Анализ и сравнение различных форм макетов и моделей, используемых при обучении темам Сечения и разрезы школьников старших классов и студентов первых курсов технических вузов

анализ и сравнение различных форм макетов

и моделей, используемых при обучении темам «сечения» и «разрезы» школьников старших классов и студентов первых курсов технических вузов

ANALYSIS AND COMPARISON OF DIFFERENT FORMS OF MODELS AND PROTOTYPES WHICH ARE USED IN TEACHING SENIOR SCHOOL-CHILDREN AND FIRST-YEAR STUDENTS OF TECHNICAL COLLEGES "SECTIONS AND SECTIONAL ELEVATIONS"

А. И. Артюхов, А. А. Павлова

Нами был предложен комплект дидактических моделей по темам «Сечения» и «Разрезы», включающий в себя комплексный чертеж детали с разрезами, компьютерную (виртуальную) модель этой же детали и ее материальную модель. В работе исследованы достоинства и недостатки рассмотренных видов моделей, а также возможности их интеграции в учебном процессе.

Ключевые слова: макет, модель, виртуальная модель, материальная модель, комплексный чертеж.

A. I. Artyukhov, A. A. Pavlova

In the article the authors propose a set of didactic models on the themes "Sections and sectional elevations", which includes a complex detail drawing with sectional elevations and their computer (virtual) and material models. The authors have researched the advantages and disadvantages of different forms of models and potentialities of their integration into the educational process.

Keywords: prototype, model, virtual model, material model, complex drawing.

Эффективность освоения раздела «Сечения и разрезы» в большой степени зависит от того, каким образом учащимся предъявляется дидактический материал. Перед нами была поставлена задача - сравнить восприятие учащимися формы предмета и степень ее понимания при разных вариантах представления.

Макет дает информацию о наглядном виде, тогда как в рисунке неизбежны графические условности. Передавая объем, макет дает представление о любом элементе предмета.

Для изучения модуля черчения «Сечения и разрезы» нами были изготовлены три варианта дидактической модели детали. В первом случае деталь была представлена в виде комплексного чертежа - графической модели (рис. 1). Во втором случае - в виде виртуальной - компьютерной модели (рис. 2, 3). В третьем случае - в форме (половины) материального макета, изготовленного из древесины, имитирую-

щего деталь в разрезе (рис. 4). Пособие изготавливалось в рамках курса «Основы художественного моделирования и конструирования» Факультета технологий и проектирования МПГУ и применяется на уроках черчения в школе.

Интеграция виртуального и материального моделирования также дает возможность обойтись без изготовления макета из материалов, экономя время учителя на подготовку к уроку (при изготовлении пособия учителем), а при использовании макета в качестве объекта труда - отказ от ручного труда и переход к компьютерной технологии.

Появляется возможность выбора между выполнением чертежа в системе «Компас» с последующим созданием трехмерной модели, позволяющей показать деталь в разрезе и выполнением материальной модели, давая возможность увидеть деталь «вживую» и «потрогать» ее. Последовательность изготовления детали и всей дидактической модели в материале представлена в табл. 1; последо-

Рис. 1. Комплексный чертеж детали

Рис. 2. Виртуальная модель детали

Рис. 3. Виртуальная модель

вательность выполнения детали в системе «Компас» представлена в табл. 2.

В процессе обучения и при анализе ответов учащихся оказалось, что в первом варианте (см. рис. 1) возникли определенные трудности с прочтением отдельных элементов формы детали. Во втором случае (см. рис. 2, 3) все элементы формы были прочтены без каких-либо затруднений, но возник вопрос о типе материала. В третьем варианте (см. рис. 4) все предыдущие неясности были сняты, но учащиеся очень хотели выяснить, каким же способом, как именно получена «модель половины детали» и как выполнены ее изображения-разрезы на рис. 1 и 3.

Для ответа на последний вопрос мы использовали материальную модель (рис. 5). Мы дополнили материальную форму предлагаемой модели ее виртуальным макетом. Использование виртуального макета не только значительно ускорило время понимания учащимися принципа построения сечений и разрезов, но и вызвало большой интерес к рассматриваемой теме.

Перечислим основные преимущества и недостатки различных видов используемых моделей.

Преимущества модели в виртуальном виде: нет ручного труда; нет необходимости в мастерских; нет риска травматизма; возможность проецирования на интерактивную доску в виде 3D-модели; легкость тиражирования пособия; возможность изменить форму, размеры и цвет модели.

Недостатки модели в виртуальном виде: модель нельзя «потрогать» руками, так как объем модели представляется на плоском носителе только за счет проецирования и светомоделирования.

Преимущества материальной модели: наглядность, универсальность, подлинность 3D-измерений. Возможность представить в материальной наглядной форме объекты и процессы, недоступные для непосредственного изучения. У каждого ученика есть возможность «потрогать» модель руками.

Недостатки материальной модели: необходимы навыки работы с инструментами и материалами; модель не всегда возможно предоставить каждому ученику. Разме-

Рис. 4. Модель половины детали

ры макета изменить нельзя (обучающий эффект только при непосредственном контакте учащегося с макетом).

Если сравнивать оба способа, у каждого есть свои плюсы и минусы. На наш взгляд, оптимальной была бы интеграция виртуального и материального методов моделирования в оптимальных пропорциях. Чертежи выполняем с помощью компьютерных программ, а макет в объеме изготавливаем в материале. Для выполнения видов и разрезов на материальной модели (рис. 5 а, б) использовалась программа «Компас». После этого чертежи были распечатаны и перенесены на основу модели.

Предлагаемый выше дидактический материал дает учащимся возможность выбора оптимального для его уровня вида дидактической модели.

Принципы построения моделей, приведенные в данной работе, дают возможность составить библиотеку мо-

Рис. 5. Модель детали в разрезе

Таблица 1

Маршрутно-технологическая учебная карта «Макет детали в разрезе»

№ п/п Название операции Последовательность выполнения операций Графическое изображение Инструменты и приспособления

Изготовление детали с разрезом

Выбор заготовки

Материал — древесина (береза). Заготовка выбирается с учетом припусков на обработку. Заготовка № 1 — параллелепипед (кусок бруса) с размерами 105 х 45 х 35 мм. Заготовка № 2 — цилиндр 070 мм, высотой 95 мм

Линейка, карандаш, циркуль, угольник

Разметка

Разметить отверстия

Линейка,

карандаш,

циркуль

Сверление

Высверлить отверстия

Верстак, угольник, карандаш, сверло

Разметка

На второй заготовке разметить отверстие

Верстак,

угольник,

карандаш

Сверление

Закрепить заготовку на верстаке в тисках и просверлить отверстие 025 мм

Верстак, тиски, дрель

Разметка

Разметить середину на заготовке № 2

Верстак,

угольник,

карандаш

Пиление

Закрепить заготовку № 2 в тисках и выпилить заготовки по линии разметки

Верстак, тиски, ножовка

1

4

5

6

7

8

9

10

Клеение

Склеить обе заготовки, сжать до полного высыхания клея

Струбцины

11

Контроль, зачистка

Закрепить заготовку вертикально одной стороной на верстаке в тисках и абразивной шкуркой зачистить свободные стороны, затем перевернуть заготовку в тисках на другую сторону и повторить операцию. При необходимости щели между двумя деталями заделать затиркой по дереву. Покрасить в несколько слоев

Верстак, тиски,

абразивная

шкурка

Основа для детали

Выбор заготовки

Для изготовления основы для пособия понадобятся две пластины из пластика (ПВХ) с размерами 300 х 260 мм и 140 х 260 мм

Линейка

Разметка

Разметить на пластинах места расположения будущих разрезов и места крепления двух деталей

Линейка,

угольник,

карандаш,

канцелярский

нож

Сверление

Высверлить отверстия, предварительно отметив места сверления шилом. Затем скрепить пластины пружиной

Дрель, шило

Разметка.

Нанесение

контура

Контур детали напечатать на прозрачной пленке на принтере. Чертеж детали выполнить в «Компасе», далее отправить на печать

Линейка,

угольник,

карандаш,

канцелярский

нож

Скрепление

Прикрепить деталь к пластине меньшего размера

Линейка, угольник

Окончательный этап

Нанесение контура на пластины

Приклеить основные виды к пластинам

1

2

3

4

5

1

Маркировка

Обозначить названия видов

Линейка, угольник, карандаш

Таблица 2 Последовательность изготовления трехмерной модели в системе КОМПАС

№ п/п Выполняемое действие

1 Нажать кнопку «Создать» — в появившемся списке выбрать команду «Деталь»

2 На панели «Вид» нажать кнопку «Список видов»; выбрать команду «Изометрия XYZ»

3 Выделить в дереве построения элемент плоскости XY

4 Нажать на панели «Текущее состояние» — «Эскиз»

5 В подменю «Геометрия» выбрать «прямоугольник». Задать размеры прямоугольника 120 х 80 мм

6 На панели «Компактная» нажать кнопку «Операция выдавливание», установить параметр 40 мм, нажать кнопку «Создать объект»

7 Выбрать инструмент «Окружность», выбрать радиус 40 мм. Нажать «STOP»

8 На панели «Компактная» нажать кнопку «Операция выдавливание», установить параметр 90 мм, нажать кнопку «Создать объект»

9 Выполнение отверстия в цилиндре: нажать на верхнюю поверхность цилиндра. Нажать команду «Эскиз», далее выполнить окружность радиусом 15 мм. Нажать «Редактирование детали», далее «Вырезать выдавливанием» глубиной 90 мм

10 На противоположной стороне модели выполнить аналогичную операцию выдавливанием. Центр окружности посередине грани, радиус 37 мм

11 На боковой грани выполнить отверстие. Для этого необходимо нажать на боковую грань, далее «Эскиз» — «Геометрия» — «Окружность» радиусом 6 мм. Аналогично пункту 9 выполнить отверстие

12 Деталь готова. Далее возможно изменение цвета граней, выполнение разрезов, вывод на печать

делей, интегрирующих различные формы представления 3.

визуальной информации.

4.

список источников и ЛИТЕРАТУРЫ

1. Богуславский А. А., Третьяк Т. М., Фарафонов 5. А. А. КОМПАСА V. 5.11-8.0. Практикум для начинающих М.: Салон-пресс, 2006. 272 с.

2. Богуславский А. А. Школьная система автоматизированного проектирования (на основе 6. чертежно-графического редактора): учеб. пособие. М., 1995.

Герасимов А. Самоучитель Компас-3D V12. СПб.: БХВ-Петербург, 2011. 464 с. Калмыкова Н. В., Максимова И. А. Макетирование: учеб. пособие. М.: Архитектура-С, 2004. 96 с.

Павлова А. А., Корзинова Е. И. Технология. Черчение и графика. 8-9 классы: учеб. для общеоб-разоват. учреждений. 2-е изд., стер. М.: Мнемо-зина, 2009. 263 с.

Пузанов В. И., Петров Г. П. Макеты в художественном конструировании. М.: Машиностроение, 1984. 128 с.

2