Пояснительная записка

Настоящая программа предназначена для проведения кружковых занятий естественно-научной и технической направленности - «БИОSteel» в изучении науки бионики с учащимися 15-17 лет на базе общеобразовательной школы. Программа разработана в соответствии с федеральным государственным образовательным стандартом, с учетом специфики данного вида деятельности и материально-техническим обеспечением школы. Уровень программы – базовый.
Актуальность продиктована рядом факторов:
- Нормативно-правовыми документами:
• Закон РФ «Об образовании в Российской Федерации» (№273-фзот 29.12.2012);
• Концепция развития дополнительного образования детей (утв. Распоряжением Правительства РФ от 4 сентября 2014 г. №1726-р);
• Приказ Министерства Просвещения Российской Федерации от 9 ноября 2018 г. № 196 «Об утверждении порядка организации и осуществления образовательной деятельности по дополнительным общеобразовательным программам»;
• Постановление Главного государственного санитарного врача РФ от 4 июля 2014г. №41 «Об утверждении СанПиН 2.4.4.3172-14 «Санитарно-эпидемиологические требования к устройству, содержанию и организации режима работы образовательных организаций ДО детей»;
• Письмо Минобрнауки РФ от 18.11.2015 №09-3242 «О направлении рекомендаций» (Методические рекомендации по проектированию дополнительных общеразвивающих программ);
• Письмо Минобрнауки РФ от 14.122015г. №09-3564 «О внеурочной деятельности и реализации дополнительных общеобразовательных программ» (вместе с Методическими рекомендациями по организации внеурочной деятельности и реализации дополнительных общеобразовательных программ»);
• Письмо Министерства образования Московской области от 26.08.2013г. №10825-13в/07 «Об изучении правил дорожного движения в образовательных учреждениях Московской области»;
- потребностью обучающихся в выборе оптимальных профессий по способностям;
– социальным заказом

Проблема: В наше время в мире нарастающими темпами развертывается новый этап научно-технической революции. Ведущими, приоритетными направлениями стали микроэлектроника, информатика, робототехника, биотехнология, создание материалов с заранее заданными свойствами, приборостроение, ядерная энергетика, аэрокосмическая промышленность и т.д. Осуществляется переход на цифровые технологии. В этих условиях требуются специалисты, обладающие соответствующими знаниями, необходимыми компетенциями. Отечественная образовательная система с существенным запозданием реагирует на изменения в современном мире, что приводит к неизбежному отставанию технического образования от процессов развития науки, техники, производства. В нашей стране наблюдается дефицит квалифицированных кадров инженерно-технического профиля. Положение усугубляется еще и тем, что в школьном образовании программы обучения по разным предметам не связаны между собой и не дают полного представления о существующих на данный момент технологиях, востребованных во всем мире.
Кружковые занятия по бионике позволят соединить воедино те знания, которые учащиеся получают на уроках физики, математики, химии, информатики, технологии и биологии.
Бионика – прикладная наука о применении в технических устройствах и системах принципов организации, свойств, функций и структур живой природы, то есть формах живого в природе и их промышленных аналогах, наука, которая помогла человеку применить законы природы в технологическом прогрессе. Она тесно связана с биологией, физикой, химией, кибернетикой и инженерными науками – электроникой, навигацией, связью, морским делом и др., а так же с нанотехнологиями. Живая природа - гениальный конструктор, инженер, технолог, великий зодчий и строитель, непревзойденный метеоролог. В ходе эволюционного развития в живых организмах сформировались многие весьма тонкие органы чувств, высокосовершенные механизмы обмена веществ, преобразования энергии и информации. Эти «биоинженерные системы» природы функционируют очень точно, надежно и экономично. Чтобы понять принцип их работы иногда необходимо погрузиться в наномир. Практичное человечество давно научилось копировать природу для создания различных вещей. Это явление называется в науке биомиметика (или бионика) – создание чего либо, используя принципы, которые мы «подсматриваем» у природы как на уровне принципов действия, так и на наноуровне.
Содержание и методический аппарат курса способствует развитию умения наблюдать и сравнивать предметы и их природные аналоги, выделять в них существенные признаки и свойства и осуществляется на основе усвоения приемов логического мышления, знакомит с понятием «нанотехнологии».

Цель программы: Повысить эффективность обучения школьников естественно-научным предметам через творческую и практическую деятельность. Показать значение естественнонаучных и технических знаний для пользы человечества и развития технического прогресса, расширить кругозор школьников в области бионики. Сформировать у обучающихся компетенции в области самостоятельного поиска и анализа научной и технической информации, планирования и осуществления образовательной деятельности (и/или создания продукта), получения знаний и умений в области бионики.

Задачи программы:
Предметные:
· познакомить обучающихся с основами науки бионики и нанотехнологией.
· познакомить с интересными фактами заимствования идей изобретений у живой природы,
· объяснить роль бионики в практической деятельности людей.
· объяснить понятие и роль нанотехнологий
· научить приводить доказательства взаимосвязи человека и окружающей среды; зависимости здоровья человека от состояния окружающей среды.
· учить анализировать и оценивать последствия деятельности человека в природе, влияние факторов риска на здоровье человека.
Метапредметные:
· развитие интереса, познавательной активности, самостоятельности и получение более глубоких знаний в сфере естественных наук – математики, астрономии, физики, биологии, химии, информатики
· развитие познавательного интереса к предметам естественно - научного цикла;
· включение обучающихся в познавательную деятельность,
· приобретение определенных знаний, умений, навыков по бионике,
· развитие мотивации к выбору профессии;
Личностные:
· формирование общественной активности личности, гражданской позиции, культуры общения и поведения в социуме, навыков здорового образа жизни;
· развитие личностных свойств - самостоятельности, ответственности, активности, аккуратности;
· формирование потребности в самопознании, саморазвитии

Отличительными особенностями программы является уход от шаблонного, стандартного мышления за счет использования таких видов занятий, на основе которых дети до самого завершающего этапа работают без предоставления образца изделия по предложенной педагогом схеме. Такой подход дает детям возможность проявить в полной мере свои креативные способности, развить фантазию, отказаться от стереотипов мышления. Программа предусматривает индивидуальную работу с детьми, создание условий для их самовыражения, а также коллективное творчество.
Адресат программы: учащиеся 15-17 лет, которые будут продолжать образование в учебных заведениях с техническим, инженерным, архитектурным и художественным уклоном. Обучение по программе «БиоSteel» ведётся в соответствии с возрастными особенностями подростков. Набор учащихся свободный.
Объем и срок освоения программы: рабочая программа включает вариативные и инвариантные модули, всего 36 часов, и рассчитана на 1 год реализации.
Форма обучения: очная (с возможностью дистанционного обучения)

Особенности организации образовательного процесса:
Вид занятий индивидуально-групповой, группы по 12-15 человек в возрасте 15-17 лет, состав групп постоянный. Все занятия разбиты на модули. Каждый модуль включает группу занятий, направленных изучение одного из разделов бионики. Первый модуль инвариантный, остальные вариативные. Изучение каждого модуля разбито на 3 этапа и завершается представлением практической работы. Предусмотрены различные типы занятий. Для практической работы идет деление группы на команды от 1 до 5 учащихся. Учащиеся могут использовать свои мини-проекты и исследования, полученные в результате практических работ, для дальнейшей разработки и представлении их на конкурсах и олимпиадах. Для разработки проектов они могут использовать время, отведенное для практических работ модулей.
Режим занятий: занятия проводятся 1 раз в неделю в течение 1 академического часа (45 минут), учебная нагрузка за 1 год обучения составляет 36 часов.

Планируемые результаты обучения по программе:

Должны знать и уметь:

· смысл понятий: наука бионика, архитектурная, биологическая, техническая бионика, бионическая модель, реактивное движение, ультразвук, инфразвук, электормагнитные излучения, излучение, эхолокация, роботы, оптоволокно, нанотехнологии;
· смысл физических величин :путь, скорость, ускорение, сила, импульс, работа, мощность, кинетическая энергия, потенциальная энергия.;
· естественнонаучный метод познания, бионика, эволюция Вселенной, биологическая эволюция, биоразнообразие, организм, популяция, экосистема, биосфера, ноосфера; вклад великих ученых в формирование современной естественнонаучной картины мира; значимость научных исследований
· описывать и объяснять физические явления: реактивное движение, отражение звуковых и электромагнитных волн;;
· приводить примеры практического использования физических знаний о механических, электромагнитных и квантовых явлениях;
· осуществлять самостоятельный поиск информации естественно-научного содержания с использованием различных источников (учебных текстов, справочных и научно-популярных изданий, компьютерных баз данных, ресурсов Интернета), ее обработку и представление в разных формах (словесно, с помощью графиков, математических символов, рисунков и структурных схем);
· приводить примеры экспериментов и/или наблюдений, обосновывающих: уровни организации живого, приспособленность организмов к среде обитания, эволюцию живой природы, превращения энергии и вероятностный характер процессов в живой и неживой природе, взаимосвязь компонентов экосистемы, влияние деятельности человека на экосистемы;
· объяснять прикладное значение важнейших достижений в области естественных наук, бионике для: развития энергетики, нанотехнологий, транспорта и средств связи, получения синтетических материалов с заданными свойствами, создания биотехнологий, биоиндикации, нейропрограммирования, охраны окружающей среды;
· выдвигать гипотезы и предлагать пути их проверки; делать выводы на основе экспериментальных данных, представленных в виде графика, схемы, таблицы или диаграммы;
· работать с естественнонаучной информацией, содержащейся в сообщениях СМИ, ресурсах Интернета, научно-популярных статьях: владеть методами поиска, выделять смысловую основу и оценивать достоверность информации;
· использовать приобретенные знания и умения в практической деятельности и повседневной жизни.

Должны иметь личностные качества и владеть компетенциями:

· решать учебные проблемы в ходе исследования,
· связывать воедино разрозненные части знания,
· извлекать пользу из образовательного опыта,
· находить и обрабатывать информацию;
· работать с различными источниками информаций,
· выслушивать и принимать во внимание взгляды других людей,
· дискутировать и защищать свою точку зрения,
· самовыражать себя в творческой работе, сотрудничать и работать в команде;
· видеть связи между природными и технологическими событиями,
· самостоятельно принимать решения,
· делать посильный вклад в коллективный проект,
· организовывать свою деятельность;
· генерировать новые решения,
· быть твердыми и стойким перед возникшими трудностями.

Личностные, метапредметные и предметные результаты:

· развитое ценностное отношение к творческой деятельности;
· овладение навыками сотрудничества, а также сформированное толерантное сознание в процессе создания проекта или исследования;
· развитое образно-логическое мышление и способность к самореализации
· развитая наблюдательность, внимание, воображение и мотивация к учебной деятельности;
· умение вести поиск, анализ, отбор информации, ее сохранение, передачу и презентацию с помощью технических средств и информационных технологий;
· развитое проектное мышление

Формы аттестации: система отслеживания результатов реализации дополнительной образовательной программы осуществляется через решение проблемных задач, опрос, творческие работы, графические работы, презентации, проекты как индивидуальные, так и групповые, групповые оценки работ.
Формы отслеживания и фиксации образовательных результатов: журнал посещаемости, фото, дневник модуля, готовые работы, методические разработки.
Формы предъявления и демонстрации образовательных результатов: готовые изделия, защита творческих работ, участие в профильных конкурсах, олимпиадах, выступления на конференциях.
Материально-техническое обеспечение:
Учебный кабинет, оборудован в соответствии с профилем проводимых занятий и оборудованный в соответствии с нормами СанПиН 2.4.4.3172-14. Таблицы (плакаты) по основным темам всех разделов. Раздаточные дидактические материалы по темам всех разделов каждого направления подготовки учащихся. Раздаточные контрольные задания. Экспозиционный экран навесной, сканер, принтер. копировальный аппарат, 3д-принтер. Компьютеры с ПО, набор измерительных инструментов для работы, лабораторное оборудование для исследований. набор инструментов для практических работ, набор электромеханических конструкторов.
Информационное обеспечение: Интернет-ресурсы по основным разделам. Видеофильмы по основным разделам и темам программы. Видеофильмы по современным направлениям развития технологий, материального производства. Нормативные материалы Справочные пособия по разделам и темам программы.

Содержание учебного плана.

Модуль 1 (6 часов)

Патенты живой природы

Занятие 1. Введение. Первичный инструктаж на рабочем месте. Знакомимся с бионикой. По страницам истории науки бионики. Развитие науки с древности до наших дней. Хронологические этапы истории, предшествующие развитию бионики. История инженерно-биологических исследований. Теория бионики. Подготовка к дню рождения бионики.
Занятие 2. День рождения бионики
Выставка технических устройств: различные виды протезов, роботы, биолюминесценция, экзоскелеты и прочее. Заглянем в микромир и наномир. Игра «Найди аналог в природе»
Занятия 3-6. Жизнь в движении – движение в воздухе, на земле, в воде. Введение в биомеханику. Природный транспорт. Механизмы и приспособления подсмотренные у природы.
Деление на команды. Определение способов представления работы, разработка дорожной карты, Практическая работа в команде по выбранной теме.
Темы для практических работ:

• Снегоходы и снегоступы животных.
• Плавание. Погружение в воду.
• Стили плавания животных. Живые батискафы
• О приспособлениях живых организмов к плаванию, парению в воде.
• Как рождается движение.
• Передвижение по различным поверхностям.
• Летательные аппараты, воздухоплавание.
• Собственная тема

Представление работ. Групповое обсуждение работ.

Модуль 2 (6 часов)

Учимся у природы. Биомеханика.

Занятие 7. Обзор существующих приспособлений, подсмотренных в природе. Мастерская природы. Механизмы, запатентованные миллионы лет назад. Биологические модели.
Занятия 8-11. Жизнь в движении – движение в воздухе, на земле, в воде. Введение в биомеханику. Совершенство природных механизмов. Конструкции механизмов, подсмотренные у природы. Принципы бионического моделирования.
Деление на команды. Определение способов представления работы, разработка дорожной карты. Распределение задач в команде. Практическая работа в команде по выбранной теме.
Темы для практических работ:

• Природные рычаги, нагрузка, физический смысл работы.
• Буры и свёрла. Землеройные машины.
• Ходячие присоски.
• Животные снайперы.
• Дятел и каски каскадеров.
• Щипцы и клювы птиц.
• Гидравлические и пневматические приспособления.
• Собственная тема

Создание моделей в 3D Max, Компас, печать моделей.
Занятие 12. Бионика в механике. Представление работ. Командный Science Slam. Групповая оценка работ

Модуль 3 (6 часов)

Бионика: измерения и приборостроение.

Занятие 13. Что могут живые приборы.. Биомагнетизм. Растительные и животные компасы. Биоакустика. Биоэлектричество. Биомагнетизм. Терморегулирующие установки.
Занятия 14-17. Как это работает. Соревнуемся с природой. Искусственные органы чувств. Электронный нос и передатчик запахов. Электронный глаз и видеокамера. Датчики света. Датчики прикосновения. Исследование органов чувств и других воспринимающих систем живых организмов с целью разработки новых датчиков и систем обнаружения.
Деление на команды. Определение способов представления работы, разработка дорожной карты. Распределение задач в команде. Практическая работа в команде по выбранной теме.
Темы для практических работ:

• Живые барометры.
• Живые сейсмографы.
• Искусные живые навигаторы.
• Живые влагомеры, гигрометры.
• Живые опреснители морской воды.
• Живые рудоуказчики.
• Местные синоптики.
• Эхолокация.
• Детектор воды.
• Собственная тема

Создание моделей в 3D Max, Компас, печать моделей.
Занятие 18. Детекторы. Что измеряем. Оформление и представление работ. Групповая оценка работ.

Модуль 4 (6 часов)

Бионика и медицина.

Занятие 19. Медицинский кабинет природы.. Исследование органов чувств и других воспринимающих систем живых организмов с целью разработки технических аналогов. Термостат млекопитающих и человека. Криобиология. Анабиоз. Искусственные органы чувств..
Занятия 20-23. Бионика и нанотехнологии в медицине. Бионика в наномедицине. Искусственные органы чувств. Бионические протезы.
Деление на команды. Определение способов представления работы, разработка дорожной карты. Распределение задач в команде. Практическая работа в команде по выбранной теме. Ведение дневника исследований
Темы для практических работ:

• Терморегулирующие установки.
• Экстремофилы - организмы с необычными свойствами.
• Электронный нос и передатчик запахов.
• Электронный глаз и видеокамера.
• Экстремофилы - организмы с необычными свойствами.
• Искусственная кисть, искусственная рука, нога
• Искусственные органы.
• Биопринтинг.
• Инкубаторы.
• Адресная доставка лекарств.
• Собственная тема

Занятие 24. Бионические модели. Оформление и представление презентаций. Командный Science Slam. Групповая оценка работ

Модуль 5 (6 часов)

Нейробионика.

Занятие 25. Разум множества. Неожиданное появление некой функции. Организация муравьев и пчел. Многозадачность и распределение. Биороботы. Киборги.
Занятия 26-29. Роботы тоже учатся. Эффект 100-й обезьяны. Моделирование нейронных сетей. Электронный мозг.
Деление на команды. Составление кейсов для других команд. Решение кейсов. Распределение ролей в команде для решения задач. Практическая работа в команде по предложенной другой командой теме со сборкой роботов с заданными функциями.
Темы для практических работ:

• Сборка роботов.
• Программирование роботов.
• Космические роботы.
• Нанороботы.
• Человек – венец природы?
• Что природа не придумала.
• Собственная тема

.
Занятие 30. Биороботы и киборги. Командный Science Slam. Соревнования роботов. Групповая оценка работ.

Модуль 6 (6 часов)

Природа в архитектуре и дизайне.

Занятие 31. Секрет сот и геометрия яйца – удачные решения природы. Бионика в архитектуре, строительстве и дизайне. Архитектура заимствует у природы удачные решения. Самые необычные здания.
Занятия 32-35. Трансформация и устойчивость. Природа архитектуры и архитектура природы. Бионические формы в интерьере. Дома животных в разных средах обитания. Все свое ношу с собой.
Деление на команды. Практическая работа над дизайн–проектом в команде по выбранной теме.
Темы для практических работ:

• Пчелы и секрет шестиугольника.
• Самые необычные здания.
• Бобры и гидротехника.
• Устойчивость спиральных мостов и вантовых конструкций.
• Тенсегрити или самонапряженные конструкции.
• Эйфелева башня и её биологическая модель.
• Подсолнечник и гелиотропические сооружения.
• Собственная тема

.Занятие 36. Мир будущего – мой мир. Публичное командное выступление. Защита дизайн-проекта. Групповая оценка работ. Строим планы на будущее.

Методическое обеспечение программы:

методы обучения: словесный, наглядный практический; объяснительно-­иллюстративный, репродуктивный, частично-поисковый, исследовательский проблемный; дискуссионный, проектный;
формы организации образовательного процесса: индивидуально-групповая, категории обучающихся без ограничения по состоянию здоровья;
формы организации учебного занятия: беседа, диспут, защита проектов, конкурс, , практическое занятие, экскурсия, теоретическое занятие, презентация, творческая мастерская, решение кейсов, хакатон, кивз, брейн-шторм, командный Science Slam, Bootcamp.
педагогические технологии: технология индивидуализации обучения, технология группового обучения, технология коллективного взаимообучения, технология модульного обучения, технология блочно-модульного обучения, технология разноуровневого обучения, технология развивающего обучения, технология проблемного обучения, технология исследовательской деятельности, технология проектной деятельности, технология коллективной творческой деятельности, технология решения изобретательских задач

алгоритм учебного занятия:
1этап – организационный, информационный.
Задача: подготовка детей к работе на занятии, Содержание этапа: организация начала занятия, создание психологического настроя на учебную деятельность и активизация внимания.
II этап - основной. Погружение в тему. Усвоение новых знаний и способов действия. Задача: обеспечение восприятия, осмысления и первичного запоминания связей и отношений в объекте изучения. Целесообразно при усвоении новых знаний использовать задания и вопросы, которые активизируют познавательную деятельность детей.
III этап – контрольный, рефлексивный.
Задача: выявление качества и уровня овладения знаниями, их коррекция, мобилизация детей на самооценку. Может оцениваться работоспособность, психологическое состояние, результативность работы, содержание и полезность учебной работы.
Используются вопросы и задания различного уровня сложности (репродуктивного, творческого, поисково-исследовательского).
дидактические материалы - раздаточные материалы, инструкционные, технологические карты, задания, упражнения, образцы изделий.