quick cash loans
best payday loans
easy money

Клуб научно-технического творчества "Искатель"

Главная Методические материалы Использование программ трехмерного моделирования для подготовки методического материала к урокам черчения
Использование программ трехмерного моделирования для подготовки методического материала к урокам черчения PDF Печать E-mail
19.10.12 00:07

Широкое внедрение информационных технологий в современную жизнь не оставило в стороне и образовательные процессы. Сейчас компьютерные технологии применяются во всех сферах деятельности образовательных учреждений, начиная от банальной административной, и вплоть до дистанционного обучения и сдачи экзаменов. Использование компьютеров и интерактивных средств обучения значительно расширяет возможности в выборе материалов для учебной работы, позволяет передать материал более увлекательно и насыщенно.
Правда при этом не стоит забывать, что компьютер это только инструмент, пусть и более функциональный, чем все другие, применяемые в учебном процессе. В этой его функциональности и кроется основная проблема. Зачастую, кажется, что на компьютер можно переложить всю работу педагога, что, конечно же, не так. Ни один инструмент не может заменить личного общения педагога с учениками, личного примера. Смешно же думать, что обычная меловая доска может сама учить. Тогда почему же интерактивная доска, мало чем принципиально отличающаяся, должна уметь учить? Вопрос с применением и заменой компьютерами учителей обсуждался и обсуждается достаточно широко в средствах массовой информации и не является темой данной статьи, но позволяет оценить глобальность внедрения информационных технологий в образование.
Методические разработки и материалы по различным предметам (даже по начальной школе) достаточно широко распространены в различном виде: и в сети Интернет, и на различных носителях. Однако уже сейчас можно выявить два основных направления применения информационных технологий в методической работе по различным предметам: поиск и использование готовых материалов, и создание собственных материалов для уроков. 
Первое направление сейчас развито достаточно хорошо с точки зрения количества материалов, представленных в сети Интернет и на мультимедиа дисках. Правда и в этом случае существует проблема эффективного поиска информации в сети, так как зачастую проще отсканировать какую-то иллюстрацию из книги, например, чем найти ее в Интернете. Подвижка в этом вопросе возможна только с созданием специализированных банков мультимедиа данных, которые уже сейчас успешно создаются.
Ко второму направлению можно отнести создание учебных материалов из готовых блоков. Сюда относятся и всевозможные конструкторы экспериментов, позволяющие воспроизводить на экране любые, даже самые опасные, опыты без вреда для лаборантов. Естественно, такие эксперименты не позволяют провести серьезное исследование в силу упрощенности их математических моделей, но вполне пригодны для учебных целей. В этом же направлении работают всевозможные конструкторы презентационных материалов, позволяющие более интересно и увлекательно подать исходные материалы.
Именно в исходных материалах и заключается главная проблема любого педагога. И если для большинства гуманитарных и естественно-научных дисциплин можно найти большое множество материала, то для дисциплин технического характера, таких как черчение и технология, этот поиск представляет большую трудность. Это не в малой мере связано, конечно, со сложностью создания демонстрационных и раздаточных материалов.
В этой статье я подробно остановлюсь на вопросах создания материалов для уроков черчения. Каждый учитель черчения за время своего преподавания накопил немалое количество раздаточного материала, как в виде чертежей, так и виде моделей. Любой из них согласится со мной, что для лучшей усвояемости учащимися материала курса нет лучшего пособия как модель. Именно она позволяет разглядеть «задание» со всех сторон, понять его структуру и предназначение. С помощью моделей ученики могут развивать пространственное мышление. Конечно, с каждым годом материально-техническая база уменьшается по естественным причинам. В тоже время пополнение ее становится трудным вопросом и в связи с удорожанием, а иногда и исчезновением некоторых элементов из продажи, и в связи с урезанием статьи расходов на предмет черчение, как «малый» предмет.

Пример изображения

Рис.1 Демонстрация получения готового изделия из заготовки

В связи с этим остро встает вопрос об использовании информационных технологий на уроках черчения. Правда не всегда возможно найти нужные рисунки и изображения моделей в Интернете и на мультимедиа носителях. Не говоря уже о том, что те материалы, которые учителя подбирали самостоятельно, с учетом различных степеней усвояемости предмета учащимися, вообще не возможно найти в Интернете. Все это ставит вопрос об использовании специализированных программ для создания этих пособий.
Если чертежи можно чертить и корректировать в любых простых редакторах чертежей (а иногда и просто в простейших графических редакторах, например MS Paint), то трехмерные модели требуют специализированного программного обеспечения. Естественно самыми удобными для этого являются специализированные чертежные программы, такие как Autodesk AutoCAD и SolidWorks. В вопросах применения этих программ в учебном процессе две проблемы. Первая - это изначальная ориентированность программ на инженеров, что несет за собой обилие функций и специализированную терминологию в интерфейсах. Второй проблемой является, конечно же, цена этих продуктов, зачастую перевешивающая стоимость всего остального программного обеспечения, поставленного в школу. Естественно есть и более дешевые, а то и просто бесплатные, аналоги этих программ.
Основной темой, которую мне бы хотелось затронуть, будет технология создания и работы с трехмерными моделями в этих программах, на примере программы AutoCAD.
Естественно, программа AutoCAD в первую очередь предназначена для использования в инженерном черчении, поэтому в ней существует большое количество функций для двухмерных чертежей, позволяющих, в принципе, проводить построения учебных чертежей через компьютер на экран. Однако этот прием достаточно далек от приемов черчения карандашом на бумаге и усложняет восприятие учениками техники черчения, что, естественно, отражается на успеваемости учащихся по черчению. Лично я предпочитаю работать по старинке с мелом и доской, когда объясняю алгоритмы черчения тех или иных разделов курса. 
Хотя для задания самостоятельной работы вполне возможно применять построенные в программе чертежи, как размещенные на экране, так и распечатанные на листе с индивидуальными заданиями. Тем более это позволяет осуществить индивидуальный подход к заданиям, так как один и тот же чертеж можно и усложнить, и упростить. Подробно останавливаться на двухмерных чертежах я не буду, так как это не является основной темой статьи, скажу только что интерфейс программы AutoCAD (как, впрочем, и других подобных ей программ) достаточно прост, и все чертежи строятся из простых примитивов, таких как, например, линии и дуги. Все эти элементы можно найти на панели инструментов Черчение. Кроме того, большим плюсом является система привязок, позволяющая достаточно просто стоить сложные чертежи, не занимаясь вымерением середин и прочих привязочных элементов, что мы волей не волей делаем при простом черчении. Стоит только заметить, что в программе присутствует еще такой элемент как полилиния, то есть линия, состоящая из нескольких прямолинейных и дуговых участков. На этот элемент стоить обратить внимание, так как он пригодится нам при построении твердотельных элементов трехмерных моделей.
Работа с трехмерными моделями осуществляется через панель инструментов Моделирование, хотя все команды, конечно, можно вводить и из командной строки, но это нас на данный момент не должно интересовать, так как команды в англоязычной и русифицированной версии отличаются (языком написания) и сложны в запоминании. Однако впоследствии, увидев их синтаксис, который все равно отображается в командной строке, вы сможете со временем их запомнить, что еще больше облегчит ваш труд. Работа с трехмерными объектами в AutoCAD может строиться на трех моделях отображения: 
• каркасная модель - модель, состоящая из линий, являющихся гранями объектов, не отображаемая в режиме трехмерного наложения текстур и мало информативная, зато самая простая;
• поверхностная модель - модель, в которой объект состоит из поверхностей, дающих полное представление о внешней форме объекта, но не показывающая внутреннего строения;
• твердотельная модель - модель, работающая с «твердыми», объемными телами, по которым можно и строить разрезы, и показывать процесс получения детали из заготовки, и многое другое, почти полностью повторяющее возможности работы с реальными трехмерными моделями для уроков черчения.

Пример изображения

Рис.2 Модели объекта: а) каркасная, б) поверхностная, в) твердотельная

В первую очередь, вы можете создавать готовые примитивы, такие как параллелепипед, клин, конус, шар, цилиндр, тор и пирамида. Естественно, вы можете задавать практически любые размеры этих примитивов. Но главное достоинство программ трехмерного моделирования, это возможность создавать свои собственные объекты. Построение этих объектов сводиться к трем основным операциям: выдавливание, сдвиг и вращение. Так, переключаемся в меню Вид на любой 3D вид и приступаем к построению моделей.

Пример изображения

Рис.3 Примеры стандартных примитивов

Операция выдавливания позволяет нам из плоского контура выдавить призму любой длины, что позволяет легко строить модели, например, плоских деталей. Здесь следует обратить внимание, что если вы применяете операцию Выдавливание по контуру состоящему из отдельных элементов, то в итоге вы получите плоскостную модель, а если вы примените эту операцию к контуру образованному полилинией, то вы создадите твердо тельный объект. Это правило действует и для всех последующих операций.

Пример изображения

Рис.4 Примеры полилиний

Операция сдвига позволяет вам получить достаточно сложную деталь, составленную из контура постепенно перемещенного по пути сдвига, причем сам этот путь может быть сколь угодно сложным и криволинейным. Простейшим примером таких объектов являются водопроводные трубы. Применять эти объекты на уроках черчения можно, когда идет речь о заданиях связанных с моделированием из проволоки. Я пользуюсь такими заданиями для закрепления материала по чтению чертежей трех видов.
Если мы вращаем какой-либо контур, то получаем фигуру вращения любой сложности. Таким образом, например, можно построить почти все шахматные фигуры. Объекты, представляющие собой фигуры вращения, часто встречаются в курсе черчения.

Пример изображения

Рис.5 Объекты полученные вытягиванием и вращением

Конечно же, достаточно сложно найти деталь, которую полностью можно создать с помощью одной из этих операций, поэтому вдобавок к этим операциям существуют еще операции объединения, вычитания и пересечения. Эти операции позволяют собирать из элементов готовые модели. Кроме того, эти операции можно использовать на уроках, касающихся темы состава детали. Полезно бывает создать на глазах у ребят исходную заготовку, вычесть из нее лишнее, добавить дополнительные элементы и получить готовую деталь из учебника. Естественно это более наглядная демонстрация, чем вычерчивание трехмерных моделей на доске. Не забывайте только, что все операции с группами объектов приводят к созданию нового объекта, а старые объекты удаляются, поэтому пользуйтесь операцией копирования объектов. Если, например, создать «кирпич» заготовки, разместить внутри него все удаляемые элементы, сделать их копии на том же самом месте, а затем удалить из «кирпича» по одному экземпляру вычитаемых элементов, то мы получить наглядную модель, показывающую, что необходимо вычесть из исходной заготовки для получения детали.

Пример изображения

Рис.6 Объекты, полученные из исходных примитивов с помощью операций объединения и вычитания. Дополнительными объектами служат также примитивы.

Помимо этого существует еще и операция разрезания, которая помимо отсечения ненужных элементов у деталей (например, для получения усеченного конуса), также неплохо служит и для построения разрезов и сечений.

Пример изображения

Рис7. Пример использования операции разрез. Эту операцию можно использовать для демонстрации на уроках посвященных сечениям и разрезам

Конечно, это лишь малая часть возможностей программы AutoCAD, но этих возможностей вполне хватает для построения наглядных пособий для школьников, а остальное необходимо для «серьезного» черчения. Помимо этой программы, естественно существуют и более дешевые, а то и бесплатные ее аналоги, или специальные программы именно для работы с трехмерными моделями. Рассмотрение этих программ возможно только в виде достаточно большого обзора и не входит в замысел данной статьи.
Последнее, что хотелось бы еще сказать, это то, что надо помнить, что компьютер всего лишь инструмент, который надо учиться правильно применять. И учеба эта продолжается всю жизнь.

 

Joomla Templates by Hosting Beast Web Hosting

Авторские права © 2018 Научно-техническое творчество в гимназии "София". Все права защищены.
Joomla! - свободное программное обеспечение, распространяемое по лицензии GNU/GPL.
Русская локализация © 2006-2011 Joom.ru - Русский Дом Joomla! & Форумы CMS Joomla!
Все права защищены.