Разработка лазерных цифровых образовательных наборов с целью углубленного изучения лазерной физики и лазерных технологий в профильной старшей школе

Проект реализуется для старших школьников профильной школы и педагогических работников среднего и среднего профессионального образования

Цель проекта — разработать методические основы для выполнения исследовательских проектов по лазерной физике с использованием твердотельных лазеров с диодной накачкой. Планируется создание цифровых образовательных наборов и инновационной лазерной площадки.

Образовательное направление «Лазерная физика и лазерные технологии» соответствует приоритетным направлениям развития науки и техники в России. Школьная программа предусматривает лишь общее знакомство с историей открытия лазеров, не отвечая на запросы учащихся, активно интересующихся наукой. Особое внимание в системе обучения школьников направлено на развитие индивидуальных способностей к исследовательской и практической деятельности учащихся. Анализ содержания школьных учебников с точки зрения освещения темы «Лазеры и их применение» позволяет сделать вывод о том, что данная тема не раскрыта для учащихся, выполняющих итоговые лазерные проекты. Поэтому проект по разработке лазерных цифровых наборов для школьных лабораторий является актуальным.

Основная идея проекта — разработка цифровых сканирующих лазерных технологий и программного обеспечения для различных приложений. Например, проект «Спектроскопия лазерно-индуцированной плазмы» фокусируется на анализе качества фармацевтических средств, а проект «Лазер с диодной накачкой» — на создании 3D-моделей объектов Всемирного наследия ЮНЕСКО. Также разрабатываются программы для экологического мониторинга атмосферы. Все проекты требуют создания программной библиотеки для обработки изображений и компьютерного зрения. Планируется получение патентов и сертификатов на лазерные системы.

В лазерной исследовательской лаборатории нашей школы создан лабораторный цифровой комплекс для сборки и юстировки твердотельных лазерных излучателей на кристаллах ванадата и иттрий-алюминиевого граната с примесями ионов неодима, эрбия, хрома. Реализована модульная конструкция излучателей. Имеется программное обеспечение для цифрового анализа параметров лазерных пучков с применением ПЗС-камеры. Лаборатория тесно сотрудничает с группой компаний «Лазер-Компакт», где более 12 лет работал руководителем направления автор проекта Ашурбеков С.А., кандидат технических наук, доцент (специальность — квантовая электроника, аспирантура ИТМО, Санкт-Петербург). Лаборатория также сотрудничает с ООО «Научные развлечения», имеющим большой производственный потенциал, включая 3D-лазерные принтеры. Все сотрудники нашей лаборатории имеют доступ к этим производственным помещениям для изготовления деталей лазеров. Лаборатория достигла высоких результатов, участвуя в научно-практических конкурсах и конференциях, включённых в федеральный перечень олимпиад и творческих конкурсов. За 2023–2024 годы опубликованы 22 научные работы. В 2023 году лабораторию посетила делегация Министерства образования Московской области с бывшим министром образования Бронштейн И.М., которая высоко оценила её деятельность.

При реализации проекта будут созданы макеты лазерных цифровых образовательных наборов модульной конструкции с диодной накачкой для профильных учреждений. Все наборы будут оснащены цифровой лабораторией. На их основе разработают макеты: лазерного 3D-сканера для моделей объектов ЮНЕСКО; лазерного анализатора качества фармацевтических средств через спектроскопию лазерно-индуцированной плазмы; 3D-сканера для измерения концентрации выбросов в атмосферу; усовершенствованной системы внутривенного облучения крови с диодными лазерами на гармониках; лазерных микроскопов с цифровым анализом изображений. Лазерные системы будут иметь программные пакеты. Мониторинг результатов будет проводиться с участием экспертов компаний «Лазер-Экспорт», «Лазер-Компакт», «Научные развлечения» и других.