Руслан ТИХОНОВ, руководитель Клуба юных киберфизиков при московской Библиотеке № 214 имени Ю.А. Гагарина, с сентября по ноябрь 2022 года исследовал опыт практикующих российских наставников и экспертов дополнительного образования: анкетировал, брал интервью, изучал историю кружков электроники и материалы круглого стола в рамках Конвента Кружкового движения 2022. По итогам Руслан написал аналитический отчёт, в котором представлены компетенции педагогов российских кружков по электронике XXI века, возникающие у них проблемы и возможности решения этих проблем.
Первая часть статьи познакомит вас с краткой историей кружков электроники в СССР и Российской Федерации, а также современными отечественными инициативами, направленными на поддержку детского и юношеского технологического творчества.
Первая часть статьи познакомит вас с краткой историей кружков электроники в СССР и Российской Федерации, а также современными отечественными инициативами, направленными на поддержку детского и юношеского технологического творчества.
История дополнительного образования в области электроники в России
История современных кружков электроники ведёт свое начало с 1922 года, когда в советской России стали появляться первые радиокружки. Их участниками были молодые люди – школьники, студенты, рабочие. В кружках они собирали простейшие радиоприемники, радиопередатчики и громкоговорители. Особенность того периода была в том, что любителям практически не были доступны готовые радиодетали. Кружковцы сами создавали из материалов, находившихся под руками, всё необходимое — кристаллические детекторы, конденсаторы переменной ёмкости, катушки, антенны и мачты для их установки, анодные батареи и многое другое.
С первых дней работы руководители этих радиокружков делились своим опытом в журнале «Радиолюбитель» (сейчас переименован в «Радио»), а немного позднее, в 1927 году, издали первую в своём роде книгу «Радио в школе» Евгения Николаевича Горячкина. Он был учителем физики Лосиноостровской школы и основал один из первых радиокружков России. В книге описывалась аппаратура, необходимая для лабораторных занятий по радиотехнике, и методика ведения этих занятий.
После нескольких десятилетий развития ламповой радиотехники, в 60-е года, стали доступны первые транзисторы. Благодаря ним произошла миниатюризация электроники, казавшаяся настоящим чудом. Вместо прежних громоздких радиоприёмников кружковцы стали собирать «карманные». Стало популярно создание звукозаписывающей и усилительной электроники, аппаратуры радиоуправления и телевидения, создание роботов человекоподобной формы.
В 70-е годы появились цифровые микросхемы и началось конструирование электронных часов, первых приставок для игр и приборов автоматики для дома, школы и предприятий. Многие радиокружки превратились в кружки радиоэлектроники, автоматики или кибернетики. Стали регулярно издаваться книги, адресованные наставникам кружков, и учебники для школ.
В 80-е годы появились домашние персональные компьютеры, и интерес большинства любителей электроники окончательно сместился в сторону цифровой вычислительной техники. О числе занимающихся любительской электроникой в это десятилетие можно косвенно судить по тиражу журнала «Радио», достигшему 1,5 млн экземпляров в месяц. А ведь издавались и другие журналы и книги на эту тематику. Публиковались схемы для самостоятельной сборки первых любительских компьютеров – «Микро-80» и «Радио 86РК». Их собирали тысячи энтузиастов по всей стране, с трудом доставая дефицитные микросхемы.
История современных кружков электроники ведёт свое начало с 1922 года, когда в советской России стали появляться первые радиокружки. Их участниками были молодые люди – школьники, студенты, рабочие. В кружках они собирали простейшие радиоприемники, радиопередатчики и громкоговорители. Особенность того периода была в том, что любителям практически не были доступны готовые радиодетали. Кружковцы сами создавали из материалов, находившихся под руками, всё необходимое — кристаллические детекторы, конденсаторы переменной ёмкости, катушки, антенны и мачты для их установки, анодные батареи и многое другое.
С первых дней работы руководители этих радиокружков делились своим опытом в журнале «Радиолюбитель» (сейчас переименован в «Радио»), а немного позднее, в 1927 году, издали первую в своём роде книгу «Радио в школе» Евгения Николаевича Горячкина. Он был учителем физики Лосиноостровской школы и основал один из первых радиокружков России. В книге описывалась аппаратура, необходимая для лабораторных занятий по радиотехнике, и методика ведения этих занятий.
После нескольких десятилетий развития ламповой радиотехники, в 60-е года, стали доступны первые транзисторы. Благодаря ним произошла миниатюризация электроники, казавшаяся настоящим чудом. Вместо прежних громоздких радиоприёмников кружковцы стали собирать «карманные». Стало популярно создание звукозаписывающей и усилительной электроники, аппаратуры радиоуправления и телевидения, создание роботов человекоподобной формы.
В 70-е годы появились цифровые микросхемы и началось конструирование электронных часов, первых приставок для игр и приборов автоматики для дома, школы и предприятий. Многие радиокружки превратились в кружки радиоэлектроники, автоматики или кибернетики. Стали регулярно издаваться книги, адресованные наставникам кружков, и учебники для школ.
В 80-е годы появились домашние персональные компьютеры, и интерес большинства любителей электроники окончательно сместился в сторону цифровой вычислительной техники. О числе занимающихся любительской электроникой в это десятилетие можно косвенно судить по тиражу журнала «Радио», достигшему 1,5 млн экземпляров в месяц. А ведь издавались и другие журналы и книги на эту тематику. Публиковались схемы для самостоятельной сборки первых любительских компьютеров – «Микро-80» и «Радио 86РК». Их собирали тысячи энтузиастов по всей стране, с трудом доставая дефицитные микросхемы.
В 90-е годы сложная экономическая ситуация в стране наложилась на общемировую тенденцию переключения внимания технических энтузиастов с любительской электроники на персональные компьютеры и программирование. Большинство кружков электроники перестало существовать из-за отсутствия финансирования, а в оставшихся технологии и методики зачастую не менялись годами, так и застыв на уровне 80-х годов. Использовались и продолжали использоваться позже старые запасы радиодеталей. Не издавались детские книги и методические материалы по электронике, не проводились конкурсы технического творчества всероссийского масштаба. До начала массового использования интернета наставники практически полностью потеряли возможность обмениваться опытом. Всё это привело к снижению числа занимающихся электроникой детей.
Положение дел стало меняться только во второй половине 2000-х годов, и связано это было с несколькими факторами. В первую очередь, началось бурное развитие образовательной робототехники на основе конструкторов компании Lego и платформы Lego Education. Одновременно с этим миллионы энтузиастов по всему миру, включая Россию, стали использовать для конструирования электронных самоделок Arduino [1] — небольшую плату с одноимённой простой средой программирования. Оказалось, что при использовании Arduino порог входа для программирования микроконтроллеров может быть существенно снижен, и она стала второй по популярности образовательной платформой для занятий робототехникой, уступив только Lego Education. При этом платформы не конкурировали друг с другом, так как Lego Education не подразумевала изучения электроники, в отличии от Arduino. Благодаря Arduino и Lego в России появилось большое количество кружков робототехники для детей (в первую очередь — коммерческих).
С 2015 года популярность электроники в дополнительном образовании стала увеличиваться благодаря старту двух масштабных проектов. Первый — Кружковое движение и его Национальная технологическая олимпиада (НТО), в которой за семь лет поучаствовало более 520 тысяч школьников и студентов. Среди профилей этой олимпиады есть посвящённые робототехническим системам, технологическому мейкерству, цифровым сенсорным системам, нейротехнологиям и другим направлениям. В них требуются hard skills (предметные навыки) в области электроники и схемотехники (разработки электронных схем). Приобрести эти навыки помогают видеоуроки, онлайн-курсы и учебно-методические материалы, созданные специально для НТО.
Второй проект — это создание сети детских технопарков «Кванториум». К концу 2022 года их уже открылось 135. Они функционируют в 84 субъектах Российской Федерации. На постоянной основе в них сейчас занимается около 100 тысяч детей от 10 до 18 лет. В «Кванториумах» установлено самое современное оборудование для изучения электроники и сопутствующих направлений; занятия проходят бесплатно и делятся на 13 направлений-квантумов, из которых 7 так или иначе связаны с электроникой: автоквантум, аэроквантум, космоквантум, промробоквантум, энерджиквантум, IT-квантум и хайтек.
Положение дел стало меняться только во второй половине 2000-х годов, и связано это было с несколькими факторами. В первую очередь, началось бурное развитие образовательной робототехники на основе конструкторов компании Lego и платформы Lego Education. Одновременно с этим миллионы энтузиастов по всему миру, включая Россию, стали использовать для конструирования электронных самоделок Arduino [1] — небольшую плату с одноимённой простой средой программирования. Оказалось, что при использовании Arduino порог входа для программирования микроконтроллеров может быть существенно снижен, и она стала второй по популярности образовательной платформой для занятий робототехникой, уступив только Lego Education. При этом платформы не конкурировали друг с другом, так как Lego Education не подразумевала изучения электроники, в отличии от Arduino. Благодаря Arduino и Lego в России появилось большое количество кружков робототехники для детей (в первую очередь — коммерческих).
С 2015 года популярность электроники в дополнительном образовании стала увеличиваться благодаря старту двух масштабных проектов. Первый — Кружковое движение и его Национальная технологическая олимпиада (НТО), в которой за семь лет поучаствовало более 520 тысяч школьников и студентов. Среди профилей этой олимпиады есть посвящённые робототехническим системам, технологическому мейкерству, цифровым сенсорным системам, нейротехнологиям и другим направлениям. В них требуются hard skills (предметные навыки) в области электроники и схемотехники (разработки электронных схем). Приобрести эти навыки помогают видеоуроки, онлайн-курсы и учебно-методические материалы, созданные специально для НТО.
Второй проект — это создание сети детских технопарков «Кванториум». К концу 2022 года их уже открылось 135. Они функционируют в 84 субъектах Российской Федерации. На постоянной основе в них сейчас занимается около 100 тысяч детей от 10 до 18 лет. В «Кванториумах» установлено самое современное оборудование для изучения электроники и сопутствующих направлений; занятия проходят бесплатно и делятся на 13 направлений-квантумов, из которых 7 так или иначе связаны с электроникой: автоквантум, аэроквантум, космоквантум, промробоквантум, энерджиквантум, IT-квантум и хайтек.
Говоря о современных образовательных проектах в области электроники, следует упомянуть и личную инициативу Юрия Панчула — выпускника МФТИ, проектировщика процессоров из Кремниевой долины. Уже 10 лет он продвигает образовательные проекты для школьников и студентов с целью вовлечь их в индустрию разработки цифровых микросхем и процессоров. С его подачи были изданы современные книги по цифровой схемотехнике, созданы онлайн-курсы под общим названием «Как работают создатели умных наночипов».
Несколько лет назад он организовал «Школу синтеза цифровых схем» в Инновационном центре «Сколково», где в течение учебного года проходят очные курсы проектирования на языке описания аппаратуры (HDL [2]) с упражнениями на платах реконфигурируемой логики ПЛИС [3] для старших школьников и студентов. Это уникальный российский опыт, такой подготовки будущих проектировщиков микросхем со школьной скамьи нет нигде в мире. Хотя стоит отметить, что сейчас школьников среди участников проекта не много. Есть мнение, что причина – в повышенной сложности занятий.
Оглянувшись назад, мы лучше видим, что сейчас в России сложилась ситуация, когда осталось не так много предметных кружков для школьников, где изучали бы направленно только основы схемотехники и электроники, как это было в советском прошлом. Но в целом число студентов и школьников, вовлечённых в решение инженерно-технических и технологических задач, где требуются компетенции в области электроники, значительно выросло по сравнению с 90-ми годами прошлого века. Эти учащиеся занимаются в разных кружках, квантумах, на разных направлениях, но всем им нужны предметные компетенции по электронике. Поэтому в повышении таких компетенций нуждаются их наставники.
Несколько лет назад он организовал «Школу синтеза цифровых схем» в Инновационном центре «Сколково», где в течение учебного года проходят очные курсы проектирования на языке описания аппаратуры (HDL [2]) с упражнениями на платах реконфигурируемой логики ПЛИС [3] для старших школьников и студентов. Это уникальный российский опыт, такой подготовки будущих проектировщиков микросхем со школьной скамьи нет нигде в мире. Хотя стоит отметить, что сейчас школьников среди участников проекта не много. Есть мнение, что причина – в повышенной сложности занятий.
Оглянувшись назад, мы лучше видим, что сейчас в России сложилась ситуация, когда осталось не так много предметных кружков для школьников, где изучали бы направленно только основы схемотехники и электроники, как это было в советском прошлом. Но в целом число студентов и школьников, вовлечённых в решение инженерно-технических и технологических задач, где требуются компетенции в области электроники, значительно выросло по сравнению с 90-ми годами прошлого века. Эти учащиеся занимаются в разных кружках, квантумах, на разных направлениях, но всем им нужны предметные компетенции по электронике. Поэтому в повышении таких компетенций нуждаются их наставники.
Руслан Тихонов, руководитель Клуба юных киберфизиков
при московской Библиотеке № 214 имени Ю.А. Гагарина
[1] Arduino — аппаратно-программная платформа с открытым исходным кодом для прототипирования электронных схем и экспериментов в области электроники, автоматики и робототехники.
[2] HDL (англ. hardware description language) — специализированный язык, используемый для описания структуры и поведения электронных схем.
[3] ПЛИС — программируемая логическая интегральная схема, используемая для создания цифровых электронных схем, в том числе процессоров, а также в готовых устройствах для ускорения обработки данных. В отличие от обычных цифровых микросхем, логика работы ПЛИС не определяется при изготовлении, а задаётся программой на специальных языках описания аппаратуры (Verilog, VHDL и других). При этом конфигурация ПЛИС и логика её работы может быть изменена многократно.
[2] HDL (англ. hardware description language) — специализированный язык, используемый для описания структуры и поведения электронных схем.
[3] ПЛИС — программируемая логическая интегральная схема, используемая для создания цифровых электронных схем, в том числе процессоров, а также в готовых устройствах для ускорения обработки данных. В отличие от обычных цифровых микросхем, логика работы ПЛИС не определяется при изготовлении, а задаётся программой на специальных языках описания аппаратуры (Verilog, VHDL и других). При этом конфигурация ПЛИС и логика её работы может быть изменена многократно.