Программа "Квантоурок"

Название учебного курса "Космонавтика" первый  год обучения, 68 часов

С развитием технологий запуск космических аппаратов становится все более доступным. Появляется все больше студенческих и школьных проектов в этой области, а астрономия как обязательный предмет вводится в школьную программу. Наряду с этим, возрастает доля частной космонавтики как в России, так и во всем мире. Это приводит к возрастанию увлеченности космической отраслью, увеличению потребности в кадрах, деятельность которых связана с космонавтикой.

Данная программа предлагает ознакомиться с космической инженерией еще на этапе школы, что позволяет обучающимся получить общее представление об инженерной деятельности, а также определиться с выбором профессии в будущем.

Одной из отличительных черт данного направления является то, что деятельность учащихся охватывает широкий спектр направлений: от умения работать руками до уверенных навыков программирования и моделирования. Таким образом, учащийся сможет попробовать себя в любом деле и определиться с тем, что ему больше нравится. Помимо этого, при переходе к проектной деятельности становится особенно важным умение работать в команде, так как одному человеку, как правило, не под силу решить разного рода задачи, которые лежат в основе проектирования космической техники.

Курс направлен на ознакомление с особенностями проектирования космических аппаратов и строится на решении практико-ориентированных задач, которые затрагивают основные понятия в следующих областях:

• основы аэродинамики и баллистики;
• основы небесной механики;
• механические воздействия на конструкции; 
• тепловой баланс.

Учебный курс "Космонавтика" представляет собой самостоятельный модуль, изучаемый в рамках учебного предмета "Технология".

1. Планируемые результаты освоения учебного курса

Выпускник научится:

• использовать термины, ключевые понятия, методы и приемы конструирования, моделирования, прототипирования и астрономии;
• определять базовую компоновку ракеты;
• анализировать устройство конструкции – выделять детали, их форму, определять взаимное расположение (симметрия, асимметрия), виды соединения деталей;
• выполнять оформление конструкторской документации;
• осуществлять сохранение информации в формах описания, схемы, эскиза, фотографии;
• читать элементарные чертежи и эскизы;
• понимать основные способы моделирования трехмерных моделей предметов;
• создавать модели для печати на 3d-принтере;
• определять материал с требуемыми свойствами, необходимый при сборке материального продукта;
• выполнять базовые операции редактора компьютерного трехмерного проектирования;
• моделировать движение небесных тел с помощью ПО;
• осуществлять использование основных видов прикладного программного обеспечения;
• подходить творчески к решению технических задач;
• создавать простые стенды для проведения экспериментов;
• анализировать результаты экспериментов и строить гипотезы;
• составлять алгоритмы управления, исходя из поставленной задачи;
• классифицировать средства ИКТ в соответствии с кругом выполняемых задач;
• анализировать опыт модификации механизмов (на основе технической документации) для получения заданных свойств;
• выражать алгоритм решения задачи различными способами (словесным, графическим);
• определять наиболее оптимальный способ выражения алгоритма для решения конкретных задач (словесный, графический);
• определять результат выполнения заданного алгоритма или его фрагмента;
• анализировать предложенный алгоритм, например, определять какие результаты возможны при заданном множестве исходных значений;
• анализировать опыт планирования (разработки) получения материального продукта в соответствии с собственными задачами (включая моделирование и разработку документации) или на основе самостоятельно проведенных исследований потребительских интересов.

2. Содержание курса

Основные разделы программы учебного курса:

1. Ракетостроение

Сила тяжести. Импульс тела. Центр тяжести. Тяговооруженность. Закон сохранения импульса. Реактивное движение. Сопротивление воздуха. Баллистика. Аэродинамика. Основные элементы ракеты и технические требования к ним. Выбор компоновочной схемы ракеты. Основы движения ракет. Влияние формы ракет на аэродинамические характеристики. Построение траектории ракеты и трассы ее полета. Построение 3d модели головного обтекателя ракеты. Техника безопасности.

Конструирование собственных устройств. Выбор материала, отвечающего необходимым требованиям. Сборка и тестирование.

2. Баллистика

Планеты Солнечной системы. Земли и Луна. Движение планет. Орбита. Апогей и перигей. Движение планет вокруг Солнца. Звёздные системы и их устройство. Моделирование движения небесных тел.

3. Механические конструкции

Космическая техника. Шпангоут. Механические воздействия на конструкции космической техники (перегрузки, вибрации и пр.). Вибростенд. Солнечные батареи.  Техника безопасности.

Конструирование собственных устройств. Выбор материала, отвечающего необходимым требованиям. Сборка и тестирование.

4. Тепло и холод

Теплопроводность. Излучение. Теплоизоляция. Космический аппарат.  Системы обеспечения теплового режима. Взаимное расположение элементов космического аппарата и источников тепла. Микроконтроллер Arduino. Датчики температуры и влажности. Разработка программ для микроконтроллера. Моделирование корпуса спутника. Техника безопасности.

Конструирование собственных устройств. Выбор материала, отвечающего необходимым требованиям. Сборка и тестирование.  

3. Тематическое планирование

Название учебного курса "Геоинформатика", первый год обучения, 68 часов

Сегодня геоинформационные технологии стали неотъемлемой частью нашей жизни, любой современный человек пользуется навигационными сервисами, приложения для мониторинга обществе, и многими другими сервисами, связанными с картами. Эти технологии используются в совершенно различных сферах, начиная от реагирования при чрезвычайных ситуациях и заканчивая маркетингом. Сегодня существует большой разрыв между информационными технологиями и технологическими (мейкерскими) направлениями. Курс «Гео-maker» позволяет сформировать у детей устойчивую связь между информационным и технологическим направлениями на основе реальных пространственных данных.  Это позволит ученикам получить знания по использованию геоинформационных инструментов и пространственных данных для понимания и изучения основ устройства окружающего мира и природных явлений, а также освоить современные технологии обработки материалов и прототипирования. Ученики смогут реализовывать командные проекты в сфере исследования окружающего мира, начать использовать в повседневной жизни навигационные сервисы, космические снимки, электронные карты, собирать данные об объектах на местности, создавать 3D объекты местности и создавать на их основе вещественные объекты.

Учебный курс «Геоквантум» представляет собой самостоятельный модуль, изучаемый в течение учебного года параллельно освоению программ основного общего образования в предметных областях "География", "Информатика", "Технология", "Физика", "Математика".

1. Планируемые результаты освоения учебного курса.

1.1.  Геоквантум

Выпускник будет знать:

• правила безопасной работы с электронно-вычислительными машинами и средствами для сбора пространственных данных;
• основные виды пространственных данных;
• составные части современных геоинформационных сервисов;
• профессиональное программное обеспечение для обработки пространственных данных;
• основы и принципы аэросъемки;
• основы и принципы работы глобальных навигационных спутниковых систем (ГНСС);
• представление и визуализация пространственных данных для непрофессиональных пользователей;
• принципы 3D-моделирования;

Выпускник будет уметь:

• самостоятельно решать поставленную задачу, самостоятельно анализируя, и подбирая материалы и средства для ее решения;
• создавать и рассчитывать полетный план для беспилотного летательного аппарата;
• обрабатывать аэросъемку и получать точные ортофотопланы и автоматизированные трёхмерные модели местности;
• моделировать 3D-объекты;
• защищать собственные проекты;

1.2. Смежные предметы основного общего образования

География

Выпускник научится:

• выбирать источники географической информации (картографические, статистические, текстовые, видео- и фотоизображения, компьютерные базы данных), адекватные решаемым задачам;
• ориентироваться в источниках географической информации (картографические, статистические, текстовые, видео- и фотоизображения, компьютерные базы данных): находить и извлекать необходимую информацию; определять и сравнивать качественные и количественные показатели, характеризующие географические объекты, процессы и явления, их положение в пространстве по географическим картам разного содержания и другим источникам; выявлять недостающую, взаимодополняющую и/или противоречивую географическую информацию, представленную в одном или нескольких источниках;
• представлять в различных формах (в виде карты, таблицы, графика, географического описания) географическую информацию, необходимую для решения учебных и практико-ориентированных задач;

Выпускник получит возможность научиться:

• моделировать географические объекты и явления;
• приводить примеры практического использования географических знаний в различных областях деятельности;

Межпредметные связи

Математика

Статистика и теория вероятностей

• Представлять данные в виде таблиц, диаграмм,
• читать информацию, представленную в виде таблицы, диаграммы.

В повседневной жизни и при изучении других предметов:

• извлекать, интерпретировать и преобразовывать информацию, представленную в таблицах и на диаграммах, отражающую свойства и характеристики реальных процессов и явлений.

Наглядная геометрия

Геометрические фигуры

• Оперировать на базовом уровне понятиями: фигура, точка, отрезок, прямая, луч, ломаная, угол, многоугольник, треугольник и четырехугольник, прямоугольник и квадрат, окружность и круг, прямоугольный параллелепипед, куб, шар. Изображать изучаемые фигуры от руки и с помощью линейки и циркуля.

В повседневной жизни и при изучении других предметов:

• решать практические задачи с применением простейших свойств фигур.

Измерения и вычисления

• выполнять измерение длин, расстояний, величин углов, с помощью инструментов для измерений длин и углов;

Физика

Выпускник научится:

• соблюдать правила безопасности и охраны труда при работе с учебным и лабораторным оборудованием;
• понимать принципы действия машин, приборов и технических устройств, условия их безопасного использования в повседневной жизни;
• использовать при выполнении учебных задач научно-популярную литературу о физических явлениях, справочные материалы, ресурсы Интернет.

Информатика

Выпускник научится:

• различать виды информации по способам ее восприятия человеком и по способам ее представления на материальных носителях;
• приводить примеры информационных процессов – процессов, связанные с хранением, преобразованием и передачей данных – в живой природе и технике;
• классифицировать средства ИКТ в соответствии с кругом выполняемых задач;

Математические основы информатики

Выпускник получит возможность:

• познакомиться с примерами математических моделей и использования компьютеров при их анализе; понять сходства и различия между математической моделью объекта и его натурной моделью, между математической моделью объекта/явления и словесным описанием;

Использование программных систем и сервисов

Выпускник научится:

• классифицировать файлы по типу и иным параметрам;
• выполнять основные операции с файлами (создавать, сохранять, редактировать, удалять, архивировать, «распаковывать» архивные файлы);

Выпускник овладеет (как результат применения программных систем и интернет-сервисов в данном курсе и во всем образовательном процессе):

• навыками работы с компьютером; знаниями, умениями и навыками, достаточными для работы с различными видами программных систем и интернет-сервисов (файловые менеджеры, текстовые редакторы, электронные таблицы, браузеры, поисковые системы, словари, электронные энциклопедии); умением описывать работу этих систем и сервисов с использованием соответствующей терминологии;
• различными формами представления данных (таблицы, диаграммы, графики и т. д.);
• познакомится с программными средствами для работы с аудиовизуальными данными и соответствующим понятийным аппаратом;

Выпускник получит возможность (в данном курсе и иной учебной деятельности):

• практиковаться в использовании основных видов прикладного программного обеспечения (редакторы текстов, электронные таблицы, браузеры и др.);
• познакомиться с примерами использования математического моделирования в современном мире;
• познакомиться с постановкой вопроса о том, насколько достоверна полученная информация, подкреплена ли она доказательствами подлинности (пример: наличие электронной подписи); познакомиться с возможными подходами к оценке достоверности информации (пример: сравнение данных из разных источников);
• познакомиться с примерами использования ИКТ в современном мире;
• получить представления о роботизированных устройствах и их использовании на производстве и в научных исследованиях.

Технология

Результаты, заявленные образовательной программой «Технология» по блокам содержания

Формирование технологической культуры и проектно-технологического мышления обучающихся

Выпускник научится:

• следовать технологии, в том числе в процессе изготовления субъективно нового продукта;
• оценивать условия применимости технологии в том числе с позиций экологической защищенности;
• прогнозировать по известной технологии выходы (характеристики продукта) в зависимости от изменения входов / параметров / ресурсов, проверяет прогнозы опытно-экспериментальным путем, в том числе самостоятельно планируя такого рода эксперименты;
• в зависимости от ситуации оптимизировать базовые технологии (затратность – качество), проводит анализ альтернативных ресурсов, соединяет в единый план несколько технологий без их видоизменения для получения сложносоставного материального или информационного продукта;
• проводить оценку и испытание полученного продукта;
• проводить анализ потребностей в тех или иных материальных или информационных продуктах;
• описывать технологическое решение с помощью текста, рисунков, графического изображения;
• анализировать возможные технологические решения, определять их достоинства и недостатки в контексте заданной ситуации;
• проводить и анализировать разработку и / или реализацию прикладных проектов, предполагающих:
  • определение характеристик и разработку материального продукта, включая его моделирование в информационной среде (конструкторе);
  • встраивание созданного информационного продукта в заданную оболочку;
  • изготовление информационного продукта по заданному алгоритму в заданной оболочке;
• проводить и анализировать разработку и / или реализацию технологических проектов, предполагающих:
  • оптимизацию заданного способа (технологии) получения требующегося материального продукта (после его применения в собственной практике);
  • разработку (комбинирование, изменение параметров и требований к ресурсам) технологии получения материального и информационного продукта с заданными свойствами;
• проводить и анализировать разработку и / или реализацию проектов, предполагающих:
  • планирование (разработку) материального продукта в соответствии с задачей собственной деятельности (включая моделирование и разработку документации);
  • планирование (разработку) материального продукта на основе самостоятельно проведенных исследований потребительских интересов;

Выпускник получит возможность научиться:

• выявлять и формулировать проблему, требующую технологического решения;
• модифицировать имеющиеся продукты в соответствии с ситуацией / заказом / потребностью / задачей деятельности и в соответствии с их характеристиками разрабатывать технологию на основе базовой технологии;
• технологизировать свой опыт, представлять на основе ретроспективного анализа и унификации деятельности описание в виде инструкции или технологической карты;

2. Содержание курса.

Основные разделы программы учебного курса:

1) Введение в основы геоинформационных систем и пространственных данных

Учащиеся познакомятся с различными современными геоинформационными системами. Узнают, в каких областях применяется геоинформатика, какие задачи может решать, а также как учащиеся могут сами применять её в своей повседневной жизни.

2) Урок работы с ГЛОНАСС

Учащиеся базово усвоят принцип позиционирования с помощью ГНСС. Узнают, как можно организовать сбор спутниковых данных, как они представляется в текстовом виде и как их можно визуализировать;

3) Устройство и применении беспилотников

Учащиеся познакомятся с историей применения БАС. Узнают о современных БАС, какие задачи можно решать с их помощью. Также узнают основное устройство современных БАС.

4) Основы съёмки с беспилотников

Учащиеся узнают, как создаётся полётное задание для БАС. Как производится запуск и дальнейшая съёмка с помощью БАС. А также какие результаты можно получить и как это сделать (получение ортофотоплана и трёхмерной модели);

5) Основы трёхмерного моделирования

Учащиеся познакомится с основами трёхмерного моделирования. На примере программных продуктов SketchUp, Meshmixer и Netfabb и их аналогах научатся создавать трёхмерный модели в свободном режиме и по полевым замерам, редактировать их и готовить для дальнейшей печати на 3D-принтере.

6) Выбор проектного направления и распределение ролей

Выбор проектного направления. Постановка задачи. Исследование проблематики. Планирование проекта. Распределение ролей;

7) Углубленное изучение технологий обработки геоданных

Работа с 3D-моделями (автоматизированное моделирование объектов местности с помощью Agisoft Photoscan и ручное моделирование с помощью SketchUp);

8) Сбор геоданных

Работа с открытыми данными, аэрофотосъемка, создание обмерных чертежей;

9) Обработка и анализ геоданных

Создание 3D-моделей, редактирование векторных данных;

10) Изучение устройства для прототипирования

Ознакомление с устройствами прототипирования, предоставленными учащимся. Учащиеся узнают общие принципы работы устройств, а также когда они применяются, и что из можно получить;

11) Подготовка данных для устройства прототипирования

Подготовка 3д моделей, экспорт данных, подготовка заданий по печати

12) Прототипирование

Применение устройств прототипирования (3D-принтер). Доводка и сборка существующего прототипа;

13) Подготовка презентаций

Изучение основ в подготовке презентации. Создание презентации. Подготовка к представлению реализованного прототипа;

14) Защита проектов

Представление реализованного прототипа.

3. Тематическое планирование