Обратная связь
+7 (495)50109368(925)518-40-71
ПОЗВОНИТЕ И УТОЧНИТЕ НАЛИЧИЕ НА СКЛАДЕ!
г. Москва, метро Котельники

ДОМ УНИКАЛЬНЫХ ЭЛЕКТРОНННЫХ ТОВАРОВ – ЭКОНОМИЧЕСКОЕ КОММЕРЧЕСКОЕ ОБЪЕДИНЕНИЕ


Методические рекомендации

Методические рекомендации

МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ИСПОЛЬЗОВАНИЮ В ОБРАЗОВАНИИ
12 - 04 - 2008

Благодарности
Автор надеется, что использование в образовании разработанного Молодежным научно-техническим центром конструктора «Кулибин» приведет к тому, что дети будут стремиться попасть на занятия, а не избежать их.
Многими педагогическими идеями и приемами, и самой концепцией открытых задач данное руководство обязано Лаборатории образовательных технологий «Универсальный Решатель» (http://www.trizway.com/) под руководством А. А. Гина.
Обучение в Московском общественном институте технического творчества (http://www.metodolog.ru/) под руководством А.В. Кудрявцева позволило автору построить учебный процесс на базе современных методов сильного мышления, например таких, как Теория решения изобретательских задач (ТРИЗ) Г.С. Альтшуллера.
Обучение в клубе «Кекушин Сейбукай карате» (http://www.seibukai.ru/) под руководством В.Ю. Апарина, навело автора на мысль о применении в образовании эффективных принципов обучения из воинских искусств, например таких, как приоритет практических тренировок над теоретическими лекциями.
Обучение автора на семинарах «Повышение предпринимательского мастерства» (http://www.metodolog.ru/) под руководством Ю.Л. Мороза, и личный опыт предпринимателя-инноватора, позволили выстроить логичную иерархию форм обучения, в конечном счете готовящую обучаемых к инновационному предпринимательству, в котором, по мнению автора, весьма остро нуждается наша страна.
Кроме того, ничего этого бы не было, если бы не В.А. Попович, М.А. Рыбалкина, Н.И. Шпаковский, Р.О. Котов, А.Н. Шведко, А.В. Шинов, Д.А. Князев, Ю.Г. Ивченко, Ю.В. Смирнов, П.И. Первинкин, И.В. Яковлев, К.А. Аникеев и В.А. Горский.
Руководитель Молодежного научно-технического центра
А.А. Оликевич

Введение
Конструктор «Кулибин» ставит обучение на мощную практическую основу. Он делает окружающий мир неограниченно измеримым и изменяемым, делая его освоение более комфортным. Он позволяет учить не
только словами, но и делами, что гораздо эффективнее.
Предназначен для использования во всей системе общего и профессионального образования – от школы, до аспирантуры. Может использоваться не только как учебное пособие, но как занимательная и развивающая игра
Обучение ребенка знаниям, не давая ему материальных предметов, к которыми он может их практически применить, обрекает его на немалые трудности. Ни описание, ни фотографии, ни даже видеоматериалы не могут сравниться по силе обучающего воздействия с настоящим экспериментированием. Когда при изучении естественных и технических наук ограничиваются теорией, это закономерно вызывает скуку и отторжение у учеников. И тот же самый ученик, который на досуге с удовольствием и интересом ремонтирует мотоцикл, будет зевать на лекции по теории внутреннего сгорания. Увидеть, потрогать, поэкспериментировать с физическими явлениями и различными процессами намного нагляднее, чем прочитать о них, как о чем-то далеком и абстрактном.
Когда человек изобретает, конструирует и создает что-то на практике, ему будет намного легче понять это. Если человек может создать и применить что-то, значит он это понимает. И при этом абстрактные формулы и законы обретают для учащихся живое, конкретное содержание.
Конструктор «Кулибин» открывает ребенку дверь в удивительный мир науки и техники. Мир, который нас окружает, но о котором мы почти не задумываемся. Почти все предметы, с которыми мы сталкиваемся в повседневной жизни, видим по телевизору и в Интернете, изобретены и созданы человеком. Именно благодаря своей способности придумывать и создавать новое, человек превзошел все прочие живые существа и достиг своего нынешнего могущества.
Однако сегодня очень немногие из нас могут похвастаться способностью самостоятельно изобрести и создать что-нибудь новое и полезное. Чтобы этому научиться, нужно не только хорошо знать законы природы, но и уметь применять их на практике, в создании машин и приборов. Научившись решать исследовательские, изобретательские, конструкторские задачи Вы узнаете как и откуда берутся удивительные устройства, окружающие нас. Увидите знакомые предметы в новом свете, раскрывая незнакомые их стороны. И вполне возможно, что вы захотите создать что-то особенное – то до чего никто еще до вас не додумался.
Конструктор «Кулибин» позволяет человеку, не обладающему исключительным мастерством, производить широкий спектр изделий. С его помощью также можно производить дополнительные детали, инструменты и приборы для совершенствования возможностей самого конструктора и постоянного повышения технологического уровня вашей лаборатории или мастерской.
Конструктор позволяет не просто собирать разные устройства из имеющихся в наборе деталей, а создавать с их помощью новые материальные изделия. В наших экспериментах «Кулибин» обрабатывал пластмассы, оргстекло, ПВХ, пенопласт, дерево, фанеру и поликарбонат, алюминий, сталь, бронзу и стеклотекстолит. Полученные изделия могут использоваться для оформления кабинета, как наглядные пособия, как экспонаты для школьной выставки или просто как подарки детей своим родителям.
Традиционно учебные задачи имеют сильный теоретический уклон, а экспериментальной, конструкторской и изобретательской деятельности обучаемых уделялось мало внимания. Не в последнюю очередь по причине отсутствия недорогого и функционального технологического оснащения, пробел в котором и призван восполнить «Кулибин». Реализуя полученное решение задачи «в металле» человек играет с самой природой и тут не может быть самообмана - либо результат достигнут, либо нет. Такая тренировка практического ума поможет не только в учебном заведении, но и в самых различных жизненных ситуациях. Игра в «Кулибин» учит достижению результата.
Еще древние греки считали, что дети «должны изучать то, что они будут делать когда станут взрослыми».
Многие из современных направлений человеческой деятельности требуют от человека умения творчески мыслить, уверенно принимать решения и активно осуществлять их на практике. По настоящему достойный путь обучения – не бессмысленная зубрежка, а практическое умение самому вникнуть в проблему любой сложности и быстро и грамотно решить имеющиеся там противоречия.
Превращение занятий в «путешествие», в ряд открытий, сделанных самим обучающимся, это единственное, что действительно может сделать научную истину живой, пережитой и осознанной для ребенка. Процесс творческого, эвристического мышления опирается на эксперимент, на трудовые (в том числе чисто физические) усилия.
При этом обучающийся непосредственно приобщается к опыту великих исследователей и изобретателей,
к особенностям использования известных методов познания и творчества.
Решение задач на конструкторе «Кулибин» - создание и демонстрация явлений, находящихся за гранью обыденного понимания, и вызывающих восторг, изумление, и почти всегда – познавательный интерес у ребенка. Хорошо известно, что ничто так не привлекает внимания и не стимулирует работу ума, как удивительное. Это именно то, что предельно коротким путем рождает новое знание, а затем и побуждает к творческой деятельности.
Конструктор «Кулибин» разработан и сделан в России из российских компонентов. Он объединяет в себе универсальность, простоту в использовании широкие образовательные возможности и ценовую доступность. Ограниченным в помещениях и средствах учебным заведениям нецелесообразно использовать большое, тяжелое и дорогое оборудование. Конструктор же «Кулибин» позволяет стоить эффективную настольную аппаратуру. Имеются и дополнительные детали размером до 1,5 метров. Приборы на основе конструктора занимают мало места, легко разбирается и компактно хранится.
Универсальность позволяет значительно сэкономить. Куда разумнее приобрести один конструктор, чем 50 или даже 100 станков и приборов! Тем более творческое участие детей в изобретении, конструировании и постройке приборов важнее умения просто нажимать кнопки работая на них.
Для эксплуатации конструктора достаточно обычной розетки и обычного компьютера. Он очень безопасен в обращении. Обучаемый взаимодействует с напряжением не более 12-24 вольт. Поэтому за всю историю проекта никто не пострадал при использовании конструктора «Кулибин»
Наиболее эффективными занятия с применением конструктора можно сделать если придерживаться современных принципов педагогической техники [6]:
Принцип свободы выбора. В любом обучающем или управляющем действии, где только возможно, предоставлять ученику право выбора. С одним важным условием— право выбора всегда уравновешивается осознанной ответственностью за свой выбор!
Это можно сделать в рамках современной системы обучения. Вот только некоторые примеры свободного выбора: «В.Ф.Шаталов задает ученикам много задач, и они сами выбирают для решения любые из них; у С.Н.Лысенковой дети сами выбирают, какие трудные слова учительница должна написать на доске; И.П.Волков дает ученикам только тему, а учащиеся сами определяют, какой предмет изготовить и из какого материала.»
Принцип открытости. Не только давать знания— но еще и показывать их границы. Сталкивать ученика с проблемами, решения которых лежат за пределами изучаемого курса. Использовать в обучении открытые задачи. Какие задачи обычно решают в школе? Так называемые «закрытые» задачи, то есть имеющие точное условие (из пункта А в пункт Б...), строгий алгоритм решения, единственно верный ответ. А какие задачи ставит перед человеком жизнь? Открытые задачи! Имеющие достаточно размытое, допускающее варианты условие (как найти себе работу? спутника жизни? как увеличить прибыль предприятия? уменьшить вероятность аварии?..), разные пути решения, набор вероятных ответов.
Решение открытой задачи предполагает исследование — чем более открыта задача, тем больше исследовательская часть в решении этой задачи. Учебная открытая задача может требовать для своего решения как реальных экспериментов или исследований, так и проведение мысленных или компьютерных экспериментов, необходимых для построения модели рассматриваемого в задаче явления или процесса. Успешное решение открытой задачи предполагает не только выдвижение гипотез, но и проверку их экспериментом.
Принцип деятельности. Освоение учениками знаний, умений, навыков, смыслов организовывать преимущественно в форме деятельности. Действительно, чтобы знание становилось инструментом, а не залежами ненужного старья на задворках интеллекта, ученик должен с ним работать. «Напичканный знаниями, но не умеющий их использовать ученик напоминает фаршированную рыбу, которая не может плавать»,— говорил академик Александр Львович Минц. А Бернард Шоу утверждал: «Единственный путь, ведущий к знанию,- это деятельность».
Принцип обратной связи. Регулярно контролировать процесс обучения с помощью развитой системы приемов обратной связи.
Принцип идеальности (высокого КПД). Максимально использовать возможности, знания, интересы самих учащихся с целью повышения результативности и уменьшения затрат в процессе образования.
Чем больше активность, самоорганизация учеников, тем выше идеальность обучающего или управляющего действия. Если мы грамотно согласуем содержание и формы обучения с интересами школьников, то они тогда САМИ будут стремиться узнать: а что же дальше? Согласуем темп, ритм и сложность обучения с возможностями учеников— и тогда они почувствуют свою успешность и САМИ захотят ее подкрепить. А еще принцип предполагает активное вовлечение учеников в управление своим коллективом, и тогда они САМИ обучают друг друга.

Применение «Кулибина» в образовательных учреждениях
 
          Общее среднее образование
В школе применение конструктора «Кулибин» способно дать наибольший эффект. Именно здесь формируется отношение ребенка к различным наукам и к обучению вообще. И часто, в силу слабой материально-технической базы школ, особенно провинциальных, обучение естественным и техническим наукам идет на чисто теоретическом уровне.
А ведь физика, химия, биология, математика, информатика, технология, астрономия и многие другие предметы немыслимы без практической работы. Превращенные в сухие отрывочные факты, науки теряют свое очарование
и заставляют зевать даже способных детей.
А вот примеры того, что может сделать учитель с конструктором на уроках:

Предмет Было (примеры) Стало (примеры)
Физика Формулы. Закрытые задачи типа Дано-Решение-Ответ. Постройка лазера, катушки Тесла, плазменной пушки. Создание машин на основе физических эффектов.
Химия Формулы. Уравнения. Задачи типа расставить коэффициенты. Постройка настольного автоматизированного комплекса по производству ярких органических светодиодов. Получение наночастиц с «волшебными» свойствами.
Биология Факты о животных и растениях. Выращивание микроорганизмов. Опыты с ДНК. Создание роботов, моделирующих функции живых организмов.
Алгебра Цифры и уравнения. Постройка систем с автоматическим управлением, требующих сложной математики — авиамоделей, двигателей, роботов, электрофизических установок.
Геометрия Теоремы и расчеты. Создание и программирование сложных роботов.
Информатика Офисные программы Создание роботов с элементами искусственного интеллекта, машинного зрения, обработки данных на основе нейронных сетей и пр.
Технология Выпиливание лобзиком Изготовление сложных продуктов на оборудовании с ЧПУ.
 Астрономия Факты и картинки Изготовление и запуск исследовательских летательных аппаратов и ракет
 Экономика Теории. Практическое создание производственного предприятия
История Даты. Факты. Изготовление древних орудий труда, воспроизведение технических объектов и произведений искусства разных времен.

Какой бы предмет Вы ни преподавали, конструктор «Кулибин» поможет сделать урок не просто ярким, но поражающим воображение, не просто запоминающимся, но незабываемым!


            Среднее специальное образование
В ПТУ «Кулибин» может использоваться для проведения демонстрационных экспериментов и лабораторных работ
по техническим и естественным наукам. А также как наглядное пособие для конструирования и изучения систем робототехники, телемеханики, станков с ЧПУ и других средств промышленной автоматизации. Конструктор может служить основой лабораторных стендов для экспериментальных работ.
Работая с машинами из конструктора обучаемые учатся использовать и современное профессиональное оборудование. Используемые технологии .NET, OSC, G-коды, 32-разрядные ARM-микроконтроллеры, шаговые линейные приводы, системы ЧПУ, управление по USB и Ethernet, АЦП, ШИМ, дискретные каналы ввода-вывода – точно такие же, как и в настоящих промышленном и научном оборудовании. Более того – ряд предприятий и научных учреждений уже непосредственно используют конструктор «Кулибин» в своей профессиональной деятельности.


          Высшее образование
«Лучше один раз увидеть, чем сто раз услышать». А потрогать и попробовать самому — еще лучше. Существенное повышение наглядности и качества восприятия знаний при работе с «Кулибиным» позволят увеличить объем знаний, усваиваемый за промежуток времени и значительно снизить учебную нагрузку на студентов.
Дешевизна, легкость, компактность и универсальность конструктора позволяют обеспечить им каждого студента, достигая тем самым непревзойденного уровеня технической оснащенности учебного процесса.
Такие формы контроля знаний студентов как рефераты и курсовые, существенно устарели благодаря появлению компьютеров и Интернета, откуда студенты с удовольствием их загружают. Альтернативой им могут стать практические занятия, на которых обучаемые должны создать работающие машины на основе изученных явлений и технических решений.
Конструктор является отличной основой для курсовых и дипломных проектов. Решение реальных задач, и особенно их высшая форма — создание инновационных предприятий на основе своих разработок — непосредственно готовят будущих выпускников к успешной профессиональной деятельности.


            Аспирантура и научная работа
В настоящее время пишется много чисто теоретических научных работ, не ведущих к созданию новых технологий, материалов или полезной наукоемкой продукции. Часто молодых исследователей подталкивает к этому ограниченность материального оснащения лабораторий.
Конструктор «Кулибин» - удобная экспериментальная база для любых практических исследований и разработок. Основа для создания современных лабораторных стендов и исследовательского оборудования для экспериментальных работ.
Полная совместимость с компьютером – для управления экспериментами и документирования результатов. Экономия на заказе специализированных экспериментальных стендов и оборудования. Возможность автоматизации трудоемких рутинных повторяющихся операций. Высочайшая надежность и ремонтопригодность благодаря полной унификации и взаимозаменяемости деталей конструктора
Возможность для исследователей самим легко и сразу модернизировать и дополнять опытные установки для сокращения времени исследований. Легкие сборно-разборные конструкции, которые могут легко быть перевезены на легковом автомобиле или даже по частям вручную. Их можно пронести в любую дверь и на любой этаж.
«Кулибин» ускоряет исследования, разработки, изготовление прототипов и серийных версий продукции. Разработчикам не надо теперь беспокоиться по поводу больших затрат и длительных сроков ожидания специального оборудования и где-то там лазить договариваться чтобы сделать ту или иную деталь, испытать тот или иной вариант. Сосредоточьтесь на творчестве!


            Дополнительное образование
В системе дополнительного образования конструктор «Кулибин» является незаменимым средством развития у учащихся творческого научного и инженерного мышления. Совместное осуществление сложных проектов, требующих углубленного проникновения в суть изучаемых вещей, отлично подходит для подобных учреждений.


         Дистанционное образование
Использование компактного, недорогого и универсального конструктора «Кулибин» позволяет существенно увеличить практическую компоненту дистанционного образования. Он может служить стандартным набором для самостоятельного проведения обучаемым лабораторных работ и экспериментов. Таким образом традиционная слабость дистанционного образования в части практических занятий оказывается устраненной.


           Частное образование
В частной школе конструктор «Кулибин» помогает разрешить основное противоречие ее функционирования. С одной стороны, обучение должно быть интенсивным, чтобы научить многому, с другой стороны — легким, чтобы не растерять клиентов. «Кулибин» делает обучение легким и интенсивным одновременно, вызывая у учеников интерес и живое участие.


          Самообразование, хобби и творчество
С помощью «Кулибина» задачи можно решать и в кругу семьи. Настольная лаборатория на базе конструктора «Кулибин» во много раз сокращает время проведения научного эксперимента, изготовления самоделки или прототипа новой техники, сводя это к игре в программный, механический и электронный конструкторы.
«Кулибин» во много раз увеличивает познавательные, творческие и производственные возможности человека. Иными словами если Вы решили заняться научно-техническим творчеством - начните именно с этого. Если Вы увлекаетесь моделизмом, декоративным искусством, дизайном или изготовлением сувениров – «Кулибин» станет Вашим надежным подмастерьем. Вы можете совершенствовать и наращивать конструктор производя с его помощью дополнительные для него детали.

Применение «Кулибина» при обучении различным дисциплинам

Естественные науки
Конструктор «Кулибин» позволяет исследовать мир при помощи приборов, а также создавать явления, управлять ими и изучать их. Это уместно в изучении любой из естественных наук.
В агрохимии собранные из конструктора экспериментальные стенды могут регалировать и измерять с помощью компьютера десятки параметров почв. В акустике конструктор поможет не только производить детали экспериментальной аппаратуры, но и послужит генератором и анализатором колебаний, поможет в точном расположении резонирующих элементов, позволит поместить объект в фокус акустической линзы и т.п. В археологии конструктор найдет свое место как в составе исследовательских приборов, так и для создания копий исторических находок. Астронома и метеоролога «Кулибин» вооружит телескопами, спектрометрами и другими приборами, а также поможет строить исследовательские летательные аппараты.
Биолог с помощью собранных из конструктора микроманипуляторов сможет оперировать клетками, биофизик попробует воссоздать искусственно мышечную ткань, биохимик построит автоматизированные настольные комплексы по синтезу биомолекул. Ботаник сможет выращивать растения в заданных компьютером условиях, а зоолог и палеонтолог смогут воспроизвести по трехмерным моделям скелеты живых существ. Генетики в свою очередь смогут автоматизировать многие из лабораторных операций.
Геофизикам и гидрологам «Кулибин» поможет создать соответствующие приборы и телеуправляемые исследовательские аппараты. Те, кто изучают оптику, лазерную физику и спектроскопию смогут существенно разнообразить и автоматизировать свои эксперименты. Студенты медицинских учебных заведенйи смогут осваивать такие современные технологии, как сканирование, быстрое прототипирование протезов, работа с микроманипуляторами, нейроэлектроника. В химии, фармацевтике и микробиологии конструктор станет основой разработки новых производственных процессов. Тем кто специализируется в математических науках, конструктор дает возможность изготовить и буквально «пощупать» вещественные модели сложных изучаемых закономерностей.
В материаловедении, физике полупроводников, науках о микро- и наноразмерном состоянии вещества, конструктор также окажет существенную помощь исследователям и изобретателям.
Технические науки
Изобретать, конструировать, производить, испытывать, исследовать – вести полномасштабные НИОКР поможет школьникам, студентам и аспирантам конструктор «Кулибин».
В любой технической области есть место творческому использованию нашего конструктора. Он найдет свое применение в метрологии, автоматике, материаловедении, двигателестроении, авто- судо- авиамоделизме, радиоэлектронике, определении качества и надежности изделий, системах ЧПУ, аппаратах химической и нефтеперерабатывающей промышленности, энергетике и энергосберегающих технологиях, гидротехнике, гражданской обороне, информатике, машиностроении, оптико-электронных системах, приборостроении, авиационной и ракетно-космической технике, системах управления, архитектуре и строительстве, телекоммуникациях, транспорте, утилизации отходов, электротехнике, горнодообывающей промышленности, коммунальном хозяйстве, пищевой, текстильной и целлюлозно-бумажной промышленности.
Помимо давно известных областей технических наук, «Кулибин» упрощает и делает увлекательным для подрастающего поколения активное проникновение в области науки и техники будущего - автоматизацию производств, робототехнику, информационные технологии, искусственный интеллект, биотехнологии, нейронные сети, моделирование мышления и творчества.
Кроме того, на основе «Кулибина» можно собрать обширное семейство микроманипуляторов и прочей техники для создания микросистем и микромашин, что позволяет обучаемым буквально прикоснуться к новейшим микро- и нанотехнологиям и сделать в этой области свои первые шаги.
Гуманитарные науки
Конструктор «Кулибин» привносит практический, измеримый компонент и в изучение гуманитарных наук, позволяя, так сказать «проверить алгеброй гармонию». Перейти от изучения произведений культуры и искусства — к их созданию. От изучения педагогики — к обучению учителя вместе с учениками. От изучения экологии - к созданию новых энерго-, ресурсо- и природосберегающих технологий. От изучения экономики — к принятию в ней активного участия. От изучения истории — к ее деланию. От изучения философии — к интеллектуальному и духовному саморазвитию путем преодоления препятствий при решении реальных задач.
Формы обучения с применением «Кулибина» и примеры задач
Решение открытых задач
Открытая задача – задача, которая может иметь неполное условие, которое учащемуся необходимо изучить и дополнить самому [2]. Открытая задача может иметь множество решений, вероятный (а не точный) ответ. Условие открытой задачи часто допускает несколько истолкований. Учащийся анализирует и сам вводит необходимые данные и ограничения.
Такие задачи по-настоящему тренируют и развивают свойства сильного мышления: внимание, умение видеть скрытую информацию, умение выделить главное, раскрепощенность воображения. Вся жизнь – открытая задача, и от того насколько успешно человек ее решает зависит его настоящее и будущее.
Решение открытых задач – это глубокое освоение науки и лучший способ тренировки изобретательности ума. Конструктор «Кулибин» позволяет ученику взимодействовать, «играть» в процессе обучения не с учителем или учебником, не с выдуманными кем-то схоластическими упражнениями, а с самой Природой, открывающей ему свои новые пути и неизведанные глубины. Приручая силы природы в творческом экспериментировании, ученики находятся на грани неведомого (причем часто не только им, но и учителю, и даже науке вообще), испытывая при этом азарт первооткрывателя. Достигая в конце концов победы, реального результата, дети не только развивают способности, но и получают удовольствие.
Простота открытых задач делает их доступными для учащихся любого уровня, а ключевые навыки и способности, закладываемые при постоянном их решении, закрепляются и развиваются в более сложных формах обучения.
Решение задач возможно как индивидуально, так и группами, как в форме сотрудничества, так и в форме соревнований и конкурсов. Существует несколько типов открытых задач.
1. Исследовательская задача. Произошло некоторое явление. Необходимо объяснить его, выяснить причины... Ключевые вопросы: как происходит? Почему?
2. Изобретательская задача ставит перед решателем вопрос: «Как быть?», когда дополнительные условия делают очевидные решения невозможными, и уже грамотного применения традиционных знаний недостаточно.
3. Конструкторская задача – это создание устройств под заданную функцию.
Решение типовых связок задач
Отработка навыков решения типовых последовательностей задач и структурирования своей деятельности. Важной составляющей является обучение примером, обучение через подражание действиям учителя. При этом усваиваются технические приемы, методические идеи и принципы, запечатлевается сам дух борьбы. Это также важный инструмент самопознания.
Создание оборудования – от такого простого как робот для заваривания чая, до такого сложного как трехмерный принтер, создающий пластиковые фигуры по компьютерным моделям, осуществляется в несколько этапов, каждый из которых имеет самостоятельную образовательную ценность:
1. Исследование, изобретение и конструирование механизма. Конструктор позволяет собирать разнообразные механизмы для фиксации и управляемого компьютером перемещения инструментов, датчиков и обрабатываемых изделий, согласно управляющей программе.
2. Исследование, изобретение и конструирование инструментов. Конструктор позволяет управлять любыми, в том числе самодельными инструментами с помощью клавиатуры, мыши, компьютерной программы, а также использовать показания датчиков обратной связи для управления инструментами.
3. Исследование, изобретение и конструирование датчиков. Конструктор позволяет измерять физические параметры – такие, как напряжение, ток, температура, давление и передавать данные непосредственно в управляющую программу ПК. Эти данные могут выводиться на экран в цифровом или графическом виде, проходить математическую обработку и использоваться в качестве обратной связи для управления оборудованием.
4. Исследование, изобретение и конструирование программы. Конструктор позволяет создать свою или использовать одну из существующих управляющих компьютерных программ. Через сайт Молодежного научно-технического центра пользователи конструктора могут обмениваться программами и загружать новые версии старых программ.
5. Испытания, презентация и обсуждение полученного устройства. На сайте Молодежного научно-технического центра пользователи конструктора могут разместить свои результаты, срвнить их с другими, обсудить на форуме, принять участие в конкурсах, получить дипломы и призы. С помощью стандартных конструкторов ученые и изобретатели легко могут обмениваться идеями и конструкциями через наш сайт, где уже формируется сообщество молодых талантов.
Решение непрерывного потока задач
Решение непрерывной цепочки открытых задач в реальном времени, направленное на достижение конкретной цели. Примеры заданий:
1. Изготовление печатных плат по компьютерному чертежу
2. Нанесение рисунков на различные поверхности по компьютерному чертежу
3. Сверление отверстий в деталях по компьютерному чертежу
4. Механическое фрезерование деталей по компьютерному чертежу
5. Токарная обработка деталей по компьютерному чертежу
6. Шлифование и полирование по компьютерной программе
7. Изготовление деталей из композиционных материалов по компьютерному чертежу
8. Построение трехмерной картины распределения магнитного поля магнита в пространстве
9. Построение трехмерной картины распределения электрического поля в пространстве
10. Изготовление сложных фигур из пенопласта по компьютерному чертежу
11. Изготовление сложных фигур из дерева по компьютерному чертежу
12. Изготовление сложных фигур из металлов по компьютерному чертежу
13. Изготовление сложных фигур из термопластов по компьютерному чертежу
14. Изготовление сложных фигур из реактопластов по компьютерному чертежу
15. Изготовление сложных фигур из бетона по компьютерному чертежу
16. Изготовление сложных фигур из гипса по компьютерному чертежу
17. Изготовление сложных фигур из клея с наполнителем по компьютерному чертежу
18. Изготовление сложных фигур из сахара по компьютерному чертежу
19. Изготовление сложных фигур из стекла по компьютерному чертежу
20. Изготовление сложных фигур из эластичных материалов по компьютерному чертежу
21. Изготовление сложных фигур из камня по компьютерному чертежу
22. Изготовление сложных фигур из керамики по компьютерному чертежу
23. Изготовление сложных фигур из шоколада по компьютерному чертежу
24. Изготовление сложных фигур из эпоксидных композиций по компьютерному чертежу
25. Изготовление сложных фигур из фотополимера по компьютерному чертежу
26. Изготовление сложных фигур из различных отходов по компьютерному чертежу
27. Изготовление сложных фигур из других материалов по компьютерному чертежу
28. Изготовление сложных фигур сразу из многих материалов по компьютерному чертежу
29. Изготовление металлических объектов методом галванопластики
30. Изготовление металлических объектов методом электрохимического травления
31. Нанесение на ткань светящегося рисунка по компьютерному чертежу
32. Вышивка на ткани по компьютерному чертежу
33. Пайка радиодеталей по компьютерному чертежу
34. Создание деталей типа тел вращения по компьютерному чертежу
35. Сборка построек из кубиков по компьютерному чертежу
36. Рисование кистью и красками по компьютерному чертежу (робот-художник)
37. Точечная сварка листовых пластиковых деталей по компьютерному чертежу
38. Точечная сварка листовых металлических деталей по компьютерному чертежу
39. Ультразвуковая сварка по компьютерному чертежу
40. Электроэрозионная обработка по компьютерному чертежу
41. Термическая обработка деталей по компьютерной программе
42. Трехмерная гибка фигур из проволоки по компьютерному чертежу
43. Трехмерная сварка фигур из проволоки по компьютерному чертежу
44. Автоматизированный комплекс литья по компьютерному чертежу
45. Изготовление различных микрообъектов
46. Наглядные модели электрического (магнитного, гравитационного) взаимодействия тел
47. Плазменная резка по компьютерному чертежу
48. Лазерная гравировка по компьютерному чертежу
49. Изготовление восковых моделей для литья по компьютерному чертежу
50. Изготовление леденцов по компьютерному чертежу
51. Изготовление шестеренок и зубчатых колес по компьютерному чертежу
52. Построение графика изменения показателя преломления веществ от температуры.
53. Построение управляемых компьютером оптических систем из линз, призм и зеркал.
54. Создание автомата, опускающего пакетик с чаем в кружку на строго определенное время.
55. Выжигание рисунка на дереве по компьютерному чертежу
56. Электрохимическое фрезерование твердых сплавов по компьютерному чертежу
57. Построение трехмерной модели (сканирование) проводящего реального объекта
58. Построение трехмерной модели (сканирование) непроводящего реального объекта
59. Построение компьютерной карты напряжений во всех точках электронной схемы.
60. Осуществление химических экспериментов телеуправляемым роботом
61. Создание одно- или многолучевого осциллографа
62. Создание системы вакуумного напыления
63. Автоматизированный комплекс по производству полупроводниковых устройств
64. Создание микроманипулятора с компьютерным управлением
65. Создание наноманипулятора с компьютерным управлением
66. Создание экспериментального ускорителя заряженных частиц
67. Выращивание углеродных нанотрубок
68. Создание экспериментальной ультразвуковой установки
69. Создание дисплея на ферромагнитной жидкости
70. Автоматизированный комплекс по производству органических светодиодов (OLED)
71. Автоматизированный комплекс по производству проводящих полимеров
72. Получение наночастиц металлов и оксидов электровзрывным способом
73. Создание экспериментального производства топливных элементов
74. Автоматизированный электрохимический комплекс
75. Создание интерферометра
76. Создание авто- авиа- ракето- и судомоделей.
77. Создание миниатюрных двигателей разного типа
78. Автоматизированный комплекс по нанесению защитных и функциональных покрытий
79. Создание транзистора
80. Создание интегральной микросхемы
81. Создание МЭМС (микроэлектромеханических устройств)
82. Создание микроминиатюр – художественных композиций на микроуровне
83. Подкование блохи
84. Получение заданных химических элементов и соединений
85. Создание микроскопической руки робота
86. Создание микроскопических электромоторов
87. Создание микроскопической батарейки
88. Создание и испытание химических источников тока
89. Создание «Умной пыли»
90. Создание «Электронного носа»
91. Создание «Электронного языка»
92. Автоматизированный комплекс по выращиванию кристаллов
93. Автоматизированный комплекс по производству оптических линз
94. Автоматизированный комплекс по извлечению ДНК из биоматериалов
95. Автоматизированный комплекс химического (биохимического) анализа
96. Автоматизированный комплекс химического (биохимического) синтеза
97. Создание оптического микроскопа
98. Создание электронного микроскопа
99. Создание сканирующего туннельного микроскопа
100. Создание атомно-силового микроскопа
101. Создание микровесов
102. Создание спектрометра
103. Создание лазера
104. Устройство для мягкой микролитографии по компьютерному чертежу
105. Устройство для DIP микролитографии по компьютерному чертежу
106. Автоматизированный комплекс по измерению вольт-амперных характеристик
107. Цифровые весы
108. Автоматизированный комплекс по производству пьезокерамики
109. Электростатический генератор с ЧПУ
110. Установки для проведения опытов Теслы
111. Аппарат для получения низких температур
112. Станок для намотки высококачественных катушек и электромагнитов
113. Автоматизированный комплекс по производству фотохромных материалов
114. Робот-манипулятор с системами машинного зрения различного уровня
115. Создание атмосферного зонда
116. Создание управляемой по проводам машины-землеройки
117. Автоматизированный комплекс по производству синтетических волокон
118. Автоматизированный комплекс по нефтепереработке
119. Автоматизированный комплекс по выплавке металлов из руд
120. Автоматизированный комплекс порошковой покраски
121. Автоматизированный комплекс по производству дейтерия
122. Автоматизированный комплекс по производству наночастиц золота
123. Сушильный шкаф, действующий по компьютерной программе
124. Термостат, действующий по компьютерной программе
125. Автоматизированный комплекс по производству голограмм
126. Автоматизированный комплекс по производству ферромагнитных частиц
127. Автоматическая теплица с контролем температуры, влажности, освещенности и т.п.
128. Автоматизированный комплекс по измерению свойств растворов
129. Автоматизированный комплекс по измерению теплопроводности твердых тел
130. Аэрограф с ЧПУ
131. Автомат для резки водорастворимых кристаллов по компьютерному чертежу
132. Магнитный дефектоскоп с компьютерным отображением
133. Аппарат для изучения электрохимической активности биологических нейронов
134. Мощный лабораторный электромагнит
135. Автоматизированный комплекс по изготовлению сверхострых игл для микротехники
136. Электрохимическая полировка металлов
137. Самообучающийся робот
138. Автоматизированный комплекс по синтезу искусственных опалов – фотонных кристаллов
139. Сканирующий микрокартограф
140. Автоматизированный комплекс для выращивания культур нейронов
141. Автоматизированный комплекс по производству электродвигателей
142. Устройство перемещения телескопа по заданной траектории
143. Автоматизированный комплекс по выращиванию микроорганизмов
Естественно, здесь перечислены далеко не все интересные задачи, которые можно решать с помощью конструктора «Кулибин». Учитель и ученики могут экспериментировать с ним сами, изменяя описанные нами задачи или придумывая свои.
На сайте http://www.mntc.ru/ пользователи конструктора «Кулибин» могут «на других посмотреть и себя показать». Благодаря интерактивной системе «Вики», Вы можете буквально за несколько минут разместить описания и фотографии своих работ, результаты конкурсов, а также пообщаться с коллегами на форуме. Там же вы можете подписаться на нашу электронную рассылку чтобы быть в курсе новостей МНТЦ и конструктора «Кулибин».
Решение системы потоков задач
Это наиболее приближенная к реальности и наиболее сложная (хотя и наиболее полезная) форма обучения. В ней открытые задачи поступают сразу со многих фронтов в непредсказуемом порядке. И сами задачи непредсказуемы. Зато накапливается бесценный опыт.
Задача - создание с нуля высокотехнологичного производственного предприятия - является логическим продолжением практики в решении более простых задач. Она непосредственно готовит обучаемых к инновационному предпринимательству в реальных условиях нашей страны.
Выигрывают при этом учащиеся или нет — они получают бесценный опыт, который поможет им в жизни. Ученик сам выбирает область или сферу к которой имеет интерес и склонности, для создания там коммерческого инновационного продукта. Задача считается выполненной, когда выполнены следующие четыре контрольных точки:
 
1. Понять потребности клиентов и возможности поставщиков
2. Создать продукт с учетом потребностей кли­ен­тов и возможностей поставщиков
3. Получить от поставщиков продукт и предоставить им оплату
4. Получить от клиентов оплату и предоставить им продукт
 
Пример решения задачи
Перед группой обучаемых поставлена задача: выложить микроскопическую фигурку из прямоугольных кирпичиков размером порядка 100 микрон (0,1 мм).
Вариант решения: эта задача содержит в себе ряд вопросов, ответ на которые не сразу очевиден. Такие как:
· Где взять кирпичики размером порядка 100 микрон?
· Как выложить их них фигурку?
Для ответа на эти вопросы надо выявить и решить кроющиеся в них противоречия:
· Кирпичиков таких нет, но они должны быть
· Человек не может строить из таких мелочей, но фигурка должна быть построена
Например:
· Задействовать в качестве кирпичиков что-то подручное схожего размера и формы
· Задействовать машину, способную строить фигурки из таких мелочей
После некоторого размышления и поиска можно прийти к выводу, что:
· Среди кристалликов соли можно было бы подобрать подходящие
· Точность «Кулибина» позволяет собрать манипулятор для работы с кристалликами
Если бы задача была теоретической, на этом можно было бы остановиться, но:
· Очень немногие мелкие крупинки соли похожи на кирпичик – надо их сортировать
· Невооруженным глазом вообще не понятно на что они похожи – нужен микроскоп
· Надо еще понять как «Кулибин» будет брать кристаллики и перемещать их в заданном направлении – нужен инструмент
· Нельзя одновременно смотреть в микроскоп и на экран, где находятся кнопки управления конструктором – нужно вывести микроизображение на экран
Как видим, задач стало больше. Решаем и их:
· Для поиска подходящих крупинок рассыпем соль по рабочей области, а затем будем искать квадратные и прямоугольные кристаллики и перемещать их на «сборочную площадку» миниатюрным щупом.
· Щуп закрепим на микроскопе, к которому подключим веб-камеру.
Теперь можно приступать к работе. Соберем раму и установим на нее вертикально приводы.

 

Установим еще один привод как показано на рисунке слева, а затем закрепим микроскоп.
Инструмент изготовим, например, из кусочка фольги. В нашем распоряжении самой толстой и жесткой оказалась медная фольга. Чтобы сформировать на ней тонкий длинный «усик» понадобятся ножницы и немного сноровки. Наконец, с помощью прижимов укрепим на каретке кусок прозрачного оргстекла, а с помощью изоленты – веб-камеру. Кроме того, можно добавить пятый привод, если вы захотите пользоваться не престо щупом, но захватом как у роботов. Вот такой получился у нас микроманипулятор, управляемый стандартной программой KCam:
С помощью такого устройства манипулировать микрочастицами легко и просто!
Алгоритм создания самодельной техники 1.0
Область деятельности
Цель
Идеальный конечный результат
Создание научной аппаратуры, промышлен­но­го оборудования, выживание в экстре-мальных ситуациях (напр. Робинзон Крузо)
Функция
   Функция выполняется 
   сама,  без новых предметов
Прототипирование новой техники, серийное производство, моделизм
Изделие
    Получен предмет,
   абсолютно соответствующий
   оригиналу
1. Уяснить задачу
1.а Если цель - реализация некоторой функции, то изобрести систему, наилучшим
образом реализующую эту функцию с учетом доступных ресурсов.
1.б Если цель - предмет, то убедиться в полноте его описания.
2. Классифицировать компоненты технической системы:
+ Те которые есть
- Те которых нет
-+ Те что легче купить, чем сделать
-- Те что легче сделать, чем купить
--+ Те что можно сделать имеющимися ресурсами
--- Те, для изготовления которых нужны дополнительные ТС
3. Пока в стратегии участвуют ресурсы, относящиеся к последнему пункту, вводить дополнительные ТС и выполнять пункты 1.а и 2 для них. Все "ветви" готовой стратегии начинаются ресурсами +, -+ и --+.
4.Составить порядок преобразования ресурсов для получения самодельных компонентов.
То есть свести все компоненты к ресурсам.
5. Если в стратегии есть ресурсы категории -+, то купить их.
6. Осуществить все намеченные преобразования
 
Качества, развиваемые при обучении с помощью «Кулибина»
Обучение с использованием конструктора, развивает человека всесторонне:
1. Физически. Работа с конструктором развивает моторику, ловкость, аккуратность, координацию движений.
Опыт обработки, соединения, сборки различных деталей помогают рукам «почувствовать» материал, выработать навыки работы с инструментом. Более того — поскольку неоптимальное решение задачи реализуется трудно
и долго, то неудобство сборки конструкции и мозоли подействуют лучше всяких оценок.
2. Интеллектуально. Решение открытых задач развивает в человеке сильное мышление. Человек получает универсальные исследовательские, изобретательские и конструкторские навыки, которые сразу же может
успешно применять не только в школе, но и в жизни.
3. Психологически. Человек привыкает к решению задач, с первого взгляда кажущихся невозможными. Преодоление возникающих при этом препятствий, борьба с собственным невежеством и неуверенностью тренируют волю, настойчивость и закаляют силу духа. Решение реальных задач, особенно в коллективной и соревновательной форме, развивает организаторские способности, умение эффективно работать в команде,
мение уверенно действовать в конкурентной среде.
Техника безопасности
1. При использовании электрических инструментов, машин или оборудования следует соблюдать
базовые меры безопасности и предосторожности во избежание риска возникновения пожара,
поражения электрическим током и травмирования.
2. Поддерживайте рабочее место в чистоте. Беспорядок на рабочем месте приводит к травмам.
3. Учитывайте условия рабочего места. Не используйте машины или электрические инструменты в сырых, влажных, плохо проветриваемых помещениях. Не подвергайте оборудование воздействию дождя, рабочее место должно быть хорошо проветрено. Не используйте оборудование вблизи огнеопасных газов или жидкостей.
4. Следует предпринять меры по защите от удара электрическим током, избегайте телесного контакта с поверхностями заземленных предметов, таких как трубы, батареи отопления, кухонные плиты, холодильники.
5. Будьте внимательны, не работайте с оборудованием, если Вы устали.
6. Не работайте с оборудованием, находясь под воздействием алкоголя или наркотиков. Обращайте внимание на наличие в инструкциях по применению лекарственных средств, предупреждений о том, что вследствие их приема ваши рефлексы либо реакция на окружающие события могут быть заторможены.
7. Не носите свободную одежду или украшения, т.к. они могут быть зацеплены подвижными узлами оборудования.
8. Носите закрывающие головные уборы для защиты длинных волос.
9. Все время поддерживайте опору на ноги и равновесие.
10. Не пересекайте траектории движения подвижных узлов.
11. Всегда следите за тем, что перед запуском оборудования или инструмента из него удалены посторонние предметы, установочные клинья и ключи.
Не используйте оборудование, если существуют какие-либо сомнения по поводу безопасности условий работы.
Литература и ссылки в Интернете
1. Молодежный научно-технический центр (http://www.mntc.ru/)
2. Лаборатория образовательных технологий «Универсальный Решатель» (http://www.trizway.com/)
3. Сайт по изобретательским задачам и методам их решения (http://www.metodolog.ru/).
4. Официальный фонд Г.С. Альтшуллера (http://www.altshuller.ru/)
5. Горский В.А. «Дополнительное образование». Москва, 2001
6. Гин А.А. «Приемы педагогической техники» (www.trizway.com/art/linked/42_1.html)
7. Шпаковский Н.И. «Деревья эволюции». Москва, 2007