Сегодня в России и странах СНГ существует довольно много каникулярных образовательных школ для детей, имеющих, большей частью, олимпиадное направление. В этой статье я бы хотел рассказать вам о в некоторой степени уникальном для России проекте — научно-образовательной школе МГУ.
Наша школа проводится уже несколько лет большой командой из студентов, выпускников и преподавателей топовых Российских ВУЗов: Московского Государственного Университета, МГТУ им. Баумана, МФТИ. Наша основная задача — окунуть школьников со всей России в научно-исследовательский процесс, и помочь им выработать навыки проектной работы, публичных выступлений и самостоятельности, которые несомненно важны для любого современного специалиста (в чем, я думаю, многиее меня поддержат). Летняя школа является частью большой круглогодичной работы с детьми — каникулярные весенние и осенние школы, дистанционная работа с научным руководителем. Под катом я расскажу вам подробнее о том, чем занимаются наши ребята, и как мы организовываем наш учебный процесс.
Образовательная программа
Образовательная программа школы включает в себя несколько направлений:
- Физико-математический поток (математика, физика, программирование)
- Инжереный поток (электроника, схемотехника и все, что касается механической и «железной» составляющей устройств)
- Химико-биологический поток (химия и биология)
- Младший поток (занимательная математика и физика, английский язык)
Занятия в потоках разделяются на два вида: общие обычные и «спецкурсы». На общих занятиях мы преподаем вещи, жизненно необходимые для всех, кто находится на данном потоке (например, на уроках информатики в физмат потоке читался курс о обработке массивов данных в Excel и оформлении и представлении результатов научной работы, а на инженерном потоке на основных занятиях давались основы пайки и схемотехники).
На спецкурсах же (спецкурс, кстати, при желании можно выбрать из другого потока), ребята непосредственно занимались своим научным исследованием вместе с руководителем. Расскажу подробнее о организации, пожалуй, самых профильных для Хабра спецкурсах — программировании, электронике, инжениринге и физике. Примеры же выполненных ребятами работ можно будет увидеть чуть ниже.
Программирование
На программировании мы стараемся руководствоваться принципом «лучший способ начать программировать — это программировать». По этому практически с самого начала спецкурса ученик получает задачу (можно выбрать идею из готового спика или предложить свою), над которой он работает до конца школы (а некоторые и далеко после). Задачи подбираются самые разные — от совсем простых для начинающих с нуля (вроде реализации игры в морской бой или крестики-нолики), до сложных проектов, связанных с обработкой данных и разработкой сложных веб-систем. Общего языка, на котором работают ребята, нет — мы стараемся выбирать вместе с ними языки и технологии, которые наиболее соответствуют их задаче. Далее ученик обсуждает идею с научным руководителем и получает от него некий «стартовый набор» — список литературы, статьи, или другие проекты, с которыми необходимо ознакомиться, и начинает самостоятельную работу над проектом. Руководитель же «направляет» школьника и консультирует его по возникающим вопросам. Большое внимание мы стараемся уделать вопросам алгоритмизации, code style и выбору верных архитектурных решений в коде.
Электроника
На электронике мы занимаемся тем, что учим паять с нуля и считать простые схемы, а также, с этого года: управлять разного рода электродвигателями и моторчиками. Делается это для того, что бы:
- Научить человека, который никогда не держал паяльник в руках паять;
- Научить человека, который уже паял, паять лучше и качественнее;
- Обучить элементам расчета схем. Это делается из-за того, что многие умеющие собирать вполне неплохие платы, совершенно не умеют придумывать и использовать по-новому старые схемы;
- В подробном режиме объясняется тема управления моторами и электродвигателями.
В конце курса обучающиеся углубляются в изучение конкретной технической задачи, стараясь внести что-то новое в ее решение. Задачи же бывают самые разные: от простых индикаторов попадания в воду, до сложных устройств, считывающих всевозможные данные. Руководитель в данной деятельности выступает как учитель, в первой части курса, к которому можно подойти с любым вопросом и разобраться в любой из изучаемых тем, так и консультант в выполнении проекта во второй части курса.
Инжениринг
На спецкурсе по инженирингу мы стараемся обучить детей основам разработки печатных плат, конструирования, программирования микроконтроллеров. В процессе обучения мы стараемся отойти от готовых решений и конструкторов, таких как Arduino, Lego Mindstorms и другие. Разработку своего устройства дети ведут с нуля. Они проходят весь путь создания своего устройства или робота, от создания механической основы до изготовления печатной платы и программирования микроконтроллера (в нашем курсе мы используем преимущественно микроконтроллеры ATmega32). Вначале предлагается список проектов, после чего школьники могут выбрать задачу по душе, или же предложить свою идею. Работа над проектами начинается после небольшого курса по основам программирования микроконтроллеров AVR. Дело в том, что знаний в этой области школьники практически не имеют, а для начала работы необходим некоторый начальный уровень. Работа над каждым проектом ведётся индивидуально. Научный руководитель консультирует ученика, подсказывает как и где можно найти информацию, руководит процессом создания устройства.
Предлагаются проекты разных уровней сложности, от самых простых (работа с моторами и управление ими) до серьёзных исследований и разработок (обработка и потоки данных, общение со сложными периферийными устройствами и так далее).
Физика
На этом спецкурсе учащиеся с первых дней занятий самостоятельно выполняют проекты по физике. Тема проекта может быть выбрана учеником из предложенного списка или найдена самостоятельно. Чаще всего на данном спецкурсе ребята занимаются решением задач Всероссийского турнира юных физиков. Среди предлагаемых тем присутствуют довольно простые задачи, например, исследование движения сильного магнита внутри неферромагнитной металлической трубы, и принципов работы двигателей для авиамоделей, сделанных из скрученного резинового жгута. Решение этих задач давно известно, участникам летней школы предлагается самостоятельно исследовать данное явление, провести эксперименты, обработать их результаты и представить результат своей работы в виде стенда на закрытии школы.
Для исследования также предлагаются довольно нетривиальные и малоизученные явления, например, изменеие формы замерзующих при низкой температуре капель на конусообразную, и задачи, решение которых не единственно, например, создание устройства, преобразующее теплоту горящей свечи в электрическую энергию.
Несмотря на то, что дети тесно взаимодействуют с руководителем, большую часть работы они выполняют сами. Большое внимание уделяется планированию исследования и представлению результатов работы (подготовка стендов, стендовая защита, устный доклад).
Проекты и исследования, выполненные нашими учениками
Многие ребята, работающие с нами, достигают серьезных успехов — победы и призовые в конференциях и конкурсах научных работ школьников, представление проектов на нашем стенде в рамках Всероссийского фестиваля науки. Некоторым ребятам удалось получить возможность принять участие в самом крупном в мире смотре научных работ школьников Intel ISEF, проводящемся каждый год в США. Вот некоторые из этих работ:
Система управления курсором с помощью голоса для людей с ограниченными возможностями
Федтов Артем, Евгений Попов, г. Волгорад
Работа ребят началась с простой идеи — сделать несложную игрушку, в котрой необходимо собирать очки, управляя самолетом, при этом управление самолетом осуществлялось с помощью голоса — чем громче говоришь в микрофон, тем выше летит самолет. Эта идея в процессе работы претерпела существенные изменения — был разработан интерфейс голосового управления движением, максимально стабильного и простого для пользователей. На различные звуки при настройке устанавливаются различные действия, которые затем активируются с помощью произнесения этого звука. Ребята создали несколько моделей, реализующий этот интерфейс — систему управления курсором мыши, и модель инвалидной коляски, управляемой звуками голоса.
Настольный лазерный 3D сканер
Веловатый Даниил, Хивинцев Максим, г. Новосибирск
Данный проект представляет собой комплекс из работающего прототипа настольного 3D сканера и ПО для взаимодействия с ним. Конструкция сканера состоит из лазерного дальномера и вращающейся платформы, на которой помещается объект для сканирования. Разработка ребят выгодно отличается от прочих моделей такого класса благодаря высокой точности и скорости работы. Их система способна строить модели объектов небольшого размера за 2-10 минут (в зависимости от требуемой точности, максимально возможная сейчас — 0.3мм) и сохранять их в формат obj, пригодный для редактирования в сторонних редакторах.
Система добровольных распределенных вычислений в браузере
Моисеевский Алексей, г. Петрозаводск
Идея данной работы состоит в следующем — использовать принцип популярных систем добровольных вычислений вроде BOINC или Folding@home, но в качестве расчетного клиентского модуля использовать не специальный софт, а встраеваюмую на веб-сайты JavaScript библиотеку. Алексею удалось реализовать такую систему, использующую все современные веб-технологии вроде WebWorkers и Asm.js, и не требовательную к ресурсам клиентских компьютеров.
Экспресс-диагностика состояния микробных сообществ почвы при загрязнении нефтепродуктами
Вострокнутова Валерия, г. Чайковский
Всем известно, что большие выбросы нефти и продуктов ее переработки негативно влияют на состояние окружающей среды: почва, вода, атмосфера. В этой работе Валерия исследует почву разных образцов, имитируя загрязнения нефтью и соляркой. Результатом проекта является разработка методов, позволяющих определить уровень загрязненности почв, а так же выявление органических субстратов, с помощью которых можно решить вопрос об источнике загрязнения. Так, Валерия выяснила, что во всех почвах с содержанием нефтепродуктов активно усваивалась глюкоза.
Исследование сингулярности замерзших капель
Смирнов Алексей, г. Москва
При замерзании жидкостей можно наблюдать много, на первый взгляд странных, эффектов. Один из них рассматривается в данной работе — эффект формирования ледяных пиков, или сингулярностей, на каплях разных жидкостей при их замерзании. Исследовались небольшие капли (чтобы их поверхность можно было считать сферической), а также капли большого размера. Капли замораживались на алюминиевой пластине при температурах -15, -24, -78 и -196 градусов Цельсия. Далее, полученные результаты сравнивались с теоретически рассчитанной геометрической моделью конечной формы замерзшей капли, созданной в MATLAB, посредством такого сравнения было выяснено, что теоретическая модель точно предсказывает форму малых замерзших капель, но расходится с результатами для капель, радиусом превышающих 1 мм. Нельзя не отметить, что результаты данного исследования удивляют: оказалось, что описываемое свойство имеют лишь жидкости, расширяющиеся при замерзании.
Генерация абстрактных изображений с помощью генетических алгоритмов
Никита Башаев, г. Самара
Задачей данного проекта было создать алгоритм получения красивых абстрактных изображений, и улучшения этих изображений с помощью генетических алгоритмов. Подробнее вы можете прочитать в статье, которую мы ранее публиковали на Хабре.
Отрицательное сопротивление и его механический аналог
Новиков Олег, г. Иваново
Основные характеристики электрических элементов, такие как сопротивление, ёмкость и индуктивность, в основном, положительны. У автора проекта появилась идея создать элементы с отрицательными эффективными коэффициентами. Их создание позволит осуществить множество различных физических целей иным способом. Идея состоит в создании элемента, внутри которого будет расположен определённый потенциал, зависящий от внешнего сигнала. Если соединить через резистор этот потенциал со входами элемента, будет обеспечен вытекающий и втекающий в элемент ток, соответствующий элементу с указанными свойствами. Элементы имеют очень большой диапазон частот, таким образом, подходят для работы в низкочастотном и высокочастотном диапазоне. Так как элементы созданы с использованием операционного усилителя, были также расписаны ограничения их работы.
Подробнее
В этом году нам предстоят две летние школы, и одна весенняя. Подробнее о них можно узнать на нашем сайте и в сообществе Вконтакте.
Автор: MAD_GooZe
