Юрин_М.Е._КОСМИЧЕСКОЕ_3D
реклама
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
