4.1. Ainevaldkondade ülene valikkursus „Loodusteadused, tehnoloogia ja ühiskond“
Valikkursuse lühikirjeldus
Kursus on üles ehitatud õpilastele tähtsate probleemide lahendamisele, mille vältel tehakse põhjendatud ja asjatundlikke otsuseid, arvestades loodusteaduslikke, tehnoloogilisi, majanduslikke, sotsiaalseid ja eetilisi mõõtmeid. Seejuures hoitakse tasakaalus varem loodusteaduslikes õppeaineis omandatud teadmiste rakendamine uutes kõrgemat järku mõtlemist nõudvates kontekstides ning omandatakse uusi ainetevahelisi teadmisi ja oskusi, lähtudes nüüdisaegsete sotsiaal-teaduslike probleemide loodusteaduslikust sisust. Jätkusuutlik areng kajastub oskustes ja hoiakutes, mis aitavad kujundada teadlikku ja aktiivset kodanikku, kes oskab hinnata alternatiivseid lahendusi, põhjendada oma valikuid, koostada oma eesmärkide saavutamiseks tegevusplaane ning osaleda nende elluviimises, tuginedes loodusteaduslikele teadmistele.
Kursuse struktuur põhineb kolmeastmelisel mudelil:
- probleemide tuvastamine igapäevaelu olukordades;
- uurimuslikul käsitlusviisil põhinev uute teadmiste omandamine, et lahendada probleeme;
- sotsiaal-teadusliku otsuse tegemine ja selle põhjendamine.
Lahutamatu osa on eksperimentaaltööd, mis modelleerivad nii reaalelu situatsioone kui on suunatud ka uute loodusteaduslike teadmiste omandamisele.
Esitatakse kuni 15 nelja–viieõppetunnilist ainetevahelist moodulit, millest õpetaja valib õpilaste vajaduste ja oma kompetentsuse põhjal õpetamiseks vähemalt kuus. Moodulite sisu uuendatakse pidevalt tänapäeva teaduse ja tehnoloogia arengu ning teadmistepõhise ühiskonna vajaduste järgi ning koostöös õpetajate ja teadlastega koostatakse uusi mooduleid. Kõik moodulid seostavad kolme valdkonda: ühiskonda, tehnoloogiat ja loodusteadusi, lõimudes teiste õppeainetega, sh sotsiaalainetega.
Moodulid esitatakse õpilastele õppematerjalide komplektina. Peale selle koostatakse õpetajale lisamaterjalid, mis annavad lisateavet nii metoodiliste lahenduste kui ka ainetevahelise loodusteadusliku teabe kohta. Mooduleid soovitatakse õpetada erinevate loodusainete õpetajate koostöös. Hindamise põhimõtted fikseeritakse moodulite eripära põhjal.
Gümnaasiumi õppe- ja kasvatuseesmärgid
Valikkursusega taotletakse, et õpilane:
- omandab interdistsiplinaarseid teadmisi, et mõista saavutusi ja suundumusi loodusteadustes;
- lõimib erinevates loodusainetes omandatud teadmised ja oskused ühtseks tervikuks;
- oskab määrata loodusteaduslikke probleeme argielusituatsioonides;
- oskab leida teavet sotsiaalse kandepinnaga loodusteaduslike probleemide kohta;
- kasutab loodusteaduslikku meetodit, sh uurimuslikku käsitlusviisi reaalelu probleeme lahendades;
- oskab teha põhjendatud sotsiaal-teaduslikke otsuseid;
- arendab loovat ja kriitilist, sh uuenduslikku mõtlemist;
- arendab kirjalikku ja suulist suhtlusoskust, käsitledes sotsiaal-teaduslikke probleeme;
- väärtustab loodusteaduslikke teadmisi ning on valmis elukestvaks õppeks;
- oskab hinnata riskitegureid ning prognoosida loodusteaduste ja tehnoloogia saavutuste mõju keskkonnale.
Õpitulemused
Kursuse lõpus õpilane:
- leiab loodusteaduslikke probleeme sotsiaalse kandepinnaga argielusituatsioonidest;
- teeb põhjendatud otsuseid, lahendades sotsiaal-teaduslikke probleeme;
- seostab uued ainetevahelised teadmised varem omandatud loodusteaduslike teadmistega ühtseks tervikuks;
- selgitab käsitletud sotsiaal-teaduslike probleemide loodusteaduslikku tausta nüüdisaja teaduse kontekstis;
- koostab loodusteadusliku sisuga kriitilise essee argieluprobleemidest;
- mõistab teaduse ning tehnoloogia olemust ja kohta ühiskonnas ning suhestatust kooli loodusteaduslike õppeainetega;
- toob näiteid ainetevaheliste sotsiaal-teaduslike situatsioonide kohta ühiskonnas ning esitab nende lahendamise skeeme, sh tuginedes mõistekaardi metoodikale;
- oskab kavandada meeskonnatööl põhinevat sotsiaal-teadusliku probleemi lahendamist ning hinnata selle riskitegureid;
- näitab oskust ja tahet töötada meeskonnas ning sallivust kaaslaste arvamuse suhtes;
- väärtustab uurimisel põhinevat probleemide lahendamist;
- on seesmiselt motiveeritud täiendama loodusteaduslikke teadmisi kogu elu.
Õppesisu
Sisu lõplik täpsustus sõltub gümnaasiumi kohustuslike loodusainete ainekavadest ning teistest valikkursustest. Püütakse välistada dubleerivat uute teadmiste kujundamist ning sarnaste probleemide käsitlemist eri õppeaineis, tuginedes erinevaile metoodikaile. Käsitletavad probleemid on õpilastele elulised ning nüüdisaja ühiskonnas laia kandepinnaga, motiveerides õpilasi õppima sügavuti nii keemia, füüsika, bioloogia kui ka geograafia mõisteid, teooriaid ja seaduspärasusi tänapäeva teadusele iseloomulikus kontekstis.
Moodulid jagunevad nelja valdkonda: keemia, bioloogia, füüsika ning geograafia. Moodulid on järgmised:
- Kliimamuutused: milline on Eesti tulevik?
- Viirused: milline on meie tulevik?
- Osooniaugud ja ultraviolettkiirgus: kas risk elule?
- Toidulisandid: kas poolt või vastu?
- Materjalid, mida kasutame olmes: kas teeme põhjendatud valikuid?
- Elektromagnetilised kiirgused: kuidas mõjutavad olmevahendid meie elu ja tervist?
- Geneetiliselt modifitseeritud toit: kas hea või halb?
- Alternatiivsed energiaallikad: kas biodiisel on lahendus?
- Kaalu langetavad preparaadid: kas farmaatsiatööstus teenib inimeste huve?
- Liiklusõnnetused: kas libisemine, valesti valitud kiirus, joobes juhtimine või tehnoloogilised vead?
- Mürgised kemikaalid meie ümber: kui suur on risk?
- Lõhnad: kas ainult parfümeeria?
- Alkomeeter, rasvamõõtur, vererõhu- ja pulsimõõtur jne: kellele ja miks, tõde ja risk.
- Säästlik energiakasutus kodus: kas soojas ja pimedas või valges ja külmas?
- Kas isetehtud seep on tänapäeva maailmas elujõuline?
- Paberitööstus: kas see on probleem ka Eestis?
Õppetegevus
Õppetegevust kavandades ja korraldades:
- leitakse rühmatöös probleeme ning tehakse otsuseid ja praktilisi töid;
- tehakse uurimuslikke praktilisi töid;
- arendatakse loovust (plakatid ja slaidiprogrammid);
- korraldatakse debatte, rollimänge ja ajurünnakuid;
- kavandatakse ning kaitstakse uuenduslikke projekte;
- kirjutatakse kriitilisi esseid;
- kasutatakse mõistekaardi meetodit, et konstrueerida ja kinnistada teadmisi ning leida ainetevahelisi seoseid;
- otsitakse loodusteaduste- ja tehnoloogiaalast infot erinevatest allikatest, sh võõrkeelsetest ja elektroonilistest;
- laiendatakse õpikeskkonda, käies ettevõtetes ja teadusasutustes.
Füüsiline õppekeskkond
- Praktiliste tööde tegemiseks on vaja klassiruumi. Õpilased jaotatakse rühmadesse, et korraldada katseid (igas moodulis üks tund).
- Koolil on arvutiklass või internetiühendusega arvutite kasutamise võimalus.
- Loodusteaduslike õppeainete õpetajad teevad koolis koostööd.
- Loodusteaduste õpetajad on valmis täiendama ja teisendama õppematerjale ning oskavad seda teha, tuginedes mooduli õpetamise praktikale ning õpilaste eripärale (relevantsuse tagamine).
- Internetis on kättesaadavad lisalugemiseks mõeldud õppematerjalid.
4.2. Ainevaldkondade ülene valikkursus „Mehhatroonika ja robootika“
Valikkursuse lühikirjeldus
Kursusel käsitletakse mehhatroonika- ja robootikasüsteemi põhimõisteid ning süstemaatikat, nende süsteemide kasutusvaldkondi ning eripära, seadmete projekteerimise üldisi aluseid; mehaanika, elektroonika ja tarkvara tervikuks lõimimise üldpõhimõtteid; sissejuhatust anduritehnikasse ja ülevaadet sellest, andurite kasutamise üldpõhimõtteid; sissejuhatust mikrokontrolleritesse ja nende programmimisse; sissejuhatust täitursüsteemidesse ja nende tööprintsiipidesse ning mehhatroonikasüsteemi ideeprojekti koostamist.
Kursus on moodulstruktuuriga, võimaldades korraldada praktilisi projekte konkurssidena, koolidevahelise võistluse või eriprojektidena. Õpet toetab sisuliselt ja metoodiliselt mehhatroonikavaldkonna õpetajate võrgustik ning tugikeskkond internetis. Õppeaine koosneb omavahel integreeritud neljast teemast, mida toetavad läbivalt praktilised harjutused ja praktiline meeskonnaprojekt.
Gümnaasiumi õppe- ja kasvatuseesmärgid
Valikkursusega taotletakse, et õpilane:
- on omandanud ülevaate mehhatroonikast ja robootikast maailmas ning Eestis;
- tunneb huvi tehnikavaldkonna vastu;
- teab robootikasüsteemide ehitust ja komponente;
- oskab lahendada lihtsamaid praktilisi tehnikavaldkonna probleeme mehhatroonika ja robootika abil;
- on omandanud ülevaate erinevatest anduritest ja mootoritest ning tunneb nende tööpõhimõtet;
- oskab kasutada ja programmeerida mikrokontrollereid;
- oskab oma tööd dokumenteerida ning esitleda;
- on omandanud ja omaks võtnud tee-seda-ise mõtteviisi.
Õpitulemused
Kursuse lõpus õpilane:
- tunneb mehhatroonika ja robootika terminoloogiat, põhimõisteid ning alusprintsiipe;
- tunneb erinevate andurite ja täiturite ehitust ning füüsikalisi toimeprintsiipe;
- oskab valida nõuete järgi sobiva mehhatroonikakomponendi;
- oskab programmeerida mikrokontrollerit vähemalt ühes programmeerimiskeeles;
- oskab projekteerida ja valmistada lihtsama mehhatroonikasüsteemi;
- oskab oma loodud toodet dokumenteerida;
- oskab oma loodud toodet esitleda ja tutvustada suuremale publikule;
- on motiveeritud ennast täiendama ning tehnikateaduste valdkonnas edasi õppima.
Õppesisu
Mehhatroonika- ja robootikasüsteemi projekteerimine: integreeritud süsteemide projekteerimise eripära; oma töö plaanimine, ohutushoid; projekteerimise abivahendid ja tarkvarad; robootika komponendid, sh elektroonika komponendid; sobivate komponentide leidmine ja andmelehtede lugemine; oma töö dokumenteerimine ja esitlemine.
Mikrokontrollerid: erinevad mikrokontrollerid ja nende arhitektuur; mikrokontrolleri ehitus ja käsustik; mikrokontrolleri programmeerimine, programmi silumine ja kompileerimine.
Sensoorika: ülevaade anduritest ja nende kasutusaladest; digitaal- ja analoogandurid; analoog-digitaalmuundur.
Täiturmehhanismid: elektrimootorid ja nende juhtimise eripära; alalisvoolumootori juhtimine (H-sild, kiiruse juhtimine); servomootori juhtimine (pulsilaiuse modulatsioon); samm-mootori juhtimine; ülevaade alternatiivtäituritest (lineaarmootor, solenoid, tehislihas).
Praktiline projekt: roboti või praktilise mehhatroonikasüsteemi ehitus.
Õppetegevus
Iga teema sisaldab sissejuhatavat teoreetilist ülevaadet, millele järgnevad praktilised harjutused (v.a esimene moodul). Pärast viimast teemat jätkub õppeaine praktilise tööga – meeskonnaprojektiga, milleks võib olla robot või muu praktiline probleem, mida saab lahendada mehhatroonika- või robootikasüsteemiga. Meeskonnatööd tehes esitletakse tulemusi perioodiliselt teistele meeskondadele ja juhendajale. Esitluste ajal tutvustatakse projekti arengut, tehnilist lahendust ja tekkinud probleeme. Aine lõpeb praktilise töö tulemuse esitlemisega (nt robotivõistlus, töötava lahenduse demonstreerimine vms).
Tegevused:
- praktilised harjutused mikrokontrolleriga;
- praktilised harjutused andurite ja mootoritega;
- rühmatööna (2–3 liiget meeskonnas) lihtsa mehhatroonikasüsteemi projekteerimine ja valmistamine;
- info otsimine elektroonilistest allikatest (k.a temaatilised foorumid, näidisprojektid ja videomaterjal);
- loovust arendavad tegevused: oma lahenduse väljatöötamine mingile tehnilisele probleemile;
- meeskonnatööoskuste arendamine: aja ning töömahu plaanimine, probleemilahenduse viisid, eelarvestamine;
- oma töö esitlemine (võimaluse korral avalikult publikule);
- uuenduslike projektide kavandamine.
Füüsiline õppekeskkond
Praktiliseks õppeks on vaja arvutit ning mehhatroonika/robootika õppekomplekti, mis sisaldab nüüdisaegset programmeeritavat mikrokontrollerit, sensoorikat ja täitursüsteeme. Sõltuvalt praktilisest meeskonnaprojektist võib vaja minna lisavahendeid ning tööriistu, et lahendus välja töötada.
Soovitatav tarkvara:
- mikrokontrolleri programmeerimise IDE;
- elektroonikaskeemide koostamise tarkvara;
- CAD-süsteem;
- esitlemise tarkvara.
4.3. Ainevaldkondade ülene valikkursus „3D-modelleerimine“
Valikkursuse lühikirjeldus
Valikkursus põhineb kolmel oskusel:
- tehnilise joonestamise algtõdede omandamine;
- 3D-modelleerimistarkvara kasutamine toote loomiseks;
- arvuti teel juhitava CNC ehk arvprogrammjuhtimisega freespingi seadistamise algtõdede ning selle juhttarkvara kasutusoskuse omandamine.
Lõiming teiste ainetega:
- valikkursuse edukaks läbimiseks on vaja matemaatilisi vilumusi ja oskusi, eeskätt ruumilist mõtlemist ning ettekujutust erinevatest arvulistest mõõtkavadest ja -ühikutest;
- esteetiliselt nauditavate ning samal ajal praktiliste toodete disainimine toetab kunstipädevuse ja uuendusliku mõtlemise kujunemist;
- CNC-freespingi kasutamine nõuab ettekujutust erinevate materjalide (puidu, alumiiniumi, plasti jms) ning nende töötlemiseks mõeldud tööriistade (eri tüüpi freesiterade) omadustest, mida käsitletakse töö- ja tehnoloogiaõpetuses.
Gümnaasiumi õppe- ja kasvatuseesmärgid
Valikkursusega taotletakse, et õpilane:
- arendab loovust ning süsteemset ja ruumilist mõtlemist;
- oskab seada eesmärke ning plaanib oma tegevust etappide kaupa;
- vastutab ideede ja plaanide elluviimise eest ning rakendab meeskonnatöövõtteid;
- kasutab erinevaid teabeallikaid tehnoloogilist protsessi plaanides ja hindab kriitiliselt neis sisalduvat infot;
- mõistab nüüdisaegse tehnoloogia tähtsust riigi majanduses.
Õpitulemused
Kursuse lõpus õpilane:
- mõistab tootedisaini olulisust igapäevaelus ning oskab näha seost teooria ja praktika vahel;
- on omandanud ülevaate põhilistest 3D-tarkvaraprogrammidest ning oskab ühte neist praktiliselt kasutada toote modelleerimiseks;
- mõistab CNC-freespingi näitel arvuti teel juhitavate tehnoloogiliste seadmete toimimise loogikat;
- suudab põhjendada enda tehtud sisulisi ja tehnoloogilisi valikuid, dokumenteerida tööd ning esitleda töö tulemust.
Õppesisu
Tootedisaini üldised alused
Õpitulemused
Teema läbimise järel saab õpilane aru tootedisaini tähtsusest meie igapäevaelus ning oskab näha seost teooria ja praktika vahel.
Õppesisu
Disaini mõiste, meetod ja kriteeriumid. Lühiülevaade tarbekunsti ning disaini ajaloost. Tehnoloogia mõiste, meetod ja kriteeriumid. Arvuti teel juhitavad seadmed ning nende kasutamise valdkonnad.
3D-modelleerimistarkvara kasutamine
Õpitulemused
Teema läbimise järel on õpilasel ülevaade põhilistest 3D-tarkvaraprogrammidest ning ta oskab ühte neist praktiliselt kasutada toote modelleerimiseks.
Õppesisu
Programmi käivitamine. Faili avamine ja salvestamine. Käsklusribade ülevaade. Tahkkeha, pöördkeha, kiri – eskiis ja keha moodustamine. Virtuaalne koost. Pindade sobivus ning vajalikud vahed.
CNC-freespingi juhttarkvara kasutamine
Õpitulemused
Teema läbimise järel oskab õpilane praktiliselt kasutada pingi juhttarkvara.
Õppesisu
Loodavale failile nime andmine ja 3D-modelleerimisprogrammis loodud detaili toomine töölauale. Tooriku loomine. Joonestuskeskkonna kontroll ja omadused. Joonestamine. Materjali lisamine. Tooriku muutmine läbipaistvaks. Kinnituskeha loomine. Kinnituskeha (tooriku) mõõtmete korrigeerimine. Freesimise tehnoloogia määramine. Tööriista loomine või valimine programmi raamatukogust. Geomeetria seaded. Koordinaatide süsteemi paigaldamine. Geomeetria määramine. Detaili geomeetria määramine. Tooriku geomeetria määramine. Kinnituskeha (lõiketera liikumiseks keelatud ala) geomeetria määramine. Operatsioonide loomine. Musta töötluse loomine. Puhastöötluse loomine. Töötluste loomise jätkamine. Töödeldava ala määramine. Tööradade genereerimine. Postprotsessor. Teise poole töötlemine.
CNC-freespingi seadistamine
Õpitulemused
Teema läbimise järel mõistab õpilane CNC-freespingi näitel arvuti teel juhitavate tehnoloogiliste seadmete toimimise loogikat ning oskab seadistada õppes kasutatavat pinki.
Õppesisu
Tooriku kinnitamine freespingi töölauale. Vaheplaadi koordinaatide süsteemi nullpunkti määramine. Tooriku koordinaatide süsteemi nullpunkti seadistamine vaheplaadi korral. Vaheplaadi ehitus ja tooriku märkimine. Programmi parandamine, kui koordinaatide süsteemi nullpunkt on paigutatud tooriku alumisele küljele. Lõikeriista (freesi) lisamine programmi raamatukokku ning lõikeriistade raamatukogu kasutamine. Ettenihkekiiruse muutmine, tolmuimeja automaatse lülituse lisamine ja tooriku vahetuse positsiooni lisamine. Tööriistade (freeside) lisamine programmi tööriistaloetellu.
Tegevuse dokumenteerimine ja tagasiside
Õpitulemused
Teema läbimise järel suudab õpilane põhjendada oma sisulisi ja tehnoloogilisi valikuid, dokumenteerida tööd ning esitleda töö tulemust.
Õppesisu
Disaini ja tooteprotsessi dokumenteerimine (tekst, fotod, video). Esitluse koostamine disaini ja tooteprotsessist õppija valitud web 2.0 keskkonnas (nt blogi, wiki). Esitluse ettekandmine.
Õppetegevus
Valikkursust õpetades tehakse järgmist:
- töö õpetaja juhendamisel ning iseseisev õppimine, et omandada 3D-modelleerimisprogrammi kasutamise oskus;
- toote disainimine 3D-modelleerimisprogrammiga;
- CNC-freespingi seadistamine ning materjali ja tööriista valik;
- esitluse koostamine toote disainimisest ja freesimisest ning selle ettekandmine kaasõpilastele;
- enda ja kaasõpilaste loodud toodete analüüs, teemakohane arutelu ning diskussioon;
- õppekäik tehnoloogiaettevõttesse ja/või tehnoloogiaharidust andvasse kõrgemasse või kutseõppeasutusse.
Füüsiline õpikeskkond
- 3D-modelleerimistarkvara ning CNC-freespingi juhttarkvara olemasolu.
- Arvutid, mis võimaldavad kasutada 3D-modelleerimistarkvara.
- CNC-freespink koos selle juurde kuuluva kaitsekabiiniga.
- Kulumaterjalide olemasolu (eri tüüpi freesiterad, puit, plast).
4.4. Ainevaldkondade ülene valikkursus „Joonestamine“
Valikkursuse lühikirjeldus
Joonestamisel on praktilise tähtsusega koht õpilaste mõtlemise ja ruumikujutlusvõime arendamisel ning tehnika- ja tehnoloogiaalase graafilise kirjaoskuse kujunemisel. Kursus tugineb varasematele matemaatika, osaliselt ka kunsti ja tööõpetuse kohustuslikel kursustel omandatud teadmistele, oskustele ning hoiakutele. Luuakse süsteemne ülevaade joonestamiseks vajalikust mitmekesisest teabest. Kinnistuvad kursuse jooksul omandatud sõnavara ja teadmised ruumigeomeetriast, süvenevad õpilaste oskused lahendada probleemülesandeid graafiliselt. Kujunevad välja teadmised joonestamisega seotud rakendustest ja hoiakud, mis toetavad õppijate karjääriplaneerimist ning elukutsevalikut.
Õppe vältel õpitakse analüüsima ruumigeomeetrilisi objekte ning lahendama probleemülesandeid graafiliselt. Omandatakse erinevate, sh elektroonsete teabeallikate kasutamise ja neis leiduva teabe tõepärasuse hindamise oskus. Kõige sellega kujundatakse õpilaste joonestamisteadmisi ja -oskusi, mis võimaldavad neil analüüsida, mõista, selgitada ning lahendada ruumigeomeetrilisi probleeme. Seejuures kujundatakse positiivne hoiak joonestamise kui matemaatikateaduse rakendusliku osa suhtes, mis aitab kaasa uue kavandamisele ja loomisele ning arvestab probleeme lahendades teaduslikke, majanduslikke, sotsiaalseid, eetilis-moraalseid aspekte ja õigusakte.
Gümnaasiumi õppe- ja kasvatuseesmärgid
Joonestamise valikkursusega taotletakse, et õpilane:
- tunneb huvi tehnika, tehnoloogia ja/või disaineri loova töö vastu, saab aru selle rakenduslikust tähtsusest ning on motiveeritud iseseisvalt õppima;
- arendab ruumikujutlusvõimet, mõtlemist, tähelepanu, graafilist kirjaoskust, loovust ja täpsust;
- on omandanud süsteemse ülevaate ruumigeomeetrilistest objektidest ja probleemülesannete graafilistest lahendusmeetoditest ning kasutab korrektset joonestamissõnavara;
- suhtub lugupidavalt ja vastutustundlikult kaasinimeste loomingusse ning väärtustab võimet ja oskust ise uut luua; väärtustab töö läbimõeldust, korrektsust ning praktilisust;
- kasutab iseseisvalt erinevaid, sh elektroonilisi teabeallikaid joonestamisteabe leidmiseks ning hindab kriitiliselt neis sisalduvat teavet;
- rakendab ruumigeomeetrilisi probleeme lahendades teaduslikku meetodit;
- saab ülevaate joonestamisteabe rakendamisega seotud elukutsetest ning kasutab joonestamiskursusel omandatud teadmisi ja oskusi karjääri plaanides ning oma edaspidises elus;
- võtab vastu igapäevaeluga seotud kompetentseid otsuseid, tuginedes teaduslikele, majanduslikele, eetilis-moraalsetele seisukohtadele ja õigusaktidele, ning prognoosib otsuste tagajärgi.
Õpitulemused
Kursuse lõpus õpilane:
- väärtustab joonestamisteadmisi, -oskusi ja -hoiakuid tehnika- ja tehnoloogiaalase kirjaoskuse tähtsate komponentidena ning on sisemiselt motiveeritud elukestvaks õppeks;
- on omandanud süsteemse ülevaate jooniste vormistamise, projekteerimise, jooniste saamise meetodite ja ruumigeomeetriliste objektide kohta ning nimetab objektide määramisandmed;
- analüüsib ning kirjeldab joonise järgi objektide kuju ja suurust, objekti osade vastastikust asendit ja asukohta ruumis tasandiliste kujutiste abil ning loeb jooniselt infot objekti kuju, suuruse ja tema osade vastastikuse asendi kohta;
- analüüsib ning hindab projektsioonide lihtsust, mõõdetavust ja piltlikkust ning vormistab joonised tavakohaselt;
- lahendab ruumigeomeetrilisi probleeme teaduslikul meetodil graafiliselt tasandiliste kujutiste abil ning on omandanud ülevaate joonisega esitatud graafilise teabe erinevatest esitusvõimalustest, sh infotehnoloogilistest vahenditest; oskab kriitiliselt hinnata tarkvaravahendite sobivust joonestamiseks;
- on omandanud arenenud ruumikujutluse, tähelepanu ja iseseisva mõtlemise võime;
- toob näiteid joonestamise rakendusvaldkondade kohta ning selgitab joonestamisteadmiste ja -oskuste osa tehnikateaduses ning tehnoloogias, disaini jt rakenduslike loovtööde jaoks ning igapäevaelus;
- suhtub oma ja teiste töösse vastutustundlikult;
- väärtustab loovust ning mitmekülgselt läbimõeldud lahendusi, hindab vastutustundlikku ja säästvat eluviisi ning saab aru nende mõjust elukeskkonnale ja ühiskonnale;
- kasutab erinevaid joonestamisalase, sh elektroonilise info allikaid, analüüsib, sünteesib ja hindab neis sisalduvat teavet ning rakendab seda tulemuslikult objekte projekteerides ja ruumigeomeetrilisi probleeme lahendades;
- kasutab joonestamist õppides ja probleeme lahendades otstarbekalt tehnovahendeid, sh IKT võimalusi.
Õppesisu
Joonistele esitatavad nõuded: normkiri, jooned, joonise formaat, kirjanurk ja raamjoon.
Geomeetrilised konstruktsioonid: paralleel- ja ristsirgete joonestamine, sirglõigu, ringjoone ja nurga jaotamine osadeks.
Projekteerimine ja selle liigid: tsentraal- ja paralleelprojekteerimine.
Jooniste saamise põhilised meetodid. Kvooditud ristprojektsiooni meetodi olemus. Monge’i meetodi olemus. Punkt: koordinaadid; kaks- ja kolmvaade. Sirge: määramisandmed, jälgpunktid; kaks- ja kolmvaade. Sirge asend ekraanide suhtes: üld- ja eriasend. Eriasendiline sirge: horisontaal, frontaal, profiilsirge. Kahe sirge vastastikune asend: paralleelsed, lõikuvad ja kiivsed sirged. Sirglõigu pikkuse ja kaldenurga tuletamine. Tasand: määramisandmed. Tasandi asend ekraanide suhtes: üld- ja eriasend. Tasandilise objekti tõelise suuruse tuletamine. Aksonomeetria meetodi olemus. Liigid. Ristisomeetria teljestiku konstrueerimine, punkti ristisomeetriline kujutis.
Geomeetrilised kehad: liigid (tahk- ja pöördkehad) ja jaotus (korrapärane, mittekorrapärane, sümmeetriline, ebasümmeetriline); kehade kaks- ja kolmvaated. Punkt geomeetrilisel kehal: punkti puuduva projektsiooni tuletamine. Geomeetriliste kehade tasandilised lõiked. Geomeetriliste kehade pinnalaotused.
Õppetegevus
Lähtuvalt konkreetsetest õppe-eesmärkidest, käsitletavast teemast ja eeldatavatest õpitulemustest rakendatakse joonestamistundides järgmisi tegevusi:
- joonestamiseks vajaliku info otsimine eri allikatest, sh elektroonilistest, ning sellele järgnev info analüüs, süntees ja hindamine;
- ruumigeomeetriliste probleemide graafiline lahendamine koolis (kodus) ja arvutipõhises õpikeskkonnas;
- praktilised, sh uurimistööd klassis (kodus) ja IT-keskkonnas;
- dilemmaprobleemide lahendamise rühmatöö IT-keskkonnas;
- joonestustöö plaanimine, tegemine, vormistamine ja kaitsmine.
Füüsiline õppekeskkond
Joonestustööde tegemiseks on vaja joonestusvahendeid ja -paberit ning näitlikustamisvahendeid.
4.5. Ainevaldkondade ülene valikkursus „Arvuti kasutamine uurimistöös“
Valikkursuse lühikirjeldus
Kursus kuulub tinglikult informaatika alla, kuid keskendub informaatika põhiküsimustele üsna kitsas kontekstis, mis on piiritletud otseselt gümnaasiumiastmes üleminekueksami asemel tehtava uurimistöö vajadustega. Informaatika on info struktuuri, loomist, hankimist, töötlemist, tõlgendamist, edastamist ning esitamist käsitlev teaduse ja tehnika haru. Selle kursusega tutvustatakse õpilastele praktiliste tegevuste kaudu meetodeid ning tarkvaravahendeid, mis lihtsustavad uurimisandmete kogumist, töötlemist, analüüsi ja esitlemist.
Gümnaasiumi õppe- ja kasvatuseesmärgid
Valikkursusega taotletakse, et õpilane:
- tuleb toime arvuti kasutamisega uurimistööd tehes, sh andmeid kogudes, töödeldes ja analüüsides ning uurimistulemusi esitades;
- valib andmete kogumiseks ja töötlemiseks sobivad meetodid ning tarkvara;
- esitab mõttekaid hüpoteese ja katsetaks nende kehtivust;
- teeb kogutud uurimisandmete põhjal järeldusi ning põhjendaks neid.
Õpitulemused
Kursuse lõpus õpilane:
- leiab info sobivast allikast, hindab selle usaldusväärsust ja koostab korrektse viitekirje;
- viitab allikatele tekstis korrektselt;
- koostab erinevaid küsimuste tüüpe ja vastuste skaalasid sisaldava veebipõhise küsimustiku;
- korraldab veebipõhise ankeetküsitluse ning esitab küsitluse teel kogutud andmestiku elektroonilise andmetabelina;
- kodeerib, sorteerib ja filtreerib andmed andmetabelis;
- koostab andmetabeli põhjal risttabeli ja sagedustabeli ning eri tüüpi diagramme;
- esitab kirjeldavad ja statistilised karakteristikud (keskmised, standardhälve, miinimum, maksimum, kvartiilid) koos oma selgitustega;
- hindab hüpoteesi üldistatavust valimilt üldkogumile ning nullhüpoteesi kehtivust sobivalt valitud testi abil;
- vormistab korrektselt uurimisaruande;
- koostab uurimisaruande põhjal esitluse ning kannab selle ette.
Õppesisu
Kursus jaguneb seitsmeks viietunniseks mooduliks, millest viimane on iseseisev töö oma lõpparuandega õpetaja juhendamisel. Esimesed kuus moodulit keskenduvad järgmistele teemadele:
- Infootsing internetis ja raamatukogus. Töö allikatega ja viitamine. Viitekirje vormistamine ning viidete haldamine spetsiaalse tarkvaraga.
- Uurimisandmete kogumine. Tunnuste tüübid. Küsimuste tüübid ja vastuste skaalad. Veebipõhise küsimustiku koostamine spetsiaalse tarkvaraga.
- Andmetöötluse alused. Andmetabeli koostamine tabelarvutustarkvaraga. Andmete kodeerimine, sorteerimine ja filtreerimine, sagedustabeli ja risttabeli koostamine. Kirjeldav statistika: keskväärtus, mood, mediaan, standardhälve, kvartiilid. Andmete visualiseerimine diagrammidega.
- Järeldav statistika: üldistus valimilt üldkogumile, usaldusnivoo, nullhüpotees, statistiliselt olulise erinevuse tuvastamine (z-test, t-test, hii-ruut-test).
- Andmetöötlus kvalitatiivse uuringu puhul: andmestiku kodeerimine, kategooriate moodustamine.
- Uurimisaruande vormindamine: tabelid, joonised, laadid, sisukord, indeks, päis, jalus, joonealused märkused. Uurimisaruande põhjal esitluse koostamine ja ettekandmine.
Õppetegevus
Õpet kavandades ja korraldades:
- lähtutakse õppekava alusväärtustest, üldpädevustest, õppeaine eesmärkidest, õppesisust ja oodatavatest õpitulemustest ning toetatakse lõimingut teiste õppeainete ja läbivate teemadega;
- jälgitakse, et õpilase õpikoormus (sh kodutööde maht) on mõõdukas, jaotub õppeaasta ulatuses ühtlaselt ning jätab piisavalt aega puhkuseks ja huvitegevusteks;
- võimaldatakse õppida üksi ning koos teistega (iseseisvad, paaris- ja rühmatööd), et toetada õpilaste kujunemist aktiivseiks ja iseseisvaiks õppijaiks;
- kasutatakse diferentseeritud õppeülesandeid, mille sisu ja raskusaste toetavad individualiseeritud käsitlust ning suurendavad õpimotivatsiooni;
- kasutatakse standardset kontoritarkvara, nüüdisaegset veebipõhist õpikeskkonda ning tasuta kättesaadavaid veebipõhiseid töövahendeid ja õppematerjale;
- suurendatakse andmeid kogudes õpikeskkonda arvutiklassist väljapoole: looduskeskkond, raamatukogu, kooliõu, muuseumid, näitused, ettevõtted jne;
- tehakse õpiülesandeid õpetaja etteantud näidisandmestiku baasil; ainult erandjuhul võib kasutada õpilaste endi kogutud andmeid, sest üldjuhul on see kursus siiski ettevalmistus oma uurimistöö tegemisele, mitte osa sellest;
- ei anta õpilastele üldjuhul arvuti kasutamist eeldavaid kodutöid, et tagada kõigile õpilastele võrdsed võimalused ja sarnase tarkvara kasutamine;
- tagatakse kursuse lõpul kõigile õpilastele võimalus esitleda oma uurimistöö kokkuvõtteid.
Füüsiline õppekeskkond
Klassis on tagatud järgmiste vahendite kasutamine:
- üldjuhul igal õpilasel eraldi arvutitöökoht, erandjuhul mitte rohkem kui kaks õpilast ühe arvuti taga;
- standardne kontoritarkvara;
- õpilase oma sülearvuti kasutamise võimalus (toide, võrguühendus, töölaud);
- esitlustehnika;
- failide salvestamise võimalus võrgukettale või kooli pakutavasse/toetatud veebikeskkonda;
- lisaseadmed (printer, mälupulk);
- juurdepääs infosüsteemidele (e-kool, intranet või veebipõhine sisuhaldussüsteem, rühmatöökeskkond);
- arvutitöökohtadel reguleeritavad toolid, arvutilauad, sundventilatsioon, aknakatted;
- erineva operatsioonisüsteemiga arvutid;
- isikutunnistuse kasutamise võimalus (kaardilugejad, juhtprogrammid);
- kõrvaklapid ja mikrofonid;
- digitaalne foto- ja videokaamera.
Hindamine
Hindamisel lähtutakse gümnaasiumi riikliku õppekava üldosa sätetest. Informaatika õpitulemusi hinnatakse jooksvalt õpiülesannete põhjal ning kokkuvõtvalt kursuse lõpus üldjuhul e-portfoolio abil. E-portfoolio on personaalne veebipõhine keskkond, millesse õpilane kogub pikema aja jooksul enda tehtud tööd ja refleksioonid oma õpikogemustest. Kursuse lõpus koostab õpilane e-portfooliosse kogutud materjalidest oma pädevusi kõige paremini tõendava valiku ning kaitseb seda võimaluse korral avalikult. Õpiülesanded ja e-portfoolio võivad olla tehtud kas üksi- või rühmatööna. Portfoolio kaitsmise põhjal saadud hinne on kursuse kokkuvõtvaks hindeks. Nii jooksvate õpiülesannete tegemise kui ka e-portfoolio esitluse puhul hinnatakse:
- õppe plaanipärasust, loomingulisust ja ratsionaalsust;
- õppekavas ettenähtud õpitulemuste saavutamist ning seonduvate pädevuste olemasolu veenvat tõendamist;
- arvutiga loodud materjalide tehnilist teostust, esteetilisust ja originaalsust;
- õpilasepoolset praktilise tegevuse mõtestamist;
- õpilase arengut.
4.6. Ainevaldkondade ülene valikkursus „Rakenduste loomise ja programmeerimise alused“
Valikkursuse lühikirjeldus
Kursuse käigus tutvustatakse järgmisi põhiteemasid:
- rakenduste loomise põhimõtted;
- mudelid ja modelleerimise alused;
- algoritmimise ja programmimise alused.
Teemasid ei läbita järjestikku, vaid sobiva käsitluse valib õpetaja, arvestades kasutatavat programmeerimisvahendit, kursuse suunitlust, oma metoodilisi kogemusi ja eelistusi jmt.
Rakenduste loomise põhimõtteid ja põhifaase tutvustatakse praktilise töö kaudu, koostades mõningad projektid, mis sisaldavad modelleerimise, analüüsi ning disaini elemente. Modelleerimises on peamine koostada ja esitada algoritme unifitseeritud modelleerimiskeele UML abil realiseeritavate programmide jaoks. Klassimudelite olemust võib tutvustada võrdlemisi lühidalt ja üldiselt, arvestades, et õppija oskaks lugeda nendega esitatud süsteemide ja andmete struktuure ning saaks neist aru. Põhiosa ajast kulub programmimise ja algoritmimise aluste omandamisele praktilise töö ja e-õppe materjalide kasutamise kaudu.
Kursuse eesmärkide saavutamiseks on tähtis teadvustada programmide ja programmjuhtimise olemust, koostades praktilises töös programme ning realiseerides neid arvutil. Et seda protsessi lihtsustada ja kiirendada ning mitte tekitada õpilastes vastumeelsust aine vastu, peaks esimene või ainus keel olema võimalikult lihtsa süntaksiga, atraktiivne ning multimeedia vahendite kasutamist võimaldav programmimiskeel või -keskkond.
Viimasel ajal on kiiresti arenenud ning levinud spetsiaalsed nn programmeerimise õppimise keeled ja keskkonnad (Scratch, Alice, Game Maker, uue põlvkonna Basic- ning Logo-põhised keeled jm). Need on mõeldud algajaile, eeskätt lastele ja noortele programmeerimise õppeks. Võrreldes traditsiooniliste vahenditega (nt Pascal) võimaldavad need õppijal omandada programmimise ning algoritmimise põhitõed ja -oskused 2–3 korda kiiremini.
Esimeseks keskkonnaks (keeleks) võib olla kiiresti leviv Massachusettsi Tehnoloogia Instituudis (MIT) loodud ja arendatav Scratch (http://scratch.mit.edu). Tegemist on vabavaraga, mille kohta on internetis üsna palju õppematerjale, sh eesti ja vene keeles. Arvestades kursuse eesmärke ja mahtu, võib Scratchi kõrval lühidalt tutvustada selliseid vahendeid nagu Alice, MS Small Basic, rakenduste arendussüsteem Visual Basic (VBA), Python vm.
Gümnaasiumi õppe- ja kasvatuseesmärgid
Valikkursusega taotletakse, et õpilane:
- arendab loovust, loogilist, analüütilist ja algoritmilist mõtlemist ning süsteemset käsitlusviisi probleeme ja ülesandeid lahendades;
- teadvustab programmjuhtimisega süsteemide tööpõhimõtet ning info esitamise ja töötlemise põhiprotsesside olemust;
- tunneb rakenduste ja programmide loomise vahendeid ning põhimeetodeid;
- omandab programmide ja algoritmide koostamise ning probleemide lahendamise baasoskused programmjuhtimisega süsteemide abil;
- tutvub objektorienteeritud modelleerimise, analüüsi ja disaini põhimõtetega;
- saab aru objektide ja andmete olemusest, nende omadustest ning nendega täidetavatest tegevustest algoritmides ja programmides;
- omandab algoritmimise ning programmimise põhikontseptsioonid ja mõisted ning oskused kavandada, koostada, siluda ja testida programme, mis koosnevad mitmest koostoimivast üksusest (protseduurist); kasutab objekte, skalaarandmeid ja massiive ning kirjeldab eri liiki protsesse.
Õpitulemused
Kursuse lõpus õpilane:
- eristab ja oskab kirjeldada rakenduste loomise põhifaase: ülesande esitus, analüüs, disain, realisatsioon;
- teab ning oskab võrrelda ja hinnata rakenduste loomise erinevaid vahendeid ning meetodeid;
- nimetab ja kirjeldab objektorienteeritud modelleerimise, analüüsi ja disaini põhimõisteid ning saab aru unifitseeritud modelleerimiskeeles (UML) esitatud klassi- ja tegevusdiagrammidest;
- teab programmide loomise, töötlemise, täitmise, silumise ning testimise põhimõtteid;
- eristab ning oskab programmides ja algoritmides kasutada eri liiki andmeid (arve, tekste, tõeväärtusi, graafika- ja heliandmeid) ning on omandanud ettekujutuse nende esitusviisidest arvutis;
- teab konstantide, muutujate, massiivide ja objektide olemust ning kasutab neid otstarbekalt algoritmides ja programmides;
- eristab ning oskab kasutada eri liiki operatsioone, avaldisi ja funktsioone väärtuste leidmiseks;
- teab omistamise operatsiooni olemust ning oskab seda kasutada algoritmides ja programmides;
- teab ja oskab kasutada vahendeid andmete lugemiseks väliskeskkonnast ning kirjutamiseks väliskeskkonda;
- teab graafikaandmete peamisi vorminguid, oskab määrata tegevusi graafikaobjektidega ning kasutada vahendeid ja meetodeid graafiliste kujundite joonestamiseks;
- oskab algoritmides ja programmides kasutada protsesside juhtimise vahendeid ning kirjeldada eri liiki protsesse: järjestikused protsessid (jada), tsüklilised protsessid (kordused), hargnevad protsessid (valikud) ja paralleelprotsessid;
- oskab programmides luua ja kasutada massiive ning kirjeldada tüüpalgoritme nendega: summade ja keskmiste arvutamine, ekstreemumite leidmine, otsimine ning sortimine;
- oskab korraldada programmide jaotamist üksusteks (protseduurideks, funktsioonideks või skriptideks) ning korraldada nende vahel koostööd ja andmevahetust.
Õppesisu
Rakenduste loomise põhimõtted. Rakenduse olemus. Rakenduste loomise meetodid ja vahendid. Üldotstarbelised programmeerimissüsteemid ja -keeled. Rakendusprogrammid ja nende arendusvahendid. Võrgurakenduse loomise vahendid. Rakenduste loomise põhifaasid: ülesande esitus, analüüs, disain, realisatsioon.
Mudelid ja modelleerimise alused. Mudeli olemus. Mudelite liigid. Geomeetrilised, matemaatilised ja füüsikalised mudelid. Matkimismudelid. Objektorienteeritud modelleerimine ja modelleerimiskeel UML. Objektid ja klassid. Objektide omadused ja tegevused. Sündmused. Seosed objektide ja klasside vahel, klassidiagrammid. Tegevused ja tegevusdiagrammid. Tegevusdiagrammide kasutamine algoritmide esitamiseks.
Algoritmimise ja programmeerimise alused. Programmi olemus. Programmide loomise, töötlemise ja täitmise põhimõtted. Programmeerimiskeeled ja -süsteemid. Laused ning programmiüksused: protseduurid, funktsioonid ja skriptid. Translaatorid: interpretaatorid ja kompilaatorid. Algoritmi olemus. Algoritmide esitusviisid: tegevusskeemid, algoritmikeeled, programmeerimiskeeled jm.
Objektide ja andmete käsitlemine programmides. Objektide omaduste, meetodite ja sündmuste kasutamine. Andmete liigid ja organisatsioon. Konstandid ja muutujad. Massiivid. Operatsioonid andmetega. Avaldised ja funktsioonid. Omistamine. Andmete lugemine väliskeskkonnast ja kirjutamine väliskeskkonda.
Graafikaandmete kasutamine programmides. Graafikaobjektide importimine. Programmi loodud (joonestatud) graafilised kujundid. Graafikaobjektide põhiomadused ja nende muutmine. Tüüptegevused graafikaobjektidega. Animatsioon.
Protsesside liigid algoritmides ja programmides: järjestikused protsessid (jada), tsüklilised protsessid (kordus), hargnevad protsessid (valik), paralleelprotsessid. Eri liiki protsesside kirjeldamise ja täitmise põhimõtted. Korduste liigid: lõpmatu kordus, etteantud kordamisarvuga kordus, eel- ja järelkontrolliga iteratiivsed kordused. Valik ühest, kahendvalik ja mitmene valik.
Massiivid. Massiivide põhiomadused: nimi, dimensioon, mõõtmed, dünaamilisus. Massiivide määratlemine ja loomine. Viitamine massiivide elementidele. Tüüpalgoritmid massiividega: summade ja keskmiste arvutamine, ekstreemumite leidmine, otsimine, sortimine jmt.
Koostöö ja andmevahetus programmiüksuste vahel. Pöördumised ning teadete saatmine. Globaalsed ja lokaalsed andmed.
Kasutajaliidese loomine. Programmide silumine ja testimine. Programmide vormistamine.
Õppetegevus
Õpitakse arvutiklassis praktikumide ja seminaride vormis. Õpet peab toetama elektroonsete õppematerjalide komplekt: teooria põhiosad, harjutused, näited, lingid, elektroonsed töövihikud jm. Õpilased teevad iseseisvalt (kas klassis või kodus) 3–4 tööd, mis on hindamise aluseks.
Füüsiline õppekeskkond on programmeerimise õppekeskkond.