Гущин Леонид Олегович - Победитель конкурса #iучитель2019.
Проектирование печатных плат: от идеи до готового устройства
Гущин Леонид Олегович
Гущин Леонид Олегович
Педагог дополнительного образования / руководитель детского инженерного клуба
ФГКОУ Екатеринбургское суворовское военное училище МО РФ / Свердловская областная общественная организация Уральский клуб нового образования
Екатеринбург, Уральский ФО
http://eksvu.ru / https://vk.com/roboekb



содержание проекта


Развитие высокотехнологичных отраслей промышленности – одно из приоритетных направлений в России. Такое развитие невозможно без качественного образования школьников и их профессионального самоопределения в данной сфере. Система образования в области технического творчества активно развивается, охватывая всё больше направлений. До сих пор не развито одно из основных направлений – это проектирование от идеи до готового к производству устройства на печатной плате. Практически все детские технические проекты останавливаются на уровне прототипа, изготовленного в виде макета. Между тем практически любое устройство начиная от бытовой техники, заканчивая сложнейшими системами управления например в промышленности или ракетно-космической сфере подразумевает наличие самой разнообразной электроники, собранной на печатных платах различных видов, и освоение способов и видов изготовления печатных плат позволяет преодолеть разрыв между прототипом и реальным устройством, и позволит вывести детское техническое творчество на новый уровень – уровень изготовления промышленного образца спроектированного устройства. Именно этого уровня мы сейчас достигли с учеником в проекте "Ерёма", и взяв этот проект за эталон, планируется масштабировать приобретённый опыт. Текущий проект направлен на развитие компетенций школьников Свердловской области в сфере проектирования устройств на печатных платах, и охватывает три основные направления: 1. Разработка и апробация образовательной программы. Разработка будет осуществляться силами специалистов Уральского клуба нового образования (УКНО), а апробация предполагается на базе Детского инженерного клуба УКНО. По завершению программы предполагается что каждый школьник получит работающее устройство на печатной плате, изготовленное заводским способом. После апробации образовательная программа будет опубликована в открытом доступе. 2. Проведение серии хакатонов и мастер-классов. В ходе данных мероприятий планируется быстрое погружение участников в тему разработки электронных устройств на печатных платах. Программа хакатонов будет примерно соответствовать отдельным темам образовательной программе. В хакатонах предлагается участие школьников 7-11 классов. Предлагаемое место проведения хакатонов: г.Екатеринбург и г.Каменск-Уральский. Серией мастер-классов планируется охватить до 120 школьников 7-11 классов. 3. Проведение соревнований среди школьников на тему «Разработка электронных устройств на печатных платах». Важно что в процессе работы на занятиях и хакатонах дети сначала научатся изготавливать печатные платы в домашних условиях, создавая лабораторные образцы, а затем научатся создавать технические задания для заводов, получая промышленные образцы своих устройств.

Целевая группа проекта
Проект направлен на детей в возрасте от 12 до 17 лет, которые делают проекты в области технического творчества.
Результаты проекта
Школьники смогут развить технологические компетенции в сфере цифровой схемотехники и в результате профессиональных проб определиться с профессиональным выбором будущей деятельности в области разработки электронных устройств. Важно что выпускники программы получат опыт изготовления от прототипа до реального, готового к производству устройства.
Используемые образовательные технологии
Основной используемый метод - это метод проектов. Важно не просто научить детей делать печатные платы, а дать им это как инструмент, который позволит вывести их технический проект на принципиально новый уровень: уровень реального, работающего устройства на стадии промышленного образца, который будет обеспечивать ценностное предложение для конкретного потребителя. Так же будет использоваться деятельностная педагогика и институт наставничества. Важно что большинство наших крупных проектов мы реализуем в системе наставник+ученик. Именно такой подход был заложен в пилотном проекте Ерёма, опыт которого планируется использовать в данном проекте.
Методы и способы измерения результатов проекта
Планируется достигнуть следующих количественных результатов проекта: • количество школьников участников мероприятий проекта – до 120 человек; • количество волонтеров и экспертов проекта из числа школьников, студентов, педагогов и технических специалистов – от 3 до 16 человек; • количество организаций – партнёров проекта (не менее 5); • количество городов, представители которых приняли участие в проекте (2-10); • публикации в средствах массовой информации и научно-методических сборниках (3-5); Предполагается, что участвующие в проекте школьники заинтересуют данным направлением своих преподавателей, и те ознакомятся с разработанной образовательной программой, и начнут работы по внедрению её в своих учреждениях. В перспективе возможно формирование в конкретных территориях Свердловской области команд наставников и школьников, обладающих компетенциями в схемотехнике и электронике.
Условия реализации проекта
В качестве организационных инструментов для реализации проекта обозначим: • Социальное партнёрство и сетевое взаимодействие образовательных организаций, НКО, предприятий и власти • Использование новых практик и образовательных форматов (например, хакатоны, воркшопы – мастер-классы) В качестве материальных ресурсов: расходные материалы, растворы для травления, электронные компоненты. Технические ресурсы: компьютерный класс, паяльная лаборатория Кадровые ресурсы: преподаватели для обучения, эксперты хакатонов и соревнований.
Возможные риски и пути преодоления
На данный момент проект подготовлен под грантовую заявку. Есть риск не получить финансирование. При возникновении такой ситуации проект будет реализован в урезанной форме: будет проведена апробация образовательной программы за счёт средств родителей обучаемых детей, а программа будет не в открытом доступе а в продаже за небольшую сумму. Хакатон будет проведён за небольшой взнос, и дети получат устройства сделанные ЛУТ-технологией. Соревнования пройдут в заочной форме. Так же есть риски по поиску экспертов для хакатонов и соревнований. Проведена работа по поиску и сейчас есть договорённости об участия с тремя сильными экспертами в данной области.
Возможности масштабирования проекта
Для использования другими педагогами данного проекта планируется публикация образовательной программы с методическими рекомендациями и консультация педагогов. Разработанная образовательная программа будет опубликована в открытом доступе на сайте организации, в целевых группах для педагогов-наставников в социальных сетях, порталах разработок в сфере дополнительного образования школьников http://robotclass.ru/, http://kruzhok.org/ , кружковоедвижение.рф и других. Таким образом, программа станет доступна педагогам Свердловской области и других регионов. Для реализации проекта другими педагогами требуется материально-техническое обеспечение указанное выше.
Пример использования проекта
В конце 2016 года мы с двумя детьми 12 лет решили участвовать в соревновании по робототехнике, и возникли проблемы с датчиками для проезда по линии. Тогда пришла в голову идея сделать свой датчик. Мы посмотрели в интернете инструкции, разобрались и потратив несколько месяцев на пробы и ошибки получили результат: 2 место на окружных соревнованиях. Следующим этапом мы разработали удобную плату для подключения датчика к контроллеру Arduino. Потом пришла в голову идея сделать не один датчик а несколько, с удобным и надёжным интерфейсом. Так появился проект "Ерёма", который изначально был на самодельных платах, а осенью 2017 года при поддержке экспертов Екатеринбургского Хакспейса мы освоили составление технического задания для изготовления плат на заводе. В 2017/2018 году мы начали апробацию этого конструктора на пользователях, провели мастер-классы для детей на 4-й Уральской индустриальной биеннале современного искусства, а так же на площадке "Уроки Технологии" чемпионата «WorldSkills Hi-Tech» в зоне «Кружковое движение Свердловской области». Сейчас "Ерёма" это уже полноценный продукт. Весной были первые продажи отдельных компонентов, а на этой неделе мы продаём тестовую партию в 10 штук одному из Екатеринбургских клубов, а в начале 2019 года планируем начать продажи через один из Екатеринбургских магазинов. И автору этого проекта сейчас всего 14 лет! Между тем это только один из наших проектов из тех, где мы изготавливаем печатные платы. Дети в рамках проектной деятельности осваивают их изготовление, когда возникает необходимость. Летом 2018 года была проведена пробная летняя школа на тему "Устройства на печатных платах" где 6 детей 12-15 лет пришедшие на нулевом уровне за 1 неделю (15 часов занятий) освоили проектирование устройств, сделали схему бегущего огонька, подготовили под неё схему трассировки печатной платы, изготовили печатную плату ЛУТ-методом, и распаяли её. На выходе из этого курса каждый ребёнок унёс домой работающее устройство: бегущий огонёк.
материалы проекта
Текстовые материалы
https://drive.google.com/drive/folders/1b9dgmWNWmzhDS2keDeFIdeErYecGamJb?usp=sharing