Opis: 

Praktyka polega na umożliwieniu uczniom zdolnym rozwijania ich zainteresowań technicznych i konstruktorskich oraz ich umiejętności w tej dziedzinie, a także zaprezentowanie osiągnięć najlepszych uczniów w całej Polsce. Uczniowie wraz z nauczycielem prowadzącym podjęli się opracowania projektu i stworzenia prototypu pojazdu zasilanego alternatywnym źródłem energii na poziomie wyższych uczelni technicznych. Stworzono dwa prototypowe pojazdy:

– samobilansujący pojazd typu Segway,

– model samochodu wykorzystujący do napędu ogniwo wodorowe (samochód na wodę).

Poziom techniczny stworzonych modeli przewyższa dokonania studentów na wyższych uczelniach technicznych. Bez problemu mogłyby być tematami prac magisterskich i inżynierskich na tychże uczelniach.

Uczniowie po wykonaniu prototypów startują w ogólnopolskich konkursach technicznych dla szkół średnich i rywalizują z najlepszymi uczniami z całej Polski.

W kwietniu 2016 r. uczniowie ZSM nr 1 w Krakowie zajęli III miejsce w IX edycji Ogólnopolskiego Konkursu „Elektryzująca Pasja” organizowanego przez firmę ELEKTROTIM we Wrocławiu pod patronatem Urzędu Patentowego Rzeczpospolitej Polski.

W marcu 2017 r. uczniowie ZSM nr 1 zajęli II miejsce w VIII edycji „Małopolskiego Konkursu Własnych Prac Technicznych”. Konkurs organizowany był przez Zespół Szkół Elektrycznych Nr 2 w Krakowie pod patronatem Prezydenta Miasta Krakowa.

W kwietniu 2017 r. obydwa opracowane projekty zgłoszone przez uczniów ZSM nr 1 zostały zakwalifikowane do listy 16 laureatów z całej Polski w X edycji konkursu „Elektryzująca Pasja”.

Przyczyna i cel wdrożenia praktyki:

Celem wdrożenia projektów do realizacji było umożliwienie rozwoju własnych zainteresowań i umiejętności uczniów zdolnych. Ważnym celem jest także zaistnienie uczniów-młodych konstruktorów na arenie kraju oraz ich dobre przygotowanie do studiowania na uczelniach technicznych oraz podejmowania zatrudnienia w renomowanych firmach z branży motoryzacyjnej.

Inspiracje praktyk biorą się z obserwacji pogarszającej się sytuacji komunikacyjnej i środowiskowej w dużych aglomeracjach miejskich. Prototypy pojazdów wykonanych przez uczniów ZSM nr 1 zawsze są pewnego rodzaju odpowiedzią na pogarszającą się sytuację ludzi zamieszkujących te miejscowości. Są to pojazdy elektryczne lub oparte na energii odnawialnej, mające na celu zmniejszenie zanieczyszczenia środowiska i usprawnienie komunikacji w większych miastach. Uczniowie proponują pewne rozwiązania, które mogą być zrealizowane w praktyce przemysłowej i wejść do produkcji masowej.

Pomysłodawca/inicjator oraz osoba odpowiedzialna za wdrożenie działania:

mgr inż. Piotr Sendyk – nauczyciel przedmiotów zawodowych w Zespole Szkół Mechanicznych nr 1 w Krakowie.

Nauczyciel jest absolwentem Politechniki Krakowskiej, pasjonatem w dziedzinie konstruowania nowych modeli pojazdów. Swoją pasją potrafi zarazić uczniów Technikum Mechanicznego nr 15, kształcących się w ZSM nr 1 w zawodzie technik pojazdów samochodowych oraz uczniów Zasadniczej Szkoły Zawodowej nr 14, kształcących się w ZSM nr 1 w zawodach mechanik pojazdów samochodowych i elektromechanik pojazdów samochodowych. Nauczyciel wychodzi naprzeciw potrzebom i zainteresowaniom technicznym uczniów zdolnych, inspiruje ich do działania, do podejmowania się nowych wyzwań w zakresie konstruowania nowych modeli pojazdów, wspiera ich pomysły i pomaga im je zrealizować. Podczas realizacji projektów pomaga uczniom stworzyć pełną dokumentację techniczną budowanych modeli pojazdów, oraz dba o precyzję i wysoką jakość ich wykonania. Nawiązuje bardzo dobry kontakt z młodzieżą, a dla uczniów zdolnych jest przykładem nauczyciela, który wspiera ich kreatywność i chęć doskonalenia własnych umiejętności w dziedzinie techniki.

Opis fazy przygotowawczej:

Przygotowanie projektów i związanych z nimi działań zawsze zaczyna się od zgromadzenia odpowiednich funduszy na zakup potrzebnych podzespołów. Dotychczasowe projekty były wspierane finansowo przez Radę Rodziców ZSM nr 1. Gromadzenie potrzebnych elementów zazwyczaj zajmuje dość dużą ilość czasu ze względu na to, że nie są to typowe elementy konstrukcyjne dostępne w Polsce.

W fazie początkowej uczniowie – uczestnicy realizowanych projektów uczestniczą w licznych szkoleniach i spotkaniach seminaryjnych prowadzonych przez nauczyciela koordynatora. Celem spotkań jest zapoznanie się z zastosowanymi rozwiązaniami, kwestiami bezpieczeństwa pojazdu, wytrzymałości projektowanych elementów konstrukcji, rozwiązaniami w zakresie montażu, podłączania i uruchamiania napędu elektrycznego, przenoszenia momentów obrotowych, konstrukcji układów stabilizujących. Na tym etapie konieczne jest również zaopatrzenie zespołów w niezbędne narzędzia i przyrządy pomiarowe, pozwalające na wykonanie operacji planowanych w projekcie. Czas realizacji fazy wstępnej przygotowawczej trwa zwykle kilka tygodni. Niemniej jednak elementy szkoleniowe przeplatają się z działaniami późniejszymi na poszczególnych etapach projektowania konstrukcji mechanicznej, zabudowy napędów, czy też programowania kontrolerów. Po uzyskaniu odpowiedniego poziomu przygotowania grupy rozpoczyna się faza projektowania podzespołów z grupy mechanicznej, elektrycznej, programowania kontrolerów i sterowników montowanych w prototypach. Po wykonaniu podstawowych podzespołów uczniowie testują je w laboratoriach i pracowniach ZSM nr 1 i Centrum Kształcenia Praktycznego oraz Politechniki Krakowskiej. W przypadku pozytywnej weryfikacji podzespołów trafiają one do konstrukcji pojazdów prototypowych. Na tym etapie weryfikowane są również kwestie bezpieczeństwa gotowej konstrukcji oraz możliwości poruszania się w terenie.

Organizacja procesu:

W każdym projekcie bierze udział grupa wybranych uczniów. Początkowo były to małe grupy złożone z dwóch lub trzech uczniów. Projekty zaczynają cieszyć się jednak coraz większą popularnością i chętnych uczniów sukcesywnie przybywa. Realizacja poszczególnych pomysłów limitowana jest ilością posiadanych środków finansowych, stąd też nie wszystkie pomysły mogą być zrealizowane jednocześnie, mimo zainteresowania i chęci uczniów do ich wdrażania. Zainteresowani uczniowie sami zgłaszają się do nauczyciela prowadzącego. Zaangażowanie uczestników jest bardzo duże, ponieważ spędzają oni wiele godzin po zajęciach, żeby projekt mógł zostać zmaterializowany i odniósł sukces. W projektach tego typu uczestniczą najczęściej uczniowie w zawodzie technik pojazdów samochodowych, mechanik pojazdów samochodowych, elektromechanik pojazdów samochodowych. Są to młodzi pasjonaci techniki motoryzacyjnej, dla których uczestnictwo w projekcie jest elementem realizacji własnych ambicji i zainteresowań. W rozmowach wyrażają oni swoje przekonanie o tym, iż to czego dziś mogą się nauczyć, poznając tajniki innowacyjnych rozwiązań pionierskich, za chwilę stanie się elementem codziennego użytku. Chcą poznawać najnowsze technologie, wykorzystywać swoją wiedzę i doświadczenie w przyszłej swojej pracy i na studiach.

Dlatego systematyczne, cotygodniowe spotkania uczniów z nauczycielem koordynującym projekty jest dla nich jak nowatorski pomysł racjonalizatorski, którego treści nie ma w żadnym podręczniku. Każdy uczestnik zajęć, na swój sposób, systematycznie przygotowuje partie materiału, konsultuje, przenosi   i wykorzystuje do praktyki zagadnienia z teorii, sprawdza działanie rozwiązań. Pracownia staje się laboratorium doświadczalnym, w którym uczniowie wraz    z nauczycielem sami tworzą nową rzeczywistość techniczną. Młodsi koledzy, ciekawi zastosowanych rozwiązań, obserwując, uczą się przez doświadczenie. Tworzone rozwiązania są skrupulatnie omawiane, dyskutowane                          i modyfikowane tak, aby suma najlepszych doświadczeń znalazła się w tworzonym projekcie. W tak skonstruowanym modelu dydaktycznym nauczyciel pozostaje partnerem grupy biorącym udział w swoistych odprawach technicznych. Suma nowych doświadczeń i umiejętności uczniów, systematycznie utrwalanych przy okazji tworzenie kolejnych podzespołów projektu jest porównywalna z działaniami zespołów konstruktorów w dobrze zorganizowanej firmie, w której nadrzędnym celem jest przygotowanie profesjonalnego, bezpiecznego, nowatorskiego rozwiązania. Uczniowie korzystają przy tym z bogatych doświadczeń nauczyciela prowadzącego, mogą przedyskutować każdy techniczny szczegół, przedstawiać i uzasadniać swoje techniczne racje, przedstawiać swoje obliczenia i tworzoną na bieżąco dokumentację. Każdy zainteresowany tematyką projektów uczeń mógł wziąć udział w pracach nad jego realizacją i przyczynić się do wdrożenia własnego racjonalizatorskiego pomysłu .

Opis zastosowanych narzędzi i metod, wypracowanych kryteriów:

Każdy projekt realizowany jest jako inicjatywa mająca wyjść naprzeciw oczekiwaniom uczniów i wymaga indywidualnego podejścia. W czasie pracy nad poszczególnymi podzespołami technicznymi projektów pojawiają się różne narzędzia i metodyka ich realizacji. W czasie realizacji projektów opracowano i wdrożono zmodyfikowaną metodę projektu. Główne cele i założenia opracowanej metody i jej innowacyjność wyraża się w następujących elementach:

– umiejętność doboru elementów do konstrukcji mechanicznej urządzenia,

– zdolność do wykorzystania istniejących rozwiązań i ich adaptacja do nowej prototypowej konstrukcji,

– umiejętność tworzenia roboczych zespołów technicznych,

– podział pracy w obrębie zespołu i wzięcie odpowiedzialności za realizację przydzielonych zadań,

-zdolność do forsowania własnych pomysłów i rozwiązań racjonalizatorskich,

– umiejętność oceny trafności obranych kierunków działania na poszczególnych etapach realizowanych projektów,

– umiejętność korzystania z szerokiej bazy sprzętowej w zakresie wytwarzania elementów i podzespołów,

– zdolność do korzystania ze specjalistycznego oprogramowania narzędziowego np. CAD, CNC, FLUID SIM, PNEUMOLAB, DIAGRAM DESIGNER,

-umiejętność programowania mikrokontrolerów i sterowników PLC.

Wdrożona metoda pracy zakłada również bardzo duży stopień samodzielności uczniów, zdolności do komunikowania się w grupie, podejmowania i oceny ryzyka przy realizacji rozwiązań prototypowych.

Rezultaty i efektywność:

Wdrażane przy realizacji projektów metody ukierunkowane są na kształtowanie wśród ich uczestników szeregu umiejętności i zachowań, m.in.:

– umiejętność korzystania i tworzenia dokumentacji technicznej,

– umiejętność doboru elementów i podzespołów do projektowanej konstrukcji,

– umiejętność pozyskania i przygotowania elementów i podzespołów konstrukcyjnych oraz zaadoptowanie ich do nowych rozwiązań, często jako elementy z innych konstrukcji bądź urządzeń,

– zdolność do wykorzystania różnorodnych maszyn i urządzeń niezbędnych do wytworzenia niezbędnych części, a nawet podzespołów – zaangażowane zostają tu wszelkie maszyny będące w posiadaniu szkoły oraz Centrum Kształcenia Praktycznego,

– umiejętność opracowania modelu konstrukcji, która będzie za chwilę służyła jako stanowisko do zadań związanych z realizacją podstawy programowej      w wybranych zawodach, rozwiązanie musi być bezpieczne, ergonomiczne, zabezpieczone przed ewentualnym nieświadomym uszkodzeniem w czasie realizacji zajęć,

-umiejętność współpracy w grupie, przedstawiania własnych konstruktywnych racji, przekonywania kolegów do własnych, uzasadnionych pomysłów, podejmowania ryzyka związanego z wdrażaniem do konstrukcji rozwiązań pionierskich, umiejętność kierowania pracami małego zespołu, podziału czynności, oceny wykonywanych zadań, planowania i organizacji stanowiska pracy.

Metodyka staje się więc narzędziem do kształtowania pożądanych cech uczniów, które będą niezbędne na etapie poszukiwania pracy, jak też w czasie realizacji zawodowych zadań już jako pracowników.

Realizacja projektów stała się doskonałym obszarem do wdrażania ciekawych, ambitnych zadań skierowanych do uczniów, dla których czas poświęcony na taką formę nauki nie jest czasem straconym. Powstające dzięki temu projekty są więc nie tylko potwierdzeniem zaangażowania uczniów, ale też polem do realizacji ich technicznych ambicji.

Dodatkowym atutem jest możliwość zaprezentowania efektów na arenie krajowej poprzez zajmowanie czołowych miejsc w ogólnopolskich konkursach technicznych, w których projekty biorą udział. Pozwala to na wzrost rozpoznawalności placówki nie tylko w obszarze miasta, ale również w całym kraju.

Możliwość realizacji tak innowacyjnych projektów jest jednym z elementów postrzegania szkoły jako placówki rozwijającej się. To korzyści płynące z faktu iż szkoła jest systematycznie modernizowana i wyposażana w najnowszy sprzęt służący do realizacji zajęć w obszarze elektroniki, aktoryki, diagnostyki, napraw pojazdów samochodowych oraz układów mechatroniki samochodowej. Środki dydaktyczne służą więc na powrót pomysłodawcom    i wykonawcom projektów w zdobywaniu wiedzy i nowych umiejętności.

Wnioski z realizacji:

W celu zapewnienia systematyczności realizacji projektów niezbędny jest      dostęp do środków finansowych, pozwalających jednocześnie na zapewnienie trwałości opracowanych projektów i ich udoskonalanie. To pozwoliłoby również na działania w zakresie ochrony patentowej oraz przeprowadzenie procedur pozwalających docelowo znaleźć potencjalnego wytwórcę projektów, co umożliwiłoby pozyskanie dodatkowego wsparcia finansowego prowadzonych działań.

Należałoby znaleźć sponsora wśród przedstawicieli pracodawców w celu umożliwienia zwiększenia skali prowadzonych działań. Pozwoliłoby to na realizację większej ilości projektów i zwiększenie ilości uczniów realizujących nowatorskie projekty w obszarze motoryzacji i mechatroniki.

Elementem wzmocnienia może być też włączenie większej ilości instytutów badawczych uczelni technicznych Krakowa. Docelowo można także utworzyć ośrodek szkoleniowy dla uczniów i nauczycieli spoza ZSM nr 1.

Współpraca z innymi podmiotami:

Przy budowie samo-balansującego pojazdu typu Segway, uczniowie ZSM nr 1 współpracowali z kilkoma podmiotami:

– Uniwersytet Pedagogiczny w Krakowie,

– Szkoła Techniczna w Puli (Chorwacja),

– Politechnika Krakowska,

– Urząd Miasta Krakowa,

– Urząd Marszałkowski Województwa Małopolskiego,

– Rada Rodziców przy Zespole Szkół Mechanicznych nr 1 w Krakowie,

Współpraca polegała na wymianie doświadczeń i wiedzy podczas budowy prototypu pomiędzy szkołą a uczelniami technicznymi Miasta Krakowa. Każdy z partnerów (szkół i uczelni) miał za zadanie opracować projekt i wykonać swój własny pojazd. Warto zauważyć, iż tylko grupie uczniów i opiekunów projektu z ZSM nr 1 udało się doprowadzić projekt do końca. Cenna była niewątpliwie wymiana doświadczeń, zaangażowanie wskazanych instytucji na etapie opracowywania projektu i realizacji poszczególnych jego etapów.

Ważną rolę odegrały także wypracowane wcześniej kontakty z przedstawicielami firm motoryzacyjnych.

Innowacyjność:

W prezentowanej praktyce pojawił się szereg nowatorskich metod, wśród których należy wymienić:

– zaangażowanie do projektu najnowszej technologii z zakresu budowy pojazdów mechanicznych,

– wykorzystanie zalet metody projektu do realizacji zadań związanych z opracowaniem dokumentacji i praktycznych rozwiązań konstrukcyjnych,

– wykorzystanie najnowszej technologii CNC do wytwarzania niezbędnych podzespołów w układzie konstrukcji nośnej i przeniesienia napędu,

– opracowanie algorytmu i programu dla mikrokontrolera sterującego układem samobalansującym i elektrycznym układem napędowym,

– opracowanie projektu lekkiej konstrukcji nośnej pojazdu,

– zastosowanie procedur postępowania w przypadku tworzenia elementów i podzespołów prototypowych urządzeń,

– opracowanie elementów zabezpieczeń instalacji elektrycznej i układu napędowego,

– wdrożenie do pracy zasad funkcjonowania małych zespołów,

Innowacyjność działań polegała jednocześnie na tym, że za każdym razem autorzy prototypów szukali rozwiązań, których jeszcze nie można spotkać na rynku. Są to rozwiązania nowatorskie, którymi bez problemu można by się pochwalić nie tylko w kraju, ale i na arenie światowej, zwiększając rozpoznawalność ZSM nr 1 oraz samych uczniów na europejskim rynku pracy.