CC BY
31ИЗ ОПЫТА РАБОТЫ
О.В. ХАРЬКИН
O.V. KHARKIN
ПОЗНАВАТЕЛЬНАЯ МОТИВАЦИЯ
COGNITIVE MOTIVATION
ПРОЕКТ «ДЕМОНСТРАЦИЯ ВОЗМОЖНОСТЕЙ СОВРЕМЕННЫХ 3D-ТЕХНОЛОГИЙ И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ В ОБРАЗОВАТЕЛЬНОМ ПРОЦЕССЕ НА ПРИМЕРЕ СОЗДАНИЯ
КОМБИНИРОВАННЫХ ИЗДЕЛИЙ С ПОМОЩЬЮ 3D-РУЧКИ И 3D-ПРИНТЕРА»
PROJECT «THE DEMONSTRATION OF THE CAPABILITIES OF MODERN 3D TECHNOLOGIES AND THEIR APPLICATION IN THE EDUCATIONAL PROCESS ON THE EXAMPLE OF CREATING COMBINED PRODUCTS USING 3D PENS AND 3D PRINTERS»
Сведения об авторе. Харькин Олег Владимирович - преподаватель отдельной дисциплины (технология) Федерального государственного казённого образовательного учреждения «Петрозаводское ПКУ» (г. Петрозаводск. E-mail: djinn111@yandex. ru).
Аннотация. В статье представлен практический опыт применения современных 3D-технологий в образовательном процессе через реализацию учебного проекта по предмету «Технология». В качестве примера приведены сценарии внеурочных занятий для обучающихся 5 и 6 классов по изготовлению изделий с помощью ЗБ-ручки. Статья предназначена для преподавателей предметной области «Технология», педагогов дополнительного образования.
Ключевые слова: 3D-технологии, познавательная мотивация, внеурочная деятельность, комбинированные изделия.
Information about the author. Oleg Harkin - Teacher of Handicraft, Petrozavodsk President Cadet School (Petrozavodsk. E-mail: djinn111@yandex. ru).
Summary. The article presents practical experience of using modern 3D technologies in the educational process through the implementation of a training project on the subject «Handicraft». As an example, there are scenarios of extracurricular activities for students of grades 5 and 6 on making products using a 3D pen. The article is intended for teachers of the subject «Handicraft», teachers of additional education.
Keywords: 3D technologies, cognitive motivation, extracurricular activities, combined products.
Цель: демонстрация возможности модернизации и совершенствования процесса основного общего образования с помощью использования современных технических средств: 3D-ручки и 3D- принтера на примере предмета «Технология».
Задачи:
• способствовать повышению качества современного образования, в частности, преподавания предмета «Технология»;
• способствовать внедрению современных технологий в стандартный образовательный процесс;
• продемонстрировать возможности 3Б-ручки и 3Б-принтера;
• популяризировать использование 3D-ручки и 3D-принтера в сфере общего образования;
• способствовать повышению мотивации и интереса обучающихся к учебным предметам;
• содействовать адаптации обучающихся 5 и 6 классов ППКУ.
Актуальность.
3D-технологии всё чаще используются в современном мире. Они находят применение в различных сферах человеческой деятельности, начиная от наукоёмких отраслей и заканчивая искусством. Во всех сферах жизни всегда будут иметь огромное значение наглядность и простота восприятия. Визуализация является главным преимуществом использования информационных технологий
и современного технологического оборудования. Одним из примеров визуализации являются 3D-техно-логии. Динамично развивающиеся направления 3D-технологий продолжают удивлять возможностями и всё более возрастающей доступностью. Одним из перспективнейших направлений является трёхмерная печать.
Сфера применения 3D-ручки и 3Б-принтера в образовательном процессе очень обширна и перспективна и в то же время довольно проста в реализации.
С помощью 3Б-ручки и 3Б-прин-тера можно сделать более интересным любой школьный предмет. Обучающиеся могут самостоятельно изготавливать простые наглядные пособия и макеты (для предметов «Биология» и «География»), изучать свойства пластмассы (физика и химия), производить математические расчёты при запуске 3Б-принтера, создавать комбинированные изделия (технология) и т.д. Также 3Б-ручка и 3Б-принтер могут применяться при интеграции различных учебных предметов.
Освоение 3D-технологий формирует у обучающихся познавательную мотивацию и универсальные учебные действия, повышает познавательную активность, творческую инициативу, а также интерес к техническому творчеству. При реализации проектной деятельности обучающимся часто приходится сталкиваться с тем, что некоторые детали и даже целые изделия невозможно изготовить своими ру-
ками, например, из-за чрезмерной сложности. Здесь на помощь придёт 3D-прототипирование. Практически любую готовую модель или изделие можно найти в Интернете, если же нужно что-то эксклюзивное, то возможно самому начертить 3D-модель в графическом редакторе, а затем распечатать. Это один из важнейших этапов в обучении, потому что именно создание виртуальной 3Б-модели является основой любого проекта. В процессе моделирования ученик изучает принцип создания модели и постепенно выстраивает алгоритм работы. Это очень важно, так как с малых лет ученик погружается в реальный производственный процесс, учится быть самостоятельной рабочей единицей. Деятельность по созданию 3Б-моделей развивает и творческий подход к выполняемой задаче. Благодаря современному программному обеспечению и мощности современных компьютеров
практически любую идею можно воплотить виртуально. Процесс 3D-моделирования отличается наглядностью, что позволяет ученику в процессе реализации своего проекта постоянно следить за качеством работы. При построении моделей могут использоваться как самостоятельная практическая деятельность, так и работа в команде. Обучающиеся могут разработать и воплотить проект по изготовлению практически любого предмета, что полностью соответствует новой концепции предмета «Технология» (полученные на уроках знания обучающиеся могут перенести и применить в повседневной жизни).
Продолжительность реализации. Данные разработки выполнены обучающимися ППКУ в течение первой и второй учебной четверти. В зависимости от идеи проекта сроки могут варьироваться от 1 до 9 мес. Обязательное условие - соответствие идеи применения 3Б-ручки и 3Б-принтера школьной программе и учебному плану.
Механизм реализации проекта на примере урока технологии.
Проект «Создание комбинированных изделий с применением 3D-ручки и 3D-принтера» на уроке технологии был реализован в 2019 году среди обучающихся 5 и 6 классов ППКУ. В соответствии с учебным планом изучалась тема «Деревообработка» (22 часа), в ходе которой обучающиеся должны изучить свойства древесины, научиться составлять технологическую карту и чертёж будущего изделия, освоить следующие технологические процессы: пиление, строгание, сверление, отделка (5 кл.), а также изготовление деталей цилиндрической формы ручным инструментом и на токарном станке, соединение деталей, склеивание деталей, сборка изделий, выпиливание лобзиком (6 кл.); научиться выполнять разметку и расчёты. Итогом изучения данного раздела должно стать готовое изделие из древесины. Для обучающихся 6 кл. итоговым изделием является подставка для
ручек (см приложение 4); для 5 кл. - модель пистолета Макарова (см. приложение 3).
С помощью 3D-ручки обучающимся 6 кл. было предложено создать стаканчик для подставки, обучающимся 5 кл. напечатать на 3D-принтере прицел для модели пистолета Макарова. Таким образом, обучающиеся смогли усовершенствовать изготовленное ими изделие, сделав его более интересным. Данные занятия проводились как дополнительные, по желанию обучающихся. Изготовление стаканчика с помощью 3D-руч-ки - 2 часа (см. приложение 1), изготовление прицела для модели пистолета Макарова с помощью 3D-принтера - 2 часа (см. приложение 2).
Практический результат.
Обучающиеся с большим интересом отнеслись к возможности поработать с 3D-ручкой и 3D-прин-тером. Это повысило их мотивацию к учебному процессу, повысилась продуктивность работы на уроке, изделие из древесины выполнили все в соответствии с учебным планом. Привлечение обучающихся к дополнительной внеурочной деятельности играет важную роль в социальной и «технологической» адаптации кадет (ППКУ является образовательным учреждением закрытого типа).
Перспективы дальнейшего развития проекта.
Учитывая результативность, наглядность, повышение учеб-
ной мотивации, а также интерес обучающихся к данному проекту, можно сделать вывод о его результативности и актуальности в сфере современного общего образования. В рамках преподавания предмета «Технология» данный проект будет использован и в дальнейшем при изучении таких разделов, как металлообработка, электричество. Данный проект может стать темой по самообразованию для преподавателей. Работа с SD-ручкой и SD-принтером может стать темой для семинаров, мастер-классов и дополнительных занятий по многим предметам общего образования.
Возможность распространения в других образовательных учреждениях: при условии наличия SD-ручки или SD-принтера.
Характеристика затрачиваемых ресурсов:
1. Техническое обеспечение: SD-ручка и SD-принтер, Набор ABS пластиков.
2. Инструкция по работе с SD-ручкой и SD-принтером.
S. Инструктаж по ТБ.
4. Чертёж эскиза для SD-прин-тера.
5.Ноутбук, программа 3D-Max.
ПРИЛОЖЕНИЯ
Приложение 1 Тема: «Изготовление карандашницы с помощью 3D-ручки».
Цель занятия: познакомить обучающихся с основами современных технологий 3D-моделирования по средствам создания объёмного изделия.
Задачи:
образовательные:
• познакомить обучающихся с возможностями 3D-ручки;
• формировать навыки работы в области 3D-моделирования, научить создавать 3D-модель карандашницы с элементами декора;
• обучить приёмам и способам конструирования целых объектов из частей;
воспитательные:
• способствовать формированию у обучающихся познавательной потребности, интереса к предмету;
• закрепить навыки работы в команде; умение выполнять свою часть общей задачи, направленной на конечный результат;
развивающие:
• развивать пространственное мышление, творческую фантазию, познавательную активность, художественный и эстетический вкус;
• научить использовать подручные предметы в качестве основы под трафареты.
В результате проведения урока по рисованию 3D-ручкой обучающиеся должны знать:
- способы соединения и крепежа деталей;
- физические и химические свойства пластика;
- способы и приёмы моделирования;
- закономерности симметрии и равновесия.
Уметь:
- создавать из пластика простые изделия и композиции.
Усовершенствуют:
- образное пространственное мышление;
- мелкую моторику;
- художественный, эстетический вкус.
Перечень оборудования и материалов:
1. SD-ручка, рисует ABS, PLA пластиками.
2. Набор ABS пластиков.
3. Листы чистой офисной бумаги.
4. Клей ПВА.
5. Простые карандаши.
6. Коврики для рисования.
7. Объёмные предметы для рисования.
8. Лопатка для пластика.
9. Ножницы для пластика.
Технические средства обучения: персональный компьютер, мультимедийный проектор, 3D-py4№.
Программное обеспечение: ОС Windows, PowerPoint.
Раздаточные материалы: пластик различных цветов, основа под карандашницу.
Ход учебного занятия.
1. Организационная часть. Приветствие кадет. Оглашение темы и цели занятия. Техника безопасности при работе с 3D-pучкой.
Эмоциональный настрой.
Просмотр видеоряда с изображением различных изделий, демонстрация моделей предметов интерьера, изготовленных с помощью 3D-pучки.
2. Постановка учебной задачи. Самоопределение к деятельности.
Технологии не стоят на месте. То, что трудно было себе даже представить ещё несколько лет назад, сегодня - реальность. Теперь ваши рисунки выходят за пределы листа бумаги и переносятся в трёхмерное пространство. Создание рисунков в воздухе - инновационное, необычное хобби для детей и взрослых. Вам предстоит сделать рисунок 3Б-ручкой на плоскости и рисунок в объёме. При помощи компактного электромотора внутри ручки тонкий, нитевидный пластик протягивается через корпус, нагревается и выталкивается через сопло. Расплавленный пластик моментально застывает в воздухе, материализуя творческие задумки рисующих.
Чем полезно рисование 3Р-руч-кой? (Ответы обучающихся)
1. 3D-ручка развивает моторику рук, фантазию и воображение.
2. Приучает добиваться поставленной цели, искать новые нестандартные подходы к привычным вещам - появляется интерес совмещать разные материалы при работе с ручкой (железо, дерево, стекло, ткань). Возможности творчества здесь безграничны.
3. 3D-ручка интереснее, чем экран планшета или компьютера.
4. 3D-рисование увлекает не только детей, но и их родителей.
Что же такое 3Р-ручка?
3Б-ручка - это инструмент, способный рисовать в воздухе. Волшебство, подумаете вы, но нет, всего
лишь очередной технологический прорыв в области 3Б-моделирова-ния. Гаджет, которому суждено навсегда изменить представление о том, что такое «рисование», ведь теперь вы сможете рисовать не на бумаге, а в пространстве!
Какие виды 3Б-ручек бывают?
На сегодняшний день различают два вида ручек: холодные и горячие. Первые печатают бы-строзатвердевающими смолами -фотополимерами.
«Горячие» ручки используют различные полимерные сплавы в форме катушек с пластиковой нитью.
Как работает 3Б-ручка?
Принцип работы горячей 3Б-ручки предельно прост. В отличие от обычных приспособлений для письма и рисования вместо чернил заправляется пластиковая нить. Большинство ручек используют обычный полимерный пруток, который покупается для принтеров, работающих по технологии послойного наплавления. В задней части корпуса предусмотрено специальное отверстие, в которое вставляется филамент. Встроенный механизм автоматически подводит пластик к экструдеру, где он расплавляется и выдавливается в расплавленном виде наружу.
Металлический наконечник печатной головки нагревается до температуры 240 °С, поэтому при
работе с устройством следует придерживаться базовых правил безопасности.
Несмотря на то, что ручки оборудованы встроенным вентилятором для ускорения процесса застывания пластика, небрежное отношение к прибору напрямую связано с риском получить ожог.
Незначительный шум при работе встроенного механизма не отвлекает от ЗБ-моделирования. FDM-ручка поддерживает быструю замену прутка, что даёт возможность комбинировать цвета и материалы непосредственно во время рисования. Используемый материал может быть разным ABS или PLA.
В быту чаще используется ABS пластик. Он долговечен, устойчив к износу, хорошо подходит для склеивания пластиковых изделий. К его недостаткам причисляют склонность к незначительной усадке и наличие характерного запаха жжённой пластмассы.
Фигуры из PLA более качественны, что объясняется заниженной температурой плавления. Кроме того, данный состав изготавливается из натуральных компонентов, что делает его биоразлагаемым. В то же время срок годности такого филамента заметно меньше, чем у ABS-сплавов.
Инструктаж по технике безопасности при работе с электроприбором
(обучающиеся сами формулируют правила безопасности).
3. Самостоятельная работа учащихся - рисунок по трафарету.
ТЕХНИКА РИСОВАНИЯ 3Б-РУЧКОЙ.
Порядок выполнения карандашницы:
1. Берём предмет цилиндрической формы (например, пластиковая бутылка) и оборачиваем его листом чистой офисной бумаги, закрепляем край клеем ПВА.
2. Наносим на бумагу карандашом рисунок (растительный, цветочный, геометрический орнамент) либо произвольные линии. Важно, чтобы все контуры были замкнутые.
3. Подготовив ручку к работе, наносим разогретый пластик на наш трафарет и следим за тем, чтобы контуры замыкались.
4. Пока остывает пластик, изготавливаем дно карандашницы. Для этого мы измеряем диаметр бутылки и рисуем круг на чистом листе. Наносим разогретый пластик на контур круга и заполняем его.
5. Снимаем остывшие детали с бумаги и приступаем к соединению стенок с дном.
Педагог: У нас получилась замечательная карандашница! А главное, что нигде и ни у кого больше такой нет!
5. Итог занятия. Рефлексия.
Делаем мини-выставку готовых работ. Обучающиеся сами оценивают качество, эстетичность, оригинальность своих изделий.
Педагог: Сегодня на занятии вы освоили технику изготовления объёмной фигуры с помощью 3Б-ручки. Научились сами делать эксклюзивную вещь!
Вам понравилось? Вы можете задать свои вопросы.
Заключение.
Сегодня можно смело заявить, что 3Б-ручки - это не сезонный гаджет.
Многофункциональность, удобные габариты и доступная цена делают их непросто дополнением к настольному 3Б-принтеру, а его
¡гщр
1 штаг
альтернативой. Имея такой прибор под рукой, вы сможете реализовать многие свои идеи, а также решить большинство бытовых проблем за считанные минуты.
Приложение 2
Технология изготовления ко-лиматорного прицела для модели пистолета Макарова.
Материалы и оборудование:
1. Пластик АВС.
2. 3D-принтер.
3. Наждачная бумага.
4. Акриловые краски.
Программное обеспечение:
1. Ноутбук.
2. Графический редактор 3D-мах.
Возраст обучающихся:
10-11 лет (5 кл.).
Количество учебных часов: печать на принтере - 6 часов, подготовка к печати, выбор эскиза и настройка оборудования - 1 час.
Ход работы:
1. Выбираем эскиз будущего прицела и ищем необходимый чертёж в программе 3D-мах в Интернете.
2. С помощью ноутбука загружаем чертёж в 3D-принтер, выставляем параметры и печатаем изделие в течение 6 часов.
3. Снимаем поддержку, дорабатываем наждачной бумагой.
4. Покрываем готовое изделие акриловой чёрной краской.
5. Вставляем прозрачное стекло или пластик.
6. С помощью шурупов устанавливаем прицел на модель пистолета.
Приложение 3
Технология изготовления модели пистолета Макарова.
Материалы и оборудование:
1. Заготовка из древесины толщиной 30 мм, длиной 200 мм, шириной 150 мм.
2. Фанера 6 мм.
3. Верстак, сверлильный станок, рубанок, напильник, ножовка, разметочный инструмент, резцы по дереву, наждачная бумага.
Программное обеспечение:
Медиапроектор, учебник по технологии для 5 кл., методические пособия.
Возраст обучающихся:
10-11 лет (5 кл.)
Количество учебных часов - 22 часа.
Ход работы:
1. Выбираем заготовку.
2. Строгаем пласть и кромку.
3. Размечаем ширину 145 мм, строгаем рубанком.
4. Размечаем толщину 33 мм, строгаем рубанком.
5. Переносим эскиз пистолета на заготовку по трафарету.
6. Выпиливаем ножовкой по контуру с припуском 2 мм.
7. Обрабатываем до линий рашпилем.
8. Обрабатываем напильником торцевые части до появления текстуры.
9. Размечаем курок и высверливаем на сверлильном станке, дорабатываем круглым напильником.
10. Резцами по дереву дорабатываем детали пистолета.
11. Лобзиком выпиливаем из фанеры накладки на рукоятку и приклеиваем их.
12. Размечаем и сверлим отверстия в дуле диаметром 9 мм на сверлильном станке.
13. Шлифуем изделие наждачной бумагой, покрываем акриловыми красками.
Приложение 4
Технология изготовления подставки для ручек.
Материалы и оборудование:
1. Заготовка из древесины толщиной 50 мм, длиной 200 мм, шириной 50 мм.
2. Фанера 6 мм.
3. Верстак, сверлильный станок, рубанок, напильник, ножовка, разметочный инструмент, резцы по дереву, наждачная бумага.
4. Шаблон деталей лафета.
Программное обеспечение:
Медиапроектор, учебник по технологии для 6 кл., методические пособия.
Возраст обучающихся:
11-12 лет (6 кл.)
Количество учебных часов - 22 часа.
Ход работы:
1. Изготавливаем из квадратного бруска круглый диаметром 30 мм с помощью рубанка, рашпиля и напильника.
2. Размечаем центры и устанавливаем в токарный станок по обработке древесины.
3. Размечаем контуры пушки на заготовке.
4. По эскизу вытачиваем рей-ером и майером форму пушки и шлифуем наждачной бумагой.
5. Размечаем и сверлим отверстия в дуле диаметром 8 мм.
6. По шаблону размечаем на фанере детали лафета и выпиливаем лобзиком по разметке.
7. Зачищаем напильником детали, шлифуем наждачной бумагой и склеиваем детали между собой.
8. Размечаем и выпиливаем «досочки» для имитации бортов корабля.
9. Склеиваем каркас карандашницы.
10. Морилкой коричневого цвета красим «деревянные» части, серой морилкой - пушку и колёса.
11. Склеиваем пушку с лафетом и стенки корабля с дном.
12. Изготавливаем стакан для ручек из фанеры.
13. Прикрепляем стакан на подставку.
