Люди всегда искали пути для наиболее эффективной организации своего труда, необходимого для воспроизводства и развития человечества. Для этого создавались сложные физические устройства и социо-технические системы, повышающие результативность труда и расширяющие возможности человека. Так появились колесо, мельница, паровоз, железные дороги, тракторы, электрооборудование, спутниковая связь. С развитием технологий автоматизации и цифровизации возможности создания управляемых социальных и технических систем резко увеличились: вычислительные мощности и скорость современных компьютеров и приборов существенно превосходят человеческие, а физическое перемещение объектов и людей с помощью технических конструкций является важнейшей составляющей всей человеческой цивилизации.

Ключевым вопросом для человека как создателя и как пользователя таких социо-технических систем является вопрос управления ими. В конце XIX века начала свое развитие кибернетика — наука об общих закономерностях процессов управления и передачи информации в машинах, живых организмах и обществе. Одним из принципов кибернетики является исследование иерархии принятия решений. По аналогии с биологической системой, например, человеческим организмом, где часть процессов регулируется локально, без непосредственного контроля головного мозга, в других системах возможна автоматизация процессов управления, позволяющая освободить основные центры принятия решений для стратегического планирования и наиболее комплексных процессов.
В идеях кибернетиков воплотилась мечта человечества о светлом будущем, техноутопии, в которой «вкалывают роботы», а человек может заниматься свободным творческим трудом, сложными исследованиями и принимать управленческие решения. Однако сегодня мы можем видеть и оборотную сторону цифровизации: становятся очевидны риски такого делегирования цифровым системам изначально человеческих функций — человек теряет способность осознавать и управлять своим развитием, а на фоне увлечения виртуальными мирами слабеет наша связь с физической реальностью. Активное использование цифровых систем сегодня требует новой культуры мышления и деятельности, которая позволила бы человеку осознавать связь цифровых технологий и физической реальности и управлять ими в целях развития всего человечества.

Глобальная цифровизация связана с еще одним фактором — производителями цифровых продуктов обычно являются крупные корпорации, задающие свои правила игры, направленные на получение и наращивание прибыли. Это ставит пользователей в заведомо зависимое положение, создает ситуацию «цифрового рабства», необходимости подчиняться решениям корпораций после приобретения устройства, и хотя сами устройства формально принадлежат пользователям, их работу и порождаемые в процессе данные пользователь контролировать не может. Это относится далеко не только к смартфонам, но и к системам «умного дома» или беспилотного автомобиля. Представьте, что может случиться, если они перестанут слушаться своего «хозяина»? Ситуация «цифрового рабства» обостряется тем, что в ней оказываются не только отдельные люди, но также и целые государства. В таких условиях особенно остро встает задача формирования национального технологического и консциентального суверенитета России. Проект Национальной киберфизической платформы (далее — НКФП) является одним из решений этой задачи и направлен на создание в России условий для развития собственных киберфизических технологий и систем.

Мы определяем киберфизическую систему как систему, способную решать сложные задачи управления в физической реальности. Это система с высоким уровнем автоматизации процессов, основанная на программно-электронном управлении и обладающая также высоким потенциалом модернизации и адаптации к разным условиям. Адаптивность может осуществляться как в силу заложенных в систему решений, с участием или без участия человека, так и через изменение самой системы при модификации каких-то ее элементов. Такая система может при минимальной доработке продолжать решать поставленные задачи в новых, изменившихся условиях или даже подстраиваться под изменение целей. Например, система умного дома как киберфизическая система в течение всего времени эксплуатации может перепроектироваться, дополняться в зависимости от потребностей и решений человека, включать изменение режимов и настроек, которые не были заложены на этапе начального проектирования. Таким образом, киберфизическая система всегда предполагает участие человека, который не только создает эту систему, но и осуществляет ее перепроектирование и настройку под различные задачи и ситуации.

Киберфизические принципы проявляются там, где связность важнее отдельных элементов: не отдельные мельницы, а набор ветряных колес и насосов вместе с каналами; не управляемые людьми паровозы, а электрифицированные железные дороги; не одиночный спутник, а множество спутников, роевые системы. Автономность отдельных элементов киберфизических систем повышается — они становятся все более интеллектуальными. Такие системы могут в течение многих лет перерабатываться и дополняться, именно за такими системами будущее, и это определяет вызовы для современных подходов к проектированию инженерных систем и для системы образования в этой сфере.

Наличие киберфизических систем в управлении, то есть возможность их перепроектировать и адаптировать под меняющиеся цели, обеспечивает технологическую суверенность любого государства в мире. А наличие системы образования, способной готовить специалистов для разработки и управления такими системами, обеспечивает кадровую суверенность. В современном мире ключевым профессионалом, создающим общественное богатство страны и обеспечивающим ее безопасность и независимость, является не отдельный ученый или инженер, но команды разработчиков киберфизических систем, в которых должны быть как ученые, так и инженеры (в том числе ИТ-специалисты). Более того, учитывая характер и перспективы разработок киберфизических систем в сфере организации общественной и даже культурной жизни, в таких командах критически важны представители других профессий, в том числе дизайнеры, психологи, социологи и даже философы. А способность работать в команде над созданием киберфизических систем должна стать в ближайшем будущем наиболее значимой в профессиональном развитии.

Сейчас мы остро нуждаемся в создании системы образования, которая будет способна подготовить не только отдельного специалиста, но и команды, сформировав при этом у всех участников способность к целостному видению технологий как элементов сложных киберфизических систем. В этом методическом пособии речь пойдет о небольшом, но значимом элементе этой системы — кружках Национальной киберфизической платформы (далее — кружки НКФП). Деятельность Кружкового движения с момента появления была направлена на поддержку кружков не только в контексте образования, но и с целью развития наук и технологий. Кружок как команда энтузиастов науки и технологии является важнейшим показателем интеллектуальной жизни общества, поскольку проявляет способность общества к самоорганизации по отношению к передовым задачам развития.

За последние 20-30 лет мы привыкли к тому, что кружки — это что-то несерьезное, детский творческий досуг, который даже в детстве не должен превалировать над настоящим серьезным образованием. Однако такое представление не отражает действительность: именно в кружке, в совместной творческой деятельности, в работе над решением увлекательных задач — инженерных, художественных, исследовательских — происходит формирование устойчивого интереса к той или иной сфере общественно-полезного труда. Именно в кружке подросток получает настоящий опыт совместного дела и опыт самоорганизации.

Это касается не только детских и подростковых кружков (кружки образуются и на базе вузов, и в научных кругах). Совсем не случайно, что когда появляются новые направления научно-технического или гуманитарного развития, мы встречаем и кружки, в которых люди разных поколений пробуют разобраться и проявляют свои способности к созданию нового. Почвоведческие, автомобильные, воздухоплавательные кружки конца XIX — начала XX века; планерные, радиоэлектронные, сельскохозяйственные кружки 20-30-х гг. XX века; группы исследователей информационных технологий 60-70-х гг. XX века — это лишь наиболее яркие примеры того, как в ответ на вызовы научно-технологического развития в обществе происходила самоорганизация в форме кружков. Пробуя новые подходы и направления работы, кружки становились средой для развития будущих лидеров этого направления. Так, например, все генеральные конструкторы авиационной отрасли СССР 30-40-х гг. начинали свой путь именно в кружках (планерных и авиамодельных). Кружки держатся на общем увлечении их участников и обладают высокой степенью свободы в выборе пути самообразования и деятельности, притягивают к себе наиболее талантливых и амбициозных людей, создавая для них условия, в которых образование и творчество не разделены.
Поэтому кружки — это наиболее подходящая форма для начала работы, для создания базовых условий вовлечения молодежи в проблемы развития киберфизических систем. При этом совсем не стоит бояться, что понятие «киберфизика» будет звучать пугающе для школьников и родителей. Вспомните, как 35 лет назад также непонятной была робототехника, а 25 лет назад — программирование. Но и робототехника и программирование — это только фрагменты того дела, которым должны заняться кружки НКФП.

В данном пособии мы будем говорить о базовых принципах технологических кружков, описывающих условия совместной деятельности детей и взрослых и форматы участия кружков в Национальной киберфизической платформе. В меньшей степени мы затронем собственно содержание программ таких кружков. Конкретные программы, рекомендуемые для реализации кружков НКФП, будут изданы отдельно. Данное пособие адресуется руководителям кружков научно-технической направленности, работающим с детьми и подростками 10-17 лет на базе организаций общего и дополнительного образования.

«За кружок дети голосуют ногами»: кружок не может быть обязательной формой занятости подростков, поэтому участие в кружке всегда осуществляется ими осознанно и добровольно. Это накладывает на руководителя кружка требование работать с осознанным выбором подростков и находить соответствующие форматы работы. В этом разделе, опираясь на многолетний опыт проектов Кружкового движения, мы расскажем, какие именно форматы совместной деятельности и организации занятий являются наиболее привлекательными для подростков.

Прежде всего, кружок должен стать для подростков пространством, в котором они могут почувствовать себя взрослыми: способными создавать продукты, имеющие значение не только для них лично, но и для других людей, занимающимися темами, которые позволяют развивать современные технологии, участвующими в планировании работы всего кружка и несущими равную ответственность с другими участниками за результаты, и самостоятельно ставящими перед собой задачи в обучении и участии в тех или иных образовательных мероприятиях.

Далее — кружок должен стать пространством, в котором живут и работают увлеченные взрослые и дети. Это достигается за счет актуальности и нефиктивности тематики кружка и той деятельности, которую кружок ведет. Обратите внимание: в этом пособии речь идет о деятельности, которую ведет кружок, команда, сообщество кружка, а не о том, что именно делает руководитель кружка, чему он учит и т.д. Безусловно, в кружке кто-то учится, а кто-то учит, и роль взрослого — руководителя — отличается от роли участника кружка, однако кружок начинается не с разделения на учителя и ученика, а с интересной, увлекательной и перспективной для современного состояния науки и технологии темы, которой увлекаются и взрослые и юные участники кружка. И они — вместе! — изучают технологии, пробуют свои силы в инженерных соревнованиях, хакатонах, придумывают интересные темы для исследований и проектов. Создать такую среду совместной деятельности – непросто, однако именно в этом и заключается искусство и роль руководителя современного технологического кружка.

Тематически область деятельности кружка НКФП распространяется на все сферы деятельности, в которой требуется разработка автоматизированной системы, обладающей определенным набором социально-значимых функций. Поэтому и кружки программирования, в которых участники осваивают инструменты программирования на определенном языке и получают опыт создание программных продуктов, и кружки робототехники, занимающиеся чаще всего сборкой и программированием макетов роботов ограниченной функциональности с помощью конструкторов, могут стать кружками НКФП при соблюдении ряда ключевых условий, представленных в методическом пособии.

Обратите внимание, что даже такие интересные темы, перспективность которых может «зажечь» подростков, могут стать скучными в работе кружка, если они будут даны исключительно как информационные лекции. Очевидно, что формат работы в данных темах не менее важен, чем сама тема.

Для того, чтобы развивающая среда кружка способствовала формированию устойчивого интереса у подростков и стала основой для его профессионального пути, кружок должен иметь ценность не только как творческий досуг и углубленное изучение каких-то дополнительных к основному образованию тем. Конечно же, школьный кружок вряд ли когда-нибудь станет технологической компанией или даже детским производственным предприятием по образцу знаменитой детской трудовой коммуны, которую создавал А.С. Макаренко. Однако все же кружок должен быть чем-то большим, чем учебным предметом, для того, чтобы обеспечить развитие профессионального самосознания кружковцев. Поэтому нам сейчас важно зафиксировать те социальные функции, которые кружок НКФП точно должен на себя взять, формируя условия для их реализации.

Во-первых, образовательная функция: в кружке участники повышают свой уровень знаний и компетенций в выбранной технологической сфере. Освоение инструментов, знакомство с оборудованием, изучение научных основ — это то, что позволяет кружку быть компетентным, то, что позволяет ему реализовывать другие функции. Это самая знакомая кружкам дополнительного образования функция, и без сомнения можно сказать, что на данный момент в России есть много прекрасных примеров того, насколько увлекательным может стать обучение в техническом кружке^*. Реализация кружком образовательной функции осуществляется не только в ходе выполнения образовательной программы, но и за счет того, что, в отличие от школы, кружок может гибко реагировать на новую ситуацию и образовательные запросы участников кружка, вносить изменения в программу и использовать возможности внешних образовательных ресурсов или партнеров. В практике правильно организованного кружка учатся не только юные кружковцы, но также наставники и руководители. Это особенно верно в случае с кружками НКФП, в которых киберфизику предстоит осваивать одновременно и детям, и взрослым. Также стоит организовать регулярную практику вовлечения кружковцев 2-3 года обучения в обучение новых участников кружка, привлечение к работе с кружковцами выпускников кружка, обучающихся в организациях высшего образования.

^*Для знакомства с лучшими практиками организации кружков мы рекомендуем сборники Конкурса кружков 2020-23 гг.

Во-вторых, профориентационная функция: кружок помогает участникам определить свой профессиональный путь, сформулировать цели на развитие и социализацию в мире современных технологий. Современные кружки для старших подростков – это один из наиболее правильных и эффективных форматов профориентационной работы, поскольку в нем подростки не только включаются в проживание профессиональных ситуаций и решение задач, но и знакомятся с профессиональным сообществом, носителями современной культуры научной, инженерной и предпринимательской деятельности.

Для кружков НКФП предоставляется дополнительный профориентационный инструмент — мобильная игра «Берлога». Играя в вымышленный мир, подросток знакомится с разными образцами социально-значимой деятельности, которые названы в игре традициями. Эти игровые традиции напрямую связаны с теми профессиональными сферами инженерной и научной деятельности, которыми подростки могут заниматься в кружках, участвуя, например, в Национальной технологической олимпиаде (НТО).

В-третьих, производственная функция: кружок помогает своему окружению (школе, где он располагается, близлежащей территории, партнерским организациям и т.д.), создавая полезные вещи или оказывая услуги благодаря имеющимся у него компетенциям и ресурсам. В советское время можно было узнать, что в школе действует хороший радиотехнический кружок, по качеству оборудования для проведения мероприятий, например, дискотек. В пособиях для руководителей кружков того времени — столярных, радио- и электротехнических, авиамодельных — часто можно встретить рекомендации по тому, какие полезные продукты могут создавать участники кружков: от скамеек до учебного оборудования для уроков физики. Сегодня это могут быть как сувенирная продукция, произведенная с помощью лазерного станка, так и более комплексные продукты: автоматизация полива ботанического сада или пришкольного хозяйства, создание школьного сайта, объектов техноарта и т.д.

В-четвертых, просветительская функция: кружок берет на себя функцию проведения просветительских мероприятиях в целях популяризации среди молодежи и местного населения науки и технологий. Кружок как агент такой просветительской деятельности — это достаточно понятная и доступная для любого кружка деятельность, которая в то же время приучает участников выступать самостоятельными организаторами значимых мероприятий и формирует ответственность и субъектность юных участников. В рамках Национальной киберфизической платформы кружки являются точкой входа для участников из игры, которые могут получить игровые баллы и достижения за счет участия в онлайн и офлайн-мероприятиях на площадках кружков. Поэтому очень важно проведение игровых мероприятий и мастер-классов для участников с «нулевым порогом входа». В рамках проекта специально разрабатываются малые дискуссионные игры на 5-15 человек и большие фестивальные игры, позволяющие соприкоснуться с современными технологиями и образами будущего, формирующие интерес к последующему обучению в кружке.

Для того, чтобы кружок мог выполнять эти и другие значимые социальные функции (например, участвовать в процессах территориального развития или в гражданской науке, делясь результатами своей научно-технической работы с сообществами энтузиастов), необходимо рассматривать кружок как пространство разных видов деятельности: участники кружка учатся, разрабатывают проекты, проводят исследования, команды готовятся к соревнованиям, производят прототипы и реальные продукты. Причем кружок может усложнять, развивать свою деятельность, приближаясь в своем развитии к сообществу профессионалов, участвующих как самостоятельная социально-экономическая единица. Но, конечно, чаще всего сегодня кружок — это организованность дополнительного образования, в которой прежде всего дети учатся или даже просто проводят творческий досуг. Повторимся, что наша общая задача – сделать доступным для каждого подростка России такие кружки, в которых они смогут получить больше, чем первое знакомство с технологиями: опыт реальной созидательной деятельности и самоопределение в наиболее важных для нашей страны профессиональных сферах.

Для того, чтобы описать этот процесс усложнения деятельности кружка, мы предлагаем выделить векторы развития кружка по отдельным направлениям (рисунок 1).

Усложнение каждого из векторов приближает кружок к определению себя прежде всего как сообщества технологических энтузиастов, а не просто организации дополнительного образования. Мы не ставим задачу превратить в технологические компании все кружки научно-технического творчества. Однако считаем важным не останавливаться только на уровне досугово-учебного кружка, если мы хотим создать условия, чтобы подростки реально вовлекались в современные технологические тематики и формировали устойчивый интерес и целеполагание в этой сфере.

Для развития кружка необходимо понимать, каков основной профиль деятельности кружка на данный момент и каковы цели его развития. «Взросление» кружка и его развитие во многом взаимосвязаны со взрослением его участников. И для некоторых кружков возможна такая стратегия развития, при которой участники уходят из кружка, достигая старшего подросткового возраста. То есть кружок является хорошим стартом для начала самоопределения, но не готов участвовать в судьбе подростка, когда начинается настоящее профессиональное самодвижение и появляется готовность брать на себя организационные задачи и ответственность за других людей. При этом совершенствование условий для начального самоопределения и выбора подростком траектории своего дальнейшего движения и будет определять стратегию развитию данного кружка. Причин для такого развития много, прежде всего, это связано с невозможностью в текущих условиях реализовать условия для такой сложной работы, как профессиональное развитие подростка. Истории многих кружков как раз говорят, что усложнение запросов, связанных с психологическими аспектами взросления, требовали от кружка усложнения и его деятельности.

Для перехода на более сложные уровни по обозначенным выше векторам кружок должен иметь соответствующие форматы деятельности: обеспечение опыта профессиональной деятельности требует повышения требований к качеству проектной и исследовательской деятельности в школе, которые в свою очередь лучше всего организовывать за счет участие в лучших проектных конкурсах; развитие культуры командной работы в инженерной сфере требует опыта участия кружка в инженерных соревнованиях и хакатонах, где собственно и моделируются условия работы в профессиональной среде над комплексными инженерными задачами.

Конкретные форматы и их комбинации должны оставаться на усмотрение руководителя и кружковцев, однако мы предлагаем ориентироваться на следующие соответствия.

Для реализации базового уровня кружка достаточны такие форматы, как просветительские лекции, интерактивные игры, проектное обучение с использованием подручных средств, легких для работы конструкторов и программных языков.

Для реализации продвинутого уровня кружка понадобится более сложное оборудование, на базе которого необходимо организовать проектное обучение в командах. При этом важно участвовать в проектных конкурсах и конференциях, которые специализируются на поддержке именно учебных проектов учащихся (чаще всего, это конкурсы регионального уровня). Также полезно выбрать одно-два инженерных соревнования (например, НТО.Джуниор), участвуя в которых кружок может существенно обновить собственные знания по теме кружка и создать возможность для дальнейшего развития участников.

Для реализации профессионального уровня кружку понадобится профессиональное оборудование и технологии, работа с которыми обязательна для выбранного профиля кружка. При этом ведущей деятельностью в кружке должна стать проектная и исследовательская, кружок организует работу вокруг тем проектов, тем самым становясь своеобразной моделью инженерного производства. Моделированию условий реальной инженерной деятельности будет способствовать и участие в более сложных инженерных соревнованиях (например, НТО для 8-11 класса), которые требуют несколько месяцев активной работы команд над задачами этапов. Кружок должен быть готов вступить в коммуникацию с потенциальными «заказчиками» своей работы и удерживать требования к качеству продуктов своей проектной и исследовательской деятельности. Здесь также могут быть полезны более серьезные проектные и исследовательские конкурсы и конференции, которые могут помочь оценить реальный уровень команд кружка (такие конкурсы, как Большие вызовы, Конференция Вернадского, Старт в инновации).

Опережающий уровень фиксирует превращение кружка уже в самостоятельную социальную единицу, способную вступать в экономические отношения с окружающим миром на основе своих ценностей и целей. Лучшей проверкой для кружка, способен ли он выйти на этот уровень, является участие в профессиональных конкурсах и соревнованиях (например, в ИТ-сфере, хакатонах), наградой за победу в которых становятся гранты на реализацию технологических проектов (например, конкурс «Умник»).

Подробные шаги развития представлены в дорожной карте кружка НКФП.

Летом 2022 года в Севастополе на интенсиве «Архипелаг» было объявлено о запуске Национальной киберфизической платформы (НКФП). Место и время не случайны: проект призван вовлечь российских детей и молодежь в науку и инженерию, профессии, критичные для формирования технологического и кадрового суверенитета, обновления существующих способов ведения хозяйства, переосвоения территории страны и возвращения России в число лидеров мирового технологического развития.

Критической частью технологического суверенитета на рубеже XXI века стали информационные системы. В любой сфере деятельности вы найдете системы управления, цифровые и электронные устройства, сложнейшие программы с применением искусственного интеллекта — и в сельском хозяйстве, и в авиастроении, и образовании, и в медицине, и в военном деле. При этом многие десятилетия Россия импортировала электронику и информационные технологии, а также связанные с ними методы управления. Сейчас мы сталкиваемся с необходимостью воссоздавать эти направления практически с нуля. Но просто копируя западные устройства, поддерживая импортозамещение существующих подходов, мы обрекаем себя на еще большее отставание. Период изоляции дает России фору в создании собственной сильной промышленности, и за это время нам необходимо разработать опережающие технологии. Поэтому в основу платформы были положены новые принципы.

Проектирование и производство киберфизических систем — ключ к включению страны в разворачивающуюся по всему миру четвертую промышленную революцию. Киберфизическими мы называем такие принципы управления человеко-машинными деятельностными системами, которые сочетают сильные стороны кибернетики, цифровых технологий и фундаментального моделирования, гибкость управления гетерогенными системами и характерные для XXI века непрогнозируемые время и условия работы систем, взаимодействие естественного и искусственного интеллекта.

Киберфизика как подход к управлению физическими и социотехническими системами должна стать базовой грамотностью любого будущего ученого, инженера, управленца или предпринимателя. Это новая область знаний и практики, поэтому мы вынуждены создавать новые технологии и методики одновременно с выращиванием будущих специалистов, обладающих нужными компетенциями. Для этого мы запускаем Национальную киберфизическую платформу на стыке реального производства (ИТ-индустрии, электроники, приборостроения и других отраслей), образования всех уровней, предпринимательства и развития новых практик и сообществ, новых принципов управления и проектирования систем, но также и новых медиа, способов вовлечения детей, таких как мобильные игры.

Что же такое Национальная киберфизическая платформа, как она устроена? Попробуем последовательно развернуть все составляющие платформы — от ее технологического базиса к общественной инициативе (рисунок 2).

Первая и самая простая часть — игровая платформа «Берлога», на базе которой выпускается серия свободно распространяемых мобильных видеоигр разных жанров, объединенных общим сюжетом и посвященных направлениям развития технологического суверенитета России. «Берлога» становится точкой входа школьников в технологическое образование, помогает заинтересовать их сложным содержанием новых профессий, привлечь в кружки и инженерные соревнования, обучить программированию и другим востребованным навыкам — в «Берлоге» школьник может программировать прямо в игре, получая таким образом уникальные возможности, недоступные другим игрокам, а также развивать персонажа за счет участия в реальных образовательных мероприятиях.
Технологические кружки, которые включаются в проект, становятся одним из ключевых акторов — пространством, которое соединяет для школьников мир игры и реальный мир инженерных вызовов и профессиональных сообществ. В «Берлоге» школьник знакомится с инженерными традициями (программист, конструктор, биоинженер-технолог и т.д.), которым следуют персонажи–медведи — представители далекой высокотехнологичной цивилизации. А также видит отражение конкретных технологических направлений: коптеры, спутники, айкары и пр. — которые соответствуют реально существующим отечественным разработкам. Но только благодаря выходу в реальный мир и деятельности в кружке участник может включиться в техническое творчество и выстроить свою образовательно-профессиональную траекторию. Для этого высокотехнологичный мир «Берлоги» должен «ожить» на площадке кружка. Это может происходить за счет появления плакатов «Берлоги» на стенах и проведения открытых мероприятий в сеттинге «Берлоги», но также благодаря созданию реальных инженерных проектов и соревнований в современной России.

«Берлога» — не просто серия игр, но целая платформа, включающая открытые библиотеки для создания образовательных игр и сервис игровой статистики, используемый для объединения достижений из разных игр и оценки развития не только общих для разных игр персонажей, но и самого игрока. Благодаря интеграции «Берлоги» с цифровой платформой «Талант» Кружкового движения НТИ в процессе игры школьнику предлагают записаться на онлайн или офлайн образовательные мероприятия, деятельное участие в которых позволит ему перенести конструируемые в кружках объекты в виртуальное пространство игр. Развивать игрового персонажа можно и за счет участия в олимпиадах, инженерных соревнованиях, хакатонах и т.д., в том числе и онлайн — вне зависимости от региона проживания пользователя. Игра будет мотивировать начинающих участников осваивать на все более серьезном уровне программирование, робототехнику, электронику, чтобы развивать своего персонажа и развиваться самому. Техническое творчество может реализовываться как возвращением в игру — например, создание новых программ внутри игры или создание новой мини-игры для присоединения к игровой платформе — так и созданием реальных технологических проектов и киберфизических систем.

Большая часть составляющих «Берлоги» уже были апробированы в рамках деятельности Кружкового движения НТИ за последние несколько лет: модель технологических кружков; образовательные программы и продукты по тематикам НТИ и Национальной технологической олимпиады, созданные российскими разработчиками; инструменты массовой подготовки наставников; платформа «Талант», которая накапливает «цифровой след» с достижениями технологически ориентированных подростков. Национальная киберфизическая платформа «Берлога» объединяет эти элементы в единую экосистему — доступную и понятную школьникам, педагогам, руководителям в сфере образования и родителям. Свои образовательные достижения школьник может не только засчитывать в игре, но и конвертировать в дополнительные баллы к ЕГЭ благодаря конкурсу цифровых портфолио на платформе «Талант».

Игровую платформу «Берлога» можно рассмотреть в качестве составляющей технологической платформы, которая направлена на создание новых аппаратно-программных систем. Национальная киберфизическая платформа на этом уровне включает в себя технические стандарты, открытые библиотеки, инструменты разработки программ, а в будущем — и широкодоступные отечественные контроллеры и популярные компоненты цифровых приборов. Такая технологическая платформа призвана обеспечить непрерывный переход между первым опытом, полученным в игре, освоением необходимых будущему разработчику компетенций, возможностью создавать реальные приборы и системы без изменения рабочего инструментария. Поэтому в основе технологической платформы лежат следующие принципы:

Реализация технологической платформы началась в 2023 году со встроенных в игры графического языка событийного программирования и открытой среды разработки широкого назначения (IDE), но будет продолжена с участием коалиции ведущих технологических команд, экосистемы компаний Национальной технологической инициативы, лидирующих предприятий и научных институтов.

Рассматривая следующий уровень на схеме, игровая и технологическая платформы реализуют новые принципы и методологии разработки приборов и систем, опирающиеся на понятие киберфизики. Это становится необходимо, поскольку распространенный подход к проектированию — когда программисты, схемотехники и дизайнеры живут в собственных профессиональных мирах, используют различные инструменты и как правило не удерживают общие онтологии, модели и видение всего проекта в целом — не позволяет выращивать профессионалов, способных совершить прорыв и обеспечить создание новых технологий. Существующие индустриальные попытки закрыть данный разрыв — специальные методологии разработки, такие как UML или системная инженерия, и связанные с ними программные инструменты — так и не стали широко распространенными на всех этапах подготовки специалистов от школьников и энтузиастов до науки и промышленности.

Таким образом, Национальная технологическая платформа должна стать не просто технологическим пакетом, но средой для формирования инженерного мышления, способной обеспечить бесшовное освоение и применение новой сквозной парадигмы разработки пользователями разного уровня подготовки. Это можно реализовать, если включить в рассмотрение сферу образования. Распространенный сейчас подход к обучению школьников заключается в том, чтобы адаптировать инструменты и подходы к возрасту пользователей, в результате чего мы имеем внутренне несовместимый опыт применения графического языка Scratch для первых шагов в программировании, LEGO для знакомства с робототехникой, Arduino для перехода от конструкторов к собственным электронным устройствам и т.д. Полученный таким образом опыт не применим в реальной разработке, а потенциал формирования фундаментальных знаний за счет овладениями этими массовыми инструментами очень мал.

Напротив, Национальная технологическая платформа направлена на применение новых инструментов не только в ходе учебы, но и при создании школьниками и студентами собственных продуктов, исследований и сложных проектов. Но более важно, что благодаря освоению, а затем и применению школьниками новых концепций, таких как киберфизика, мы сможем заложить основы фундаментальной подготовки будущих инженеров и генеральных конструкторов, сформировать интерес к традиционным учебным предметам и к совместному проектированию сложных систем, вырастить команды, способные создавать конкурентные технологические продукты.

Кружки, инженерные соревнования, исследовательские конкурсы, хакатоны и проектные школы дают пространство для применения новых образовательных технологий, которые уже давно развиваются и применяют в экосистеме технологических кружков России. А значит, платформа должна создаваться в связке с новыми образовательными методиками, направленными на включение нового содержания в общее и профессиональное образование. В опоре на лучшие подходы в образовании (например, мыследеятельностную педагогику, проектное обучение и др.) в рамках Национальной киберфизической платформы будет собираться банк рекомендуемых образовательных программ и методических пособий, календарь образовательных мероприятий и система рекомендаций для детей и наставников. Такая платформа позволит построить бесшовную подготовку будущих профессионалов и адаптировать существующую в России экосистему инновационных приборов и систем (в т.ч. в сфере образования) под задачу обеспечения технологического суверенитета страны. По значимости влияния на систему образования страны проект Национальной киберфизической платформы должен превзойти пример внедрения урока «Информатика» в советскую школу.
Так как киберфизические системы связаны с вопросом соотнесения двух пространств: киберпространства, то есть управляющего пространства (наши представления о системе, наши ожидания, наши управляющие действия и оценка результатов), и физического пространства, то есть материального объекта, воплощающего конкретную часть физической реальности («вторая природа», искусственно созданная человеком), то их принципы могут быть перенесены на любую технологическую тематику. Исходя из принятого в педагогической психологии генетического метода освоения знаний мы предлагаем выстраивать образовательную программу кружка таким образом, чтобы школьники могли понять и прочувствовать момент увеличения управляющих функций, передаваемых искусственному интеллекту (ручное управление — автоматизация — цифровизация). Исходя из генетического подхода необходимо определить задачи, кейсы, позволяющие знакомить школьников с различными решениями управления устройствами, соответствующими различным этапам становления умных устройств — от ручного управления через автоматизацию далее к управлению на основе аналоговых и цифровых систем.

Киберфизика — это шаг к интеллектуализации систем управления, рассмотрению киберфизических систем, а не отдельных роботов, и к обучению в деятельности по их проектированию, связанной с улучшением жизни вокруг себя. Совсем необязательно собирать робота из LEGO и пускать его по линии, если можно автоматизировать школьные процессы. И так приучаться улучшать жизнь вокруг себя — от первого школьного опыта до полноценных научных и производственных изделий и систем в контуре национального технологического суверенитета.

На самом высоком уровне рассмотрения Национальная киберфизическая платформа представляет собой общественно-государственную инициативу по обеспечению в России технологического и кадрового суверенитета, в том числе посредством выращивания отраслей по созданию новых приборов и систем самого разного назначения. Уровень масштаба решаемых задач потребует государственного участия как на уровне федеральных министерств и соответствующих программ, так и отдельных регионов с соответствующей технологической и кадровой политикой.

Но не менее важна и роль общественной инициативы в запуске новой платформы. В начале XX века общественный энтузиазм уже стал опорой технологического рывка Советской России. И сейчас в ситуации беспрецедентного вызова для российского государства значительное внимание при проектировании платформы должно быть уделено выращиванию и поддержке низовых инициативных групп, молодежных конструкторских бюро и сетевых принципов коллективного создания продуктов, получающих все более широкое распространение с развитием цифровых инструментов. Так, в экономической логике Национальная киберфизическая платформа призвана максимально вернуть контроль над средствами производства самим разработчикам и осуществить на различных уровнях хозяйствования переход к построению распределенных инфраструктур, способных к малозатратной деятельности, повышению результативности в пересчете на затраченное время, а также повышение прозрачности и адаптивности производственных процессов.

Реализация общественной-государственной инициативы требует создания специальной поддерживающей системы форматов и мероприятий для Национальной киберфизической платформы. Поддерживающие процессы:

Представленная на четырех уровнях организации Национальная киберфизическая платформа связывает созданные в России технологии, новые образовательные методики, культуру разработки и фундаментальное переосмысление подходов к проектированию систем, работу с молодежными сообществами и их экономическую устойчивость в опоре на новые принципы. Такого уровня задачи можно сравнить с Планом ГОЭЛРО, советскими космическими и атомными проектами, которые базировались на революционной идее, планетарной амбиции и удивительном энтузиазме народа. Русский и советский человек — ученый и инженер — в XX века уже несколько раз формулировали свой ответ на ряд принципиальных проблем человечества. И сейчас, столкнувшись с глобальными вызовами для человеческой цивилизации, мы могли бы дать жителям любой страны свой ответ, основанный на ценности развития, новых формах мышления, доступном образовании и инструментах производства. А значит, рамка русского цивилизационного проекта должна стать важнейшей опорой при запуске Национальной киберфизической платформы.

В структуре проекта НКФП кружок находится в слое методологической и дидактической платформы. Это определяется тем, что задачей кружка НКФП является создание среды, которая «зажжет» в школьниках стремление реализовывать себя и взаимодействовать с миром через техническое творчество, заложит основы нового инженерного мышления и понимания принципов работы с киберфизическими системами. Однако для реализации такой амбициозной задачи кружок должен стать сообществом, которое готово к долгому пути — развития и сопроектирования Национальной киберфизической платформы. На этом пути технологическому кружу предстоит усложнять свою деятельность: двигаться от просветительских и образовательных форматов к разработке собственных проектов киберфизических систем и включению в экономику своего региона.

Кружковое движение создано для того, чтобы поддерживать технологические кружки на этом пути. Ежегодно с 2019 года проводится Всероссийский конкурс кружков, цель которого — выявить, поддержать и распространить наиболее успешные практики технологических кружков России. Среди участников конкурса — кружки при школах, колледжах и вузах, кванториумы, фаблабы и технопарки, станции технического творчества. Тематики кружков также разнообразны: от космоса и авиамоделирования до нейротехнологий и разработки мобильных игр. Все участники появляются на карте технологических кружков России. За время существования конкурса в нем приняли участие более 2000 кружков из 79 регионов России. По результатам конкурса издаются сборники лучших практик, одной из задач которых является распространение опыта наиболее эффективных практик технологических и предметных кружков. Возможно, примеры других кружков станут для вас вдохновением на пути развития своего кружка.

На дорожной карте (рисунок 3) представлены основные вехи, прохождение через которые поможет кружку вырасти от базового до опережающего уровня. Так как проект НКФП направлен на то, чтобы помочь кружкам стать сообществами технологических энтузиастов, в рамках него запускаются специальные мероприятия, выделенные на дорожной карте пунктиром. Методические материалы и ссылки на мероприятия, которые помогут кружкам пройти этот путь, постоянно обновляются и будут появляться на сайте проекта.

В XXI веке технологическая грамотность и техническое творчество не могут не быть повсеместными. Именно поэтому для максимального вовлечения школьников мы используем самый популярный канал внимания — мобильные игры. То количество времени, которое подростки проводят в мобильных устройствах, часто становится предметом спора с родителями и учителями. Серия мобильных игр «Берлога» — тот инструмент, который будет одобрен всеми: и детьми, и родителями, и педагогами, т.к. игры «Берлоги» не только увлекательные, но и полезные в обучении, и устроены они так, чтобы «выталкивать» игроков в реальный мир, а не удерживать их в виртуальном пространстве бесконечно.

Скачать мобильное приложение «Берлога» можно в RuStore. Получить доступ к мобильным играм может любой житель России, имеющий телефон или планшет с операционной системой Android.

В 2023 году всем российским школьникам доступны мобильные игры «Защита пасеки» и «Академия»:

• «Защита пасеки» — это игра в жанре Tower defence, в которой игроку предстоит защитить пасеку от нашествия кибер-насекомых, приобретая и перепрограммируя сельскохозяйственную технику.
• «Академия» — это сюжетное приключение, в котором игрок помогает медвежонку завести новых друзей и защитить от опасности Межгалактическую Академию. В ходе игры герой научится работать в команде, решит множество логических задач, познакомится с основными направлениями деятельности Кружкового движения, а также раскроет тайны Академии.

Постепенно в мобильном приложении будут появляться новые игры в сеттинге «Берлоги».
Важной особенностью игр является программирование иерархических машин состояний или событийное программирование в UML statecharts — стандарт для разработки встраиваемых систем, промышленной автоматизации и даже марсоходов. Мобильная игра хорошо подходит для начального обучения программированию. Ребенок может учиться сам в процессе игры, а может прийти в кружок со специальной образовательной программой «Программирование в мобильной игре «Берлога»». Следующим шагом может быть освоение языков Python и C++ и переход более сложные конструкции программирования, в том числе в среде разработки UML statecharts.

Мобильная игра «Берлога» — это возможность для школьников узнавать об интересных образовательных мероприятиях, которые помогут им продвинуться не только в игре, но и за ее пределами. Внутри мобильного приложения «Берлога» школьник видит анонсы основных мероприятий инженерно-технологической тематики из платформы «Талант», а также может перейти в полный календарь мероприятий, каждое из которых дает баллы для той или иной традиции внутри мобильного приложения «Берлога». Мероприятия для календаря подбираются организаторами проекта Национальной киберфизической платформы, а также могут быть добавлены в календарь руководителями кружков самостоятельно. Благодаря интеграции «Берлоги» с цифровой платформой «Талант» Кружкового движения НТИ в процессе игры школьнику предложат, например, прийти в ближайший технологический кружок и собрать и запрограммировать коптер, который затем появится в виртуальном пространстве игры как особое достижение персонажа. «Развивать» игрового персонажа можно и за счет участия в других реальных образовательных мероприятиях — олимпиадах, инженерных соревнованиях, хакатонах и т.д., в том числе и онлайн — вне зависимости от региона проживания пользователя. Игра будет мотивировать школьников постоянно осваивать на все более серьезном уровне программирование, робототехнику, электронику, чтобы «развивать» своего персонажа и развиваться самому. Свои реальные достижения школьник может не только перенести в игру, но и конвертировать в дополнительные баллы к ЕГЭ благодаря конкурсу портфолио на платформе «Талант».

С точки зрения проекта НКФП, установка игры «Берлога» и дальнейшая «прокачка» персонажа с помощью образовательных мероприятий — это самостоятельные действия школьника. Так, школьники из разных городов России могут установить «Берлогу», поиграть за Конструктора и захотеть «прокачать» его — а для этого им предстоит сходить на очное мероприятие в кружке. То есть мобильная игра «Берлога» — это источник новых участников кружка НКФП. Но также она становится общим пространством для участников, и потому наставник должен иметь представление об устройстве игры.

Мобильная игра может стать инструментом освоения программирования, выбора своей профессиональной траектории или даже источником вдохновения на сюжеты технического творчества или дискуссии с друзьями про перспективы развития науки и технологий. «Берлога» — это большой игровой мир, не только платформа мобильных игр, но также комиксы и плакаты, большие фиджитал-игры в реальном мире (с применением технологий лазертаг и соревнованиями коптеров), серия малых дискуссионных игр, челленджи и возможности для совместного расширения мира медведей, основанного на классике социальных и технологических утопий научной фантастики. «Берлога» предлагает позитивный образ будущего, вдохновленный мирами братьев Стругацких и Кира Булычева, который могут реализовать не только медведи, но и для человечества. Это широкое пространство для разговора со школьниками об их и вселенском будущем, роли инженеров и киберфизических систем в нем, а также их личной профессиональной траектории. Ведь «Берлога» открывает возможность учиться вместе с медведями — совершать открытия, создавать новые технологии, решать проблемы, заботиться о своей родине.

Чтобы стать кружком Национальной киберфизической платформы, необходимо зарегистрировать на цифровой платформе «Талант» свой кружок как организацию и подписать соглашение об обмене данными. Как только это произойдет, руководитель кружка получит доступ к Кабинету организатора (далее также — Каборг), сможет создавать мероприятия, а также станет виден для всех игроков «Берлоги». Все инструкции к Каборгу также доступны по ссылке, а в случае затруднений можно написать в техническую поддержку.

С помощью платформы «Талант» Ассоциация участников технологических кружков собирает и хранит персональные данные пользователей согласно законодательству РФ: Ассоциация внесена в «Реестр операторов, осуществляющим обработку персональных данных» Роскомнадзора в соответствии с Федеральным законом «О персональных данных» от 27.07.2006 № 152-ФЗ (ред. от 06.02.2023). Платформа «Талант» является отечественной разработкой, что выгодно отличает ее от других способов регистраций и сбора сведений о мероприятиях.

Платформа «Талант» позволяет школьникам и студентам участвовать в технологических соревнованиях и других образовательных мероприятиях Кружкового движения и партнеров. Участники регистрируются, получают Talent-ID и в дальнейшем наполняют свое цифровое портфолио, куда записываются достижения в конкурсах, победы в олимпиадах, реализованные проекты, пройденные онлайн курсы и т.п. На платформе ежегодно проводится конкурс цифровых портфолио «Талант НТО» по различным компетенциям: «Разработка приложений», «Искусственный интеллект», «Электроника» и др., победители и призеры конкурса получают до 10 дополнительных баллов к ЕГЭ при поступлении в вузы. Также платформа позволяет навигировать участников по разным мероприятиям, фиксирует связи между участниками и наставниками.

Просветительская функция чрезвычайно важна для технологического кружка — она обеспечивает приток новых участников и распространяет влияние кружка. Поэтому мы рекомендуем раз в 1-2 недели проводить открытые мероприятия в рамках Национальной киберфизической платформы. Открытые мероприятия, в первую очередь, ориентированы на игроков «Берлоги» с нулевым уровнем подготовки. Именно эти мероприятия станут точкой знакомства игроков с миром реального технического творчества и реального кружка. Однако и для постоянных кружковцев эти мероприятия могут быть значимым событием, особенно если они выступают в роли соорганизаторов.
Рекомендуемые форматы открытых мероприятий:

• игровые мероприятия (дискуссионные игры, стратегические настольные игры, квесты и пр.) в сеттинге «Берлоги», позволяющие глубже погрузиться в вопросы организации цивилизации медведей-инженеров;
• технологические мастер-классы, направленные на знакомство участников с оборудованием кружка и его освоение;
• хакатоны по решению инженерных задач.

По мере упаковки рекомендованные сценарии открытых мероприятий будут публиковаться в открытом доступе, чтобы наставники кружков могли свободно их применять:

1. Час Берлоги — сценарий 40-минутного занятия для широкой аудитории о том, что такое мобильная игра «Берлога» и как она может быть полезна школьникам. Может проводиться на классном часе или в рамках других мероприятий. Включает в себя модуль на выбор: А. Знакомство с программированием в игре Б. Навигация по возможностям «Берлоги» В. Создание своего персонажа в мире «Берлоги»

2. Игра «Первопроходцы» — полный комплект материалов для проведения настольной игры на 10-16 человек. Сюжет игры посвящён маленькому эпизоду в глобальном противостоянии межзвёздной цивилизации Берлоги (разумные медведи) и искусственного интеллекта кибер-ос, который из-за ошибки в коде теперь отбирает у цивилизации Берлоги весь энергомёд, который способен обнаружить. Участники мероприятия берут на себя роль колонизаторов, чья задача — организовать добычу энергомёда на экзопланете и организовать его экспорт в ограниченный период времени. Либо признать эту планету опасной для производства и осуществить взлёт с поверхности. В процессе игры участники знакомятся с традициями Пасечников и Программистов и примеряют их на себя.

3. Уроки НТО — материалы профориентационных уроков для учащихся 5−11 классов по прорывным для России технологическим направлениям. Уроки ориентированы на знакомство с направлениями Национальной технологической олимпиадов, но подходят и просто для знакомства с тематической областью. Урок можно провести по базовому (45 минут) или по расширенному плану с учетом дополнительных активностей (90 минут). Чтобы получить материалы достаточно зарегистрироваться на сайте.

4. Игры о практиках будущего — настольные и ролевые игры, которые направлены на популяризацию детско-юношеского социального и технологического предпринимательства и воспитание ответственного отношения к технологическим проектам. Проведение игр занимает от одного до нескольких часов. Материалы и правила игр можно найти на сайте. Там же можно найти контакты команды проекта, к которой можно обратиться за поддержкой или для проведения игр на вашей площадке.

Киберфизические системы встречаются в разных сферах, поэтому образовательные программы кружков НКФП могут охватывать широкий спектр тематик: от создания мобильных приложений до запуска космических спутников, от создания умных устройств до новых материалов, от геймдизайна до систем управления здоровьем. Это позволяет включиться в проект кружкам самых разных направлений: кружкам программирования, основным средством производства которых является компьютер; кружкам робототехники, в которых привыкли к взаимодействию с различными робототехническими конструкторами; и инженерно-производственным кружкам, организованным как мастерские и фаблабы.

Кружковым движением и группой специалистов в сфере киберфизических систем разрабатываются образовательные программы по различным направлениям, которые могут быть использованы для организации работы кружка. При выборе тематик учитываются ключевые технологические вызовы, а также принципы технологической платформы НКФП.

На данный момент Кружковым движением и партнерами разработаны образовательные программы по следующим темам:

• Программирование для мобильной игры «Берлога»
• Дизайн мобильных приложений в QML
• Алгоритмизация и программирование на С++ и основы ООП (на примере Linux и ОС Аврора)
• Проектируя будущее. Колонизация (создание своего поселения на другой планете с использованием 3D-моделирования)
• Беспилотные авиационные системы
• Компьютерное зрение в робототехнике
• Мобильная робототехника
• Новые горизонты. Основы спутникостроения
• Основы схемотехники
• Инженер-программист умных теплиц
• Инженер будущего (знакомство с миром наземной, подводной и космической робототехники)
• Цифровой завод: технологии 3D-печати
• Цифровой завод: лазерные технологии
• Основы оперативного спутникового мониторинга с АПК «Lex»
• Технологии беспроводной связи

Некоторые программы будут постепенно опубликованы в данном пособии, скачать их можно по ссылкам (из списка выше). Они будут доступны под лицензией Attribution 4.0 International (CC BY NC 4.0). При условии некоммерческого использования вы можете скачивать их, копировать, распространять, а также видоизменять и создавать новые, опираясь на них, при условии ссылки на условия некоммерческого использования, источник и пометок, если были внесены правки.

Для руководителей и наставников кружков, желающих включиться в проект Национальной киберфизической платформы, будут регулярно проводиться курсы повышения квалификации по данным образовательным программам, а также обеспечена методическая поддержка при их реализации.

Ключевая задача курсов повышения квалификации — познакомиться с оборудованием и программами, по которым происходит обучение в кружках. Данные программы являются первыми модулями на пути освоения принципов киберфизики. Впоследствии появятся программы и методические материалы повышенного уровня сложности.

Для всех кружков, входящих в проект НКФП, будет организован постоянно действующий научно-методический семинар, на котором будет проводиться разбор содержания образовательной деятельности кружков и обмен опытом. База научных и методических материалов будет формироваться на платформе НКФП.

Киберфизика — это новое направление, которое дает богатый материал для проведения состязаний отдельных участников и коллективов кружков. Такие состязания могут содержать требования к умению программировать, знания физики, а также способности строить адекватные модели физической реальности. Задачи, сочетающие в себе такие требования, невозможно решить методом проб и ошибок, часто применяемым в ходе популярных робототехнических соревнований. На турнирах по киберфизике участникам необходимо совмещать исследование среды и создание собственных инженерных решений.

Оценка работ победителей может осуществляться как с точки зрения работоспособности созданной системы, так и через оценку отдельных составляющих работы, таких как красота выбранной модели, качество исполнения электронного устройства или программной реализации.

Примеры тематик киберфизических турниров:

• сочетание сложных механических и электронных систем, например, стабилизация маятника на подвижной платформе с использованием датчиков и электродвигателей;
• совместная работа нескольких автономных агентов (например, роботов или беспилотников) в ситуации меняющихся условий окружающей среды;
• работа с «непривычными» средами передачи сигналов (акустика в воздухе/воде, инфракрасный сигнал в освещенном помещении и т.п.), для которых участникам необходимо собирать собственные «исследовательские установки» картирования пространства, выбирать собственные протоколы передачи данных и т.п.;
• восстановление назначения системы и ее работы по набору разрозненных компонентов и отрывочным сведениям о ее применении.

Турниры можно проводить на своей площадке, приглашая к участию команды из других школ. Проведение турнира по киберфизике позволяет утвердить технологический кружок на фронтире — в таком кружке не просто учат одной из программ, но занимаются исследованиями и проектами в новейшей области. Так кружок становится частью научно-технического движения.

В 2023 году мы реализуем 2 пилотных модели турнира по киберфизике.

1. Задача по акустике

Участникам предоставляется комплект из электронной платы с микрофонами и динамиком, подключаемой к компьютеру. С помощью платы участники, работая в команде, проходят через последовательность усложняющихся испытаний: исследовать аудиоканал, понять как работают цепи усилителей, выбрать подходящие под разные задачи параметры, картировать пространство с помощью анализа отражения сигналов и т.п. При этом участникам предстоит не только строить физические модели и программировать, но и изготавливать своими руками держатели, акустические антенны, рупоры и другие приспособления, которые помогают работать с распространением звука в среде. По итогам двух подготовительных занятий участники будут готовы к финальным испытаниям — организовать передачу цифрового сообщения между двумя платами в зашумленной среде с использованием собственного кодирования и протокола. Особенность данного направления — глубокая проработка на стыке физики процесса и программирования, много конструкторской работы руками.

Что необходимо от кружка: только компьютеры.

2. Задачи по передаче сигналов в инфракрасном диапазоне

В основу будут взяты электронные наборы, позволяющие участникам создать своими руками ряд устройств. Приборы не будут даны в готовом виде, участникам придется доразработать их, допаять и корпусировать устройства. В конечном счете получится серия приборов, включающих излучатели и детекторы в ИК-диапазоне. Они позволят не только пройти ряд исследовательских работ по учету ограничений среды (работа в помещении и на солнце), но и создать свой собственный набор конечных артефактов для организации лазертег-соревнований, включающих как взаимодействие между живыми участниками, так и с привлечением коптеров и других автоматизированных устройств. Участники открытых мероприятий (и постоянные участники кружка), разработавшие и воплотившие в реальности набор оборудования, затем будут организовывать интерактивные мероприятия для других ребят из своей школы и города. Особенность данного направления — создание собственных приборов и проведение игровых мероприятий.

Что необходимо от кружка: оборудованные места для пайки плат (паяльники, вытяжки, припой, канифоль), а также компьютер или ноутбук. Желательно наличие возможностей для корпусирования устройств: столярного/слесарного оборудования или 3D-принтеров, оборудования для лазерной резки.

Для формирования общности технологического кружка важны внешние вызовы и годовой ритм жизни. Такой ритм задается внешними инженерными соревнованиями и конкурсами, которые дают возможность участникам кружка увидеть команды из других городов, обнаружить свои сильные и слабые стороны и возможную планку, к которой стоит стремиться. Очные финалы инженерных соревнований — это не только состязания, но также знакомство и радость событийствования с лучшими представителями своего направления, с которыми в будущем предстоит вместе развивать технологические отрасли.

Для того, чтобы задать направление развития кружка, мы рекомендуем подбирать инженерные соревнования в своей технологической сфере. Например, можно выбрать один из профилей Национальной технологической олимпиады (НТО). НТО — это самая масштабная в России командная инженерная олимпиада для школьников 5-11 классов и студентов вузов и колледжей, которая проходит по 40+ направлениям и охватывает практически все востребованные в современном мире технологии: искусственный интеллект, редактирование генома, нейротехнологии, космические технологии, робототехника и умные производства и много других. НТО проводится с 2015 года, хорошо зарекомендовала себя как профориентационное мероприятие для будущих инженеров и ИТ-специалистов, общий охват ее участников превысил полмиллиона человек. На отборочных этапах участники решают задачи на специальных онлайн платформах и стендах и объединяются в команды. На заключительном этапе участники работают в реальных условиях на испытательных полигонах и в научных лабораториях ведущих вузов и технологических компаний, используют инженерное и научное оборудование. Победители и призеры НТО получают 100 баллов ЕГЭ по одному из предметов и приглашения на стажировки. Благодаря НТО 25% финалистов могут поступить в вузы на бюджет на востребованные в технологическом секторе специальности.

Часто будущие участники Национальной технологической олимпиады узнают о ней именно от педагогов. При этом учителям совершенно необязательно разбираться в 40+ технологических направлениях олимпиады, которые ежегодно обновляются. Важная задача педагога донести до учеников информацию об НТО и мотивировать зарегистрироваться на олимпиаду, хотя бы проверить свои силы. В НТО выстроена система подготовки, благодаря которой задача педагога – организовать подготовку и поддерживать своих учеников. Выбор профиля НТО обеспечивает соревновательную цель на учебный год и задает планку для подготовки команд. Необязательно победить в первый же год — достаточно получить опыт, проанализировать его и поставить задачи на следующий год. Образовательную программу кружка тоже можно подстраивать под профиль. А знакомство с профилем можно начать с Урока НТО — профориентационного занятия для 5–11 классов по современным технологическим направлениям. Каждый преподаватель может получить набор методических и дидактических материалов для проведения такого занятия. Все Уроки НТО тематически связаны с профилями Национальной технологической олимпиады и позволяют легко включиться в соревновательную активность. Уроки можно проводить как на классных, так и на внеурочных занятиях и использовать их для реализации открытых мероприятий. Можно объединиться с другими педагогами и провести в вашем образовательном учреждении День НТО, где ученики смогут посетить несколько уроков НТО, поиграть в командные игры по тематикам профилей НТО, и таким образом определиться с выбором профиля. Педагоги, которые хотят сами развиваться и совершенствоваться в области современных технологий могут вместе со с учениками участвовать в образовательных программах и мероприятиях НТО, войти в сообщество наставников участников НТО, взаимодействовать напрямую с разработчиками профилей.

Важные ссылки:
Профили НТО: https://ntcontest.ru/tracks/nto-school/
Образовательные программы: https://ntcontest.ru/mentors/education-programs/
Система подготовки: https://ntcontest.ru/study/
Сферы НТО.Junior: https://junior.ntcontest.ru/spheres2023
Система подготовки: https://junior.ntcontest.ru/get_ready

Проектная деятельность — важнейшая составляющая работы современного технологического кружка. Важно отличать проектно-конструкторскую деятельность от проектного обучения, в котором используются творческие практические задачи для закрепления освоения участниками тех или иных знаний и навыков. Учебные проекты в технологических кружках, безусловно, еще далеки от требований к настоящим инженерным проектам полного жизненного цикла — что подразумевает использование результатов таких проектов в реальной экономике. Однако учебные проекты должны соответствовать основным требованиям к проектной деятельности в инженерной сфере: они должны быть направлены на решение реальной социальной или экономической проблемы, содержать в себе разработку технического решения и создание продукта хотя бы на уровне прототипа.

Проектный подход позволяет воспитывать субъектность, без которой невозможно готовить технологических лидеров страны. Мы рекомендуем ознакомиться с методическими материалами по организации проектной деятельности, разработанной Кружковым движением и партнерами:

• Материалы Академии наставников: https://academy.sk.ru/resources
• Онлайн-курс «Как стать наставником проектов»: https://www.lektorium.tv/tutor

Соревнования помогают кружку получить энергию для своей жизнедеятельности: собраться в команды, почувствовать атмосферу фронтира, получить поддержку других сильных команд, сформулировать образовательные и организационные цели. Участие в проектных конкурсах — это важная составляющая организации проектной деятельности в кружках, поскольку, прежде всего, дает возможность дать внешнюю оценку «проектной мощности» кружка в целом и экспертную оценку деятельности кружковцев. Однако в силу большого количества таких конкурсов, важно осуществить качественный анализ региональных и общероссийских конкурсов в соответствии с профилем кружка и требованиями таких конкурсов.

Мы рекомендуем использовать подготовленный специалистами Конкурса цифровых портфолио «Талант» список конкурсов.
Отдельного внимания заслуживают конкурс и конференция «Старт в инновации», ежегодно поддерживающие технологическое предпринимательство в молодежной среде. А также Всероссийский конкурс проектов с открытым кодом Foss, в котором школьники и студенты могут участвовать с собственным проектом, внедрять свободное ПО в свое образовательное учреждение, или внести вклад в один из существующих open source проектов.

В рамках проекта Национальной киберфизической платформы будет организован особый конкурс проектов по разработке киберфизических систем, который станет основным событием проектной деятельности кружков НКФП.

Включение технологического кружка в реальную деятельность и профессиональные сообщества подразумевает проточность: внешние эксперты и заказчики регулярно обращаются к участникам кружка, а кружковцы выходят за пределы своей общности и взаимодействуют с другими профессиональными общностями в разных ролях. Особенно важна на этом пути роль стажера — того, кто способен одновременно учиться и выполнять востребованные производственные задачи, осваивать профессиональную культуру и привносить свежую энергию в коллектив.

На платформе «Талант» можно найти разные стажировки, которые регулярно организует Кружковое движение НТИ. Одним из ключевых направлений и логическим продолжением конкурса проектов с открытым кодом является программа оплачиваемых стажировок «Код для всех». Победителей открытого отбора приглашают на стажировки (в 2023 году в Яндекс, «Образование будущего», Axiom JDK, CyberOK, Robbo), участники пишут код в open source проекты под руководством наставников и получают вознаграждение. В 2023 году количество участников программы превысило 1200 человек.

Также в 2023 году открыты первые профнавигационные лаборатории по пяти направлениям, приоритетным для достижения технологического суверенитета России: искусственный интеллект, электроника, космос, нейротехнологии и энергетика. Проект ориентирован на участников кружков, учеников 8-11 классов, которые планируют поступать на технологические направления и хотят сделать обдуманный выбор будущей специальности и вуза, спроектировать первые карьерные шаги. Лаборатории профессиональной навигации приглашают школьников и наставников как на образовательные лекции по направлениям, так и на встречи с представителями профессиональных сообществ, научными экспертами, инженерами и предпринимателями, помогая кружкам оказаться в деятельном сообществе профессионалов. Подобные встречи позволяют школьникам лучше узнать о том, какие образовательные маршруты стоит выбирать при обучении, как правильно сделать выбор вуза и специальности, какие отличия есть в подходах в разных научных школах разных технологических вузов. Для того, чтобы расширить возможности школьников и их пути профессионального самоопределения, в мобильный календарь цифровой платформы «Талант» также могут быть интегрированы мероприятия, организованные вузами и другими образовательными учреждениями.

Сегодня все чаще технологические кружки, созданные на базе школ, центров дополнительного образования и организаций среднего профессионального образования, совмещают образовательную и производственную функции. Причем в производственной деятельности принимают участие как участники кружков, так и выпускники. Появляются разновозрастные команды, ведущие в кружке производственную деятельность: от производства сувенирной продукции с помощью аддитивных технологий, до мониторинга состояния лесов и сельскохозяйственных территорий в своих регионах средствами аэрокосмических систем. В таких разновозрастных командах возникают условия для того, чтобы подростки получали опыт профессиональной пробы в качестве инженеров.

В области разработок и эксплуатации киберфизических систем такая деятельность не только возможна, но и принципиально важна. Тематики проектов для кружков НКФП, представленные в этом методическом пособии, сформулированы таким образом, чтобы по ним можно было создать детско-взрослые производства, способные, хотя в ограниченном масштабе и с сохранением особых условий функционирования, включать подростков в реализацию инженерных проектов полного жизненного цикла и тем самым помогать им формировать инженерное самосознание.

Подлинный кружок технологических энтузиастов работает с будущим. Он меняет свою жизнь и жизненный уклад вокруг себя, влияя на сообщества своего региона. Кружок Национальной киберфизической платформы опережающего уровня разрабатывает новые технологии, производит технологические продукты, он включен в профессиональное сообщество и развивает коммуникацию с научными и инженерными коллективами в рамках своей тематики, участвует в профессиональных мероприятиях, формирует способность к самостоятельному проектному видению и созидательному действию в социальной и профессиональной сфере. Все это — результат долгого пути формирования сообщества технологических энтузиастов, выращивания собственного видения и проактивного действия.

Дойдя до этого этапа, кружок может вернуться к образам будущего, которые представлены в мире «Берлоги», но уже на других основаниях — не разглядывая их со стороны, а ощущая, как прорастают практики будущей техноутопии, запущенные кружком. Кружки НКФП — это фронтир мира технологий. Кружки НКФП могут сформировать сообщество энтузиастов, готовых вкладывать свою энергию, знания и труд в создание новых технологий и решение актуальных проблем страны и мира