овладение начальными базовыми навыками инженерии;
• знание и понимание принципов проектирования в САПР, основ создания и проектирования 2D и 3D моделей;
• знание основ и овладение практическими базисными знаниями в работе на лазерном оборудовании;
• знание основ и овладение практическими базисными знаниями в работе на аддитивном оборудовании;
• знание основ и овладение практическими базисными знаниями в работе на станках с числовым программным управлением (фрезерные станки);
• знание основ и овладение практическими базисными знаниями в работе с ручным инструментом;
• знание основ и овладение практическими базисным знаниям в работе с электронными компонентами.
• умение активировать приложения виртуальной реальности, устанавливать их на устройство и тестировать;
• знание и понимание основных технологий, используемых в Хайтеке, их отличие, особенности и практики применения при разработке прототипов;
• знание пользовательского интерфейса профильного ПО, базовых объектов инструментария.
Универсальные:
• умение работать в команде: работа в общем ритме, эффективное распределение задач и др.;
• наличие высокого познавательного интереса учащихся,
• умение ориентироваться в информационном пространстве, продуктивно использовать техническую литературу для поиска сложных решений;
• умение ставить вопросы, связанные с темой проекта, выбор наиболее эффективных решений задач в зависимости от конкретных условий;
• наличие критического мышления;
• проявление технического мышления, познавательной деятельности, творческой инициативы, самостоятельности;
• способность творчески решать технические задачи;
• готовность и способность применения теоретических знаний по физике, информатике для решения задач в реально мире;
• способность правильно организовывать рабочее место и время для достижения поставленных целей.
Артефакты
• не менее одного выполненного продукта проекта с созданием итоговой 3Д модели ;
• не менее одного элемента конструкции созданного с использованием каждой из технологий: лазерной, аддитивной, фрезерной;
• не менее одного элемента изготовленного методом работы с электронными компонентами;
• не менее одной общей конструкции, разработанной в команде
Сроки и формы проведения промежуточной и итоговой аттестации
Для отслеживания результативности образовательного процесса в программе предусмотрено в течение всего учебного года выполнение самостоятельных, практических работ (текущий контроль), позволяющее судить о том, как усвоен пройденный материал. Учащиеся выполняют контрольные, практические работы, представляют выполненные проекты (промежуточный контроль). Итоговый контроль предусматривает кумулятивность итоговой оценки (годовая оценка вытекает из всех полученных по разделам).
Методическое обеспечение программы
В основу отбора содержания программы, выбора средств и методических технологий легли основные дидактические принципы: научность, доступность, наглядность, системность.
Данная программа реализует два направления, которые положены в основу пропедевтического курса: технологический – освоение практики работы на компьютере и общеобразовательный, в котором информатика рассматривается как средство развития логического, алгоритмического, системного мышления. Также педагогу надо учитывать, что в дополнительном образовании положительным является то, что содержание программы не является статичным. Оно может периодически изменяться, т.е. дорабатываться, пополняться, или корректироваться с учетом её актуальности, современного состояния системы образования, развития техники и технологий. Например, в некоторых разделах курса указаны конкретные компьютерные программы, позволяющие реализовать изучаемую технологию, что не ограничивает педагога заменить их подобными.
Предлагаемый в данной программе материал подобран и систематизирован в соответствии с возрастными особенностями детей младшего школьного возраста.
В целях избежания перегрузки учебным материалом целесообразно использовать своевременную смену видов деятельности детей, проводить физкультминутки, способствующие разрядке и снимающие усталость у детей. Большое значение в этом отношении имеет игровая деятельность детей на уроках, подача нового материала в занимательной форме, в форме игры, путешествия, сказки. Использование на занятиях компьютера, как инструмента деятельности, способствует повышению интереса к обучению, развитию логического и алгоритмического мышления.
Педагогу необходимо реализовать сбалансированное сочетание традиционных и новых методов обучения, оптимизировать применение объяснительно-иллюстративных методов и использование технических средств обучения. В организации учебного процесса важную роль играют практические занятия. При планировании и организации занятий следует иметь в виду, что теоретический материал должен осознаваться и усваиваться преимущественно в процессе выполнения практических работ.
Условия реализации программы
Учебно-методическое обеспечение:
Базовые кейсы Хай -Тек кванта разработанные Федеральным тьютором Тимирбаевым Денисом Фаридовичем
Материально-техническое обеспечение:
Обязательное оборудование (указано минимальное количество)
Компьютерное оборудование
• Персональные компьютеры для работы с 3Д моделями с предустановленной операционной системой и специализированным ПО- 10 шт.
• Мониторы - 10 шт.
• Клавиатура USB - 10 шт.
• Мышь USB - 1 шт.
Профильное оборудование:
• 3D-принтер учебный с принадлежностями - 10 шт.
• Фрейзер учебный с принадлежностями -10 шт.
• Лазерный гравер учебный с рамой на колесах-1 шт.
• Паяльная станция - 10 шт.
• Ручной инструмент- 10 комп
Программное обеспечение:
• Программное обеспечение САПР для проектирования печатных плат
• ПО обучающее для станка
• ПО 3Д моделированию
• Презентационное оборудование
• Интерактивный комплект
• Дополнительное оборудование:
• Вытяжная система для лазерного станка фильтрующая
• Система хранения материала
Расходные материалы
Материалы могут закупаться в других размерах, главное, чтобы
итоговое количество было достаточным.
Количество указано с запасом, чтобы дети могли экспериментировать. Оставшиеся материалы рекомендуется использовать
на мастер-классах.
Комплект расходных материалов для практикума «Пайка»:
Комплект радиодеталей, Основа крепления омедненный пластик, комплект олова и припоя, абразивный материал 10 шт.
Комплект расходных материалов для лазерных технологий:
Наличие в наборе листового акрилового оргстекла не менее 15 листов габаритными размерами не менее 1000х1500 мм, толщиной:
2 мм- не менее 2-х листов;
толщиной 3 мм –не менее 2-х листов;
толщиной 4 мм – не менее 3-х листов;
толщиной 6 мм - неменее 5-ти листов;
толщиной 8 мм- не менее 2-х листов;
толщиной 10 мм- не менее одного листа
Наличие в наборе листового металлизированного пластика для гравировки не менее 6 листов, размеры листов не менее 600х1200 мм, цветовое решение: покрытие цвет серебро,
пластик – черный – не менее 3 листов;
покрытие цвет золото, пластик – черный- не менее 3 листов
Наличие в наборе листовой фанеры ламинированной не менее 15 листов,
сорта не хуже 2/3, размеры листов не менее 1220х2440 мм,
толщиной: - 6 мм не менее 10 листов, - 9 мм не менее 3 листов, -12 мм не менее 2 листов
Модельный пластик Пластик листовой
Плотность кг/м3: не менее 400;
Размер листа: не менее 1000 x 200 x10 мм не менее 1 листа;
Размер листа: не менее 1000 x 200 x20 мм не менее 1 листа.
Набор для аддитивных технологий:
Наличие в наборе не менее одного комплекта по технологии моделирование методом послойного наплавления в составе: PLA и ABS пластик
в катушках, общим весом не менее 18 кг. Диаметр нити: 1,75 мм Требования
к материалу:
- безопасный для использования, безвредный для здоровья и окружающей среды
№ п/п |
Название раздела |
Количество часов |
||
Всего |
Теория |
Практика |
||
1. |
Основы изобретательства и инженерии |
57 |
9,5 |
47,5 |
2. |
Аддитивные технологии |
57 |
9,5 |
47,5 |
3. |
Лазерные технологии |
57 |
9,5 |
47,5 |
4. |
Фрезерные технологии |
57 |
9,5 |
47,5 |
|
Итого |
228 |
38 |
76 |
Раздел: Основы изобретательства и инженерии
Метод/Форма: Лекция
Название: Основы изобретательства и инженерии
Кол-во часов /занятий:
Soft Skills: Изобретательское и инженерное мышление
Раздел: Аддитивные технологии
Метод/Форма: Лекция. Демонстрация
Название: САПР. 2-х мерное черчение
Кол-во часов /занятий:
Hard Skills: САПР, основы черчения
Раздел: Аддитивные технологии
Метод/Форма: Практическая работа
Название: Построение и печать 3D- модели. Деталь. Операция выдавливание
Кол-во часов /занятий:
Hard Skills: Создание 3D моделей, печать на принтере
Раздел: Аддитивные технологии
Метод/Форма: Практическая работа
Название: Сборка. Операция вращение
Кол-во часов /занятий:
Hard Skills: Создание 3D моделей, печать на принтере
Раздел: Аддитивные технологии
Метод/Форма: Практическая работа
Название: Деталь. Вырезание
Кол-во часов /занятий:
Hard Skills: Создание 3D моделей, печать на принтере
Раздел: Аддитивные технологии
Метод/Форма: Кейс 1
Название: Колесо – изготовление шины
Кол-во часов /занятий:
Hard Skills: Инженерное мышление, 3D моделирование, уме-
ние использовать адитивные технологии
Soft Skills: Основы ТРИЗ, навыки публичного выступления и
презентации результатов, навык генерации идей
Раздел: Лазерные технологии
Метод/Форма: Лекция
Название: Векторная графика
Кол-во часов /занятий:
Hard Skills: Векторная графика и 2D моделирование
Soft Skills: Изобретательское и инженерное мышление
Раздел: Лазерные технологии
Метод/Форма: Практическая работа
Название: Лазер против материала
Кол-во часов /занятий:
Hard Skills: Лазерные технологии и введение в материалове-
дение
Раздел: Лазерные технологии
Метод/Форма: Кейс 2
Название: Капсула жизни
Кол-во часов /занятий:
Hard Skills: Инженерное мышление, моделирование процес-
сов, лазерные технологии
Soft Skills: Командная работа, работа в условиях ограничений,
стресоустойчивость
Раздел: Фрезерные станки
Метод/Форма: Лекция, Демонстрация
Название: Основы фрезерной обработки изделий
Кол-во часов /занятий:
Hard Skills: Фрезерная обработка материалов, фрезы и их на-
значения
Soft Skills: Изобретательское и инженерное мышление
Раздел: Фрезерные станки
Метод/Форма: Практическая работа
Название: Фрезерный раскрой изделий
Кол-во часов /занятий:
Hard Skills: Фрезерная обработка плоских поверхностей и
раскрой изделия
Раздел: Фрезерные станки
Метод/Форма: Практическая работа
Название: Технология гравировки на примере изготовления
печатной платы
Кол-во часов /занятий:
Hard Skills: Фрезерная обработка методом гравировки
Раздел: Фрезерные станки
Метод/Форма: Кейс 3
Название: Колесо– изготовление диска
Кол-во часов /занятий:
Hard Skills: Инженерное мышление, моделирование процессов, фрезерные технологии.
Кейсы, которые входят в программу
В рамках кейса «Колесо – изготовление шины» (12 ч.) учащиеся исследуют существующие модели устройства колеса и его составной части – шины, выявляют ключевые параметры, а затем выполняют проектную задачу – конструируют поверхность
для колеса с различными характеристика и под различные поверхности.
Дети смогут собрать разработать и создать собственное покрытие для колеса с заданными параметрами, распечатав на 3D принтере нужный конструктив, и протестировать самостоятельно разработанное приспособление.
В ходе решения проблемы кейса дети выполняют следующие
работы:
• Анализ различных типов поверхностей и способов улучшения сцепления с шиной.
• Разработка своей концепции поверхности сцепления.
• Создание прототипа и проверка гипотезы.
• Анализ полученных данных.
• Модернизация прототипа.
• Обсуждение и выявление лучшего решения.
В кейсе «Капсула жизни» (16 ч) дети смогут закрепить знания о лазерных технологиях и решить проектную задачу - изготовление в условиях ограниченных ресурсов: материалов, времени и используемых технологий, капсулу безопасности, способную выполнять ряд тестовых заданий. На основе данного кейса или модифицированного задания возможна организация межкванторианского конкурса инженерной тематики с проведением по видео связи.
В кейсе «Колесо– изготовление диска» (12 ч) разрабатывается диск колеса и отрабатываются навыки работы на фрезерном оборудовании
В ходе решения проблемы кейса дети выполняют следующие работы:
• Анализ различных типов колес и способов крепления с осью.
• Разработка своей концепции диска колеса. Создание прототипа и проверка гипотезы.
• Анализ полученных данных.
• Модернизация прототипа.
• Обсуждение и выявление лучшего решения.
В результате, строятся выводы о технологии фрезерной обработки материалов и применимости этой технологии к разработке различных устройств, приходит понимание технологических особенностей производства.
Изобретательство и инженерия
Альтшуллер Г. С. Найти идею. Введение в теорию решения изобретательских задач. — Новосибирск: Наука, 1986
Иванов Г. И. Формулы творчества, или Как научиться изобретать: Кн. Для учащихся ст. Классов. — М.: Просвещение, 1994.
Диксон Дж. Проектирование систем: изобретательство, анализ и принятие решений: Пер. с англ.- М.:Мир, 1969. John R.
Dixon. Design Engineering: Inventiveness, Analysis and Decision Making. McGraw-Hill Book Company. New York. St. Louis. San
Francisco. Toronto. London. Sydney. 1966.
Альтшуллер Г. С., Верткин И. М. Как стать гением: Жизн. стратегия творч. личности. — Мн: Белорусь, 1994.
Альтшуллер Г.С. Алгоритм изобретения. - М: Московский рабочий, 1969.
Негодаев И. А. Философия техники : учебн. пособие. — Ростов-на-Дону: Центр ДГТУ, 1997
3D моделирование и САПР
В.Н. Виноградов, А.Д. Ботвинников, И.С. Вишнепольский —«Черчение. Учебник для общеобразовательных учреждений», г.Москва, «Астрель», 2009.
И.А. Ройтман, Я.В. Владимиров — «Черчение. Учебное пособие для учащихся 9 класса общеобразовательных учреждений», г.Смоленск, 2000.
Герасимов А. А. Самоучитель КОМПАС-3D V9. Трехмерное проектирование — Страниц: 400;
Прахов А.А. Самоучитель Blender 2.7.- СПб.: БХВ-Петербург,2016.- 400 с.
Компьютерный инжиниринг : учеб. пособие / А. И. Боровков [и др.]. — СПб. : Изд-во Политехн. ун-та, 2012. — 93 с.
Репозиторий 3D моделей
https://3ddd.ru
https://www.turbosquid.com
https://free3d.com
http://www.3dmodels.ru
https://www.archive3d.net
Аддитивные технологии
Уик, Ч. Обработка металлов без снятия стружки /Ч.Уик.–М.: Изд-во «Мир», 1965.–549 с
WohlersT., Wohlers report 2014: Additivemanufacturingand 3D-printingstateoftheindustry: Annualworld-wideprogressreport, Wohlers Associates, 2014 Printing for Science, Education and Sustainable Development Э. Кэнесс, К. Фонда, М. Дзеннаро, CC Attribution-NonCommercial-
ShareAlike, 2013 https://habrahabr.ru/post/196182/ - короткая и занимательная
статья с хабрахабр о том, как нужно подготавливать модель. https://solidoodletips.wordpress.com/2012/12/07/slicershootout-
pt-4/ сравнение работы разных слайсеров.
Лазерные технологии
С. А. Астапчик, В. С. Голубев, А. Г. Маклаков. Лазерные технологии в машиностроении и металлообработке. — Белорусская наука.
Colin E. Webb, Julian D.C. Jones. Handbook Of Laser Technology And Applications (Справочник по лазерным технологиям и их применению) book 1.-2 — IOP. Steen Wlliam M. Laser Material Processing. — 2nd edition. — Great Britain: Springer-Verlag. Вейко В.П., Петров А.А. Опорный конспект лекций по курсу «Лазерные технологии». Раздел: Введение в лазерные технологии.–
СПб: СПбГУ ИТМО, 2009 – 143 с Вейко В.П., Либенсон М.Н., Червяков Г.Г., Яковлев Е.Б. Взаимодействие лазерного излучения с веществом. – М.: Физматлит,2008.
Фрезерные технологии
Рябов С.А. (2006) Современные фрезерные станки и их оснастка: Учебное пособие Корытный Д.М. (1963) Фрезы Современные тенденции развития и основы эффективной эксплуатации обрабатывающих станков с ЧПУ Чуваков А.Б. Нижний Новгород, НГТУ 2013
Пайка и работа с электронными компонентами Максимихин М. А. Пайка металлов в приборостроении. Л.:
Центральное бюро технической информации, 1959
Петрунин И. Е. Физико-химические процессы при пайке. М.,
«Высшая школа», 1972;
Моделирование
Три основных урока по Компасу:
https://youtu.be/dkwNj8Wa3YU
https://youtu.be/KbSuL_rbEsI
https://youtu.be/241IDY5p3WA
Пайка
http://electrik.info/main/master/90-pajka-prostye-sovety.html
- очень простые советы (Пайка, флюсы, припои и о том, как
работать паяльником? Какой паяльник использовать, какие бы-
вают флюсы и припои?)
Скачано с www.znanio.ru
© ООО «Знанио»
С вами с 2009 года.