Предлагаем вашему вниманию дополнительную общеобразовательную программу технической направленности «Прикладная метрология» для школьников от 12 до 17 лет. Методический материал разработала и прислала Поминова Анастасия Федоровна, методист детского технопарка «Кванториум» ГАУ ДПО «СОИРО», г. Саратов.
1 КОМПЛЕКС ОСНОВНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ДОПОЛНИТЕЛЬНОЙ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЙ ПРОГРАММЫ
1.1 Пояснительная записка
Данная общеобразовательная программа дополнительного образования детей имеет техническую направленность и реализуется в сетевой форме в соответствии с соглашением о сотрудничестве между ДТ «Кванториум» ГАУ ДПО «СОИРО» и ФБУ «Саратовский ЦСМ им. Б.А. Дубовикова», составлена на основании методических материалов ФГАУ «Фонд новых форм развития образования», предназначенных для использования наставниками сети детских технопарков «Кванториум».
Основанием для проектирования и реализации данной общеобразовательной программы служит перечень следующих нормативных правовых актов и государственных программных документов:
- Положение о дополнительных общеобразовательных программах технопарков «Кванториум» Государственного автономного учреждения дополнительного профессионального образования «Саратовский областной институт развития образования»;
- Приказ Министерства просвещения Российской Федерации от 27.07.2022 № 629 «Об утверждении Порядка организации и осуществления образовательной деятельности по дополнительным общеобразовательным программам».
Актуальность программы
Актуальность программы обусловлена тем, что создание высокотехнологичных, наукоемких производств, оказывает значительное влияние на функционирование современного рынка труда и формирует новые требования к конкурентоспособным специалистам, особенно это касается профессионалов, которые связаны с высокотехнологичными отраслями производства.
Практическая значимость
Программа содействует формированию у обучающихся современных знаний, умений и навыков в области технических наук, технологической грамотности и инженерного мышления, дает начальные профессиональные компетенции в области метрологии.
В ходе занятий по программе «Прикладная метрология» в детском технопарке «Кванториум» учащиеся: получат навыки работы на высокотехнологическом оборудовании, познакомятся с основами инженерии, выполнят работы с электронными компонентами. Освоение инженерных технологий подразумевает получение ряда базовых компетенций, владение которыми критически необходимо для развития изобретательства, инженерии и молодежного технологического предпринимательства. Программа «Прикладная метрология» реализует профориентационные задачи, обеспечивает возможность знакомства с современной профессией метролог.
Отличительные особенности программы
Для повышения качества образовательного процесса, расширения доступа учащихся к современным образовательным технологиям и средствам обучения, предоставления возможности углубленного изучения образовательных модулей и выстраивания собственной образовательной траектории данная программа реализуется в сетевой форме совместно с ФБУ «Государственный региональный центр стандартизации, метрологии и испытаний им. Б.А. Дубовикова в Саратовской области» (далее - Учреждение).
Программа «Прикладная метрология» состоит из модулей, которые по содержанию делятся на предметные, непосредственно связанные с областью знаний в области метрологии каждого отдельного квантума детского технопарка «Кванториум», и общеразвивающие, направленные на формирование познавательных и коммуникативных компетенций.
Способ реализации сетевого взаимодействия, обязательства организаций-партнёров
Детский технопарк «Кванториум» (структурное подразделение ГАУ ДПО «СОИРО»):
- Организует зачисление учащихся на программу.
- Оформляет текущую документацию.
- Осуществляет общее руководство образовательной программой.
- Предоставляет помещение.
- Обеспечивает должный уровень качества учебного процесса в рамках программы и учебного плана с использованием своих кадровых и материально-технических ресурсов (в том числе современного, высокотехнологичного оборудования).
- Организует диагностику образовательного процесса, начальную, промежуточную и итоговую аттестацию учащихся.
- Обеспечивает расходными материалами учащихся.
Учреждение:
- Проводит занятия по модулю «Ознакомительное занятие «Прикладная метрология» и квиз «Квантометрология».
- Обеспечивает методическое сопровождение в ходе реализации дополнительной общеобразовательной программы «Прикладная Метрология».
- Участвует в диагностике образовательного процесса, начальной, промежуточной и итоговой аттестации учащихся.
- Принимает участие в осуществлении контроля за качеством освоения программы учащихся.
Адресат программы
Содержание программы учитывает возрастные и психологические особенности подростков 12–17 лет, которые определяют выбор форм проведения занятий с обучающимися. Подростки этого возраста отличаются внутренней уравновешенностью, стремлением к активной практической деятельности, поэтому основной формой проведения занятий выбраны практические занятия. Ребят также увлекает совместная коллективная деятельность, так как резко возрастает значение коллектива, общественного мнения, отношений со сверстниками, оценки поступков и действий подростка не только со стороны старших, но и со стороны сверстников. Подросток стремится завоевать в глазах сверстников авторитет, занять достойное место в коллективе. Поэтому в структуру содержания программы включены практические задания соревновательного характера. Такие задания позволяют каждому проявить себя и найти своё место в детском коллективе.
Также следует отметить, что подростки данной возрастной группы характеризуются такими психическими процессами, как изменение структуры личности и возникновение интереса к ней, развитие абстрактных форм мышления, становление более осознанного и целенаправленного характера деятельности, проявление стремления к самостоятельности и независимости, формирование самооценки. Эти процессы позволяют положить начало формированию начального профессионального самоопределения обучающихся.
Объем и срок освоения программы: программа рассчитана на один учебный год. Общее количество часов – 18 часов.
Форма обучения: очная. При возникновении форс-мажорных обстоятельств, на основании приказа руководителя детского технопарка «Кванториум» форма переходит в дистанционную.
Режим занятий: длительность одного занятия составляет 2 академических часа. Состав группы: 10-15 человек. Занятия с использованием дистанционных технологий проводятся на базе образовательной платформы moodle по индивидуальному графику.
1.2 Цель и задачи программы
Цель: формирование навыков по работе с высокотехнологичным оборудованием, уникальных компетенций изобретательства и инженерии и их применение в практической работе и в проектах, знакомство с метрологией и профессией метролог.
Задачи
Обучающие:
- Получить навыки калибровки шлемов виртуальной реальности;
- Изучить практику использования ручного автоматизированного тестирования, расчёта надёжности и устойчивости программ;
- Научиться определять проблемы кинематики 3d принтера Ultimaker с использованием калибровочного куба;
- Научиться измерять количество потребляемой электрической мощности у различных потребителей при помощи мультиметра;
- Познакомиться с применением метрологии в химии;
- Получить навыки работы осциллографа и узнать его применение в робототехнике.
Воспитательные:
- Сформировать основы научного мировоззрения;
- Обеспечить условия для воспитания этики групповой работы, отношений делового сотрудничества и взаимоуважения, развития основ коммуникативных отношений внутри проектных групп и в коллективе в целом;
- Содействовать мотивации к выбору будущей профессии в области метрологии.
Развивающие:
- Формировать трудовые умения и навыки;
- Развить познавательные интересы и сформировать познавательную активность, потребность в саморазвитии, самостоятельности, ответственности.
1.3 Планируемые результаты
Личностные:
- Усвоят правила индивидуального и коллективного безопасного поведения при работе со станками и высокотехнологическим оборудованием;
- Будут сформированы основы инженерного мировоззрения, соответствующего современному уровню развития науки;
- Будут готовы к осознанному выбору будущей профессии.
Метапредметные (Soft skills):
- Будут сформированы трудовые умения и навыки;
- Будут развиты познавательные интересы, потребность в саморазвитии и самостоятельности.
Предметные (Hard Skills):
Будут знать:
- Основы калибровки шлемов виртуальной реальности;
- Основы использования ручного автоматизированного тестирования, расчёта надёжности и устойчивости программ;
- Основы применения метрологии в химии;
Будут уметь:
- Определять проблемы кинематики 3d принтера Ultimaker с использованием калибровочного куба;
- Измерять количество потребляемой электрической мощности у различных потребителей при помощи мультиметра;
- Работать с осциллографом.
1.4 Содержание программы
1.4.1 Учебный план
1.4.2 Содержание учебного плана
- Ознакомительное занятие «Метрология в различных сферах жизнедеятельности человека. Точность измерений»
1.1. Метрология в различных сферах жизнедеятельности человека. Точность измерений
Теория: Законодательные аспекты метрологии. Прикладная метрология. Метрология в науке. Интересные факты метрологии и точности измерений.
Практика: Ознакомительная экскурсия в государственный региональный центр стандартизации, метрологии и испытаний им. Б.А. Дубовикова.
- Квантум «VR/AR»
2.1. Инструктаж по технике безопасности. Калибровка шлемов виртуальной реальности.
Теория: Инструктаж по правилам поведения в кабинетах, технике безопасности, охране труда. Методы определения положения и ориентации в пространстве, применяемые для устройств виртуальной и дополненной реальности. Позиционный трекинг гарнитуры виртуальной реальности Oculus Quest 2, HTC Vive, Samsung HMD Odyssey.
Практика: Чтение показаний, получаемых с устройств виртуальной реальности, с применением Unity Input Debugger для Input System. Сравнение показаний до и после калибровки устройств.
При первом запуске и подключении устройств VR/AR необходимо провести калибровку, определить уровень пола, положение в пространстве и доступную для перемещения зону.
Гарнитура HTC Vive использует базовые станции и настраивается с использованием SteamVR. По специальному алгоритму определяется размер зоны для перемещения, положение шлема виртуальной реальности относительно пола и базовых станций, ориентация в пространстве.
Oculus Quest 2 работает без базовых станций, трекинг происходит за счет датчиков, расположенных в/на гарнитуре. Гарнитура имеет встроенное ПО для калибровки, определения положения и ориентации в пространстве.
Samsung HMD Odyssey также работает без применения базовых станций, трекинг происходит за счет датчиков и камер, установленных на гарнитуре и контроллерах. Для настройки и калибровки применяется Windows Mixed Reality.
- Квантум «IT»
3.1. Инструктаж по технике безопасности. Big O нотация для описания сложности алгоритмов. Практика использования ручного автоматизированного тестирования, расчёта надёжности и устойчивости программ.
Теория: Инструктаж по правилам поведения в кабинетах, технике безопасности, охране труда. Разбор Big O нотации для описания временной и пространственной сложности алгоритмов. Обзор применимости, актуальности и целесообразности ручного и автоматизированного тестирования на примерах готовых программ, расчёт надёжности и устойчивости программ.
Практика:
- Разработка реализаций алгоритмов простых математических задач с замерами и сравнениями временной сложности, анализ результатов, выбор оптимальных решений.
- Ручное тестирование формы регистрации и формы простого калькулятора на основе готовой программы, составление отчёта о найденных уязвимостях. Проработка вариантов и разработка автоматических тестов для тех же форм, проверки уязвимостей на основе разработанных тестов.
- Квантум «Хайтек»
4.1. Инструктаж по технике безопасности. Определение проблем с кинематикой 3d принтера Ultimaker с использованием калибровочного куба.
Теория: Инструктаж по правилам поведения в кабинетах, технике безопасности, охране труда. Методы измерений, выбор средств измерений. Обзор имеющихся в квантуме измерительных инструментов: мерная лента, измерительные линейки металлические, штангенциркуль, микрометр.
Практика: Чтение показаний измерительных инструментов на примере модели калибровочного куба 3D-принтера Ultimaker.
- Квантум «Энерджиквантум»
5.1. Инструктаж по технике безопасности. Измерение потребляемой электрической мощности у различных потребителей при помощи мультиметра.
Теория: Инструктаж по правилам поведения в кабинетах, технике безопасности, охране труда. Методы измерений, выбор средств измерений. Обзор имеющихся в квантуме измерительные приборов: мультиметры, измеритель мощности, измеритель освещённости.
Практика: Измерение выработки напряжения в зависимости от степени освещённости и угла наклона панели.
- Квантум «Наноквантум»
6.1. Инструктаж по технике безопасности. Химическая метрология.
Теория. Инструктаж по технике безопасности. Знакомство с лабораторной посудой. Техника лабораторной работы. Метрология в химической лаборатории.
Практика. Титриметрическое определение содержания уксусной кислоты в водном растворе. Обработка полученных результатов.
- Квантум «Промробоквантум»
7.1. Инструктаж по технике безопасности. Способы измерения расстояния на робототехническом поле с помощью различных механизмов, датчиков и устройств. Демонстрация работы осциллографа.
Теория: Техника безопасности. Знакомство учащихся с различными способами измерения расстояния на карте (линейкой, штангельциркулем, рулеткой, курвиметром, подручными средствами) и с исследуемым робототехническим полем и криволинейной траекторией для исследования (проведения измерения). Что такое осциллограф и сферы применения.
Практика: Провести измерения при помощи линейки и штангельциркуля. Сконструировать модель курвиметра из конструктора Лего ЕВ3 для проведения измерений расстояния на карте и провести измерения. Подключить УЗ-датчик для измерения расстояния к блоку ЕВ3 и провести измерения при помощи него. Все данные вносятся в таблицу. Оценка погрешности измерений.
- Квиз «Квантометрология»
Практика: мероприятие проводится в форме игры-соревнования. Такой формат мероприятия позволяет развивать у детей логическое мышление, умение быстро реагировать на сложившуюся проблему и искать пути выхода из нее, также обеспечивает лучшее усвоение изученного материала. Подведение итогов обучения.
1.5 Формы аттестации
Контроль усвоения обучающимися программы осуществляется посредством наблюдения и отслеживания динамики развития обучающегося в виде учёта результатов по итогам выполнения заданий отдельных модулей.
Формы проверки результатов:
- Опрос;
- Решение задач;
- Педагогическое наблюдение;
- Игровая (квиз).
2 КОМПЛЕКС ОРГАНИЗАЦИОННО-ПЕДАГОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ
2.1. Методическое обеспечение
Основные задачи программы «Прикладная метрология» – привлечь детей к исследовательской и изобретательской деятельности, показать им, что направление интересно и перспективно. Задачи педагогов – развить у детей навыки, которые им потребуются в дальнейшем освоении программы.
Все умения и навыки приобретаются только через опыт. В образовательном процессе используются следующие методы:
- Словесные (беседа, опрос, дискуссия и т.д.);
- Игровые;
- Метод проблемного изложения (постановка проблемы и решение ее самостоятельно или группой);
- Наглядные:
- Демонстрация плакатов, схем, таблиц, диаграмм; использование технических средств;
- Практические задания;
- Анализ и решение проблемных ситуаций, практических задач.
2.2 Условия реализации программы
2.2.1 Материально-техническое обеспечение программы
2.2.2 Информационное обеспечение программы
Аппаратные средства:
- Мультимедийные персональные компьютеры – компьютерный класс;
- Мультимедиа проектор;
- Принтер;
- Сканер;
- Локальная сеть;
- Глобальная сеть;
- Телекоммуникационный блок, устройства, обеспечивающие подключение к сети; устройства вывода звуковой информации;
- Устройства для ручного ввода текстовой информации и манипулирования экранными объектами;
- Устройства для записи (ввода) визуальной и звуковой информации.
Программные средства:
- Операционные системы семейства Windows;
- Файловый менеджер (в составе операционной системы или др.);
- Антивирусная программа;
- Графический редактор Microsoft Paint;
- Программы-архиваторы;
- Интегрированное офисное приложение, включающее текстовый редактор, текстовый процессор Microsoft Word, растровый графический редактор, программу разработки презентаций Microsoft Рower Point (полный пакет офисных приложений Microsoft Office);
- Мультимедиа проигрыватель (входит в состав операционных систем или др.).
- Браузер – обозреватель Internet Explorer (входит в состав операционных систем), Opera или др.
2.2.3 Кадровое обеспечение реализации программы
Педагоги дополнительного образования, реализующие данную программу, должны иметь высшее профессиональное образование в области, соответствующее профилю квантума; желателен опыт работы со школьниками разного возраста, высокий личностный и культурный уровень, творческий потенциал. Компетенции: организация собственной работы и поддержание необходимого уровня работоспособности, обучение и развитие наставляемых, обеспечение высокого уровня мотивации наставляемых, оценка и контроль наставляемых, управление образовательными проектами, проведение игропрактических мероприятий.
2.3 Оценочные материалы
На протяжении работы по программе «Прикладная метрология» наставник каждого квантума оценивает работу учащихся по индикаторам освоения программы 1-7, представленным в Таблице 1 (от 0 до 10 баллов в сумме).
Таблица 1
Аттестация учащихся осуществляется по 70 балльной шкале, которая переводится в один из уровней освоения образовательной программы согласно таблице:
2.4 Список литературы и электронных ресурсов
Для обучающихся
- Компьютерный инжиниринг: учеб. пособие / А. И. Боровков [и др.].: Изд-во Политехн. ун-та, 2012. – 93 с.
- Я, робот. Айзек Азимов. Серия: Библиотека приключений. М: Эксмо, 2000.
- Джонатан Линовес Виртуальная реальность в Unity. / Пер. с англ. Рагимов Р. Н. – М.: ДМК Пресс, 2016. – 316 с.: ил.
- Мир материалов и технологий. Нанотехнологии Ч.Пул – мл., Ф Оуэнс, Москва: Техносфера, 2006.
- А. да Роза. Возобновляемые источники энергии. Физико-технические основы. Долгопрудный – Москва, 2010.
- Блум Джереми. Изучаем Arduino: инструменты и методы технического волшебства: Пер с англ. — СПб.: БХВ-Петербург, 2018. — 336 с.: ил.
- Азбука электроники. Изучаем Arduino / Ю. Ревич. — Москва: Издательство АСТ: Кладезь, 2017 — 224 с. — (Электроника для всех).
Для педагогов
- В.Н. Иванченко. Занятия в системе дополнительного образования детей. Изд. Учитель, 2007.
- Дополнительное образование детей: учебное пособие для студ. высш. учеб. заведений / Под ред. О.Е. Лебедева. – М.: Гуманитар. изд. центр ВЛАДОС, 2003.
- Бабич А.В., Баранов А.Г., Калабин И.В. и др. Промышленная робототехника: под редакцией Шифрина Я.А. – М.: Машиностроение, 2002.
- Энциклопедический словарь юного техника. – М., «Педагогика», 1988.
- Колошкина И., Селезнев В., Дмитроченко С. Компьютерная графика: учебник и практикум для вузов / И. Колошкина, В. Селезнев, С. Дмитроченко. – Санкт-Петербург: Юрайт, 2020.
- Хуторской, А.В. Компетентностный подход в обучении. Научно-методическое пособие. — М.: Издательство «Эйдос»; Издательство Института образования человека, 2013. — 73 с.: ил. (Серия «Новые стандарты»).
- Щерабакова, В.В. Формирование ключевых компетенций как средство развития личности / В.В. Щербакова // Высшее образование сегодня. — 2008. — №10. — С. 39–41.