III Международный конкурс
научно-исследовательских и творческих работ учащихся
«СТАРТ В НАУКЕ»
 
     

ТРЕНАЖЕР ДЛЯ РАЗВИТИЯ ИНЖЕНЕРНОГО МЫШЛЕНИЯ У ДЕТЕЙ
Синцова Е.С., Быкова К.А., Быкова В.Е.
Автор работы награжден дипломом победителя второй степени
Диплом школьника      Диплом руководителя
Текст научной работы размещён без изображений и формул.
Полная версия научной работы доступна в формате PDF


Современное общество все больше зависит от технологий и именно поэтому все более пристальное внимание уделяется такой области нашего интеллекта, как инженерное мышление. Именно этот тип мыслительной деятельности и является основной формой человеческой попытки преобразовать окружающий мир, преследуя собственные интересы. Поскольку в основе такой мысли лежит воплощение инновационной идеи, люди с инженерным складом ума всегда нужны на крупных предприятиях и в конструкторских бюро.

Мы считаем, что инженерные задатки есть у каждого человека. Если с детства их развивать в игровой форме, то можно будет выявить склонности ребенка к технической или творческой деятельности. Что способствует самоопределению ребенка в более раннее время выбора профессии в будущем.

Исходя из этого, мы выявили цель: изготовить бизиборд для развития инженерных способностей с детского возраста.

Для достижения цели мы составили ряд задач:

  • Узнать об истории бизиборда;

  • Узнать об инженерном мышлении;

  • Рассмотреть методы выявления инженерных способностей;

  • Изучить и выбрать механические передачи;

  • Спроектировать и изготовить изделие;

Актуальность:

Мы считаем, что изделие, предложенное нами, будет очень актуально в наше время. Сейчас большим спросом пользуются инженерные кадры, поэтому чтобы помочь детям быстрее развивать свои навыки, мы решили изготовить тренажер для развития инженерного мышления.

Решив ряд задач, мы сможем реализовать поставленную перед собой цель и удовлетворить свои потребности.

1.Теоретически этап

1.1. Из истории бизиборда

Бизиборд - (busyboard c английского. «занимающая доска»)- доска для детей, на которую прикреплены различные замочки, защелки, липучки и т.п. Благодаря этой доске, ребенок учится контактировать с окружающим миром без угрозы своему здоровью. Развивающая доска имеет достаточно давнюю историю и изначально была связана с возможностью обучения детей, имеющих отставания в умственном развитии.

Придумала Бизиборд итальянский врач, педагог и философ Мария Монтессори. Эта женщина еще в 1907 году в Риме организовала свою первую «Школу Монтессори», где начинала работу сначала с умственно отсталыми детьми, а затем перешла со специальной на общую педагогику. В 1913 году её результатами в работе с детьми заинтересовались сначала в США, и постепенно её методика была внедрена во многих странах мира.

В наше время в обыденной жизни, конечно Бизиборд претерпел изменения и является больше как «чем бы занять ребенка», поэтому и сооружают различные конструкции из всякого рода предметов. Однозначно, что для годовалого ребенка это будет интересно, но это не более, чем очередная игрушка, сделана своими руками. Но продуманные развивающие бизиборды в первую очередь нужны тем, для кого это и было придумано, а именно детей, имеющих отставания в умственном развитии. При правильном обучении, такие развивающие доски, будут являться хорошим подспорьем в их адаптации к дальнейшей жизни.

1.2. Что такое инженерное мышление

Инженер — это человек способный применить теоретические предположения на практике, рассчитать выкладки ученых и превратить абстрактные представления в действующую модель.

А значит инженерное мышление - умственная деятельность, направленность которой сформирована в математике, физике и др. технических науках, в точных расчётах и т.п.

Список инженерных специальностей очень разнообразен, и вот некоторые из них: биотехнолог, инженер-механик, инженер-электронщик, инженер по солнечной энергетике, инженер по охране труда и технике безопасности, инженер-конструктор зданий, инженер связи, электрик, метролог, радиотехник.

1.3. Механические передачи

Для увеличения производительности и облегчения физического и умственного труда человека создаются машины — механические устройства, выполняющие движения для преобразования энергии, материалов или информации. Всякая машина состоит из одного или нескольких механизмов — системы тел, служащих для преобразования движений. Устройства, предназначенные для измерений, производственного контроля, управления машинами, регулирования технологических процессов, учета и других функций, называются приборами. Приборы также состоят из механизмов.

Для приведения в движение рабочих машин им передается механическая энергия от машин-двигателей. В подавляющем большинстве случаев двигатели и исполнительные органы рабочих машин связываются не непосредственно, а с помощью механизмов, называемых передачами, которые бывают механические, гидравлические, пневматические и электрические.

В самом общем виде передачи можно классифицировать по способу передачи движения: передачи трением (фрикционные, решенные); пере­дачи зацеплением (зубчатые, червячные, цепные, винт—гайка); по способу соединения звеньев: передачи с непосредствен­ным контактом (фрикционные, зубчатые, червячные, винт—гайка); передачи гибкой связью (ременные, цепные).

Звено передачи, которое получает движение от машины-двигателя, на­зывается ведущим; звено, которому передается движение, называется ведомым; кроме того, в передачах бывают промежуточные звенья.

Для нашего проекта, мы решили представить два вида механических передач: зубчатые и ременные.

Зубчатые передачи

Зубчатой передачей называется трехзвенный механизм, в котором два подвижных зубчатых звена образуют с неподвижным звеном вращательную или поступательную пару. Зубчатое звено передачи может представлять собой колесо, сектор или рейку. Зубчатые передачи служат для преобразования вращательных движений или вращательного движения в поступательное.

Ременные передачи

Ременные передачи – это передачи гибкой связью, состоящие из ведущего и ведомого шкивов и надетого на них ремня. В состав передачи могут также входить натяжные устройства и ограждения. Возможно применение нескольких ремней и нескольких ведомых шкивов. Основное назначение – передача механической энергии от двигателя.

1.4. Тест Беннета

Данная методика ориентирована на выявление технических способностей. Материал представлен 70 несложными физико-техническими заданиями, большая часть, которых представлена в виде рисунков. После текста вопроса (рисунка) следует три варианта ответа на него, причем только один из них является правильным. Испытуемому необходимо выбрать и указать правильный ответ, написав на отдельном листе номер задания и номер избранного ответа. Методика относится к тестам скорости. На общее выполнение всех заданий отводится 25 мин. Допускается выполнение заданий в любой последовательности.

1.5. Инженерная школа в Екатеринбурге

Чтобы помочь детям в развитии инженерных способностей, в Екатеринбурге открыли несколько инженерных школ. И одна из них Детская Инженерная Школа.

Проект "Детская инженерная школа"- система опережающего дополнительного образования Свердловской области. - стартовал в 2015 году.

Ориентирован на детей в следующих возрастных группах: 6-9 лет, 10-13 лет, 14-18 лет, а также педагогов, осуществляющих обучение детей по дополнительным образовательным программам технической и естественнонаучной направленностей.

Основные цели программы:

1. Увлечь детей наукой и техническим творчеством, научить думать, исследовать и изобретать;

2. Повысить профессиональное мастерство педагогов, осуществляющих обучение детей по дополнительным образовательным программам технической и естественнонаучной направленностей.

Задачи проекта:

1. Вовлечь детей в исследовательскую и изобретательскую деятельность, с мотивировать на изучение предметов и дисциплин естественнонаучного цикла: физика, астрономия, математика, химия, биология, экология, а также меж предметных и метапредметных областей.

2. Повысить интеллектуальный уровень обучающихся, сформировать основы инженерного мышления, а также развить навыки и личностные качества, необходимые в освоении будущей профессии.

3. Создать условия для непрерывного до профессионального и профессионального образования.

4. Повысить профессиональное мастерство педагогов и качество дополнительных образовательных программ по технической и естественнонаучной направленностям.

5. Создать сеть, включающую образовательные организации (дополнительного, общего, среднего профессионального и высшего образования), коммерческие организации и промышленные предприятия для развития научно-технического творчества и естественнонаучной деятельности детей и молодежи.

2.Поисковая часть

2.1. Аналоги и прототип нашего изделия

Бизиборд для развития мелкой моторики

 

Бизиборд для развития

инженерных навыков

 

Бизиборд для развития цветовосприятия

 

Вывод: проанализировав аналоги, за прототип мы решили взять вариант №2, т.к. этот бизиборд сочетает в себе развитие инженерных способностей и подходит для детей малого возраста.

2.2. Достоинства и недостатки

В процессе работы мы выявили достоинства и недостатки качества нашего изделия:

Достоинства

Недостатки

Практичный

Громоздкий

Развивающий

 

Вместительный

 

Красивый на вид

 

2.3. Выбор материала

Название материала

Характеристика

фанера

Тонкая деревянная пластинка для оклейки поверхности столярных изделий.

двп

Строительный материал, состоящий из прессованного под высоким давлением древесного волокна. ДВП не бывают толстыми низкая цена при высокой долговечности, распространенный материал

дсп

Очень твердый материал, который не допускает тонкой обработки изготавливается из древесных опилок и стружек, пропитанных связывающим веществом, а именно — формальдегидными смолами.

Вывод: проанализировав некоторые виды, мы решили остановиться на ДВП, так как, этот материал не бывает толстым, при этом имеет низкую цену и высокую долговечность.

Название материала

Характеристика

ABS

Пластик, природного растительного происхождения, имеет приятный запах при нагревании; более широкий диапазон цветов и обладает глянцевой поверхностью. Сложнее шлифуется и обрабатывается. Пластик не требует особых требований по утилизации

PLA

Достаточно прочный пластик, обладающий гибкостью. Природный цвет PLA-пластика имеет молочно-бежевый цвет. Легко поддается обработке и шлифуется. Растворяется в ацетоне, намного легче поддается переработке.

Вывод: проанализировав виды, мы решили остановиться на PLA пластике, так как, этот материал достаточно прочный, обладает гибкостью и легко поддается обработке.

3. Рационализаторское предложение

Почти все бизиборды изготавливают для детей малого возраста, с его помощью у детей развивается цветовосприятие, мелкая моторика рук, формирование определенных умений. Мы же предлагаем усовершенствовать бизиборд заданиями из теста Беннета. Благодаря такому бизиборду, у ребенка будут развиваться инженерные навыки с детского сада.

Наше изделие представляет собой две доски 60*95. На одной из сторон расположены 3 вида зубчатой передачи. Шестеренки вырезаны из фанеры. Прикреплены к фанере при помощи шарниров. Все детали подвижны и легко приводятся в действие.

На другой стороне представлены 3 вида ременной передачи. Все шкивы напечатаны на 3D принтере из ABS пластика. Они так же прикреплены при помощи шарниров. Передача осуществляется с помощью канцелярских резинок.

4.Эколого - экономическая часть

4.1.Экологическая часть

В процессе создания проекта были использованы экологически чистые материалы, не содержащие вредных примесей, а также не было нанесено вреда окружающей среде.

4.2.Экономическая часть

Материалы

Количество

Цена

Фанера

1лист

150руб.

Краска

1банка

80руб.

Болты

20шт.

16руб.

Шайбы

40шт.

16руб.

Гайки

40шт.

16руб.

ДВП

1лист

80руб.

PLA пластик

5метров

300руб.

 

Итог:

660руб.

Вывод: Себестоимость бизиборда составила около 660 руб. К себестоимости материалов прибавляется оплата труда. Труд ученика стоит примерно 30 руб/час, проработав 10 часов, оплата труда составила 300 рублей. Получилась эксклюзивная вещь по сравнительно недорогой цене. Итого, полная стоимость изделия составила 960 рублей, когда магазинные бизиборды в среднем стоят от 1500 рублей и более.

  1.  
    1. Эстетическая часть

Изделие имеет приятный внешний вид, радует глаз и помогает развивать умственную деятельность.

Заключение По окончанию работы над проектом мы достигли поставленной цели и изготовили оригинальные бизиборды для развития инженерного мышления своими руками. Изучили много интересных фактов о истории бизиборда, различных механических передачах, узнали об одной из инженерных школ Екатеринбурга. Расширили свой кругозор. В процессе создания проекта были использованы экологически чистые материалы, не содержащие вредных примесей, а также не было нанесено вреда окружающей среде. В итоге, мы решили проблему и удовлетворили нашу потребность. Такой развивающий бизиборд понравится любому ребенку и будет интересен для него. Список литературы
  1. http://sovetclub.ru/kak-sdelat-bizibord-svoimi-rukam

  2. http://fb.ru/article/245380/mariya-montessori-biografiya-i-foto-interesnyie-faktyi

  3. http://de-korol.ru/intereri/detskaya_komnata/bizibordyi-razvivayushhie-doski-dlya-detey.html

  4. http://razvitie-krohi.ru/igryi-dlya-detey/igrushki/bizibord-razvivayushhaya-doska.html

  5. https://www.tikitoki.ru/post/bizibord-umnaja-doska