Эколого-техническое образование лицеистов (Опыт работы кружка инженерного творчества лицея №145 г. Казани)
Мингазетдинов Идгай Хасанович, к.т.н., профессор КНИТУ-КАИ,
академик Международной академии наук экологии и безопасности жизнедеятельности, заслуженный изобретатель РТ,
научный руководитель кружка инженерного творчества лицея №145
Смирнова Светлана Васильевна, к.т.н., доцент КНИТУ-КАИ, Отличник изобретательства и рационализации Республики Татарстан,
научный руководитель кружка инженерного творчества лицея №145 г. Казани
Идиятов Данил Гафиятуллович,
Директор МБОУ «Лицей №145» г. Казани;
Валиуллина Наталия Владимировна,
учитель физики высшей квалификационной категории,
заместитель директора по учебной работе МБОУ «Лицей №145» г. Казани.
В статье раскрывается опыт работы кружка инженерного творчества лицея №145 г. Казани в содружестве с высококлассными специалистами-преподавателями ВУЗа КНИТУ-КАИ в проведении занятий с учащимися, в результате которых происходит вовлечение учащихся в интеллектуальное и техническое творчество, практическую эколого-инновационную деятельность, привлечение к проектной и изобретательской деятельности, решению задач минимизации загрязнения окружающей среды и пропаганда обучения в технических ВУЗах.
Повышение эколого-технического образовательного уровня учащихся невозможно без их участия во время учебы в научно-исследовательской, инновационно-изобретательской и творческой работе. От эффективности этой работы во многом зависит не только уровень подготовки школьников, но и положительная динамика развития педагогических коллективов общеобразовательных учреждений, улучшение качества преподавания, повышение творческой инициативы педагогов и их учеников.
В плане профессиональной ориентации школьников к инженерной деятельности и развития интереса к изучению вопросов экологии и безопасности жизнедеятельности, в муниципальном бюджетном общеобразовательном учреждении «Лицей № 145» Авиастроительного района г. Казани был организован научно-технический кружок инженерного творчества. Руководителями кружка стали преподаватели КНИТУ-КАИ Мингазетдинов Идгай Хасанович и Смирнова Светлана Васильевна. Направление деятельности кружка соответствует содержанию учебных планов с углубленным изучением естественно-научных и физико-математических дисциплин.
Цели кружка:
• Повышение эколого-технического образовательного уровня учащихся в научно-исследовательской, инновационно-изобретательской и творческой работе.
• Применение современных образовательных технологий.
• Профориентация учащихся.
За прошедшие годы (с 2009 г.) сложилась структура деятельности кружка по следующей схеме. В начале каждого учебного года (сентябрь-октябрь) проводятся несколько обзорных лекций преподавателями КНИТУ-КАИ, где в популярной форме рассматриваются факторы негативного воздействия техносферы на составляющие биосферы – атмосферу, гидросферу, литосферу. Освещаются общие вопросы экологической безопасности и наиболее актуальные вопросы защиты окружающей среды: снижение выбросов в атмосферу от энергетических установок, очистка сточных вод от загрязняющих веществ, энергосбережение, использование альтернативных экологически чистых источников энергии. На этих занятиях выявляется интерес каждого школьника к определенной тематике. В некоторых же случаях школьники сами предлагают интересующие их темы. При завершении таких установочных занятий формируется весь контингент кружка, уточняются и конкретизируются выбранные темы. При формировании участников деятельности кружка непреложным является полная добровольность самого школьника. Таким образом, составляется «костяк», «ядро» кружка 8-10 человек, с которыми в дальнейшем проводится индивидуальная работа по конкретной выбранной теме.
Следует отметить, что после формирования состава участников кружка двери для всех желающих остаются открытыми, и некоторые вливаются в группу спустя 1-2 месяца. В принципе, в группе происходит динамический процесс: весной, после выпускных экзаменов уходят одиннадцатиклассники, а осенью вливаются новые желающие.
Индивидуальная работа включает в себя литературный обзор по выбранной тематике – учебники, статьи, специальные монографии. Осуществляется поиск необходимых материалов в Интернете. Важным моментом является посещение и работа в патентной библиотеке РТ, где происходит знакомство с инженерными решениями по конкретной выбранной теме. В процессе сбора материала и изучения дополнительной литературы в некоторых случаях, изучаемые вопросы опережают программы учебных занятий на уроках. В этих случаях приходится консультироваться с учителем соответствующей дисциплины (физики, химии, биологии, математики) и помогать самостоятельно изучать необходимые разделы. Это вполне реализуется, при соответствующем интересе у школьника. После детальной проработки конкретной темы, по мере готовности школьники делают сообщение на очередном занятии, и вся группа активно участвует в обсуждении, задает вопросы по выполненной школьником работе. Такие публичные обсуждения позволяют школьникам набрать опыт выступлений, глубоко вникнуть в существо изучаемого вопроса, научиться отвечать на вопросы при дискуссии. Подобная работа вызывает интерес у членов кружка, поддерживает инициативу, способствует появлению новых технических решений. По некоторым темам и инженерным решениям появляется возможность оформления заявок на полезную модель или изобретение. При этом учащиеся осваивают особенности, требования и всю процедуру оформления изобретения, выбора и обоснования прототипа.
За время работы кружка выявилось и сформировалось несколько интересных направлений в области безопасности жизнедеятельности и промышленной экологии. Наибольший интерес вызвало направление, связанное с обеспечением экологической безопасности гидросферы. Были рассмотрены вопросы очистки промышленных сточных вод некоторых производств от различных загрязняющих веществ. Первооткрывателем в этом направлении стала Е. Лиманская, работа которой была посвящена очистке сточных вод целлюлозно-бумажного комбината. Исходные материалы и конкретные данные были взяты из реального производственного цикла. Анализ существующих методов и устройств очистки позволил разработать конструкцию «Тарельчатый сепаратор», на которую получен патент на полезную модель. Опыт докладов и сообщений на семинарских занятиях в кружке позволил Е. Лиманской успешно выступать на конференциях и конкурсах различного уровня. Участвуя в конкурсе научно-исследовательских работ «Интеллект – 2010» в номинации «Перспектива», она получила диплом I степени, стала лучшим докладчиком в секции международной конференции «Туполевские чтения - 2011», награждена дипломом международной конференции, посвященной 180-летию МГХТУ им. Н. Баумана (г. Москва). По тематике ее изобретения был выполнен грант «УМНИК- 2012». Сейчас Елена Лиманская закончила магистратуру в Российском химико-технологическом университете им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия.
Другое изобретение «Тонкослойный отстойник» было разработано членами кружка И. Чекменевой и Н. Махотиной и посвящено очистке производственных сточных вод от взвешенных веществ. Представленный им материал получил диплом конкурса «50 лучших инновационных идей для Республики Татарстан - 2012», также они стали победителями Российского национального конкурса водных проектов старшеклассников – 2012 г.
По тематике, предложенной шефствующим предприятием КМПО, была проведена работа и получено изобретение «Устройство для очистки рабочих жидкостей»с участием школьницы В. Козинец. Это устройство реализует сочетание центробежного разделения с коагуляцией. По этой темеона была награждена дипломом Республиканской олимпиады «Кулибины XXI века» - 2015 г. В настоящее время Виктория Козинец является студенткой первого курса КНИТУ-КАИ.
В области борьбы с производственной и транспортной вибрацией школьницей И. Буровой было разработано устройство «Комбинированный гидравлический демпфер», позволяющее гасить вредные вибрации машин, механизмов, станков в широком диапазоне частот. Эта разработка также отмечена рядом дипломов, стала победителем конкурса «50 лучших инновационных идей для Республики Татарстан - 2013», Приволжского конкурса научно-технических работ школьников «РОСТ – 2013» (г. Нижний Новгород), международного конкурса научно-технических работ школьников (г. Санкт-Петербург, 2014 г.), получила «Гран-при» на конференции «Крылья науки» (г. Чистополь, 2015 г.).
Для очистки загрязненных сточных вод от взвешенных и растворенных загрязнителей (ионов тяжелых металлов) было разработано «Устройство для очистки сточных вод» с участием студентов КНИТУ-КАИ и члена кружка И. Буровой, в котором используется комбинация гальванокоагуляции и флотации. По данной разработке И. Бурова выступила с докладом на международной научной конференции «Туполевские чтения - 2015», получила диплом, награждена именным подарком от Республиканского общества изобретателей и рационализаторов Республики Татарстан, стала победителем конкурса «50 лучших инновационных идей для Республики Татарстан - 2015». Сейчас Инна учится на третьем курсе КНИТУ-КАИ, на кафедре Общей химии и экологии, продолжает заниматься патентной деятельностью с Идгаем Хасановичем.
Однако, диапазон творческих направлений членов кружка не ограничивается только решением проблем в гидросфере. Член творческого кружка И. Юнусов проявил интерес к проблеме снижения вредных выбросов в атмосферу от различных энергетических установок, работающих на углеводородных энергоносителях. Результатом его исследований стало «Устройство для каталитического дожига газовых выбросов», позволяющее снижать токсичные выбросы, как от стационарных энергетических установок (котельные, ТЭЦ), так и от транспортных средств. Ильназ Юнусов награжден дипломом Республиканской олимпиады юных изобретателей «Кулибины XXI века» - 2012 г., стал победителем творческого конкурса«Интеллект – 2012», проводимого КНИТУ-КАИ, победителем в XVIIIПоволжской научной экологической конференции школьников им. А.М. Терентьева по секции «Промышленная и химическая экология». Ильназ уже успешно окончил КГАСУ.
Интерес к вопросам энергетики и энергосбережения проявила школьница М. Казакова, которая под научным руководством разработала устройство «Комбинированный ветродвигатель», позволяющее получать дешевую и экологически чистую электроэнергию. Это устройство может найти применение в небольших фермерских хозяйствах. В настоящее время Казакова Мария обучается на третьем курсе КНИТУ-КАИ, на кафедре Приборов и информационно-измерительных систем и занимается тематикой, связанной с измерением биопотенциалов мышечной деятельности под руководством Светланы Васильевны.
Лисин Роман, также воспитанник кружка, является автором многих патентов. Уже, поступив в КНИТУ-КАИ, продолжил разработку «Комбинированный ветродвигатель» и написал под руководством Мингазетдинова И.Х. новый патент. В настоящее время Лисин Роман обучается на четвертом курсе КНИТУ-КАИ, на кафедре Приборов и информационно-измерительных систем.
Но не только в вопросах экологии мы ищем решения, но и в спортивной составляющей жизни молодежи. В этом направлении членами кружка было получено два патента. Устройство «Ручной тренажер» Д. Рубиновского базируется на уникальных магнитных жидкостях, реологические свойства которых можно регулировать в широком диапазоне. Это позволяет изменять режим силового воздействия на тренажере, что расширяет его применение не только для тренировок, но и в целях лечебной физиотерапии. Автор этого устройства стал победителем конкурса «Интеллект – 2010». Дмитрий Рубиновский уже закончил КНИТУ-КАИ.
Еще один спортивный тренажер «Тренажер для развития рук» был защищен патентом Р. Гайнутдиновой и М. Рубиновской. Авторы по материалам этой разработки награждены дипломами различных конференций, стали победителями инновационных конкурсов. Девочки успешно закончили КНИТУ-КАИ.
Эта тема имеет свое продолжение и разработаны новые модели, к примеру, «Тренажер для развития мышц верхних конечностей», который может применяться при занятиях армрестлингом и другими силовыми видами спорта, а также в лечебно-реабилитационных целях в физиотерапии и кинезитерапии.В этой разработке принимает участие Казакова Мария, она будет представлять ее в финале конкурса «УМНИК-2017».
Изобретательскую деятельность в лицее успешно продолжает уже третье поколение членов кружка. Учащиеся девятого класса С. Чорная и К. Потапов успешно и плодотворно осваивают основы экологии. По своим разработкам они оформили заявки на полезные модели и получили патенты на полезные модели. Потапов Константин и Чорная София являются победителями Всероссийского Форума интеллектуальной собственности (г. Уфа, 2016 г.), работа Софии «Разработка комбинированного устройства очистки промышленных сточных вод для создания систем водооборотного водоснабжения» получила диплом Евразийского патентного ведомства.
13 - 15 апреля в г. Москва в рамках Московского международного салона образования проходил финальный этап Всероссийского конкурса научно-технического творчества молодежи «НТТМ-2017». Учащиеся 10 класса Потапов Константин и Чорная София лицея №145 г. Казани стали победителями конкурса в тематических областях «Природопользование» и «Энергетика». Ребята были награждены дипломами и памятными медалями.
Проект Чорной Софии «Разработка устройства для очистки сточных вод с промышленных предприятий и в энергетических отраслях промышленности, энергетики» (научный руководитель Мингазетдинов И.Х.) решает проблему очистки сточных вод и организации замкнутых оборотных систем водоснабжения. Имеет следующие конструктивные преимущества: совмещает в себе два процесса: центробежная сепарация и сорбция (либо ионный обмен), тем самым сокращает время и затраты на очистку; регенерацию сорбента (или ионита) можно осуществлять непрерывно, подобрав скорость перемещения камеры. Расположение прорезей по длине спирального канала можно регулировать в зависимости от вида и концентрации взвешенных веществ. В ближайшем будущем планируется создание опытного образца для проведения экспериментов, а именно определения оптимального положения прорезей на спиральном канале и скорости вращения подвижной камеры с насыпными гранулами сорбента (или ионита) для жидкостей с разным составом. На это устройство написан патент «Центробежно-сорбционный сепаратор».
Проект Потапова Константина «Мобильная экологическая снегоплавильная установка» (научный руководитель Смирнова С.В.) решает проблему уборки и загрязнения снега. В зимний период снег накапливает в себе загрязнители: тяжёлые металлы, фенолы, соли и др. Основными загрязнителями являются нефтепродукты. Таким образом, необходимо производить очистку снега, а также применение талой воды для различных нужд в хозяйстве. При разработке установки был составлен план очистки снега, который начинается с загрузки снежной массы в плавильную часть, где он плавится посредством нагревательного элемента, работающего от электричества, поступающего из аккумулятора. Далее растопленный снег должен пройти механическую очистку от мусора, песка и грязи. Следующим этапом является физико-химическая очистка, после которой остаётся осадок и нефтепродукты. Эта очистка происходит, благодаря внедрению в установку двухступенчатого гидроциклона-окислителя. Окислитель подаётся в барботажное устройство из резервуара для окислителя. Пройдя через гидроциклон, вода выходит из установки и может сливаться в канализацию или дополнительный резервуар для очищенной воды. Концентрат загрязнителя и продукты его нейтрализации поступают в особый резервуар. Управление установкой может осуществляться через цифровую панель. Сама установка крепится на колесном шасси. Важной частью установки является двухступенчатый гидроциклон-окислитель (авторами написан патент на полезную модель «Двухступенчатый гидроциклон – окислитель»), предназначенный для очистки вод (промышленных, сточных) от загрязняющих взвешенных веществ, а так же фенолов, нефтепродуктов, ПАВ и может быть использован не только в разрабатываемой установке, но и в машиностроительной, приборостроительной, энергетической отраслях, для очистки поверхностных загрязнений при снегопереработке в городах. Потапов Костя является победителем номинации Перспектива конкурса «50 лучших инновационных идей для Республики Татарстан - 2016».
В сентябре этого года в г. Ярославле Потапов Костя принял участие на площадке форума «Проектория-2017» в проведении всероссийского открытого урока от президента РФ Путина В.В.
Новые воспитанники кружка Беляева Ксения, Серов Семен, Валиуллин Алик, Сагель Александра, Розанов Егор работают над своими темами. Они имеют опыт выступлений на общелицейской научно-практической конференции учащихся «Шаг в науку». Ежегодно наш кружок инженерного творчества, совместно с педагогическим составом лицея организует конференцию, в которой принимают участие лицеисты 7-11 классов, приглашаются гости, сотрудники КМПО, а также сотрудники ОИР РТ, в частности, свою заинтересованность в этом мероприятии показал Газеев Наиль Хамидович, докт. экон. наук, академик МАНЭБ и РЭА, Заслуженный эколог Российской Федерации, Заслуженный деятель науки РТ, Отличник изобретательства и рационализации РТ. Самая многочисленная оказалась секция «Естественные дисциплины, техника, экология», где ребята представляли конкретные проекты научных исследований в области альтернативной энергетики, очистки сточных вод, снегоплавильной, дробильной установок. Разобрали методику количественного определения ибупрофена в лекарственных препаратах, как получать алюминий в мини-плавильне и др.
Все патенты на полезные модели, написанные под руководством Мингазетдинова И.Х. и Смирновой С.В. при участии школьников-лицеистов, за время работы кружка инженерного творчества представлены в таблице.
Таблица патентов на полезные модели, выполненных с участием школьников
| №№ | № Патента России | Авторы | Название | Опубликован | Патентообладатель |
| 1. | №99343 11.05.2010. | Мингазетдинов И.Х., Смирнова С.В., Лиманская Е.С. | Тарельчатый сепаратор | 20.11.2010 г. Бюл. № 32. | МБОУ «Лицей №145» Авиастроительного района г. Казани |
| 2. | № 100421. 11.05.2010. | Мингазетдинов И.Х., Смирнова С.В., Рубиновский Д.Л. | Ручной тренажер | 20.12.2010. Бюл. № 35. | МБОУ «Лицей №145» Авиастроительного района г. Казани |
| 3. | №125477 04.06.2012. | Мингазетдинов И.Х., Хамидуллина Л.Т., Гайнутдинова Р.И., Рубиновская М.Л., Смирнова С.В. | Тренажер для развития рук | 10.03.2013. Бюл. № 7. | КНИТУ-КАИ, МБОУ «Лицей №145» Авиастроительного района г. Казани |
| 4. | №110284 19.05.2011. | Мингазетдинов И.Х., Смирнова С.В., Махотина Н.В., Чекменева И.Ю. | Тонкослойный отстойник | 20.11. 2011. Бюл. № 32. | МБОУ «Лицей №145» Авиастроительного района г. Казани |
| 5. | №114128. 12.08.2011. | Мингазетдинов И.Х., Газеев Н.Х., Смирнова С.В., Юнусов И.И. | Устройство для каталитическогодожига газовых выбросов | 10.03.2012. Бюл. № 7. | МБОУ «Лицей №145» Авиастроительного района г. Казани |
| 6. | № 121541. 26.04.2012. | Мингазетдинов И.Х., Валиуллина Н.В., Бурова И.Д. | Комбинированный гидравлический демпфер | 27.10.2012. Бюл. № 30. | МБОУ «Лицей №145» Авиастроительного района г. Казани |
| 7. | №136100 18.07.2013. | Мингазетдинов И.Х., Казакова М.В., Валиуллина Н.В. | Комбинированный ветродвигатель | 27.12.2013. Бюл. № 36. | МБОУ «Лицей №145» Авиастроительного района г. Казани |
| 8. | №146831 18.03.2014. | Мингазетдинов И.Х., Козинец В.В. | Устройство для очистки рабочих жидкостей | 20.10.2014. Бюл. № 29. | МБОУ «Лицей №145» Авиастроительного района г. Казани |
| 9. | №152810 05.05.2014. | Мингазетдинов И.Х., Кудрявцева Е.С., Нуртдинова Э.И., Бурова И.Д. | Устройство для очистки сточных вод | 20.06.2015. Бюл. № 17. | КНИТУ-КАИ |
| 10. | № 158792 25.05.2015. | Мингазетдинов И.Х., Бурова И.Д., Смирнова С.В., Чорная С.И. | Центробежно-сорбционный сепаратор | 20.01.2016. Бюл. № 2. | МБОУ «Лицей №145» Авиастроительного района г. Казани |
| 11. | № 165646 24.06.2015. | Мингазетдинов И.Х., Смирнова С.В., Потапов К.А. | Двухступенчатый гидроциклон-окислитель | 27.10.2016. Бюл. № 30. | МБОУ «Лицей №145» Авиастроительного района г. Казани |
| 12. | №174403 09.01.2017. | Мингазетдинов И.Х., Беляева К.Р., Лисин Р.А., Бурова И.Д., Смирнова С.В. | Волновая энергетическая установка | 11.10.2017.Бюл. № 29. | МБОУ «Лицей №145» Авиастроительного района г. Казани |
| 13. | № 173415 10.03.2017. | Мингазетдинов И.Х., Серов С.Ю., Лисин Р.А., Смирнова С.В., Бурова И.Д. | Комбинированная зубчатая дробилка | 28.08.2017. Бюл. № 25. | МБОУ «Лицей №145» Авиастроительного района г. Казани |
Все эти успехи свидетельствуют об активной и плодотворной работе кружка инженерного творчества. Но победы и дипломы являются лишь следствием проделанной работы, а главное – это пробуждение к творческой инженерной работе, поиску новых решений, формированию инженерно-экологического мышления в средней школе, развитию концепции эколого-технического образования. Не случайно, все выпускники этого кружка, после получения аттестата о среднем образовании, поступают в различные ВУЗы на технические специальности, сознательно сделав свой выбор.
| | |
| | |
| | |
| | |
| | |
| | |
В номере
