Механика, мехатроника, робототехника – научно-образовательная программа института механики мгу для школьников

МГУ им. М. В. Ломоносова

school@imec.msu.ru

В 2004 году Институт механики МГУ им. М. В. Ломоносова начал реализацию Научно—Образовательной Программы для школьников и учителей, желающих узнать о последних достижениях механики, мехатроники и робототехники. Идея организации Программы возникла в связи с проведением в Институте механики МГУ ежегодного (с 1998 г.) Фестиваля «Мобильные роботы», носящего ныне имя одного из его основателей – проф. Е.А.Девянина. Постепенно определилась образовательная линия Фестиваля как новой образовательной технологии. Это обстоятельство, а также богатый опыт проведения школьных соревнований роботов (прежде всего, лего-роботов), поставили на повестку дня вопрос о привлечении школьников к участию в Фестивале. Весной 2004 г. на Фестивале впервые были представлены роботы, созданные командами школьников. Поэтому, после проведения Фестиваля было принято решение о начале реализации с осени того же года Научно—Образовательной Программы Института механики МГУ для школьников и учителей, желающих узнать о последних достижениях механики, мехатроники и робототехники. В 2005 и 2006 г.г. в программу Фестиваля была добавлена школьная сессия, на проведение которой специально отводился один день. Эта школьная сессия стала одной из важнейших составляющих Научно—Образовательной Программы. Такая «уменьшенная копия» Фестиваля была организована для развития интереса и демонстрации уже имеющихся достижения в научно-исследовательской деятельности школьников (без ограничения их возраста). Она включала в себя торжественное открытие, соревнования созданных школьниками роботов по нескольким видам (творческий проект, прохождение трассы, борьба сумо или «реслинг» и т.п.) и специальную школьную секцию научной Школы-конференции с докладами школьников и презентацией их конструкций и с выступлениями ведущих специалистов и учителей-руководителей школьных кружков. Следует отметить, что среди школьных разработок присутствовали не только лего-конструкции. Приятно заметить, что у нас сразу сложились хорошие деловые отношения с организаторами и участниками наиболее представительных соревнований школьных лего-роботов – Международных состязаний роботов, которые ежегодно проводятся в Москве под эгидой Института новых технологий, Департамента образования города Москвы, Центра информационных технологий и учебного оборудования (ЦИТУО) и Компании LEGO Education (Дания). Эти соревнования являются фактически национальным этапом Международной олимпиады роботов (World Robot Olympiad, http://www.wroboto.org) и их победители командируются для участия в заключительном этапе.

С другой стороны, первым шагом образовательной Программы в области мехатроники и робототехники должно было стать преподавание основ общей механики, которые в обычном школьном курсе (и даже в физико-математических школах) представлены только в самых простейших аспектах. С последним обстоятельством связан и другой немаловажный момент – малая информированность школьников о тематике научных работ и исследований в области механики и, как следствие, меньшие конкурсы абитуриентов при поступлении на отделения механики университетов по сравнению с отделениями математики, физики и информатики, т.е. родственных наук, о которых школьная программа даёт несколько лучшее представление (тенденция, наблюдаемая в течение уже десятилетий, несмотря на то, что набор на отделения механики меньше, чем на другие указанные отделения!). Поэтому, одной из главных задач Научно-Образовательной Программы является помощь школьникам в выборе будущей специальности, привлечение их к получению образования по дисциплинам механико-математического и робототехнического цикла. Посещение лекций и работа учащегося с научным руководителем позволяют узнать, чем занимается современная наука механика. Школьникам предоставляется возможность при содействии выбранного руководителя начать самостоятельную научно-исследовательскую работу, попробовать свои силы в решении и исследовании конкретных задач и конструировании робототехнических и мехатронных систем. Лучшие работы школьников рекомендуются к опубликованию в ведущих научных журналах и представлению на Колмогоровских чтениях, ежегодно проводимых в СУНЦ МГУ (школе им. А.Н.Колмогорова), научных семинарах, проходящих в Институте механики МГУ, на механико-математическом факультете МГУ, в Институте прикладной математики РАН. С целью расширения кругозора школьников и учителей и их ознакомления с различными разделами механики в рамках школьной сессии Фестиваля 2006 г. были организованы экскурсии участников и зрителей на уникальные экспериментальные установки Института механики МГУ цикла механики сплошных сред (гидродинамическая труба, аэродинамическая труба, гидроканал).

Вопрос ознакомления с современной механикой и робототехникой оказывается актуальным не только для школьников, но и для учителей средней школы. Поэтому в рамках чтения лекций Научно—Образовательной Программы проводятся также курсы повышения квалификации учителей.

Предлагаемые Программой курсы лекций рассчитаны на учащихся 9-11 классов, читаются на доступном для школьников уровне, но охватывают широкий круг вопросов – от классических результатов в механике и робототехнике и смежных областях до новейших научных исследований. Заметим, что тематика основного курса лекций Научно-Образовательной Программы включает не только механику, но и смежные области науки и техники (например, в лекциях 2004-2005 у.г. и 2005-2006 у.г. были представлены такие темы как управление механическими системами через Интернет, нейронные сети, использование современной микроэлектроники и микропроцессоров, свойства зрения живых существ и их использование при создании систем технического зрения, технические и медицинские аспекты создания тренажёров, небесная механика, астероидная опасность, возобновляемые источники энергии). Периодичность основного курса – одна лекция в неделю. Кроме того, в течение года проводятся также 3-4 лекции Лектория «Встречи с интересными учеными-механиками», тематика которых носит популярный характер и рассчитана на весьма широкий круг слушателей. Лекции лектория часто носят междисциплинарный характер и посвящены вопросам, далёким от традиционных областей общей механики и робототехники (например, явление кавитации или различные аспекты биомеханики: тренажеры для космонавтов, использование композитных материалов при протезировании костной ткани). Лекторий является существенным дополнением к основному циклу, так сказать, экскурсом в другие области механики (включая механику сплошных сред, биомеханику).

Перечислим основные аспекты Программы.

Цели Программы

• Выявление и поддержка творческой молодежи, мотивированной на профессиональную деятельность и получение высококачественного высшего образования в современных и перспективных областях знаний механико-математического профиля.
• Активизация научно-исследовательской деятельности учащихся.
• Повышение квалификации учителей, знакомство их с современными достижениями науки.
• Развитие и внедрение новых образовательных технологий в школьный учебный процесс.
• Создание «привлекательного имиджа» механики у школьников.

Направления Программы

А. Работа со школьниками

· Чтение основных курсов лекций.

· Лекторий «Встречи с интересными учеными-механиками».

• Школьная сессия Фестиваля «Мобильные роботы» им. проф. Е.А. Девянина.
• Организация научной работы школьников, с привлечением преподавателей школы, включая конкурсы на постановку и исполнение эксперимента.
• Проведение спецсеминаров с докладами школьников (задачи по тематике спецкурсов и другие).
• Индивидуальная работа со школьниками, консультации и руководство, подготовка выступлений школьников на школьных конференциях, конференциях молодых ученых и Ломоносовских чтениях.
• Организация и руководство работой тематических кружков (виртуальный футбол, механика снейк- и скейтборда, механика сложных колесных экипажей, лего-роботы), подготовка командных выступлений школьников.
• Подготовка элементов дистанционного обучения (включая работу со школами для детей с ограниченными возможностями).
• Организация и проведение практикумов по общей механике, робототехнике и мехатронике, в том числе на базе сети Интернет.

Б. Работа с учителями школ

• Привлечение преподавателей к руководству исследовательской работой школьников.
• Участие в проведении школьных научных конференций.
• Консультации для преподавателей по вовлечению школьников в проводимые Институтом мероприятия.
• Участие преподавателей в подготовке и проведении школьной сессии Фестиваля «Мобильные роботы».
• Совместно с МИОО проведение курсов повышения квалификации преподавателей.

Соисполнители Программы.

К выполнению Программы привлекаются преподаватели и научные сотрудники МГУ (прежде всего, механико-математического факультета), Института прикладной математики РАН им М.В. Келдыша, МЭИ (ТУ), используются площадки Московского Политехнического музея, Московского музея образования, СУНЦ МГУ. Методическую и организационную поддержку Программы обеспечивают Московский Центр непрерывного математического образования (МЦНМО), Московский институт открытого образования (МИОО), Центр информационных технологий и учебного оборудования (ЦИТУО) и другие организации. Подписаны договоры о сотрудничестве в осуществлении Программы между Институтом механики МГУ и МИОО и между тремя подразделениями МГУ – Институтом механики, механико-математическим факультетом и СУНЦ. Идейную поддержку Программы оказывают Научно-методический Совет Минобрнауки по теоретической механике и Российский Национальный Комитет по теоретической и прикладной механике.

Базовые школы.

В настоящее время основным участником среди школ является школа им. А.Н. Колмогорова (СУНЦ МГУ). Кроме нее, участвуют школьники и преподаватели школ №№ 1326, 1255, 1523, 1923, 79, 444, 2, лицея № 1564, лицея № 1557 (г. Зеленоград), школы дистанционной поддержки образования (i-школа) при ЦИТУО. Выразили заинтересованность Центр Внешкольной Работы и Детского Творчества «Родник» из г. Орехово-Зуево и другие учебные организации.

ЧТО еще СДЕЛАНО конкретно (кроме основного цикла лекций, Лектория и школьной сессии Фестиваля «Мобильные роботы»)

• Формирование банка тем научных работ, конкурсов и задач, предлагаемых школьникам. Создан и продолжает формироваться список научно-исследовательских задач. Второй год проводится конкурс на постановку и проведение эксперимента по исследованию свойств сухого трения.
• Участие в школьных конференциях. Сотрудники института приняли участие (с докладами по темам спецкурсов) в работе школьной конференции в Лицее "Вторая школа", на Колмогоровских чтениях в СУНЦ (май 2005, 2006 и 2007 г.г.), в заседании клуба «Технология» в ЦИТУО, специально посвященном новым образовательным технологиям Института механики, с участием учителей и всех заинтересованных. Кстати, все это обсуждение достаточно подробно представлено в Интернете на сайте

http://learning.9151394.ru/mod/resource/view.php?id=327

• Участие в школьных соревнованиях. Среди участников ежегодных Международных состязаний роботов (Москва) в 2005-2007 г.г. были и школьники-слушатели курсов, а руководители – наши лекторы. По их итогам в Международной олимпиаде роботов (Таиланд-2005, Китай-2006) также приняли участие двое школьников-слушателей курсов, один из них стал призёром.
• Организация тематических кружков по робототехнике – созданы и работают кружки в СУНЦ МГУ и Институте механики МГУ.
• Привлечение школьников к разработке систем управления мобильным роботом, предназначенным для участия во "взрослых" соревнованиях – Фестивале «Мобильные роботы», международных соревнованиях Евробот (Швейцария-2005, Италия-2006). Подготовка к соревнованиям Евробот осуществлялась в рамках кружка, работающего в СУНЦ МГУ. Кроме того, в соревнованиях Евробот участвовали несколько учащихся других школ, являющиеся слушателями лекций или участниками других мероприятий Программы.
• Повышение квалификации учителей. При Институте механики с согласия МИОО создана группа из преподавателей различных школ, проходящих курсы повышения квалификации, посещающих наши спецкурсы и участвующих в других мероприятиях Научно-Образовательной Программы. По окончании занятий преподаватели-участники Программы получают свидетельства государственного образца от МИОО о прохождении курса повышения квалификации на базе Института механики МГУ.
• Видеозаписи лекций. Для подготовки видеокурса лекций, необходимого, в частности, при дистанционном обучении, создается видеотека – исходный материал для дальнейшей обработки.
• Участие в научно-методических конференциях: III Международная научно-методическая конференция (Волгоград, май 2006 г.), IX Всероссийский съезд по теоретической и прикладной механике (Нижний Новгород, август 2006 г.), Международная научная конференция по образовательной робототехнике соревнований ЕВРОБОТ (Франция, май 2007 г.).
• Участие в выставках: Промышленная выставка в Ганновере (Германия, 2005 г.), Международные выставки «Интеллектуальные и адаптивные роботы-2005» и «Архимед-2006» на ВВЦ, Московский музей образования, Московский Политехнический музей, включая школьную выставку «Каникулы роботов в Политехническом» (январь 2006 г. и март 2007 г.), Исторический музей, презентация на выставке-конкурсе «Роботы будущего» (программа «Шаг в будущее, Москва», МГТУ имени Н.Э. Баумана, март 2007 г.), на российском этапе международных соревнований «ЕВРОБОТ» (апрель 2007 г.).
• Удостоверения для школьников. Школьники, участвовавшие в мероприятиях Программы, получают соответствующие удостоверения от Института механики МГУ (о прохождении спецкурса, об участии в конференции молодых ученых, в соревнованиях мобильных роботов, по виртуальному футболу и т.д.) за подписью директора Института.
• Информация в Интернете. Регулярно обновляемая информация обо всех мероприятиях Программы представлена на сайте Института механики МГУ http://www.imec.msu.ru/school.

Школьная сессия Фестиваля «Мобильные роботы» освещается на

сайте http://www.mobilerobots.msu.ru/ru/school-section/school.html

и на сайте Школы дистанционной поддержки образования (i-школа)

http://www.home-edu.ru/user/f/00000550/robot_MSU

Научно-Образовательная Программа Института механики МГУ, стартовавшая осенью 2004 г., может быть охарактеризована как новая уникальная, не имеющая аналогов, образовательная технология, с весьма широким кругом задач и целей, с разными составляющими и с большими перспективами дальнейшего развития и углубления. Следует особо подчеркнуть, что она представляет собой стык университетского и школьного образований, способствует повышению квалификации учителей средней школы и привлечению школьников к научной работе, прежде всего в новых перспективных областях, определяющих современный научно-технический прогресс. Важной чертой является сочетание как теоретических (прослушивание лекций, решение задач) так и практических (конструирование и создание робототехнических систем) аспектов.

Все перечисленные выше мероприятия Программы для школьников и преподавателей, осуществляемые на традиционных площадках Института механики МГУ и СУНЦ МГУ (школы им. А.Н.Колмогорова), проводятся на бесплатной основе. Однако, по согласованию, возможно также проведение выездных лекций и семинаров, кружков, осуществление других форм сотрудничества.

Обращаем также внимание, что возможно дистанционное участие в некоторых мероприятиях Программы (конкурсы, научно-исследовательская работа и т.п.) – см. информацию на сайте Программы http://www.imec.msu.ru/school.

Институт механики МГУ приглашает всех заинтересованных лиц и организации принять участие в работе Научно-Образовательной Программы для школьников и курсах повышения квалификации учителей по механике, мехатронике и робототехнике!