Среди проектов-победителей конкурса "Общественный бюджет" отличается инициатива политехников по созданию бесплатной школы микроэлектроники для детей на базе КПИ им. Игоря Сикорского. Здесь школьники г. Киева смогут углубленно изучать основы электроники, разработку микропроцессоров, робототехнику, программирование микрокомпьютеров и 3D печать. Автор проекта - Евгений Васильевич Короткий, к.т.н., доцент кафедры конструирования электронно-вычислительной аппаратуры ФЭЛ. Сегодня он рассказывает о возникновении идеи и предпосылки создания образовательной среды для детей.
Предпосылки
Идея создания детской школы микроэлектроники "Lampa Kids" возникла как развитие открытой лаборатории электроники "Лампа" - совместного проекта Научно-технической библиотеки КПИ им. Игоря Сикорского и кафедры конструирования электронно-вычислительной аппаратуры ФЭЛ.
Автор этих проектов считает, что для развития инноваций и высоких технологий в вузах Украины прежде всего нужно заниматься популяризацией инженерной деятельности и создавать необходимую инфраструктуру, а также совершенствовать учебные программы до мирового уровня, готовить много высококвалифицированных специалистов, привлекать лучших из них к научно-исследовательской работе и преподавательской деятельности. Необходимо создать благоприятные условия для выпускников, чтобы вместо трудоустройства за рубежом они оставались в университете и способствовали его развитию. Первой составляющей таких условий является наличие удобных и современных рабочих мест и новейшего оборудования. Вторая, не менее важная составляющая - возможность заниматься в стенах университета высокооплачиваемой инженерной деятельностью, приобретая уникальный опыт. Проще начать с аутсорсинга инженерных проектов для иностранных компаний, а затем, получив квалификацию и репутацию, переходить к реализации собственных инновационных разработок.
Открытая лаборатория электроники "Лампа" решает задачу создания необходимой инфраструктуры для самостоятельного обучения и работы над инженерными проектами с бесплатным доступом для всех заинтересованных, прежде всего студентов, аспирантов и преподавателей КПИ им. Игоря Сикорского. Лаборатория оснащена большим количеством высокотехнологичного электронного оборудования. Это мощные источники питания, микропроцессорные платы, микросхемы программируемой логики для создания собственных процессоров, высокоточное измерительное оборудование компаний Keysight и Tektronix и лучшие в мире DLP / FDM 3D принтеры. Электронные платы получено благодаря участию в университетских программах зарубежных микроэлектронных компаний Altera, Texas Instruments, MIPS, Intel и ARM. Для этого необходимо было подать обоснованную заявку и через несколько недель получить электронные наладочные модули стоимостью тысячи долларов. Несмотря на простоту процедуры, большинство преподавателей Украины почти не используют такую замечательную возможность. Прецизионное измерительное оборудование и современные 3D принтеры приобретены для лаборатории за 740 000 грн, выигранных в конкурсе "Общественный бюджет 2017", победа в котором стала возможной только благодаря поддержке сообщества КПИ им. Игоря Сикорского.
После создания необходимой инфраструктуры в лаборатории "Лампа" было решено и дальше развивать образовательные инициативы. Так возникла идея детской школы микроэлектроники "Lampa Kids".
Знание - детям
Упрощение и удешевление средств разработки и диагностики сделало изучение современной электроники доступным для широкой общественности. В Украине начали массово появляться детские школы электроники и робототехники, что вызвало значительный спрос среди школьников и их родителей. К сожалению, большинство подобных заведений функционируют на коммерческой основе, что делает невозможным доступ детям из малообеспеченных семей. Сложные и актуальные темы, вроде проектирования микропроцессоров, не изучаются из-за нехватки педагогов соответствующей квалификации и необходимого оборудования. Исходя из недостатков существующей ситуации, было решено создать бесплатную школу микроэлектроники для детей на базе КПИ им. Игоря Сикорского, где на современном оборудовании и под руководством профессиональных преподавателей дети могли бы бесплатно изучать основы электроники, разработку микропроцессоров, микрокомпьютеры, 3D печать, робототехнику, Интернет вещей и обработку радиосигналов.
Участие в конкурсе
Имея опыт участия в подобных соревнованиях, наша команда подала проект "Lampa Kids" на конкурс "Общественный бюджет 2018" и в напряженной борьбе удалось завоевать 2 миллиона гривен на приобретение мебели и сверхсовременного оборудования для будущей школы. В общем, в конкурсе победило пять проектов от КПИ им. Игоря Сикорского, включая наш. Над победой работали сотни волонтеров, преимущественно из числа студентов, которые в течение нескольких бессонных недель жили только этим соревнованием, отложив все другие дела. Неоднократно они обошли учебные корпуса и общежития, рассказывая преподавателям и студентам о КПИшных проектах, подняли на уши весь Политех, сломали клавиатуры, набирая друзьям многочисленные сообщения с просьбой о поддержке, но собрали более трех тысяч голосов за каждый из проектов. За что всем причастным к этому огромное спасибо!
Приглашаем преподавателей
Хотя оборудование для школы микроэлектроники "Lampa Kids" будет приобретено за средства бюджета Киева, КПИ им. Игоря Сикорского тоже присоединится к реализации проекта. Школа будет размещена в аудитории №125 ФЭЛ, недалеко от метро и скоростного трамвая. Это светлая и просторная комната площадью 110 кв. метров, из окон которой открывается вид на сквер "Поляна". Администрация Киевской политехники уже выделила средства на современный ремонт помещения, и со дня на день начнутся ремонтные работы. После завершения ремонта планируется закупить оборудование, подготовить необходимые методические материалы, и с 1 сентября 2018 года начать работать со школьниками.
В подготовке учебных материалов и дальнейшей работе с детьми будут задействованы лучшие преподаватели нашего университета с опытом работы в современных инженерных компаниях. Уже сформировалось ядро из преподавателей ФЭЛ, однако к участию приглашаются заинтересованные педагоги и с других факультетов. Куратором проекта со стороны администрации города является Киевское отделение Малой академии наук (МАН). Была проведена встреча с руководителями МАН, которые выразили заинтересованность в скорейшей реализации проекта. Со своей стороны МАН поможет контактами с учебными заведениями г. Киева для привлечения учеников в школу микроэлектроники и рекомендациями по созданию методических материалов именно для детской аудитории.
Оборудование
Оборудование планируем приобрести непревзойденное. Это точные измерительные приборы фирмы Keysight, осциллограф компании Tektronix с полосой пропускания до 1 ГГц и анализатор спектра до 3 ГГц, мощные и качественные источники питания, платы с микросхемами программируемой логики Intel FPGA для создания процессоров и цифровых микросхем, микрокомпьютеры, наборы Lego Mindstorms для изучения робототехники, 3D принтеры, SDR системы ETTUS B210 для приема и генерации практически любых радиосигналов и, конечно, персональные компьютеры. В помещении будет оборудовано 10 стационарных рабочих мест и лекционную зону на 50 человек.
Как будет работать школа
"Lampa Kids" будет работать по нескольким направлениям. В первой половине дня студенты КПИ им. Игоря Сикорского смогут выполнять лабораторные работы на высокотехнологичном оборудовании школы. В первую очередь это будут студенты преподавателей, задействованных в работе с детьми, а также магистранты, которым современное оборудование пригодится для проведения научных исследований.
Во второй половине дня преподаватели университета будут проводить занятия с детьми. Школьники будут изучать не только программирование процессоров, но и основные принципы их разработки. Для этого проведение практических занятий запланировано на микросхемах программируемой логики с использованием языка описания аппаратуры Verilog и логического синтеза согласно практик Apple, Samsung, Stanford и MIT. Сейчас в Украине отсутствуют аналогичные детские образовательные программы по проектированию микросхем, что делает инициативу уникальной.
Кроме проектирования процессоров, запланировано обучение по инновационным направлениям, включая робототехнику, 3D печать, Интернет вещей и обработку радиосигнала на SDR модулях. По каждому из направлений планируем ежемесячно набирать группу из 10-15 детей. Создадим возможность предварительной электронной регистрации на каждый месячный курс обучения и предусмотрим отправки писем с напоминанием о начале. Приоритет при отборе будет предоставляться детям из малообеспеченных семей, победителям олимпиад и детям участников АТО. При наличии большого количества желающих число учебных групп может быть увеличено.
Участники МАН смогут свободно работать над научными проектами на оборудовании "Lampa Кids". Несколько раз в месяц будет организовано дни открытых дверей, чтобы все желающие могли приобщиться к работе с высокотехнологичными приборами. Бюджет проекта предусматривает закупку качественной камеры, поэтому сможем записывать лекции на видео и выкладывать в свободный доступ на будущем Youtube канале. За порядком в школе будут следить лаборанты. Также планируется предусмотреть круглосуточное видеонаблюдение.
Об опыте работы с детьми
У читателей вполне вероятно может возникнуть вопрос: а возможно ли вообще, чтобы школьники успешно изучали проектирования микропроцессоров и цифровых микросхем? Ведь эти темы не всегда достаточно полно и качественно рассматривают даже во многих отечественных университетах. Оказывается - возможно, и команда лаборатории "Лампа" имела возможность убедиться в этом на собственном опыте. Весной 2017 года вместе с партнерами из Кремниевой долины - компанией MIPS Technologies, преподаватели КПИ им. Игоря Сикорского и КНУ им. Тараса Шевченка организовали и провели первую в Украине детскую школу с микроэлектроники. В течение недели в открытом пространстве Belka научно-технической библиотеки 50 школьников изучали основы электроники, создание цифровых микросхем с применением программируемой логики и языков описания аппаратуры (на фото). Лекции читали преподаватели и профессиональные разработчики микропроцессоров с компании MIPS Technologies, в частности известный меценат и популяризатор микроэлектроники Юрий Панчул. Выполнять практические работы школьникам помогали студенты-волонтеры из кафедры конструирования электронно-вычислительной аппаратуры. После завершения обучения выпускники школы приняли участие в хакатоне по разработке цифровых микросхем, где успешно применили на практике полученные знания. Проекты-победители, а именно кодовый замок и светофор со звуковой индикацией, были реализованы языком Verilog в микросхемах программируемой логики учениками 9-10-х классов.
Наши планы
Итак, практический опыт убедительно доказывает, что даже сложные современные технологии можно доступно и "на пальцах" объяснять школьникам при наличии квалифицированных педагогов и качественных учебных материалов. В "Lampa Kids" планируется частично использовать уже существующие презентации и практические задачи, апробированы на прошлой школе микроэлектроники. Часть материалов переведено с английского. Например, существуют замечательные англоязычные методические указания по робототехнике на базе Lego Mindstorms. А в Великобритании подготовлены непревзойденные образовательные ресурсы для изучения школьниками микропроцессорных систем с использованием BBC Microbit. Некоторые учебные материалы придется разработать с нуля, в частности лекционные и практические задачи по обработке радиосигнала на SDR модулях.
В общем, команда "Lampa Kids" уверена в успехе проекта, поскольку имеем уникальный опыт проведения подобных мероприятий и немало партнеров из университетов и компаний. Реализация идеи позволит школьникам бесплатно изучать высокие технологии, привлекать лучших абитуриентов в Киевский политехнический, готовить достойных представителей Украины на международные олимпиады по робототехнике и сформировать новое поколение инженеров, которые будут разрабатывать собственные айфоны в Украине.