Файл: 2О19 4удк 53. 06Ббк 39. 5Аэроквантум тулкит. Александр Фоменко. 2е изд., перераб и доп. М. Фонд новых форм развития образования, 2019 154 с. Базовая серия Методический инструментарий наставника.pdf

тулкит

2

тулкит

Методический инструментарий наставника
тулкит

2О19

4
УДК 53.06
ББК 39.5
Аэроквантум тулкит. Александр Фоменко. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.:
Фонд новых форм развития образования, 2019 —154 с.
Базовая серия «Методический инструментарий наставника»
В пособие базовой серии вошли методические материалы направления
«Аэроквантум» для использования наставниками сети детских технопар- ков «Кванториум» в ходе первого года обучения детей по этому направле- нию. Серия также содержит пособия по другим направлениям: авто-, кос- мо-, энерджи-, био-, нано- и другим.
Подробнее о сети детских технопарков «Кванториум» можно узнать на сайте roskvantorium.ru
(с) ФНФРО 2019
В сборнике использованы в том числе материа- лы из открытых источников сети Интернет. По- скольку источники, размещающие у себя инфор- мацию, далеко не всегда являются обладателями авторских прав, просим авторов использованных нами материалов откликнуться, и мы разместим указание на их авторство.
Сборник предназначен исключительно для не- коммерческого использования.
ISBN
978-5-6042730-5-0

5
Аэроквантум: тулкит
Оглавление
Рецензия на тулкит «Аэроквантум» 6
Об аэроквантуме 7
Что такое аэроквантум? 8
Ограничения 13
Вводный модуль
17
Пояснительная записка 18
Рекомендации наставникам 21
УТП 21
Кейсы, которые входят в программу 25
Источники информации 28
Базовые кейсы 29
Возможные мастер-классы 144
Источники информации 150

6
Рецензия на тулкит «Аэроквантум»
Тулкит посвящен разработке современных подходов в допол- нительном образовании детей по направлениям самолето- и вертолетостроения, а также созданию коптеров.
В тулките рассмотрены актуальные и перспективные темы в области самолетостроения: аэродинамика и теория полета, принципы построения и элементы системы управления, ком- позитные материалы, аддитивные технологии и другие.
При работе по данному методическому пособию подразуме- вается проектная работа участников. Для организации такой работы методический инструментарий составлен из кейсов, что дает обучающимся возможность ознакомиться с перспек- тивными направлениями авиастроения в проектном режиме и привнести в решение существующих проблем собственные идеи.
Таким образом, тулкит имеет существенное значение для при- влечения талантливых детей и подготовки кадров, что играет важную роль в развитии авиастроения в России. Пособие на- писано понятным и доступным языком и может быть рекомен- довано к использованию педагогами дополнительного обра- зования детей.
Начальник НИО-15 ФГУП «Центральный аэродинамический институт имени профессора Н.Е. Жуковского», д.т.н., доцент
С.Г. Баженов

7
Аэроквантум: тулкит
Об аэроквантуме

8
Что такое аэроквантум?

9
Аэроквантум: тулкит
Что из себя представляет аэроквантум?

10
Что из себя представляет аэроквантум?

11
Аэроквантум: тулкит
Траектория развития
Линия 0: вводный модуль (72 часа)
Ключевые темы
• Теория: введение в аэродинамику, теорию полета.
• Инженерия и сборка собственного беспилотника.
• Визуальное пилотирование.
• Программирование автономных беспилотников.
Линия 1: 6 месяцев
Инженерия
• Сборка беспилотников под собственные задачи и цели.
• Проекты необычных летательных аппаратов.
• Беспилотники для доставки грузов.
Пилотирование
• Видеосъемка с воздуха.
• FPV-пилотирование.
• Гонки дронов.
Программирование
• Беспилотник для автономного полета внутри помещения.
• Зарядная станция для квадрокоптеров.
• Машинное зрение и полет по визуальным меткам.
Проектный год
Отрасль
Проект
Стейкхолде-
ры
Необходимые
компетенции
Сельское хозяйство
Агродрон, мо- ниторинговый дрон
Сельскохо- зяйственные предприятия
Компьютерное зрение, программи- рование
Оборона
Доставка медикаментов, мониторинг местности
Министер- ство обороны, промышленные предприятия
Программирование, создание новых форм беспилотни- ков

12
ЖКХ
Мониторинг со- стояния дорог
Управляющие компании
Съемка с дронов
Логистика
Доставка грузов, автономные беспилотники
Транспортные компании
Программирование
Здравоохра- нение
Доставка дефи- бриляторов
Скорая помощь
Программирование автономных беспи- лотников
Геология
Съемка с дронов для геоинфор- матики
Государство
Съемка с дронов, фотограмметрия
Ключевое оборудование:
• Конструкторы программируемых квадрокоптеров.
• Наборы для проектной и соревновательной деятельности.

13
Аэроквантум: тулкит
Ограничения

14
1 уровень
1. Почему квадрокоптер летает и не падает?
2. Приведите 15 примеров использования беспилотников.
3. Какие виды мультикоптеров бывают?
4. Какие элементы нужны, чтобы квадрокоптер взлетел?
5. Какими преимуществами и недостатками обладают авто- номные беспилотники?
6. Расскажите ребенку, что такое полетный контроллер и для чего он нужен?
7. За счет чего возникает подъемная сила крыла?
8. Почему у мультикоптера четное число пропеллеров?
9. Понятие аэродинамики летательного аппарата. Для чего улучшать обтекаемость тела в воздушном потоке?
10. Почему вертолеты могут зависать в воздухе, а самолеты не могут?
11. Расскажите о материалах, которые применяют для изготов- ления рам мультикоптеров и летающих крыльев. Почему именно такие?

15
Аэроквантум: тулкит
2 уровень
1. Придумайте, как улучшить мультикоптер, чтобы он летал максимально быстро. Создайте чертеж.
2. Расскажите о проектах необычных беспилотников, которые вы хотели бы реализовать. Например, квадрокоптер одно- временно для воды и воздуха.
3. Как работают системы GPS/ГЛОНАСС?
4. Как работает система RTK?
5. Как рассчитать тягу воздушного винта, от чего она зависит?
6. Как рассчитать максимальную теоретическую скорость ква- дрокоптера, от чего она зависит?
7. Расскажите о разных типах БПЛА.
8. Какие технологии компьютерного зрения применяются в беспилотной авиации? Как можно применять библиотеку
OpenCV?
9. Какие технологии навигации можно использовать в поме- щениях и почему?
10. Соберите октокоптер.

16
3 уровень
1. Создайте и запрограммируйте автономный беспилотник, способный перенести груз на 5 метров, ориентируясь по датчикам.
2. Создайте и запрограммируйте автономный беспилотник, который сможет пролететь по заданному маршруту на ули- це.
3. Создайте беспилотник, который сможет в автономном ре- жиме провисеть на одном месте не менее 10 минут внутри помещения.

17
Аэроквантум: тулкит
Вводный модуль
«Ты свободен. Лети!»
Рабочая программа по направлению «Аэроквантум»
72 часа

18
Пояснительная записка
Основные цели образовательного модуля
1. Привлечь подростков к проектной работе в области инже- нерной и изобретательской деятельности.
2. Заинтересовать обучающихся инновационностью и пер- спективностью беспилотных авиационных систем (в даль- нейшем — БАС) и содействовать им в профессиональном самоопределении.
3. Способствовать реализации возможностей и талантов обу- чающихся в области инженерного творчества.
Задачи модуля
1. Усвоение информации о применении БАС в современности и в будущем.
2. Освоение базовых знаний об устройстве и функциониро- вании беспилотных летательных аппаратов (БПЛА).
3. Выработка у обучающихся навыков самопрезентации, рабо- ты в команде и ответственности за свои действия.
4. Приобретение опыта работы своими руками над собствен- ным проектом, направленным на решение реальных задач.
5. Знакомство с основами наук, занимающихся изучением фи- зических процессов в летательных аппаратах.
6. Развитие навыка пилотирования беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) на практике.
7. Изучение основ устройства автономно летающих роботов, работы микроконтроллеров и датчиков.
8. Получение навыков работы с электронными компонентами.
Место модуля в образовательной программе
Вводный модуль.
Методы
• Метод проблемного обучения.
• Метод проектов.
• Лабораторно-практические работы.

19
Аэроквантум: тулкит
Формы работы
• На этапе изучения нового материала — лекции, объяснение, рассказ, демонстрации.
• На этапе закрепления изученного материала— беседы, дис- куссии, лабораторно-практическая работа, дидактическая или педагогическая игра.
• На этапе повторения изученного материала — наблюдение, устный контроль (опрос, игра).
• На этапе проверки полученных знаний — тестирование, вы- полнение дополнительных заданий, публичное выступление с демонстрацией результатов работы, соревнование.
Требования к результатам освоения программы модуля
Результаты освоения обучающимися данного образовательно- го модуля должны соотноситься с его целью и задачами.
В результате прохождения данного образовательного модуля обучающийся должен знать следующие ключевые понятия: на- пряжение, сопротивление, сила тока, беспилотный летатель- ный аппарат (БПЛА), дрон, беспилотная авиационная система
(БАС), мультикоптер, квадрокоптер, гексакоптер, октокоптер, аппаратура управления, полётный контроллер, акселерометр, гироскоп, регулятор оборотов, бесколлекторный мотор, ми- кроконтроллер.
Прохождение данного образовательного модуля должно сформировать у обучающихся компетенции, которые могут быть применены в ходе реализации проектов в данном модуле и последующих образовательных модулях.
Универсальные компетенции (Soft Skills)
• Умение слушать и задавать вопросы.
• Навык решения изобретательских задач.
• Свободное мышление.
• Навыки проектирования.
• Работа в команде.
• Мышление на несколько шагов вперёд.
• Осмысленное следование инструкциям.

20
• Соблюдение правил.
• Работа с взаимосвязанными параметрами.
• Преодоление страха полёта.
• Осознание своего уровня компетентности.
• Ответственность.
• Осознание своих возможностей.
• Поиск оптимального решения.
• Внимательность и аккуратность.
• Соблюдение техники безопасности.
Предметные компетенции (Hard Skills)
• Знание техники безопасности.
• Знания по истории, применению и устройству беспилотни- ков.
• Знание строения БПЛА.
• Навыки пайки, электромонтажа, механической сборки.
• Знания о работе полетного контроллера.
• Умение настраивать БПЛА.
• Умение подключать и настраивать оборудование симулято- ра.
• Навыки пилотирования БПЛА.
Процедуры и формы выявления образовательного результата
описаны в кейсах.

21
Аэроквантум: тулкит
Рекомендации наставникам по использованию программы модуля
Обратите внимание, что учебно-тематический план не явля- ется жестко регламентированным. Количество часов, выделя- емых на каждый кейс или другой вид учебной деятельности, может варьироваться в зависимости от условий, уровня группы и пр. Однако педагогу настоятельно рекомендуется подробно ознакомиться со всеми дидактическими материалами перед проведением занятия. Рекомендации наставникам для работы с конкретными кейсами даны в соответствующих описаниях кейсов.
Учебно-тематическое планирование
Учебно-тематический план носит рекомендательный характер и представлен в виде карты образовательного модуля с указа- нием вида учебной деятельности для каждой активности, ко- личества учебных часов, компетенций (Hard Skills, Soft Skills) и места проведения активности.
• Продолжительность модуля — 72 академических часа.
• Продолжительность одного занятия — от 2 до 5 академиче- ских часов.
• Частота занятий — 2 занятия в неделю.
• Количество преподавателей — 2.
• Количество обучающихся в группе — до 14.
• Распределение комплектов оборудования и материалов — 1 комплект на 2 обучающихся.

22
Карта образовательного модуля
Раздел 1. Сборка БПЛА
Вид учебной деятельности: кейс 1.
Название: Сборка летающего БПЛА.
Кол-во часов: 15 часов.
Hard Skills: знания по истории, применению, устройству беспилотников, навыки проектирования, знание строения
БПЛА, пайка, электромонтаж, механическая сборка, знания о работе полетного контроллера, умение настраивать БПЛА.
Soft Skills: умение слушать и задавать вопросы, решение изо- бретательских задач, свободное мышление, работа в команде, мышление на несколько шагов вперёд, осмысленное следова- ние инструкциям, внимательность, аккуратность, соблюдение техники безопасности, ответственность за соблюдение пра- вил.
Место проведения: аэроквантум и хайтек.
Раздел 2. Пилотирование БПЛА
Вид учебной деятельности: лабораторно-практическая рабо- та 1.
Название: Полёт на симуляторе.
Кол-во часов: 5 часов.
Hard Skills: умение подключать и настраивать оборудование симулятора, навыки пилотирования БПЛА.
Soft Skills: преодоление страха полёта, осознание своего уровня компетентности, поиск оптимального решения, внима- тельность, аккуратность.
Место проведения: аэроквантум.
Вид учебной деятельности: кейс 2.
Название: Визуальное пилотирование.
Кол-во часов: 15 часов..
Hard Skills: знание и соблюдение техники безопасности, уме- ние подключать и настраивать оборудование БПЛА, навыки пилотирования БПЛА.

23
Аэроквантум: тулкит
Soft Skills: преодоление страха полёта, ответственность, осоз- нание своих возможностей, поиск оптимального решения, внимательность, аккуратность.
Место проведения: полётная зона, хайтек.
Раздел 3. Аэродинамика
Вид учебной деятельности: кейс 3.
Название: Сравнение пропеллеров.
Кол-во часов: 5 часов.
Hard Skills: подбор пропеллеров на заданные электромоторы, эксплуатация и обслуживание БПЛА.
Soft Skills: умение слушать и задавать вопросы, работа с не- известными данными, работа в команде, аккуратность, ответ- ственность.
Место проведения: аэроквантум, полётная зона.
Раздел 4. Автономный полёт
Вид учебной деятельности: лабораторно-практическая рабо- та 2.
Название: Сборка светофора.
Кол-во часов: 10 часов.
Hard Skills: умение слушать и задавать вопросы, логика, реше- ние многовариантных задач, техническое творчество, настой- чивость, упорство, внимательность.
Soft Skills: знания о микроконтроллерах, их устройстве и принципах действия, разработка электронных схем, знание основ языка C++, навыки тестирования.
Место проведения: аэроквантум и хайтек.
Вид учебной деятельности: лабораторно-практическая работа 3.
Название: Ультразвуковой дальномер.
Кол-во часов: 2 часа.
Hard Skills: сборка реально работающего прототипа, команд- ная работа.
Soft Skills: микроконтроллеры, датчики, знания по физике и акустике.