Алексей Федосеев, сотрудник Московского политехнического университета, руководитель направления “Приспосабливаем космос для жизни человека” проектной смены центра “Сириус” и Андрей Андрюшков, руководитель Центра по работе со школьниками Московского политехнического университета о первой проектной смене в "Сириусе"
С 1 по 24 июля 2016 года в Образовательном центре “Сириус” (г. Сочи) прошла уникальная проектная смена. Более 400 детей работали в 8 тематических направлениях - от фармакологии до конструирования автомобилей. В рамках проектной смены были реализованы как исследовательские работы, так и инженерные проекты школьников. Три проектных направления создавались при участии Московского политехнического университета: “Делаем жизнь человека безопасной”, “Конструируем доступный автомобиль для МЧС” и “Приспосабливаем космос для жизни человека”. Проектная смена вдохнула жизнь в преобразившееся здание Олимпийского медиацентра г. Сочи, где были развернуты профессиональные лаборатории по молекулярной биологии, нанотехнологиям, прототипированию, электротехнике, наземному транспорту и космонавтике. Уникальная среда, созданная благодаря участию специалистов из различных сфер науки и образования, позволяет представить на новом уровне возможности проектного подхода в образовании, опираясь на существующий передовой опыт и выдвигая новые требования.
О проектной деятельности школьников сегодня говорят повсеместно. Казалось бы, все должны быть готовы к такому формату работы: в стране за последние 20 лет накоплен огромный опыт исследовательской и проектной деятельности школьников, индивидуальный проект стал обязательной частью основного образования, число проектных конкурсов и их участников растет с каждым годом. И все же среди ученых и педагогов не утихают споры: что такое школьный проект, каким должен быть результат проекта, какая роль отводится ребенку в проекте.
Почему проектная деятельность стала такой популярной в школах и вузах? Ответ нужно искать не в системе образования, а в том, какие процессы происходят в обществе и экономике России и мира. Научная и технологическая гонка набирает такие обороты, что за 10-15 лет подготовки специалиста от школьной скамьи до выпуска из университета может смениться целый технологический уклад. Многие - от руководителей корпораций до зарубежных экспертов - отмечают, что ключевой проблемой отечественной экономики является даже не технологическая отсталость, а неумение доводить результаты прорывных исследований до работающих продуктов или инфраструктурных решений.
Именно поэтому стали востребованы проектные форматы, дающие школьникам опыт выхода за пределы “башни из слоновой кости” с попыткой реализовать свои идеи в социуме. Ребенок, находясь в школе, изолирован от внешнего мира образовательной средой. Единственная возможность изменить положение вещей - делать пробы и “вылазки в реальность”, чтобы лучше понять, как устроен реальный мир, получить опыт работы в неадаптированной среде, в том числе и набить шишки. Проекты призваны дополнить (но не подменить!) традиционные уроки, дать детям возможность еще на этапе школы сориентироваться в профессиональных полях, связанных с исследованиями, конструированием, бизнесом, искусством.
Мы предлагаем подходить к школьным проектам с ровно такими же понятиями, мерками и стандартами, которые существуют в настоящих проектировании и исследовании. Проектом можно называть только ту работу, в которой ребенок не только достигает какого-то результат, но понимает, как и кем будет использоваться этот результат. Это не означает, что школьники должны выполнять проекты на уровне взрослых профессионалов. Напротив, зачастую именно стремление вовлечь детей в передний край науки и инноваций приводит к тому, что сами дети занимают в таких проектах зависимую позицию исполнителя, не получая опыт целостного освоения культуры организации и проектирования своей работы. Для того, чтобы опыт работы над проектом был ребенком присвоен, требуется особая работа учителя, обеспечивающего целостное понимание детьми целей проекта и его последствий, самостоятельную постановку задач, работу своими руками и координацию работы других, обращение к экспертам для достижения допустимого результата.
В то же время, увлекаясь адаптацией проектного подхода к школьному образованию, педагоги чаще всего вместо проектирования получают лабораторную работу или конструирование по алгоритму. И в то и в другом случае детьми осуществляются готовые простые (на уровне инструкции или алгоритмов действия) операции, хотя и в оболочке как бы проекта. В описании проделанной работы можно будет найти и цели, и задачи, и даже тайм-план. Но в такой работе не будет ни присвоения ребенком передовых научно-технических проблем, ни реального опыта получения нового решения, ни опыта организации комплексной проектной деятельности.
Собственно в нахождении баланса между возможностями детей, с одной стороны, и современном уровне научно-технической деятельности, с другой, заключается эффективность проектного подход в образовании. Разработка методик организации и оценки проектной деятельности - безусловно, одна из перспективных задач российской педагогики, решение которой должно возникнуть благодаря тем возможностям, которые созданы сегодня в образовательном центре “Сириус”.
Прошедшая проектная смена продемонстрировала богатство различных подходов к работе с детьми над сложными научными и техническими задачами. Ясно, что проекты, в которых ключевая роль отводилась исследовательской деятельности, отличались от тех, в которых акцент был сделан на создании детьми технического изделия. Однако очевидно, что, с педагогической позиции, и для исследовательских и для инженерных школьных проектов существует некоторый набор общих характеристик, отличающих проекты от углубленного изучения дисциплин, лабораторных работ или мастер-классов.
К таким характеристикам относятся, прежде всего:
1. Личное осознание актуальности темы. Ребенок должен определить для себя актуальность выбранной темы в современном мире, самостоятельно или в команде единомышленников сформулировать проблему, лежащую в основе проекта, и задачу, требующую решения. Для интенсивных форматов, ограниченных временем трехнедельной смены, самостоятельное самоопределение детей и выбор темы проекта плохо совместимы с получением серьезного результата на выходе. Учителю необходимо заранее спланировать всю работу, продумать возможность ее технической реализации. Однако тем не менее смысл происходящего ребенком должен быть восстановлен и определены зоны его понимания и непонимания. Это даст возможность его дальнейшему самостоятельному погружению в тему.
2. Опыт реализации профессиональной деятельности. В любом проекте основную ценность имеет полученный опыт реальной работы. В проектах, над которыми работали дети на проектной смене, ребенок мог получить реальный опыт исследовательской и конструкторской деятельности. Ключевой вопрос - как организовано присвоение этого опыта. Если этот опыт не продумывается заранее педагогом и не анализируется ребенком, возникает опасность, что ребенок получит опыт лабораторной работы вместо исследования или научится собирать аппарат по заданному алгоритму, а не конструировать.
3. Ценность полученного результата. На выходе проекта учащиеся должны понимать, какую ценность имеет результат проекта. Например, видеть, куда ведет результат исследования, кто будет использовать полученные новые знания. В инженерном проекте - кто является пользователем и заказчиком получившегося продукта, какое место может занимать полученный продукт в будущем развитии проекта.
4. Управление процессом проектирования. Двигаясь от замысла к получению результата, учащиеся могут занимать разные позиции в организации всей работы. Но в проектном подходе нормой является занятие учащимися фокуса управления исследованием или конструированием. Все учащиеся должны участвовать в принятии решения об изменениях в сроках, корректировке задач и верификации своих результатов. Это норма, но в реальности в проектной команде может возникнуть такая ситуация, в которой некоторые участники займут определенные роли исполнителей, без чего результат просто не будет получен.
Ясно, что в зависимости от сложности выбранной проблемы или требуемых для ее решения действий, выполнение всех перечисленных характеристик потребует разных педагогических и организационных средств. Детальное описание этих средств позволит получить долгожданные методические рекомендации, без которых внедрение проектного подхода в массовую практику будет ограничено искусством того или иного педагога. Конечно, уникальность и профессионализм руководителя проекта в любом случае будет имеет существенное значение. Но при должном умении организовывать работу в зависимости от ее сложности, любой увлеченный своей работой руководитель проекта способен правильно определить уровень того результата, на который могут выйти участники.
Важным подспорьем для учителя здесь будет определения типа результата, на который может выйти проектная группа. Для проектов инженерного профиля можно предложить такие типы результатов:
Проектирование остановилось на формулировании идеи; идея или концепция оформляется в виде презентации или дизайнерского эскиза; в будущем идея может использоваться для дальнейшей проработки проекта;
Результат представляет собой проработанную модель будущего продукта или системы, что включает в себя необходимые обоснования и расчеты; такая модель может стать аванпроектом для будущей более серьезной разработки;
Проект завершился созданием прототипа или действующего образца, выводы из работы которого подтверждают (или опровергают) возможность реализации выбранного принципа; можно сказать, что данный проект завершился подведением итогов предпроектного исследования;
Результатом проекта является готовый продукт, который стал непосредственно использоваться заказчиком.
Нужно признать, что последний уровень проектов вряд ли может быть достигнут в школе (разве что только в сфере информационных технологий, где все процессы разработки очень быстрые).
Аналогичную систему оценки уровня проектов по значимости результата необходимо разработать и для исследовательских проектов.
Проиллюстрируем предложенные требования к школьным проектам результатами проектной смены в Образовательном центре “Сириус”. Все проекты направления “Приспосабливаем космос для жизни человека” относились к инженерно-конструкторскому профилю.
В рамках направления школьники выполняли инженерно-конструкторские проекты аэрокосмических систем, предназначенных для освоения человечеством космического пространства. Тематика проектов соответствовала переднему краю исследований и инженерных проектов в области космонавтики, в частности, перечню задач, опубликованных Фондом перспективных исследований, рабочей группой Аэронет Национальной технологической инициативы, NASA.
На данной смене предпочтение отдавалось темам, связанным с конструированием микроспутниковых систем для работы на орбите Земли. Это связано с тем, что в настоящий момент технологии создания микроспутников стали настолько доступными, что позволяют реализовывать реальные исследовательские и инженерные проекты с таким оборудованием уже школьниками и студентами младших курсов университетов. Выбор такой тематики поддерживался и уникальным оборудованием мастерской “Космические системы”, впервые стартовавшей в рамках данной проектной смены и позволяющей конструировать и проводить полноценное тестирование микроспутников в лабораторных условиях. Можно увидеть, что темы достаточно близки, чтобы позволить объединить в единый пул доступную экспертизу и оборудование, что исключительно важно для краткосрочных форматов работы.
Опишем кратко итоги проектных работ в данном направлении:
Проект “3D-принтер для печати спутников на орбите” (руководитель Федор Антонов, к.ф.-м.н., генеральный директор ООО “Анизопринт”, команда из 6 человек). Участники проекта должны исследовать ограничения существующего композитного 3D-принтера и пересобрать его для дальнейшего использования на МКС: принтер не должен выбрасывать в атмосферу вредные газы и другим образом угрожать работе станции и ее экипажа. Учащиеся провели исследование принтера и напечатанных на нем ряд образцов конструкционных элементов для спутников, пересобрали принтер, изготовили защитный кожух, систему фильтров и пр. в соответствии с регламентами пилотируемых полетов Роскосмоса. Проект можно считать состоявшимся с точки зрения достижения образовательных результатов - участники проекта действовали в высокой степени самостоятельно и смогли сформулировать и выполнить почти все поставленные задачи. Часть задач проекта была выполнена не полностью в связи с недостатком времени, материалов и оборудования. Но проект может быть продолжен - после дальнейшей доработки принтер будет отправлен на МКС.
Проект “Банковская ячейка в космосе” (руководитель Антон Сивков, ведущий инженер Лаборатории высокоточных систем ориентации МФТИ, команда из 7 человек). Участники проекта решали задачу создания защищенного хранилища в космосе. Для демонстрации своей идеи они изготовили модель спутника на основе конструктора “Орбисат”, снабженного защищенной линией связи и самостоятельно сконструированным манипулятором для стыковки. Участниками был отработан эксперимент на аэростоле по захвату одного спутника другим. В процессе работы участники команды не смогли выработать интересный коммерческий потенциал проекта. В результате итоговое выступление команды было смазано, логичное и целостное видение проекта не сложилось. Однако, проект может иметь интересное продолжение, если решить проблему с его прикладной значимостью.
Проект “Воздушный старт” (руководитель Илья Гришин, инженер-конструктор ПАО “Компания Сухой”, команда из 7 человек). Участники проекта создали собственный прототип самолета-носителя и ракеты для воздушного старта. Был произведен ряд наземных испытаний: прокатка самолета, отдельный запуск ракеты и запуск ракеты с носителя на земле. Среди участников проекта был наибольший процент младших детей (7-8 класс), это сказалась на уровне имеющихся у них практических навыков и способностях к самостоятельной работе. В результате итоговый результат не был доведен до конца: получившаяся модель не смогла взлететь и выполнить в полете старт ракеты-носителя. На данном уровне исполнения проект имеет исключительно образовательную ценность. Тем не менее, есть варианты продолжения проекта с использованием существующих в настоящий момент реактивных самолетов для вывода микроспутников на низкие орбиты.
Проект “Двигатель орбитального маневрирования” (руководитель Алексей Банников, ведущий инженер компании “Спутникс”, команда из 5 человек). Участники проекта разрабатывали двигатель орбитального маневрирования для малых космических аппаратов, способный поддерживать заданные параметры низкой околоземной орбиты в течение срока активного существования аппарата (не менее 5 лет). Участниками была предложена оригинальная гибридная конструкция, сочетающая двигатели разных типов. Были разработаны и собраны составные части двигательной установки такие как сопло двигателя, ионизатор газа, камера сгорания для химической реакции на основе перекиси водорода. Была разработана система управления двигателем и написана программа полета для спутника на основе конструктора “Орбисат”, отработано управляемое движение спутника на двигателе со сжатым газом. Участниками проекта были произведены испытания отдельных составных частей, в том числе химического двигателя. Нерешенной осталась задача сборки отдельных частей гибридного двигателя в единое устройство. Еще одной задачей может стать оформление патентной заявки авторами работы.
Проект “Космический фотограф” (руководитель Антон Власкин, ведущий программист компании “Спутникс”, команда из 3 человек). Участники проекта разрабатывали систему получения космического снимка по запросу. Система должна была обеспечивать любого желающего снимком выбранной с помощью мобильного телефона точки Земного шара. Было предложено мобильное приложение, позволяющее выбрать интересующие координаты на карте, в то время как оставшаяся система обеспечивает отправку запроса на борт спутника и получение фотографии. Участники проекта реализовали целостный продукт, включающий в себя модель спутника с программой полета на основе конструктора, сервер для обработки запросов и приложение для мобильного телефона. Проект столкнулся с недостатком количества участников и низким уровнем владения навыками программирования. Сложность и системность проекта потребовала реализовать все компоненты для демонстрации работы системы в целом, что привело к снижению качества реализации отдельных компонентов. Кроме того, проект был недостаточно проработан с точки зрения его экономической обоснованности. Альтернативным направлением развития проекта является использование существующих открытых или коммерческих баз данных космических снимков.
Проект “Лаборатория на орбите” (руководитель Руслан Сергеев, ведущий программист Лаборатории высокоточных систем ориентации МФТИ, команда из 5 человек). Участники разработали программный комплекс с графическим интерфейсом по управлению космическими аппаратами. Работа включала в себя модификацию системы управления реального спутника “Таблесат-Аврора” и создание графического интерфейса для управления аппаратом и задания режимов его полета. Перспектива применения данного проекта лежит как в сфере образования, так и в решении отраслевых задач - в упрощении подходов к управлению бортовыми системами космических аппаратов. Проект столкнулся с низким начальным уровнем владения участниками навыками программирования, что снизило планку результата. Однако данный проект является чрезвычайно актуальным для создания научных и образовательных аппаратов на базе унифицированных микроспутниковых платформ - с использованием данного интерфеса пользователям не потребуется глубокое понимание бортовых систем при управлении научной миссией.
Проект “Обеспечение межспутниковой связи” (руководитель Никита Ивлев, заведующий ведущий программист Лабораторией высокоточных систем ориентации МФТИ, команда из 5 человек). Целью проекта была отработка возможных высокоскоростных систем связи в масштабных группировках микроспутников. Для этого учащиеся поставили эксперимент по обеспечению оптической связи (лазерный луч) между двумя спутниками в полунатурных условиях. Эти условия обеспечивались аэродинамическими подвесами, имитаторами солнца и магнитного поля. В ходе работы в лаборатории спутники должны были точно сориентироваться друг на друга и передать информацию по оптическому каналу. Участники проекта прошли ключевые начальные этапы проекта (конструирование спутника и математическое моделирование системы трехосевой ориентации), но в силу объективных внешних причин не успели провести серию финальных экспериментов на аэродинамических подвесах. К недостаткам проекта нужно отнести также недостаточную проработанность практического применения результатов проекта и его экономическую обоснованность.
Проект “Отслеживание беспилотников с помощью спутников” (руководитель Рустам Ахтямов, аспирант Сколковского института науки и технологии, команда из 5 человек). Тема проекта является особенно актуальной в связи с текущей политической ситуацией вокруг обязательной регистрациии беспилотников. Участники проекта спроектировали и реализовали целостный продукт, включающий в себя радиопередатчик и его крепление для коптера, модель спутника с программой полета, приемником и передатчиком, а также приложение с картой для отображения полета коптера. Сложность и системность проекта потребовала реализовать все компоненты для демонстрации работы системы в целом, что привело к снижению качества реализации отдельных компонентов. Участникам проекта не удалось нормально просчитать экономическую обоснованность проекта в случае использования своей собственной группировки. Это было связано еще и с тем, что участники так и не смогли выбрать основную категорию потенциальных пользователей системы - должны это быть частные лица, компании или государственные органы. Одним из важных направлений развития проекта является решение задачи одновременного использования общего радио-канала множеством БПЛА (что является принципиальным вызовом для любых систем “Internet of Things”). Проект имеет потенциал развития в направлении совместимости с профессиональными геоинформационными системами.
Проект “Тросовая система для увода мусора с орбиты” (руководитель Игорь Жаренов, аспирант МГТУ им. Н.Э. Баумана, команда из 5 человек). Данный проект был посвящен проработке возможностей и ограничений тросовых систем для увода космического мусора с орбиты Земли. Учащиеся представили целостный проект, включающий в себя необходимые расчеты и выполненный на аэродинамическом столе эксперимент: макет, состоящий из 2 функциональных моделей спутника, соединенных тросом, двигался на специальном аэродинамическом столе; первый спутник раскручивается и после пережигания троса, выбрасывался в нужную сторону. Участники реализовали данный эксперимент, но не успели продумать ряд обнаруженных ими ключевых трудностей данного проекта: как производится захват цели, каковы могут быть доступные размеры троса при заданных параметрах спутника. К недостаткам можно отнести слабую реализуемость проекта, поскольку тросовые системы имеют ряд принципиальных сложностей со стабильностью работы в реальных условиях.
Видно, что проекты были сформулированы в единой логике, но реализованы в очень разной степени. Во-первых, проекты стартовали с разных начальных точек, опыт руководителей проектов и их участие в постановке проблемы было различным. Также на результатах сказались размеры команд, способности детей и объективные факторы запуска лаборатории “Космических систем”.
Полученный опыт позволяет также предложить основные пути развития направления “Приспосабливаем космос для жизни человека” в рамках проектной смены “Сириуса”:
Создание долгосрочного проекта с серьезным уровнем результата, например, разработка собственного спутника “Сириус” для дальнейшего его запуска на околоземную орбиту;
Расширение тематики проектов от микроспутников до полного спектра тем по космонавтике, включая также ракетные системы, космические исследования, пилотируемые полеты и системы жизнеобеспечения, применение результатов космической деятельности на Земле;
Более плотное взаимодействие с предприятиями отрасли (как государственными, так и частными) для получения списка реальных кейсов и вызовов, стоящих перед отраслью.
Данное направление проектной смены занимает особое место в цикле проектной деятельности школьников по космонавтике. В настоящий момент существует ряд форматов работы со школьниками, которые позволяют осуществить последовательно включение их в проектную и исследовательскую деятельность в области космонавтики (см. рисунок).
.jpg)
Последовательное прохождение через эти усложняющиеся форматы - от практикумов, через инженерные соревнования к проектам - позволяет не только привить школьникам вкус к конструкторской и исследовательской деятельности и нарастить практические компетенции, навыки работы в команде и представления своих идей, но и подготовить одаренных в научно-технической сфере детей к решению сложнейших задач развития космических технологий.
В этой логике проектные смены “Сириуса” находятся на ”вершине” проектных форматов, задавая очень высокую планку требований к участникам и результатам проектной деятельности, но, одновременно с этим, предоставляя практически уникальные возможности для реализации проектов.
Вне всякого сомнения, прошедшая проектная смена - это уникальное достижение российского образования и демонстрация реальных возможностей детей, которые требуют новых форм обучения и воспитания. Это была самая мощная сезонная проектная школа в современной России с беспрецедентно высоким уровнем проектов - по крайней мере, в направлении космонавтики. Задана очень высокая планка научно-технических проектов школьников, а также уровня работы руководителей проектов и организаторов смены, которые смогли достигнуть этого результата в очень сложных условиях. Следующим этапом, безусловно, должно стать увеличение доступности таких форм проектной работы для всех детей России, что позволит реально сформировать поколение технологических лидеров.
Публикация с интернет-сайта МГМУ (МАМИ)
