Роботы, фрезеры и 3D-принтеры: как работают инженерные классы Москвы

Роботы, фрезеры и 3D-принтеры: как работают инженерные классы Москвы
Как увидеть электрический заряд, что такое волновая ванна и что общего у селфи и сферической аберрации? Всё это столичные школьники узнают в инженерных классах. Рассказываем и показываем, как всё это работает.

Модели роботов-погрузчиков стоят рядом с работающим 3D-принтером, а миниатюрный фрезерный станок соседствует с микроскопом, который может в сотни раз увеличить невидимые глазу объекты. Что это? Современное производство? Нет, это инженерный класс в одной из московских школ.

Проект «Инженерный класс в московской школе» запустили в столице 1 сентября прошлого года. Он объединил учебные заведения, 16 технических вузов, центры инновационного творчества и более 100 высокотехнологичных предприятий. Участниками программы стали 148 столичных школ. Школы, вузы и производства сотрудничают на основе двусторонних и трёхсторонних договоров. Цель проекта — знакомство юных горожан с инженерными профессиями и развитие предпрофессионального образования в Москве.

Высокие технологии — школам

Все участники проекта делают акцент на инженерных занятиях, технических кружках, элективных курсах и так далее. Но чтобы вывести предпрофессиональную подготовку на новый уровень, в школы постепенно завозят самое современное оборудование. Так, до конца 2016 года 50 образовательных учреждений получат высокотехнологичное оборудование для инженерных классов. Там установят цифровые лаборатории, оборудование для 3D-моделирования, изучения структуры материалов, геодезические приборы и нанотехнологические комплексы. Всего в школы поставят более 70 наименований оборудования, в том числе атомно-силовые микроскопы, электронные пушки, наборы для архитектурного конструирования и изучения электротехники.

С их помощью ученики смогут освоить основы нанотехнологии, нанохимии, компьютерное черчение, геодезию и картографию, промышленную оптику, разработку сверхпроводников и многое другое. Школьники научатся использовать современное технологическое оборудование и программировать. Занятия проводят не только школьные учителя, но и преподаватели вузов, а также специалисты предприятий-партнёров.

Такая подготовка поможет учащимся поступить в профильный вуз на инженерную или другую техническую специальность. А главное — позволит школьникам понять, подходит ли им это направление. Проект приближает школу к настоящей инженерной лаборатории, ведь всё оборудование, которое поставляют в образовательные организации, инженеры используют на практике.

Цифровая лаборатория — что это?

Цифровая лаборатория — это продвинутый современный класс. Вместо весов, которые качаются и никак не уравновешиваются, — мультидатчики. Вместо тетрадей с нарисованными вручную графиками — планшеты.

Теперь подробнее. В комплекте — три мультидатчика, которые выглядят как небольшие коробочки. Но каждый из них содержит несколько датчиков, например давления, температуры, ускорения. С помощью специальных щупов они подключаются к объекту исследования, а посредством USB-кабелей — к планшетам. Датчик автоматически производит измерения и выводит их на экран гаджета.

Лаборатория нужна для изучения физических явлений. С её помощью дети могут ставить множество опытов на высокотехнологичном оборудовании.

Цифровая лаборатория позволяет проводить:

— лабораторные работы (измерение работы и мощности тока, измерение влажности воздуха, определение удельной теплоты плавления льда);

— практические работы (определение давления жидкости, исследование изотермического процесса, распределение силы света вокруг электрической лампы);

— демонстрационные эксперименты (получение теплоты при трении и ударе, звуковые волны в различных средах, демонстрация работы электромагнита).

Экскурсия по инженерному классу

Некоторые школы уже получили новое оборудование и используют его. В частности, это гимназия № 1540. Люди, которые учились в 80, 90 или даже 2000-е годы, вряд ли поверят, что класс обычной школы теперь выглядит так. Ведь эти помещения больше похожи на студии промышленного дизайна.

На одном из столов стоят модели, которые ребята собрали с помощью конструктора, датчиков и контроллеров. Миниатюрный робот-погрузчик может ездить в разные стороны и разворачиваться на месте. Он двигается по заданной программе, которая загружена на микроконтроллер.

На соседнем столе — неприметный предмет, который на практике оказывается микроскопом стоимостью пять миллионов рублей. Он способен увеличивать предметы, размер которых меньше длины световой волны (то есть не более 760 миллионных долей миллиметра, или 760 нанометров). Ученики гимназии, например, вывели на большой экран изображение CD-диска. Теперь мы довольно подробно можем рассмотреть бороздки, на которые записывается информация.

По соседству работает небольшой фрезерный станок с числовым программным управлением. Рядом — 3D-принтер распечатывает пластиковую деталь. А неприметный предмет, напоминающий две панели, сложенные углом, оказывается 3D-сканером. Школьники рассказали, что любой объект можно перевести в трёхмерную виртуальную модель с помощью этого устройства и специальной компьютерной программы. Главное — после каждого сканирования провернуть объект на определённый градус. В результате на экране компьютера появляется объёмное изображение.

Что ещё? Множество наборов, которые демонстрируют те или иные физические явления. Магдебургские полушария покажут, как работает атмосферное давление, а сферическая аберрация сформирует понимание о принципах работы объектива. Генератор Ван де Граафа позволит увидеть электрический разряд, а волновая ванна продемонстрирует, как механические колебательные движения преобразуются в волновые.

Ещё в классе стоит магнитно-электрическая машина — генератор постоянного тока. Такие используют в гидроэнергетике. С их помощью механическая энергия преобразуется в электрическую. Также дети используют комплект для изучения электростатики, набор для демонстрации переменного тока. Есть различное оборудование для изучения кинематики, статики и динамики, термодинамики и молекулярной физики.

От идеи до воплощения: составляющие проекта

Деятельность инженера — это всегда разработка новых или оптимизация старых решений. Разрабатывая проект, московские школьники проходят те же стадии, что и практикующие инженеры.

Начинается всё с идеи. Затем — проектирование: планирование проекта, структуры системы. Далее — математическое и 3D-моделирование. На этой стадии учащиеся создают визуальную модель устройства, механизма или системы. Затем идёт этап прототипирования, проще говоря — 3D-печать. Следом — исследование или тестирование. Если всё устраивает, школьники приступают к производству. Для этого есть станки — фрезерный, токарный и другие.

Зачем всё это вузам?

Технические вузы — активные участники проекта. Дело в том, что они, как никто, заинтересованы в мотивированных абитуриентах, которые не бросят обучение на втором или третьем курсе. Поэтому высшие учебные заведения выстраивают серьёзную работу с подшефными школами. Преподаватели ведут некоторые уроки, а школьники приезжают заниматься в лаборатории вуза и делают проекты. Они также пишут научно-исследовательские работы под руководством учёных.

При поступлении в технические вузы школьники, проучившиеся в предпрофессиональных классах, имеют преимущество. Постоянно участвуя в олимпиадах, форумах, мастер-классах, они успевают накопить дополнительные баллы, которые прибавляются к сумме ЕГЭ. Кроме того, почти во всех крупных вузах созданы Центры технологической поддержки образования, где школьники и занимаются проектной деятельностью.