Юрин_М.Е._КОСМИЧЕСКОЕ_3D

МУНИЦИПАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
«СРЕДНЯЯ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ШКОЛА №26»
ГОРОДА ВОЛОГДЫ
ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ
ПРОГРАММА НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЙ
НАПРАВЛЕННОСТИ
«КОСМИЧЕСКОЕ 3D-МОДЕЛИРОВАНИЕ»
Возраст учащихся: 13-15 лет
Срок реализации: 1 год (68 часов)
Автор программы:
Юрин Максим Евгеньевич,
учитель информатики и ИКТ
г. Вологда
2015
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
Актуальность. Век бурного развития информационных технологий в сочетании со
стремительными темпами научно-технического прогресса требуют от образовательных организаций подготовки выпускников с новым – инженерным стилем мышления. С наибольшей
эффективностью формирование такого выпускника возможно лишь в основной школе, когда
ученик определяется с родом своей будущей профессиональной деятельности.
С раннего детства техника ежедневно вторгается во все сферы жизни человека, но в основном как объект потребления. Познание мира техники, расширение технического кругозора и мышления не возможны без наличия у школьников знаний и навыков в области моделирования и конструирования.
Еще недавно, кажущаяся нереальной, объёмная печать 3D-моделей была недоступна
простому обывателю. Однако, на сегодняшний день, появившиеся в широком доступе бюджетные модели 3D-принтеров требуют от пользователей персональных компьютеров знаний,
умений и навыков моделирования и конструирования цифровых 3D-моделей, являющихся
объектами печати. Именно этот факт указывает на новизну, и подчеркивает необходимость
расширения стандартной рабочей программы предмета «Информатика».
К числу значительных научных достижений XX века по праву можно отнести выход
человека за пределы его родной планеты, освоение ближнего космического пространства.
Именно эти события свидетельствуют о начале космической эры – покорения неизведанной
звездной дали. Отрадно, что руководил первым в мире выходом человека в открытый космос
вологжанин-космонавт Павел Иванович Беляев. Основная задача взрослых сохранить и донести до школьников имеющуюся информацию о покорении космоса.
На сегодняшний день космическое образование в начальной и основной школе бессистемно или вообще отсутствует. Таким образом, школьники лишены возможности получить
знания о строении, эволюции и этапах освоения космоса, несмотря на то, что интерес в данном направлении у учащихся существует, особенно у мальчиков. Им интересно техническое
устройство летательных аппаратов, телескопов, космических кораблей и др.
Программа «Космическое 3D-моделирование» предусматривает развитие конструкторских способностей учащихся, и реализует научно-техническую направленность. Программа
разработана для школьников, проявляющих интерес к технике и освоению космоса, интересующихся программным обеспечением компьютера и развитием инновационных технологий. Активная творческая деятельность на занятиях позволяет школьнику приобрести чувство уверенности и успешности в создании 3D-моделей и в вопросах исследования космоса.
2
После освоения дополнительной образовательной программы «Космическое 3Dмоделирование» выпускники могут продолжить обучение по программам технической
направленности в образовательных организациях среднего профессионального образования.
Кроме того, данная программа систематизирует и дополняет имеющиеся знания школьников
о космосе в целом и этапах его покорения.
Цель программы: формирование и развитие творческих способностей, учащихся посредством вовлечения их в конструкторскую деятельность, направленную на проектирование и изготовление 3D-моделей объектов, имеющих непосредственное отношение к космосу,
на персональном компьютере с применением прикладного программного обеспечения
(САПР).
Обозначенная цель определила ряд задач:
Обучающие:
- знакомить с историей развития отечественной и мировой космической техники, с её создателями;
- знакомить с технической терминологией и основными техническими узлами
космических объектов;
- обучать работе с технической и научной литературой;
- формировать графическую культуру: умение читать чертежи, изготавливать
по ним модели, работать с чертежно-измерительным инструментом;
- обучать приемам и технологии изготовления моделей технических объектов
с помощью персонального компьютера;
- развивать интерес к космосу, технике и устройству технических объектов.
Развивающие:
- актуализировать имеющиеся знания о мире науки, техники и космосе их
возможном практическом применении;
- стимулировать мотивацию к самостоятельному получению знаний о технических устройствах, предназначенных для покорения космоса;
- развивать творческие способности и логическое мышление;
- развивать у учащихся элементы технического мышления, изобретательности, образного и пространственного мышления;
- развивать волю, терпение, самоконтроль.
Воспитывающие:
- воспитывать дисциплинированность, ответственность, самоорганизацию;
- воспитывать трудолюбие, уважение к труду;
- мотивировать к изучению наук технической направленности;
3
- формировать чувство коллективизма, взаимопомощи;
- формировать навыки работы в команде;
- воспитывать у школьников чувство патриотизма, гражданственности, гордости за достижения российской науки и техники в освоении космоса.
Программа рассчитана на 1 год обучения учащихся основной школы (13-15 лет). Режим
занятий: по 2 часа в неделю (всего 68 часов в год).
Формирование группы производится на добровольной основе. Численность обучающихся в группе не должна превышать 15 человек. Успешное проведение занятий достигается
с соблюдением основных дидактических принципов: систематичности, последовательности,
наглядности и доступности.
При разработке программы были использованы и учтены требования нормативных
документов:
- Федерального закона РФ от 29 декабря 2012 г. №273-ФЗ (ред. от 31.12.2014) «Об образовании в Российской Федерации»;
- Концепции развития дополнительного образования детей, утвержденной распоряжением Правительства РФ от 4 сентября 2014 г. №1726-р;
- Примерных требований к программам дополнительного образования детей, приложение к письму Минобрнауки РФ от 11 декабря 2006 г. №06-1844;
- Приказа Минобранауки РФ от 29 августа 2013 г. № 1008 «Об утверждении Порядка
организации и осуществления образовательной деятельности по дополнительным общеобразовательным программам»;
- Устава образовательного учреждения.
Прогнозируемые результаты:
На предметном уровне:
Учащиеся должны знать и понимать:
- технику безопасности и предъявляемые требования к организации рабочего места;
- назначение, этапы и виды компьютерного моделирования;
- программное обеспечение, применяемое для создания трехмерных моделей;
- основные правила выполнения чертежей;
- назначение, классификацию и устройство 3D-принтеров;
- основы компьютерной графики, принципы построения трехмерной модели;
- этапы и назначение программного обеспечения, используемого при печати модели на
принтере;
- историю освоения космоса и наиболее известных космонавтов;
4
- устройство космических кораблей и других технических средств, предназначенных
для освоения космоса;
уметь:
- выполнять и читать чертежи;
- самостоятельно выполнять трехмерное моделирование различных предметов;
- настраивать и запускать процесс печать на 3D-принтере;
- использовать наиболее оптимальные техники объемного моделирования;
- устранять простейшие неисправности в работе принтера;
- самостоятельно добывать информацию необходимую при моделировании.
На личностном уровне:
- проявлять активность, готовность к выдвижению идей и предложений;
- проявлять силу воли, упорство в достижении цели;
- владеть навыками работы в группе;
- уметь принимать себя как ответственного и уверенного в себе человека.
На метапредметном уровне:
- выделять главное, понимать суть вещей;
- понимать поставленную задачу;
- прогнозировать результат своей деятельности;
- добывать информацию из различных источников;
- соблюдать обозначенную последовательность действий;
- работать индивидуально, в группе;
- оформлять и презентовать результаты своей деятельности.
Модель выпускника:
После освоения дополнительной образовательной программу, учащийся приобретает
широкий круг знаний, умений и навыков, позволяющих ему ориентироваться в условиях современного мира, реализовать себя и свои возможности в жизни. Обучение программе «Космическое 3D-моделирование» предполагает профессиональную ориентацию выпускника основной школы, его подготовку к освоению программы среднего профессионального образования технической направленности. Использование данной программы в образовательном
процессе систематизирует и расширяет знания о покорении космоса и о лицах к этому причастных.
Модель выпускника включает следующие качества и характеристики:
Духовно-нравственные:
- доброта;
- нравственность;
5
- потребность выражения собственных творческих мыслей посредством компьютерного
моделирования;
- способность жить и действовать в согласии с самим собой, обществом и природой;
- эмоциональное и творческое отношение к людям и окружающей природе.
Творческие способности:
- творческая активность;
- эстетическое восприятие действительности;
- владение навыками самоанализа, необходимыми для оценки собственной работы и
работы других;
- презентация разработанного проекта и демонстрация результатов своей работы;
- индивидуальный подход при выборе творческих проектов.
Учебно-творческие знания, умения, навыки:
- устойчивый интерес к техническому творчеству и изучению космоса;
- устойчивая познавательная активность;
- знание истории развития техники, основ технического творчества, этапов освоения
космоса;
- умение использовать по назначению необходимые материалы и инструменты;
- умение самостоятельно читать рабочие чертежи и составлять эскизы;
- иметь представление об устройстве 3D-принтера и этапах печати модели;
- умение самостоятельно создавать трехмерные компьютерные модели и осуществлять
их печать.
6
УЧЕБНО-ТЕМАТИЧЕСКИЙ ПЛАН
№
п/п
1.
Количество часов
Наименование темы
Космос как объект для трехмерного моделирования.
2.
теория
практика
всего
10
4
14
5
4
9
4
6
10
4
4
8
2
5
7
2
4
6
4
4
8
-
6
6
31
37
68
Основные сведения о трехмерных моделях.
Программное
обеспечение
для
3D-
моделирования и 3D-печати.
3.
Знакомство с системой трехмерного проектирования FreeCAD.
4.
Программа FreeCAD: скетчи.
5.
Программа FreeCAD: создание 2D-моделей
через Draft.
6.
Программа FreeCAD: работа с STL-моделями.
7.
Программа для управления 3D-принтером с
ПК: RepetierHost.
8.
Разработка и защита проекта.
ИТОГО:
7
СОДЕРЖАНИЕ ИЗУЧАЕМОГО КУРСА
1. Космос как объект для трехмерного моделирования. (14 часов)
Космос. Солнечная система. Объекты солнечной системы. Техника, предназначенная
для освоения космоса. Космический корабль. Знаменитые российские космические корабли.
Телескопы и подзорные трубы. Выдающиеся космонавты. Космонавт-вологжанин П.И. Беляев.
Практическая работа №1. Отечественные космические корабли. Подготовка презентации по заданной теме и доклада. Космический корабль для описания выбирают сами учащиеся.
Практическая работа №2. Покорители звездной дали. Групповая работа по подготовке 3-5 минутного видеоряда по заданной теме.
2. Основные сведения о трехмерных моделях. Программное обеспечение для 3Dмоделирования и 3D-печати. (9 часов)
Техника безопасности на занятиях. Моделирование. Трехмерная компьютерная графика. Проектирование и конструирование 3D-моделей. Автоматизация конструкторской деятельности. Основные правила выполнения чертежей. Теоретические сведения о построении и
оформлении чертежа. Общие сведения о 3D-печати как инновационном процессе производства моделей. Программное обеспечение для 3D-моделирования и 3D-печати. Назначение
программ FreeCAD и RepetierHost при изготовлении трехмерной модели. Возможности данных программ.
Практическая работа №3. Тематику работы определяет учащийся и самостоятельно
находят необходимую информацию для создания чертежа. Возможные направления: «Эскиз
модели небесного тела», «Чертеж составляющего элемента космического корабля», «Чертеж элемента скафандра космонавта», «Чертеж детали телескопа».
Практическая работа №4. 3D-принтеры: производственные, персональные, потребительские, их устройство и принцип работы. Практическая работа основа на применении
кейс-технологии.
Практическая работа №5. Программное обеспечение для трехмерной графики. Работа основа на применении технологии развития критического мышления.
3. Знакомство с системой трехмерного проектирования FreeCAD. (10 часов).
Назначение FreeCAD. Возможные техники моделирования (экструзия 2D, скетчи, экспорт STL). Знакомство с интерфейсом программы. Расположение основных функциональных
8
клавиш и окон. Настройка элементов. Возможности FreeCAD по созданию трехмерных моделей.
Практическая работа №6. Моделирование цилиндра и конуса и их возможных пересечений.
Практическая работа №7. Моделирование параллелепипеда и сферы и их возможных
пересечений.
Практическая работа №8. Проектная деятельность учащихся. Знакомство с историей полёта П.И. Беляева в космос, с предметами окружающими его в космическом корабле
(поиск информации в различных источниках). Учащиеся самостоятельно подбирают предмет
из кабины космического корабля для трехмерного моделирования (обязательное условие:
использовать при построении модели цилиндр/конус/параллелепипед/сферу и их возможных
пересечений).
4. Программа FreeCAD: скетчи. (8 часов)
Понятие эскиз (скетч) и ограничение. Элементарные операции построения эскиза.
Процесс создания эскиза. Вытягивание эскиза. Вращение. Проверка соосности деталей. Гравировка. Импорт из OpenScad.
Практическая работа №9. Создание эскиза планеты. Учащимся предлагается разработать эскиз Луны, либо её кратера. Материал для осуществления моделирования они подбирают самостоятельно, знакомятся с покорением и изучением Луны.
5. Программа FreeCAD: создание 2D-моделей через Draft. (7 часов)
Рисование на гранях чертежей с помощью Draft. Проекция. Создание проекции фигуры.
Практическая работа №10. Выполнение гравюры на имеющейся модели. Учащимся
предлагается нанести гравюрную надпись на ранее созданные ими трехмерные модели.
6. Программа FreeCAD: работа с STL-моделями. (6 часов)
STL-модели. Методы создания. Назначение. Коллекции STL-моделей.
Практическая работа №11. Работа с STL-моделями. Поиск в сети Интернет моделей,
касающихся темы космоса, для их последующей модернизации учащимися.
7. Программа для управления 3D-принтером с ПК: RepetierHost. (8 часов)
Назначение RepetierHost при печати трехмерной модели. Особенности установки и
настройки программы. Интерфейс программы RepetierHost. Панель 3D-модели, загрузка и
9
позиционирование готовой модели, инструменты вида (слева) и управления моделями (справа) (масштаб, смещение, поворот).
Практическая работа №12. Работа с программой для управления работой 3Dпринтера. Установка программы RepetierHost, размещение ранее созданных моделей на рабочем поле программы. Создание g-кода (управляющей программы) по трехмерной модели с
использованием слайсера.
8. Разработка и защита проекта. (6 часов)
Практическая работа №13. Учащимся предлагается доработать начатый проект, либо
создать новый. Продуктом деятельности должен стать предмет имеющий отношение к космосу. После создания модели предусмотрена её защита и обсуждение. По возможности может быть осуществлена 3D-печать лучшей модели.
10
МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ПРОГРАММЫ
Основной формой работы по реализации дополнительной общеобразовательной программы «Космическое 3D-моделирование» является учебно-практическая деятельность: 55%
практических занятий и 45% теоретических. На занятиях используются две основные формы
работы, это индивидуальная и групповая. Подготовка к занятиям учитывает нормы организации учебного процесса и дидактические принципы: наглядность, доступность, гуманистическую направленность, свободу выбора. Очевидно, что достижение поставленной цели в
учебно-воспитательной деятельности во многом зависит от системности и последовательности в обучении. Используются следующие методы обучения: словесный (объяснение, беседа,
чтение книг); наглядный (демонстрация педагогом приемов работы); практический (работа
над чертежом, эскизом, созданием модели, макета); исследовательский (самостоятельный
поиск эскизов, чертежей для разработки моделей, макетов).
Используется ряд популярных педагогических технологий: развития критического
мышления, кейс-технология, личностно-ориентированное обучение; алгоритмические технологии.
11
МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
Аппаратные средства:
- персональный компьютер;
- мультимедийный проектор;
- модем;
- устройства вывода звуковой информации – наушники для индивидуальной работы со
звуковой информацией;
- устройства для ручного ввода текстовой информации и манипулирования экранными
объектами – клавиатура и мышь;
- 3D-принтер (по возможности).
Программные средства:
- операционная система Windows;
- пакет офисных приложений MS Office;
- программное обеспечение для трехмерного моделирования FreeCAD;
- программа для управления 3D-принтером RepetierHost;
- антивирусное программное обеспечение;
- браузер.
12
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Для педагога:
1) Александров А.А. Путь к звездам. Из истории советской космонавтики / Анатолий
Александров. – М.: Вече, 2011. – 384 с. : ил.
2) Алексеев С.М., Уманский С.П. Высотные и космические скафандры. – М.: «Машиностроение», 1973. – 280 с.
3) Андрианов Н.К., Марленский А.Д. Школьная астрономическая обсерватория. Пособие для учителей. – М.: «Просвещение», 1977. – 175 с.: ил.
4) Космические путешествия: коллективная монография / Под ред. О.А. Базалука –
Харьков.: МФКО, ФЛП Коваленко А.В. 2012. – т.1. – 220 с. ил.
5) Космические путешествия: коллективная монография / Под ред. О.А. Базалука –
Харьков.: МФКО, ФЛП Коваленко А.В. 2012. – т.2. – 240 с. ил.
6) Космонавтика XXI века. / Отв. ред. Б.Е. Черток – М.: Изд-во «РТСофт», 2010. – 864
с.: ил.
7) Охоцимский Д.Е., Сихарулидзе Ю.Г. Основы механики космического полета: Учеб.
пособие. – М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1990. – 448 с.
8) Райнер Кетэ Космос. Планеты. Звезды. Галактики. Иллюстрированный справочник.
– Белгород, Книжный клуб «Клуб семейного досуга», 2012. – 80 с.
Для учащихся:
1) Александров А.А. Путь к звездам. Из истории советской космонавтики / Анатолий
Александров. – М.: Вече, 2011. – 384 с. : ил.
2) Горьков В.Л. Космическая азбука/ В.Л. Горьков, Ю.Ф. Авдеев. - М.: Детская литература, 1990. – 176 с.
3) Райнер Кетэ Космос. Планеты. Звезды. Галактики. Иллюстрированный справочник.
– Белгород, Книжный клуб «Клуб семейного досуга», 2012. – 80 с.
4) Энциклопедия для детей: [Т.25]: Космонавтика. - 2-е изд., испр./ред.коллегия М.
Аксенова и др. - М.: Аванта+, 2007. - 448 с.
5) Я познаю мир: Космос/ Автор-составитель Т.И. Гонтарук. - М.: АСТ, 1999. – 448 с.
6) Материалы Интернет-ресурсов:
http://kosmos-x.net.ru
http://mirkosmosa.ru
http://astronomiya.com/
13