автор: Чупина Мария Ильинична

методист МОУ ДО «Центр детского творчества» г. Надым

Дополнительная общеразвивающая программа «АЭРО-СТАРТ»

Департамент образования

 Администрации муниципального образования Надымский район

Муниципальное образовательное учреждение дополнительного образования 

«Центр детского творчества»


ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ 

ОБЩЕРАЗВИВАЮЩАЯ ПРОГРАММА

технической направленности

«АЭРО-СТАРТ» 

(стартовый уровень)

Возраст учащихся: 11-17 лет

Срок реализации программы:1 год

Автор программы: 

Чупина Мария Ильинична,

методист

г. Надым, 2019

 

  1. ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

 

В настоящее время наблюдается лавинообразный рост интереса к беспилотной авиации как инновационному направлению развития современной техники, хотя история развития этого направления началась уже более 100 лет тому назад. Развитие современных и перспективных технологий позволяет сегодня беспилотным летательным аппаратам успешно выполнять такие функции, которые в прошлом были им недоступны или выполнялись другими силами и средствами.

Благодаря росту возможностей и повышению доступности дронов, потенциал использования их в разных сферах экономики стремительно растет.

Направленность программы «АЭРО-СТАРТ» — техническая. Программа направлена на развитие у учащихся интереса к проектной, конструкторской и научной деятельности, значительно расширяющей кругозор и образованность ребенка.

Дополнительная общеобразовательная общеразвивающая программа «АЭРО-СТАРТ» разработана в соответствии с:

  • Порядком организации и осуществления образовательной деятельности по дополнительным общеобразовательным программам (утверждён приказом Министерства просвещения РФ от 09.11.2018 № 196);
  •  Требованиями к образовательным программам дополнительного образования детей (письмо Минобрнауки от 11 декабря 2006г. № 06-1844);
  •  Методическими рекомендациями по проектированию дополнительных общеразвивающих программ (включая разноуровневые программы) (Приложение к письму Департамента государственной политики в сфере воспитания детей и молодежи Министерства образования и науки РФ от 18.11. 2015 № 09-3242);
  •  СанПиН 2.4.4.3172-14 «Санитарно-эпидемиологические требования к устройству, содержанию и организации режима работы образовательных организаций дополнительного образования детей», (утверждены Постановлением Главного государственного санитарного врача Российской Федерации от 4 июля 2014 г. N 41).

Уровень освоения содержания программы: стартовый. 

Актуальность программыв настоящее время рынок беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) стал очень перспективной и быстроразвивающейся отраслью. Очень скоро БПЛА станут неотъемлемой частью повседневной жизни: мы будем использовать БПЛА не только в СМИ и развлекательных сферах, но и в инфраструктуре, страховании, сельском хозяйстве и обеспечении безопасности, появятся новые профессии, связанные с ростом рынка. Данная программа составлена с учетом современных потребностей рынка в специалистах в области информационных технологий, инженеров, конструкторов и операторов беспилотных летательных аппаратов (БПЛА).

Цель программы: формирование у учащихся устойчивых знаний и навыков по направлениям авиамоделирование, основы радиоэлектроники и схемотехники, программирование микроконтроллеров, прикладное применение БПЛА.

Задачи: 

Образовательные (предметные):

  • освоение базовых знаний об устройстве и функционировании беспилотных летательных аппаратов;
  • ознакомление с основами наук, занимающихся изучением физических процессов в летательных аппаратах;
  • изучение основ работы микроконтроллеров и датчиков;
  • развитие навыка пилотирования беспилотных летательных аппаратов на практике;
  • получение навыков работы с электронными компонентами.

Метапредметные: 

  • развитие у учащихся инженерного мышления, навыков конструирования, программирования и эффективного использования БПЛА;
  • развитие креативного и проектного мышления, пространственного воображения;
  • приобретение опыта работы своими руками над собственным проектом, направленным на решение реальных задач.

Личностные: 

  • повышение мотивации учащихся к изобретательству;
  • формирование навыка работы в команде;
  • формирование стремления к получению качественного законченного материала;
  • развитие мелкой моторики, внимательности, аккуратности.

Планируемые результаты реализации программы

Предметные результаты (Hard Skills):

Знают:

  • определения понятий: датчик, интерфейс, алгоритм и т.п.;
  • технологию создания коптеров;
  • правила безопасной работы;
  • основные компоненты коптера;
  • компьютерную среду, включающую в себя язык программирования;
  • основные приемы конструирования летательных аппаратов;
  • законы аэродинамики;
  • приемы и опыт конструирования с использованием специальных элементов и других объектов.

Умеют:

  • создавать коптеры;
  • пользоваться различными датчиками и компонентами;
  • программировать и запускать простейшие программы;
  • самостоятельно решать технические задачи в процессе работы;
  • пилотировать коптеры;
  • излагать логически правильно действие своей модели (проекта).  

Метапредметные результаты (Soft Skills):

  • сформированность навыков проектного и инженерного мышления;
  • сформированность умения планировать, контролировать и оценивать учебные действия в соответствии с поставленной задачей и условиями ее реализации.

Личностные результаты:

  • сформированность ответственного отношения к самообразованию, саморазвитию на основе мотивации к обучению;
  • сформированность коммуникативной культуры, умений работать в команде.

В процессе реализации программы «АЭРО-СТАРТ» у учащихся формируются следующие компетенции:

    • Ценностно-смысловые компетенции —  способность видеть и понимать окружающий мир, ориентироваться в нем, уметь выбирать целевые и смысловые установки для своих действий и поступков, принимать решения;
    • Общекультурные компетенции — умение вести диалог, отстаивать свою точку зрения, знать особенности национальной и общечеловеческой культуры, духовно – нравственные основы жизни человека и отдельных народов;
    • Учебно-познавательные компетенции — самостоятельная познавательная деятельность, включающая элементы логической, технической и проектной деятельности;
    • Информационные компетенции — умение самостоятельного поиска знаний, связанных с предметом деятельности, непосредственно с помощью методической литературы, Интернета, телепередач и т.д.;
    • Коммуникативные компетенции — приобретение и развитие коммуникативных способностей, активности, сообразительности, умение взаимодействовать со сверстниками и взрослыми;
  • Социально-трудовые компетенции – умение действовать в соответствии с личной и общественной выгодой, владение навыками социальной активности и функциональной грамотности.
  • Компетенции личностного самосовершенствования — способность активно побуждать себя к критическим действиям, умение самостоятельно контролировать свои поступки, достигать намеченного.

Отличительные особенности программы: настоящая образовательная программа позволяет не только обучить ребенка моделировать и конструировать БПЛА, но и подготовить учащихся к планированию и организации работы над разноуровневыми техническими проектами. Содержание программы интегрирует в себе достижения современных и инновационных направлений в малой беспилотной авиации. Программа предоставляет учащимся возможность освоения учебного содержания с учетом их уровня общего развития, способностей и мотивации.

Адресат программы: программа предназначена для работы с детьми среднего и старшего школьного возраста (11-17 лет). 

Объем и срок освоения программы: срок реализации программы — 1 год, количество учебных часов по программе – 108, в том числе предусмотрено 28 часов теоретических занятий и 80 часов практических занятий. Условия набора в учебное объединение: группы формируются без конкурсного отбора на основании заявлений родителей (законных представителей).  

Форма обучения: очная, очно-заочная с применением дистанционных технологий.  

Режим занятий: единицей измерения учебного времени и основной формой организации учебно-воспитательного процесса является учебное занятие. Форма занятий — групповая. Состав групп постоянный, разновозрастный. Продолжительность занятий устанавливается в зависимости от возрастных и психофизиологических особенностей, допустимой нагрузки учащихся с учетом СанПиН 2.4.4.3172-14 «Санитарно-эпидемиологические требования к устройству, содержанию и организации режима работы образовательных организаций дополнительного образования детей», утвержденные Постановлением Главного государственного санитарного врача Российской Федерации от 4 июля 2014 г. N 41. Продолжительность одного занятия составляет 40 мин. Перерыв между учебными занятиями — 10 минут. Занятия проводятся 2 раза в неделю по 1,5 часа.

Наполняемость групп: не менее 12 учащихся. 

Формы аттестации:

Промежуточная аттестация учащихся проводится в течение учебного года в форме практического или контрольного занятия.

Используемые методы: тестирование, практическое задание, проектная деятельность, опрос.

Итоговая аттестация проводится по окончании полного курса обучения по образовательной программе в следующих формах: выполнение практического задания, презентация и защита проектов.

Используемые методы: наблюдение, опрос.

Программа итоговой аттестации содержит методику проверки теоретических знаний учащихся (защита проекта) и их практических умений и навыков (выполнение практических заданий). Содержание программы итоговой аттестации определяется на основании содержания дополнительной образовательной программы и в соответствии с ее прогнозируемыми результатами.

Результаты итоговой и промежуточной аттестации фиксируются в протоколах. Копии протоколов итоговой аттестации вкладываются в журналы учета работы педагога дополнительного образования в объединении.

Выпускникам учебных групп по результатам итоговой аттестации выдаются удостоверения о прохождении полного курса обучения по образовательной программе.

Формы отслеживания и фиксации образовательных результатов

Механизмом промежуточной и итоговой оценки результатов, получаемых в ходе реализации данной программы, является контроль знаний, умений и навыков (ЗУН), который проводится три раза в год и общих учебных умений и навыков (ОУУиН), который проводится два раза в год (в начале и в конце освоения программы).

Виды контроля:

  • начальный контроль – в начале освоения программы с 15 по 25 сентября (ЗУН, ОУУиН);
  • промежуточная аттестация – с 20 по 26 декабря (ЗУН);
  • итоговая аттестация – в конце освоения программы с 12 по 19 мая (ЗУН, ОУУиН).

Контроль ЗУН осуществляется по следующим критериям: владение практическими умениями и навыками, владение специальной терминологией, уровень выполнения практических заданий, владение коммуникативной культурой. ЗУН учащихся оцениваются по 4-х бальной системе, от 2 -5 баллов.

Формы контроля: 

  • контрольное занятие (возможно в тестовой форме); 
  • практическое занятие;
  • итоговое занятие;
  • зачет.

Методы контроля: 

  • опрос;
  • тестирование; 
  • защита мини-проектов;
  • наблюдение; 
  • практическая работа; 
  • оценивание и т.д.

Контроль ОУУиН проводится в форме наблюдения в сроки, установленные для начального контроля и итоговой аттестации, данные заносятся в соответствующий протокол. Контроль ОУУиН осуществляется по следующим критериям: организационные, информационные, коммуникативные, интеллектуальные умения и навыки.

Критерии оценки результатов освоения программы

На 1 году обучения:

  • владение основными понятиями;
  • знание технологии создания коптеров;
  • знание законов аэродинамики;
  • умение создавать коптеры; 
  • умение программировать и запускать простейшие программы;
  • умение пилотировать коптеры;
  • самостоятельное решение технических задач в процессе работы.

Условия реализации программы

Данная программа может быть реализована при взаимодействии следующих составляющих ее обеспечения:

Учебное помещение, соответствующее требованиям санитарных норм и правил, установленных СанПиН 2.4.4.3172-14 «Санитарно-эпидемиологические требования к устройству, содержанию и организации режима работы образовательных организаций дополнительного образования детей», утвержденных Постановлением Главного государственного санитарного врача Российской Федерации от 4 июля 2014 г. N 41. При организации учебных занятий соблюдаются гигиенические критерии допустимых условий и видов работ для ведения образовательной деятельности. 

Материально-техническое обеспечение:

    • компьютер;
    • ноутбуки;
    • конструктор программируемого квадрокоптера с системой машинного зрения (учебно-лабораторный комплекс «Беспилотный летательный аппарат мультироторного типа»);
    • камера для однопалатного компьютера;
    • квадрокоптер DJI Phantom 3 Standart;
    • оборудованная зона для полетов или куб для полетов.

Кадровое обеспечение:

Педагог дополнительного образования.

Методическое и дидактическое обеспечение:

    • методические инструментарий тьютора «АЭРО квантум», методические указания и рекомендации к практическим занятиям; 
    • тестовые задания, материалы кейсов;
    • дидактические материалы: схемы; таблицы, модели – схемы, карточки по темам;
    • презентации.

Воспитательная деятельность. Работа с родителями

Социальный заказ государства в образовании направлен на воспитание человека нравственного, образованного, предприимчивого, готового самостоятельно принимать решения в ситуации выбора, способного к сотрудничеству и межкультурному взаимодействию, обладающего гражданской позицией современного человека. Это находит подтверждение в документах Федерального уровня: «Национальная доктрина образования Российской Федерации до 2025 года», «Концепция духовно-нравственного развития и воспитания личности гражданина России».

Для воспитательного пространства характерно:

  • наличие благоприятного духовно-нравственного и эмоционально-психологического климата;
  • построение работы по принципу доверия и поддержки между всеми участниками педагогического процесса.

Работа с родителями предусматривает:

  • родительские собрания;
  • индивидуальные беседы и консультации;
  • совместные воспитательные мероприятия.

 

  1. УЧЕБНЫЙ ПЛАН

п/п

Название раздела, темы Количество часов Формы аттестации/

контроля

Всего Теория Практика
1 Введение 9 2 7
1.1 Содержание программы. История БПЛА. 1,5 0,5 1 опрос, тест
1.2 Правовые основы. Техника безопасности. 1,5 0,5 1 опрос, тест
1.3 Принципы управления, виды и строение БПЛА. 1,5 0,5 1 опрос, тест
1.4 Аэродинамика – наука о полете. 1,5 0,5 1 опрос, тест
1.5 Проектная деятельность. Поиск проблем для решения. 3 0 3 презентация проекта
2 Основы электричества 27 7 20
2.1 Основные понятия электричества. Светодиод. 1,5 0,5 1 проект-проба, тест
2.2 Работа с мультиметром. Тактовая кнопка. 1,5 0,5 1 проект-проба, тест
2.3 Переменное сопротивление. 1,5 0,5 1 проект-проба, тест
2.4 Транзисторы. 1,5 0,5 1 проект-проба, тест
2.5 Последовательное соединение проводников. 1,5 0,5 1 проект-проба, тест
2.6 Терморезистор и фоторезистор. 1,5 0,5 1 проект-проба, тест
2.7 Делитель напряжения. 1,5 0,5 1 проект-проба, тест
2.8 Вольт-амперная характеристика. 1,5 0,5 1 проект-проба, тест
2.9 RGB-светодиод. 1,5 0,5 1 проект-проба, тест
2.10 Параллельное соединение проводников. 1,5 0,5 1 проект-проба, тест
2.11 Конденсатор. 1,5 0,5 1 проект-проба, тест
2.12 Однопереходный транзистор. 1,5 0,5 1 проект-проба, тест
2.13 Литий-полимерные аккумуляторы. 1,5 0,5 1 проект-проба, тест
2.14 Основы пайки. 1,5 0,5 1 проект-проба, тест
2.15 Проектная деятельность Прототипирование. 6 0 6 презентация проекта
3 Устройство и принципы работы квадрокоптера. 27 8 19
3.1 Виды двигателей. Бесколлекторные двигатели. 1,5 0,5 1 проект-проба, тест
3.2 Плата разводки питания. 1,5 0,5 1 проект-проба, тест
3.3 Рама квадрокоптера. Виды, материалы, сборка. 3 1 2 проект-проба, тест
3.4 Электронный регулятор скорости (ESC). Виды, сборка. 3 1 2 проект-проба, тест
3.5 Полетный контроллер. Виды, особенности, сборка. 1,5 1,5 0 проект-проба, тест
3.6 Настройка полетного контроллера и аппаратуры управления. 1,5 0,5 1 проект-проба, тест
3.7 Инструктаж по ТБ полетов. Учебные полеты. Взлет и посадка. 3 1 2 проект-проба, тест
3.8 Учебные полеты. Удержание высоты. 1,5 0,5 1 проект-проба, тест
3.9 Учебные полеты. Движение в разных плоскостях. 1,5 0,5 1 проект-проба, тест
3.10 Учебные полеты. Упражнения на маневрирование. 3 1 2 проект-проба, тест
3.11 Проектная деятельность Прототипирование. 6 0 6 презентация проекта
4 FPV — оборудование 15 3 12
4.1 Оборудование для видеотрансляции. Настройка. 3 1 2 практическая работа, тест
4.2 Радиоприемник. Установка и подключение. 3 1 2 практическая работа, тест
4.3 Учебные полеты с использованием FPV.  3 1 2 практическая работа, тест
4.4. Проектная деятельность Прототипирование. 6 0 6 контрольный полет, тест
5 Основы программирования микроконтроллеров 30 8 22
5.1 Основы программирования. 1,5 0,5 1 проект-проба, тест
5.2 Управление светодиодом. 1,5 0,5 1 проект-проба, тест
5.3 Управление серводвигателем. 1,5 0,5 1 проект-проба, тест
5.4 Управление RGB светодиодом. 1,5 0,5 1 проект-проба, тест
5.5 Работа с кнопкой. 1,5 0,5 1 проект-проба, тест
5.6 Вывод информации на LCD экран. 1,5 0,5 1 проект-проба, тест
5.7 Комнатный термометр. 1,5 0,5 1 проект-проба, тест
5.8 Использование бузера. 1,5 0,5 1 проект-проба, тест
5.9 Ультразвуковой датчик расстояния. 3 1 2 проект-проба, тест
5.10 Следящий сервопривод. 3 1 2 проект-проба, тест
5.11 Обобщение знаний. Квадрокоптер с системой сигнализирования при обнаружении препятствия. 6 2 4 проект-проба, тест
5.12 Проектная деятельность Прототипирование. 6 0 6 презентация и защита проекта, тест
Итого: 108 28 80

 

  1. МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ

При составлении образовательной программы в основу положены следующие принципы: 

  • единства обучения, развития и воспитания; 
  • последовательности: от простого к сложному;
  • систематичности;
  • активности;
  • наглядности;
  • интеграции;
  • связи теории с практикой.

Методы обучения:

  • словесный (рассказ, беседа, лекция, объяснение);
  • наглядный (демонстрация оборудования, позволяющая конкретизировать учебный материал использование видеофрагментов, презентаций);
  • практический (практические задания, работа со словарями, практикум); 
  • объяснительно-иллюстративный (рассказ, демонстрация с последующей беседой, объяснение в ходе демонстрации);
  • репродуктивный (работа по образцу, тренировочные упражнения);
  • игровой (игра, конкурс, викторина, и т.д.);
  • проектный (разработка мини-проектов, защита проектов).

И воспитания: убеждение, поощрение, упражнение, стимулирование, мотивация и др.;

Формы организации образовательной деятельности: индивидуальная, индивидуально-групповая и групповая;

Формы организации учебного занятия:

  • защита проектов, игра, конкурс, лекция, мастер-класс, «мозговой штурм», наблюдение, открытое занятие, практическое занятие, представление, презентация, соревнование, эксперимент.

Педагогические технологии:

  • технология индивидуализации обучения, 
  • технология группового обучения, 
  • технология программированного обучения, 
  • технология дифференцированного обучения, 
  • технология разноуровневого обучения, 
  • технология проблемного обучения, 
  • технология дистанционного обучения, 
  • технология проектной деятельности.

Алгоритм учебного занятия:

  • Подготовительный этап – организационный момент. Подготовка учащихся к работе на занятии. Выявление пробелов и их коррекция. Проверка (практического задания).
  • Основной этап — подготовительный (подготовка к новому содержанию) Обеспечение мотивации и принятие детьми цели учебно-познавательной деятельности. Формулирование темы, цели учебного занятия и мотивация учебной деятельности детей (вопросы). Усвоение новых знаний и способов действий (использование заданий и вопросов, которые активизируют познавательную деятельность детей). Применение пробных практических заданий, которые дети выполняют самостоятельно. Практическая работа.
  • Итоговый этап – подведение итога занятия. Анализ работы. Рефлексия

Дидактические материалы – раздаточные материалы (карточки по темам, таблицы, схемы).

  1. 5. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ.
  1. Аэроквантум тулкит. Александр Фоменко. – М.: Фонд новых форм развития образования, 2017 – 154 с.
  2. Белинская Ю.С. Реализация типовых маневров четырехвинтового вертолета.                  Молодежный научно-технический вестник. МГТУ им. Н.Э. Баумана. Электрон. журн. 2013. №4. Режим доступа: http://ainsnt.ru/doc/551872.html  
  3. Гурьянов А. Е. Моделирование управления квадрокоптером Инженерный вестник. МГТУ им. Н.Э. Баумана. Электрон. журн. 2014 №8 Режим доступа: http://engbul.bmstu.ru/doc/723331.html  
  4. Институт транспорта и связи. Основы аэродинамики и динамики полета. Рига, 2010. Режим доступа: http://www.reaa.ru/yabbfilesB/Attachments/Osnovy_ajerodtnamiki_Riga.pdf   
  5. Канатников А.Н., Крищенко А.П., Ткачев С.Б. Допустимые пространственные                  траектории беспилотного летательного аппарата в вертикальной плоскости. Наука и образование. МГТУ им. Н.Э. Баумана. Электрон. журн. 2012. №3. 
  1. ГЛОССАРИЙ 

Беспилотный летательный аппарат (БПЛА) — летательный аппарат, без экипажа на борту, управляемый дистанционно по радиоканалу, автономно с использованием информации с датчиков или же с использованием смешанной схемы управления.

Другие названия БПЛА — беспилотное воздушное судно (БВС), дрон, беспилотник.

Беспилотная авиационная система (БАС) — комплекс взаимосвязанных элементов, включающий в себя одно или несколько беспилотных воздушных судов, средства обеспечения взлета и посадки, средства управления полетом одного или нескольких

беспилотных воздушных судов и контроля за полетом одного или нескольких беспилотных воздушных судов.

Мультикоптер — общее название для беспилотных летательных аппаратов, у которых количество пропеллеров (несущих винтов) больше, чем 2. Образовано от слов «multi» (несколько) и «copter» (вертолет).

Квадрокоптер — беспилотный летательный аппарат с 4 моторами. Русское название «квадрокоптер» — калька с английского «quadcopter», что переводится как 4-роторный вертолет.

Гексакоптер — беспилотный летательный аппарат с 6 пропеллерами, что обычно размещаются по краям коптера. Название произошло от слов «hexa» («гекса», с древнегреческого — «шесть») и «copter».

Октокоптер — беспилотный летательный аппарат с 8 пропеллерами, что обычно размещаются по краям коптера. Название произошло от слов «octo» («окто», с латыни — «восемь») и «copter».

Коптер — сокращение от слова «helicopter», вертолет. Используется либо по прямому назначению, либо как обозначение беспилотного летательного аппарата с n-ым количеством несущих винтов.

Аппаратура управления (радио, радиоаппаратура) — система дистанционного управления БПЛА по радиоканалу. Состоит из наземного передатчика (пульт) и бортового приёмника.

Полётный контроллер — центральная и обязательная часть любого мультикоптера, отвечающая за управление моторами в соответствии с полётным режимом и руководствуясь командами управления.

Акселерометр — датчик, способный определить ускорение коптера в направлении всех трёх осей. Его наличие помогает контроллеру выравнивать коптер в «горизонт».

Гироскоп — датчик, реагирующий на изменение углов ориентации коптера, относительно его предыдущего положения в пространстве. Программное обеспечение использует гироскопы, чтобы определить положение платформы в воздухе и дать команду на компенсацию изменения положения от внешних возбудителей.

Центральная платформа — основа коптера, база. К ней крепятся все остальные части: лучи, электронные компоненты, дополнительные деки, передатчики и прочее.

Луч — вытянутая «рука» коптера, которая отходит от центральной платформы. Именно на лучах крепятся моторы и их регуляторы.

BEC (англ. «Battery Eliminator Circuit») — устройство для обеспечения питанием бортовой аппаратуры (+5 вольт) постоянным напряжением от аккумуляторов, которые имеют свойство менять это напряжение от зарядки до разрядки.

ESC — контроллер скорости бесколлекторного электродвигателя. Другое название — регулятор оборотов.

Бесколлекторный мотор — основной тип моторов, использующихся в мультироторных летательных аппаратах. Он обладают выдающимися характеристиками и сроком службы в связи с отсутствием трущихся узлов (щеток), посредством которых передается ток.