Ученые - школьникам

Вектор, направленный в будущее

Несколько лет назад кандидат физико-математических наук Н.Ю.Теряева организовала кружок моделирования и прототипирования в дубненском Центре дополнительного образования для детей "Дружба". Занятия проходили в нескольких школах Дубны и в Центре прототипирования университета "Дубна". Был еще класс "NICA-школа" в школе "Юна". Полтора года назад Н.Ю.Теряева объединила всех своих учеников в образовательном проекте ОИЯИ под названием Школа юного инженера "Вектор NICA". Сегодня ученики Школы юного инженера занимаются трехмерным компьютерным моделированием и прототипированием в здании школы №4. Школа участвовала во Всероссийском конкурсе "Наставник", проводившемся в феврале в Москве на ВДНХ. Юные инженеры представили сделанную собственноручно модель детектора MPD ускорительного комплекса NICA, изготовленную в масштабе 1:100.

- В этом кабинете мы занимаемся с конца 2016 года, - рассказывает Наталья Юрьевна. - У нас самый современный в Дубне 3D-принтер, принадлежит он Институту, но передан Школе юного инженера в безвозмездное пользование. Ноутбуки, на которых работают дети в нашем классе, школьные, поскольку занимаются, в основном, учащиеся 4-й школы вместе с ребятами из 6, 1 и 8-й школ.

С технологиями прототипирования я познакомилась в университете "Дубна" на соревнованиях по рабочим профессиям World Skills. Председателем жюри оказался профессор-технолог из Бауманки, который мне подробно рассказал о компьютерном моделировании и прототипировании и об отечественной разработке - системе автоматизированного проектирования ADEM. Это простая и эффективная система, в которой можно построить не только трехмерный эскиз объекта, но и получить его чертеж со всеми размерами, технологическую карту и программу для станка с числовым программным управлением, на котором будет изготовлена спроектированная деталь. То есть ADEM охватывает полный производственный цикл.

Интерес к моделированию проявили три школы - №№ 1, 3 (там были 3D-принтеры) и 8, в которых мне и предложили вести занятия по моделированию для детей. Часть детей, составлявших костяк моего кружка в ЦДО "Дружба", были учащимися школы №4. И когда оказалось, что в одной школе сильно устаревшие компьютеры, в другой 3D-принтер постоянно выходит из строя, то есть заниматься практически негде, я предложила организовать кружок в 4-й школе при поддержке УНЦ ОИЯИ. Директор школы Е.Л.Бодина приветствовала это начинание, Григорий Владимирович Трубников (тогда вице-директор ОИЯИ) позаботился о 3D-принтере, АХО ОИЯИ отремонтировал для нас класс. Вот так появился новый образовательный проект Объединенного института.

Дети должны соревноваться, испытывать себя. Соревнования - стимул к развитию. Инженерно-технических олимпиад для школьников хорошего уровня проводится мало. Фактически только World Skills - она хотя и государственная, но необязательная в том смысле, что на проведение олимпиад по физике, математике, русскому языку и другим предметам закладываются расходы в Горуно. А у World Skills есть вступительный взнос, который должна обеспечить организация-участник. У Горуно на это не всегда находятся средства.

Задания на соревнованиях World Skills очень сложные, время строго регламентируется. Поскольку мы не успели поучаствовать в World Skills в этом году, то искали возможности испытать себя в борьбе с сильным соперником. Проректор университета "Дубна" Ю.А.Крюков рассказал мне об одном из лицеев Дмитрова, где дети занимаются прототипированием. Дмитровские ребята уже участвовали в World Skills, в составе их команды есть бронзовый призер регионального тура этого чемпионата. Мы решили для начала провести тренировочный турнир. Соревноваться с более сильными соперниками было очень интересно. Мои ребята впервые работали командой. Капитан должен уметь распределить задания каждому, взрослые никак не помогают - это запрещено, наблюдают только издали. За час каждый участник должен был сделать свою деталь, сдать готовый чертеж. Мы заняли второе место и очень довольны очевидной пользой от соревнований. Теперь мы хотим провести матч-реванш, и уже договорились, что весной, в конце учебного года встретимся в очередном турнире.

Кабинет украшен фотографиями, на одной из которых я узнала Николая Андреева из Математического института имени Стеклова РАН, который несколько лет назад приезжал с лекцией в Дубну на Дни физики.

- Да, мы с ребятами были в Стекловке на экскурсии. У Николая Андреева там замечательная лаборатория пропаганды и популяризации математики. Все абсолютно бытовые экспонаты представляют какую-то математическую закономерность. Он интересно рассказывает обо всем - как работает параболическая антенна, почему башня Шухова - гиперболоид. Все выглядит как поражающие воображение фокусы. Это его увлечение и профессия, и он умеет обо всем так рассказать, что становится математически понятно, а с другой стороны - очень увлекательно. После Математического института мы сходили в Третьяковку. Еще хотим съездить в Музей воды, есть такой в Москве. В нем собраны все конструкции, подающие воду, а размещается он в первой построенной в городе канализационно-насосной станции. Мы уже побывали в Сколково, где познакомились с ребятами, которые занимаются изготовлением моделей самолетов. Наши ребята посоревновались с ними и тоже сделали свои модели.

Младшая группа наших юных инженеров занята созданием обучающего конструктора в виде таблицы Менделеева. Его идею нам подсказал Юрий Цолакович Оганесян, когда мы ему подарили клеточку таблицы, напечатанную на 3D-принтере, - с оганесоном. "А вы можете сделать конструктор из таблицы Менделеева, чтобы дети, играя, ее изучали?" Тут главное было не напечатать, а придумать, как их вместе соединить. Придумывали долго, но теперь они легко соединяются, можно легко собирать элементы по группам. Есть энтузиасты - Герман, который отвечал за изготовление VII и VIII групп, решил и VI сделать, Андрей после своей V группы взялся за IV. Когда мы таблицу доделаем, добавим к ней описание периодического закона, изменения химических свойств элементов по периодам, группам. Так дети будут знакомиться с химией и физикой, собирая этот конструктор.

Проектированием одного из элементов в это время занимался второклассник (!) школы №8 Артем Якутин: Здесь много чего интересного, но больше всего мне нравится моделировать на компьютере.

"Продукция" юных инженеров: ракеты, модель детектора MPD и аэромобиль.

Н.Т.: А вот уже второе исполнение детектора MPD - попробуй, какой он легкий! Ярмо первого мы напечатали отдельными 28 балками, в точности по чертежу настоящего детектора. Но остывшая пластмасса дала усадку, и между балками образовался не предусмотренный чертежом зазор, пришлось балки скреплять между собой клеем. Конструкция оказалась неточной и не очень удачной. Второй вариант ярма мы сделали иначе. Он разбирается как матрешка: можно подержать в руках ярмо, криостат, который охлаждает магнит, электромагнитный калориметр, сцинтилляционный детектор, сейчас печатается время-проекционная камера...

За изготовлением камеры следил пятиклассник школы №6 Миша Чередеев: Я проектировал электромагнитный калориметр - это такая часть коллайдера, которая будет фиксировать энергию частиц, возникающих в нем. Его смоделировать несложно. Сначала мы изучили возможности программы AdemCAD, есть еще куча программ, которые строят 3D-модели. Я хочу рассказать про мой метод, который я тут применил. Вместо того чтобы моделировать две половинки калориметра, проще сделать целую с канавкой и выступом. Я сам догадался, что это можно сделать с помощью операции "эквидистанта". В результате у нас получается чудесный эскиз канавки.

- А если бы это все пришлось чертить вручную?

- Я чертить обожаю, но у нас в школе черчения еще нет, оно начинается с 7-го класса.

- А дальше что будешь моделировать?

- Мы детектор почти закончили, осталось сделать несколько деталек, не таких сложных. Вообще вся сложность черчения в этой программе - сделать эскиз, остальное все довольно легко делать, потому что делается автоматически.

- А для чего предназначены эти установки, вы знаете?

- Да, Наталья Юрьевна нам рассказывает. В калориметре фотон, попадая в вещество, выбивает электроны и другие частицы, рождает ливень вторичных частиц, которые в свою очередь рождают следующие частицы...

- Школьной физики тебе, наверное, не хватает?

- Да у нас еще нет физики!

Н.Т.: Методика обучения оттачивается со временем. С ракет, которые мы запускали в космос, проще начинать обучение маленьких - ракеты состоят из простых геометрических фигур: цилиндр, конус, плоские стабилизаторы. То есть при компьютерном моделировании нужно выполнить простые операции, на которых можно попрактиковаться. Когда ребята изготавливают таблицу Менделеева, это тоже простые, но полезные операции. Мы не стали гнаться за тем, чтобы сразу начать с какой-то суперсложной вещи, мы начали с простых, но интересных вещей, одновременно осваивая трехмерное моделирование. А World Skills задает сразу высокую планку. Мы к ней стремимся, мы тоже научимся делать сложные вещи. Чтобы наши воспитанники к концу школы, если продолжат заниматься, смогли вполне осознанно выбрать привлекательную, современную и интересную профессию. Я хочу развивать их по разным направлениям. Просто черчение - это скучновато, поэтому, когда ребята захотели научиться рисовать вполне определенные вещи, мы занялись рисованием по всем правилам академического рисунка. Им понравилось.

Еще у нас есть робот на платформе Arduino, которого мы раз в несколько месяцев собираем, чтобы потренироваться в сборке электрических схем и программировании роботов. Чаще заниматься этим - пока руки не доходят. Когда загораемся какой-то новой идеей, самые ответственные ребята говорят: надо сначала коллайдер доделать. Так что мы сначала полностью все детали для комплекса NICA напечатаем, а дальше будем работать над конструкцией всего ускорительного комплекса, сделаем модели предускорителей, синхрофазотрона, нуклотрона, всех зданий комплекса. Делаем все разборным, как матрешка, потому что внутри будет идти прозрачный канал со светодиодами, запрограммируем их и будем ими моделировать встречные пучки, чтобы было видно, как внутри детектора происходит взаимодействие частиц. И подарим нашу модель либо в музей ОИЯИ, либо в Визит-центр, чтобы гости Дубны могли познакомиться с мега-сайенс проектом ОИЯИ... А вообще надо сделать два экземпляра...

Лева Пидгайко, восьмиклассник школы №4: Занимаюсь в Школе юного инженера, чтобы развиваться. В будущем хочу стать инженером и работать в ОИЯИ.

Алишер Абдуллаев, восьмиклассник школы №4: Мне интересно заниматься моделированием на компьютере. Думаю, моя профессия в будущем будет связана с инженерией.

Трудно сказать сейчас, кем станут эти мальчишки. Ясно одно, они будут хорошо ориентироваться в информационных технологиях и инженерно-технических задачах. А это означает, что "Вектор NICA" вовремя задал им правильное направление в жизни.

Ольга ТАРАНТИНА, фото автора