Программа элективного учебного предмета «3D-моделирование и печать»

Департамент образования Администрации мо г. Салехард

Муниципальное автономное общеобразовательное учреждение

«Средняя общеобразовательная школа №1 имени Героя Советского Союза И. В. Королькова»

Программа элективного учебного предмета

«3D-моделирование и печать»

Автор-составитель

Андреев А. Е.

Учитель физики

г. Салехард, 2016

Пояснительная записка

Актуальность данного курса в практической направленности учебного материала. Программа элективного учебного предмета "3D-моделирование и печать" предназначена для учащихся всех профилей.

Любой преподаватель должен идти в ногу со временем, отслеживать технологические новинки и знакомить с ними своих учеников.  Учащиеся должны стремиться быть в курсе инновационных технологий. 

Технология 3D-печати довольно новая, но она развивается действительно очень быстро.

С помощью 3D-принтера для учащихся становится возможным разрабатывать  дизайн предметов, которые невозможно произвести даже с помощью станков. В прошлом ученики были  ограничены в  моделировании и производстве вещей, так как из инструментов производства они обладали только руками и простыми обрабатывающими машинами. Сейчас же эти ограничения практически преодолены. Почти все, что можно  нарисовать на компьютере в 3D программе, может быть воплощено в жизнь.

Использование 3D-печати открывает быстрый путь к иттерационному моделированию. Учащиеся могут разрабатывать 3D-детали, печатать, тестировать  и оценивать их. Если детали не получаются, то попробовать еще раз. Применение 3D-технологий неизбежно ведет к увеличению доли инноваций в школьных проектах.

Школьники вовлекаются в процесс  разработки, производства деталей.

Однажды нарисовав свою модель в CAD программе и напечатав ее на 3D-принтере, они будут печатать на 3D-принтере еще и еще. 3D-печать может применяться не только на занятиях по дизайну и технологиям. Самые разные  художественные формы (скульптуры, игрушки, фигуры) могут быть напечатаны на 3D-принтере.

В значительной степени положительные стороны применения печати на 3D-принтерах– увидеть собственными глазами эту технологию в действии.

Перед технологиями 3D-прототипирования открыто великое будущее. Не так давно люди мечтали о компьютерах в собственных домах, и это осуществилось. Затем люди мечтали о связи «на ходу», мобильные телефоны с вычислительной мощностью как у настольных компьютеров появились буквально несколько лет назад. Так что насчет 3D-принтеров? В ближайшем будущем 3D-принтеры станут  техникой для дома. Возможно, не в каждом доме будет по 3D-машине, но 3D-печать становится все более и более доступной для масс, чтобы печатать запасные части для сломанной техники, заказывать компоненты, объекты собственного дизайна.  Сейчас активно расширяется цифровая база данных 3D-моделей. Любой человек может скачать понравившийся дизайн и напечатать его дома. С помощью 3D-принтеров можно производить сложные конструкции в отдаленных районах (даже в космическом пространстве) или в экономически менее развитых странах.

Основная цель программы:

·            изучение программы по созданию трехмерных моделей;

·            практическое применение навыков полученных на уроках физики и черчения;

·            осуществление проектной деятельности;

·            общее развитие кругозора учащихся, интереса к предмету;

·            развитие творческих способностей;

·            профессиональное ориентирование.

Задачи:

·         формирование умения самостоятельно разрабатывать  дизайн предметов приобретать и применять научные знания;

·         разрабатывать 3D-детали, печатать, тестировать  и оценивать их;

·         показать практическую значимость 3D-технологий.

В процессе обучения учащиеся приобретают следующие конкретные умения (компетентности), которые позволяют им быть успешными на следующей ступени образовательной вертикали:

·            работа с 3D-программами;

·            Построение сложных фигур;

·            Построение сложных геометрических орнаментов;

·            моделирование объектов;

·            печать объектов на 3D-принтере.

Перечисленные умения формируются на основе следующих знаний:

·        роль эксперимента в познании;

·        правила пользования компьютерными приборами и программами;

·        основные физические законы и основы рисования и черчения;

Общая характеристика курса

1.                     Основные разделы курса.

Основными разделами курса являются:

1)    Введение в моделирование. Разновидности 3D-редакторов. Blender

2)    Основы работы в Blender

3)    Создание объектов. Печать

4)    Сервис  TinkerCad

2.    Формы организации учебной деятельности обучающихся.

В работе с данным содержанием возможны следующие виды деятельности:

·        выполнение самостоятельных работ;

·        групповая форма работы;

·        выполнение домашних заданий;

·        самостоятельные исследования;

·        составление моделей;

·        устные сообщения учащихся с последующей дискуссией;

·        работа над проектами;

·        работа с Интернет-ресурсами;

·        работа со справочной литературой, энциклопедиями.

3.     Методы организации учебной деятельности.

Проблемно – диалоговое обучение, информационно-коммуникативные технологии, развивающее обучение.

4.     Связь с другими учебными предметами.

Программа построена на основе межпредметной интеграции с математикой, информатикой, физикой, технологией, черчением.

Содержание программы направлено на передачу знаний для подготовки учащихся к выбору определенных профессий, архитектор, инженер, модельер и проектировщик и т. д.

Результатом освоения программы курса может служить создание проектной работы.

Место курса в учебном плане

Программа данного курса рассчитана на учащихся 7 – 9 классов, продолжительность – 16 часов. Реализация часов курса предусмотрена за счёт часов школьного компонента.

Личностные, метапредметные и предметные результаты освоения курса

1.     Личностные результаты, формированию которых способствует изучение данного учебного предмета, раскрывающие и конкретизирующие содержание программы:

1)  воспитание российской гражданской идентичности: патриотизма, уважения к Отечеству, прошлое и настоящее многонационального народа России; осознание своей этнической принадлежности, знание истории, языка, культуры своего народа, своего края, основ культурного наследия народов России и человечества; усвоение гуманистических, демократических и традиционных ценностей многонационального российского общества; воспитание чувства ответственности и долга перед Родиной;

2) формирование ответственного отношения к учению, готовности и способности обучающихся к саморазвитию и самообразованию на основе мотивации к обучению и познанию, осознанному выбору и построению дальнейшей индивидуальной траектории образования на базе ориентировки в мире профессий и профессиональных предпочтений, с учётом устойчивых познавательных интересов, а также на основе формирования уважительного отношения к труду, развития опыта участия в социально значимом труде;

3) формирование целостного мировоззрения, соответствующего современному уровню развития науки и общественной практики, учитывающего социальное, культурное, языковое, духовное многообразие современного мира;

4) формирование осознанного, уважительного и доброжелательного отношения к другому человеку, его мнению, мировоззрению, культуре, языку, вере, гражданской позиции, к истории, культуре, религии, традициям, языкам, ценностям народов России и народов мира; готовности и способности вести диалог с другими людьми и достигать в нём взаимопонимания;

5) освоение социальных норм, правил поведения, ролей и форм социальной жизни в группах и сообществах, включая взрослые и социальные сообщества; участие в школьном самоуправлении и общественной жизни в пределах возрастных компетенций с учётом региональных, этнокультурных, социальных и экономических особенностей;

6) развитие морального сознания и компетентности в решении моральных проблем на основе личностного выбора, формирование нравственных чувств и нравственного поведения, осознанного и ответственного отношения к собственным поступкам;

7) формирование коммуникативной компетентности в общении и сотрудничестве со сверстниками, детьми старшего и младшего возраста, взрослыми в процессе образовательной, общественно полезной, учебно-исследовательской, творческой и других видов деятельности;

8) формирование ценности здорового и безопасного образа жизни; усвоение правил индивидуального и коллективного безопасного поведения в чрезвычайных ситуациях, угрожающих жизни и здоровью людей, правил поведения на транспорте и на дорогах;

9) формирование основ экологической культуры соответствующей современному уровню экологического мышления, развитие опыта экологически ориентированной рефлексивно-оценочной и практической деятельности в жизненных ситуациях;

10) осознание значения семьи в жизни человека и общества, принятие ценности семейной жизни, уважительное и заботливое отношение к членам своей семьи;

11) развитие эстетического сознания через освоение художественного наследия народов России и мира, творческой деятельности эстетического характера.

2.     Метапредметные результаты, формированию которых способствует изучение данного курса, раскрывающие и конкретизирующие содержание программы:

1)  умение самостоятельно определять цели своего обучения, ставить и формулировать для себя новые задачи в учёбе и познавательной деятельности, развивать мотивы и интересы своей познавательной деятельности;

2) умение самостоятельно планировать пути достижения целей, в том числе альтернативные, осознанно выбирать наиболее эффективные способы решения учебных и познавательных задач;

3) умение соотносить свои действия с планируемыми результатами, осуществлять контроль своей деятельности в процессе достижения результата, определять способы действий в рамках предложенных условий и требований, корректировать свои действия в соответствии с изменяющейся ситуацией;

4) умение оценивать правильность выполнения учебной задачи, собственные возможности её решения;

5) владение основами самоконтроля, самооценки, принятия решений и осуществления осознанного выбора в учебной и познавательной деятельности;

6) умение определять понятия, создавать обобщения, устанавливать аналогии, классифицировать, самостоятельно выбирать основания и критерии для классификации, устанавливать причинно-следственные связи, строить логическое рассуждение, умозаключение (индуктивное, дедуктивное и по аналогии) и делать выводы;

7) умение создавать, применять и преобразовывать знаки и символы, модели и схемы для решения учебных и познавательных задач;

8) смысловое чтение;

9) умение организовывать учебное сотрудничество и совместную деятельность с учителем и сверстниками; работать индивидуально и в группе: находить общее решение и разрешать конфликты на основе согласования позиций и учёта интересов; формулировать, аргументировать и отстаивать своё мнение;

10) умение осознанно использовать речевые средства в соответствии с задачей коммуникации для выражения своих чувств, мыслей и потребностей; планирования и регуляции своей деятельности; владение устной и письменной речью, монологической контекстной речью;

11) формирование и развитие компетентности в области использования информационно-коммуникационных технологий (далее ИКТ– компетенции);

12) формирование и развитие экологического мышления, умение применять его в познавательной, коммуникативной, социальной практике и профессиональной ориентации.

3.     Предметные результаты освоения учебного курса, раскрывающие и конкретизирующие содержание программы:

1)  формирование представлений о закономерной связи и познаваемости явлений природы, об объективности научного знания; о системообразующей роли физики для развития других естественных наук, техники и технологий; научного мировоззрения как результата изучения основ строения материи и фундаментальных законов физики;

2)  выделять объект, субъект и цель моделирования;

3)  анализировать объект как систему, выделяя существенные для цели моделирования свойства и осуществляя поиск необходимой информации, не представленной в условии;

4)  выбирать форму представления модели и представлять информацию в выбранной форме (формализовать информацию);

5)  оценивать целесообразность использования конкретного вида информационных технологий для реализации модели;

6)  эффективно использовать информационные технологии для решения задачи по моделированию;

7)  грамотно интерпретировать результаты информационного моделирования, оценивать адекватность модели;

8)  применять результаты информационного моделирования, извлекать из модели необходимую информацию для решения задачи;

9)  приобретение опыта создания художественного образа в разных видах и жанрах визуально-пространственных искусств: изобразительных (живопись, графика, скульптура), декоративно-прикладных, в архитектуре и дизайне;

10)                     приобретение опыта работы различными художественными материалами и в разных техниках в различных видах визуально-пространственных искусств, в специфических формах художественной деятельности, в том числе базирующихся на ИКТ (цифровая фотография, видеозапись, компьютерная графика, мультипликация и анимация);

11)                     развитие индивидуальных творческих способностей обучающихся, формирование устойчивого интереса к творческой деятельности.

12)                     осознание необходимости применения достижений физики и технологий для рационального природопользования;

13)                     развитие умения планировать в повседневной жизни свои действия с применением полученных знаний законов механики, электродинамики, термодинамики и тепловых явлений с целью сбережения здоровья;

14)                     формирование представлений о нерациональном использовании природных ресурсов и энергии, загрязнении окружающей среды как следствие несовершенства машин и механизмов.

Содержание курса

1)    Разновидности 3D-редакторов. Blender

2)    Основы работы в Blender

3)    Создание объектов. Печать

4)    Сервис  TinkerCad

№	Тема	Количество часов
1	Введение в моделирование. Разновидности 3D-редакторов. Blender	3
2	Основы работы в Blender	6
3	Создание объектов. Печать	4
4	Сервис  TinkerCad	2
5	Подведение итогов. Защита проекта. Фотоотчет	1
	Итого	16

Тема 1. Введение в моделирование. Техника безопасности и правила поведения. Распределение по компьютерам. (1 ч.)

Тема 2. Разновидности трехмерных редакторов. Обзор программы Blender. Выбор шаблона (1 ч.)

Тема 3. Особенности приложения Blender. Основные элементы окна. 3D-принтер Picaso 3D Designer (1 ч.)

Тема 4. Инструменты Blender. Линия и прямоугольник. Окружность и дуга (1 ч.)

Тема 5. Инструменты Blender. Орбита, панорама, масштаб и рулетка. (1 ч.)

Тема 6. Инструменты Blender. Создаем объект. (1 ч.)

Тема 7. Инструменты Blender. Заливка и ластик. Смещение и перемещение. (1 ч.)

Тема 8. Дублирование элементов. Инструмент Копирование. (1 ч.)

Тема 9. Управление элементами через меню программы. (1 ч.)

Тема 10. Построение сложных геометрических фигур. Печать (1 ч.)

Тема 11. Перемещение и объединение объектов. (1 ч.)

Тема 12. Построение сложных геометрических орнаментов. Печать (1 ч.)

Тема 13. Построение предмета. Печать (1 ч.)

Тема 14. Знакомство с онлайн-сервисом Tinkercad. (1 ч.)

Тема 15. Онлайн-моделирование объектов Tinkercad. Печать (1 ч.)

Тема 16. Подведение итогов. Защита проекта. Фотоотчет. (1 ч.)

Тематическое планирование

№	Название тем	Дидактические единицы	Формы и способы организации учебной деятельности	Результат
1.	Введение в моделирование. Техника безопасности и правила поведения. Распределение по компьютерам	Моделирование. 3D-редактор.	Объяснение нового материала.	Умение применять знания правил безопасной эксплуатации электротехнических и электробытовых приборов
2.	Разновидности трехмерных редакторов. Обзор программы Blender. Выбор шаблона	CAD-программы. Референс Меш. Рендер	Объяснение нового материала. Выбор шаблона.	Умение выделять объект, субъект и цель моделирования
3.	Особенности приложения Blender. Основные элементы окна. 3D-принтер Picaso 3D Designer	PLA. ABS. Высота слоя. Модель.	Объяснение нового материала. Работа в группах. Подготовка файла к печати.	Умение организовывать учебное сотрудничество и совместную деятельность с учителем и сверстниками. Умение пользования ИКТ-оборудованием
4.	Инструменты Blender. Линия и прямоугольник. Окружность и дуга	Ось. Камера вида.	Объяснение нового материала. Построение объектов	Умение выделять объект, субъект и цель моделирования
5.	Инструменты Blender. Орбита, панорама, масштаб и рулетка	Полигон. Вершина. Грань.	Объяснение нового материала. Построение объектов	Умение выделять объект, субъект и цель моделирования
6.	Инструменты Blender. Создаем объект	Вид объекта	Объяснение нового материала. Построение объектов	Умение эффективно использовать информационные технологии для решения задачи по моделированию;
7.	Инструменты Blender. Заливка и ластик. Смещение и перемещение	Заливка. Ластик. Смещение.	Объяснение нового материала. Построение объектов	Умение эффективно использовать информационные технологии для решения задачи по моделированию;
8.	Дублирование элементов. Инструмент Копирование.	Копирование.	Объяснение нового материала. Построение объектов	Умение выполнять копирование и слияние объектов.
9.	Управление элементами через меню программы	Меню, горячие клавиши, сочетание клавиш	Объяснение нового материала. Построение объектов	Умение оценивать целесообразность использования конкретного вида информационных технологий для реализации модели;
10.	Построение сложных геометрических фигур. Печать	Тороид, Сфера, Сетка, Куб, Круг	Объяснение нового материала. Построение объектов, печать.	Умение применять результаты информационного моделирования, извлекать из модели необходимую информацию для решения задачи;
11.	Перемещение и объединение объектов	Перемещение, слияние	Объяснение нового материала. Построение объектов	Умение работать с различными художественными материалами и в разных техниках в различных видах визуально-пространственных искусств, в специфических формах художественной деятельности, в том числе базирующихся на ИКТ (цифровая фотография, видеозапись, компьютерная графика, мультипликация и анимация);
12.	Построение сложных геометрических орнаментов. Печать	Орнамент, Изгиб, Создание полигона	Объяснение нового материала. Построение объектов, печать.	Умение создания художественного образа в разных видах и жанрах визуально-пространственных искусств: изобразительных (живопись, графика, скульптура), декоративно-прикладных, в архитектуре и дизайне;
13.	Построение предмета. Печать	Stl, Obj, формат, заполнение, поддержка	Объяснение нового материала. Построение объектов, печать.	Умение эффективно использовать информационные технологии для решения задачи по моделированию;
14.	Знакомство с онлайн-сервисом Tinkercad	Конвертация, Совместимость	Объяснение нового материала. Построение объектов.	Умение эффективно использовать информационные технологии для решения задачи по моделированию;
15.	Онлайн-моделирование объектов Tinkercad. Печать	Печать различными вида пластиками, лак для печати	Объяснение нового материала. Построение объектов, печать.	Умение эффективно использовать информационные технологии для решения задачи по моделированию;
16.	Защита проекта		Защита проектов

Учебно-методическое обеспечение

Для учителя:

1.            Королев, А.Л. Компьютерное моделирование / А.Л. Королев. - М.: БИНОМ. ЛЗ, 2013. - 230 c.

2.            Косенко, И.И. Моделирование и виртуальное прототипирование: Учебное пособие / И.И. Косенко, Л.В. Кузнецова, А.В. Николаев. - М.: Альфа-М, ИНФРА-М, 2012. - 176 c.

3.            Ларченко, Д.А. Интерьер: дизайн и компьютерное моделирование. / Д.А. Ларченко, А.В. Келле-. - СПб.: Питер, 2011. - 480 c.

4.            Петелин, А.Ю. 3D-моделирование в Google Sketch Up - от простого к сложному. Самоучитель / А.Ю. Петелин. - М.: ДМК Пресс, 2012. - 344 c.

Для учащихся:

1.            Королев, А.Л. Компьютерное моделирование / А.Л. Королев. - М.: БИНОМ. ЛЗ, 2013. - 230 c.

2.            Косенко, И.И. Моделирование и виртуальное прототипирование: Учебное пособие / И.И. Косенко, Л.В. Кузнецова, А.В. Николаев. - М.: Альфа-М, ИНФРА-М, 2012. - 176 c.

3.            Ларченко, Д.А. Интерьер: дизайн и компьютерное моделирование. / Д.А. Ларченко, А.В. Келле-. - СПб.: Питер, 2011. - 480 c.

4.            Петелин, А.Ю. 3D-моделирование в Google Sketch Up - от простого к сложному. Самоучитель / А.Ю. Петелин. - М.: ДМК Пресс, 2012. - 344 c.

Методические указания

Учащимся заранее сообщается тема, перечисляются основные понятия для повторения с целью самостоятельной подготовки к теоретическому занятию, в ходе которого учащиеся работают со справочной литературой, энциклопедиями. Теоретические занятия можно проводить в форме беседы, устных сообщений учащихся, дополнениях учителя. В конце каждого теоретического занятия рекомендуется проводить контроль по усвоению теоретического материала. Виды контроля: фронтальный опрос, тестирование.

Перед выполнением практической части, проводится инструктаж по технике безопасности; ставится цель работы; определяется оборудование, необходимое для выполнения практической работы; указываются необходимые измерения. В конце каждой работы учащиеся должны сделать вывод; представить результаты работы в виде модели.

Материально-техническое обеспечение

Оборудование кабинета должно включать следующие типы средств обучения:

·        комплект технических и информационно-коммуника­тивных средств обучения:

—   компьютер;

—   мультимедиа-проектор;

—   интерактивная доска;

—   выход в Интернет;

—   3D-принтер;

—   планшет Apple iPad;

—   программное обеспечение "Blender".

Краткое описание документа:

Если будут учителя, воспользовавшиеся данной программой при организации данного курса у себя в школе, прошу сообщить об этом мне, так как данная программа является одним из результатов моей проектной работы. То что вы реализуете ее у себя в школе будет мне плюсом, о чем я смогу сообщить на защите моего проекта. Спасибо. Любой преподаватель должен идти в ногу со временем, отслеживать технологические новинки и знакомить с ними своих учеников. Учащиеся должны стремиться быть в курсе инновационных технологий. Технология 3D-печати довольно новая, но она развивается действительно очень быстро. С помощью 3D-принтера для учащихся становится возможным разрабатывать дизайн предметов, которые невозможно произвести даже с помощью станков. В прошлом ученики были ограничены в моделировании и производстве вещей, так как из инструментов производства они обладали только руками и простыми обрабатывающими машинами. Сейчас же эти ограничения практически преодолены. Почти все, что можно нарисовать на компьютере в 3D-программе, может быть воплощено в жизнь.