Как вырастить инженерный проект из цветочного горшка

Заставить ватагу 10-летних мальчишек сделать в качестве итогового проекта не мега-танк, а теплицу — задача со звездочкой. Все начинается с мотивации. На курсе моделирования в КОМПАС-3D автор материала, Елена Пронина, педагог робототехники ДТ «Кванториум» города Липецка, предложила ученикам пройти весь инженерный путь, от разговора о домашних растениях до картонного макета, 3D-модели, чертежей и готовой теплицы с электроникой. Эта методическая разработка принесла автору призовое место во всероссийском педагогическом конкурсе — «Турнире новаторов».

Курс моделирования подходил к концу, пора было определяться с темами итоговых проектов. В конце одного из занятий ребята обсуждали пользу домашних растений и собственный опыт ухода за ними. Опыт оказался скудным. Поэтому ученики получили домашнее задание на выходные, взять на себя уход за растениями и расспросить родителей обо всех тонкостях. Те, у кого растений дома не было, могли вырастить суккуленты в игре Viridi.

После выходных разговор продолжился. Оказалось, что задание взбодрило и детей, и родителей. Кому-то поливать цветы не дали, зато прочитали лекцию о правильном уходе. Кому-то в комнату подселили собственный горшочек. Viridi детям показалась скучноватой, спустя три месяца после установки у игры остались три пользователя из начальной группы, Елена Пронина и две мамы.

Главная цель этого небольшого квеста была достигнута. У детей появился интерес и первичное понимание того, что нужно растению для роста. А уже на основании этих факторов можно строить проектную работу.

Проект с теплицей удобен тем, что объединяет сразу несколько направлений. Здесь есть биология, инженерное проектирование, 3D-моделирование, работа с чертежами, макетирование, программирование и сборка электроники. При этом задача понятна детям. Растению нужны свет, вода, воздух, подходящий корпус и условия, которые можно обсудить, измерить, смоделировать и улучшить.

Перед любой проектной работой важно определиться с планом, ключевыми элементами конструкции, программой и оборудованием. Для этого хорошо подходит питчинг идеи.

Первый шаг -- коллективное обсуждение. Главная цель такого разговора, это обмен мнениями. В этом проекте у детей был разный опыт ухода за растениями, поэтому обсуждение помогло собрать общую картину. Ребята выделили ключевые аспекты, которые нужно учесть в конструкции теплицы, освещение, полив, проветривание и материалы корпуса.

Отдельно важно обсудить ограничения конструктора. Что получится реализовать средствами Lego, а от каких функций придется отказаться. Это полезный момент для педагога, потому что дети учатся не только мечтать о сложном устройстве, но и соотносить идею с доступными ресурсами.

У коллективного обсуждения есть риск. После него команды могут сделать примерно одно и то же. Поэтому следующий шаг -- командная визуализация.

Ребятам предлагается нарисовать внешний вид будущей теплицы. Но это должен быть не просто красивый рисунок. Перед началом работы команда должна понимать, для какого растения она делает теплицу, какие условия нужны именно этому растению, какого размера горшок, где будет располагаться электроника и какие элементы конструкции придется предусмотреть заранее.

После проходит питчинг. Это облегченная версия защиты проекта. Команда коротко рассказывает, что собирается сделать, какие материалы понадобятся, какую электронику Lego и дополнительные элементы нужно использовать, какие функции будет выполнять теплица, как примерно будет работать программа. Например, если выбран частый полив, мотор будет включать его через заданные промежутки времени.

Такой формат помогает ученикам лучше понять, что именно они собираются делать. Но главное, он помогает отказаться от совсем утопических идей до того, как началась сборка.

Картон прощает любые ошибки, поэтому макетирование начинается с него. В командах дети вырезают, склеивают, размещают в картонных коробках электронику и проверяют, работает ли конструкция. Это наглядный и удобный черновик перед созданием фанерного корпуса.

Картонный макет помогает избежать ошибок при проектировании корпуса и создании программы. Если теплица заработала в картоне, в фанере она тоже сможет работать, хотя отдельные детали все равно придется уточнять.

Этот этап может растянуться по разным причинам. Кто-то веселится и вместо креплений для проводов приклеивает к корпусу смешные рожицы. Кто-то по многу раз переделывает одно место в поисках совершенства. Поэтому педагогу важно заранее обозначить сроки, в которые нужно уложиться.

Когда с картоном покончено, создается 3D-модель и чертеж чистовой теплицы. Теоретически хватило бы и чертежа, но модель помогает проверить крепления, размещение окошек и прорезей для электроники. Кроме того, в 3D проще продумать пазы для соединения сторон. Готовые чертежи можно передавать в хайтек-цех.

Когда ученики получают нарезанные детали теплицы, начинается самый эмоциональный этап. Во-первых, появляется восторг от того, что они сами сделали настоящий объект. Во-вторых, перед ними оказывается новый конструктор. Детали нужно склеить в правильном порядке, а затем разместить внутри всю электронику.

Если картонный черновик был успешным, этот этап занимает не так много времени. Ошибки все равно неизбежны, но они становятся наглядным уроком. Дети видят, что бывает, если небрежно провести замеры или не учесть особенности деталей. Что-то можно подпилить, что-то заклеить, а в крайнем случае сделать новый, исправленный чертеж отдельной детали.

Для учеников это важный опыт. Они понимают, что чертеж и 3D-модель связаны с реальным объектом напрямую. Любая неточность в модели может проявиться при сборке.

Работа над таким проектом занимает не один урок, поэтому рефлексия нужна на каждом этапе. Особенно важна она в начале, когда команды представляют идеи. Вопрос: «Почему ты хочешь сделать именно так?»,-- становится главным. Он помогает ребенку перейти к инженерному обоснованию своей идеи.

На финальном этапе на первый план выходит анализ работы. Что не получилось? Почему? Что стоило сделать по-другому? Что нравится больше всего? Что получилось лучше всего?

В этом проекте маркером успеха стало то, что две теплицы переехали домой к ученикам, а третья осталась у педагога на сохранении. В следующем учебном году ребята планируют доработать ее уже на новом оборудовании.

Практическая польза для педагога

Такой проект помогает ученикам увидеть полный цикл инженерной работы. Сначала появляется интерес к задаче. Затем идет исследование, обсуждение, визуализация, питчинг, картонный макет, 3D-модель, чертеж, изготовление деталей, сборка, тестирование и рефлексия.

Для учителя важно, что теплица не выглядит для детей абстрактным учебным заданием. Она связана с живым объектом, растением, за которым нужно ухаживать. Поэтому разговор о конструкции естественно переходит к разговору о функциях, условиях, ограничениях и ответственности за результат.

Как повторить модуль

Сначала стоит создать мотивацию. Можно начать с разговора о домашних растениях, небольшого задания на выходные или цифрового опыта в игре, где нужно ухаживать за растением. Затем провести коллективное обсуждение и выделить условия, которые нужны растению для роста.

После этого команды выбирают растение, рисуют идею теплицы и готовят короткий питчинг. Следующий шаг, картонный макет с примерным размещением электроники. Только после проверки макета стоит переходить к 3D-модели, чертежу и изготовлению деталей.

Финальный этап, сборка, тестирование и обсуждение. Важно не стремиться к идеальной теплице с первого раза. Главный результат проекта в том, что дети учатся связывать идею, модель, чертеж, материал, электронику и реальные ограничения.