Моделирование технологических узлов манипулятора робота в программе компьютерного трёхмерного проектирования
Цели и задачи
- Цель урока по SMART: за 45 минут создать в программе компьютерного трёхмерного проектирования упрощённую модель технологического узла манипулятора робота, состоящую не менее чем из трёх деталей, объединённых в сборку, и проверить корректность её пространственного соединения.
- Сформировать умение анализировать техническое задание, выделять геометрические элементы детали и выбирать подходящие операции трёхмерного моделирования.
- Научить применять операции создания эскиза, выдавливания, вырезания, копирования и объединения деталей при разработке модели узла манипулятора.
- Развивать навыки парного проектирования, распределения ролей, аргументированного выбора способа построения и самопроверки результата по заданным критериям.
- Формировать представление о применении информатики, геометрии и физики в робототехнике, а также снижать тревожность перед практическими заданиями ОГЭ через работу по алгоритму и проверочному чек-листу.
Планируемые результаты
Личностные
- Осознают практическую ценность трёхмерного моделирования для инженерных и робототехнических профессий.
- Проявляют ответственное отношение к результату совместной работы и понимают значение точности при создании технической модели.
- Развивают уверенность в выполнении компьютерно-практических заданий, связанных с алгоритмами и пространственным мышлением.
- Оценивают собственный интерес к направлениям, связанным с программированием, конструированием и автоматизацией.
Метапредметные
- Планируют последовательность построения модели по техническому заданию и контролируют соответствие результата критериям.
- Анализируют изображение узла, выделяют основные детали, формы, оси и соединения.
- Используют цифровые инструменты для создания, сохранения и представления трёхмерной модели.
- Работают в паре, распределяют роли конструктора и оператора, формулируют вопросы и аргументируют проектные решения.
- Применяют навыки функциональной грамотности: читают техническое описание, извлекают размеры и преобразуют текстовую информацию в цифровую модель.
Предметные
- Знают назначение технологического узла и основные элементы упрощённого манипулятора: основание, рычаг, шарнир и захват.
- Умеют создавать эскиз плоской детали и получать объёмную форму с помощью операции выдавливания.
- Умеют создавать отверстия и цилиндрические шарниры, изменять размеры и положение объектов в трёхмерном пространстве.
- Умеют объединять отдельные детали в сборку и проверять их взаимное расположение.
- Владеют алгоритмом сохранения проекта и представления результата в виде экранной демонстрации или изображения.
Универсальные учебные действия (УУД)
Личностные УУД
- Определяют личную значимость навыков трёхмерного моделирования для будущего обучения и профессионального самоопределения.
- Проявляют готовность доводить техническое задание до результата, даже если первая попытка построения оказалась ошибочной.
- Формируют ответственное отношение к цифровому проекту, его структуре и имени файла.
- Осознают ценность точности, взаимопомощи и безопасной работы за компьютером.
Регулятивные УУД
- Формулируют цель практической работы и составляют последовательность построения узла.
- Распределяют время между созданием деталей, сборкой и проверкой модели.
- Сверяют результат с техническим заданием и чек-листом критериев.
- Находят ошибки в размерах, положении или соединении деталей и корректируют модель.
- Оценивают собственный вклад в парную работу и качество готового проекта.
Познавательные УУД
- Выделяют в техническом описании исходные данные, размеры и ограничения модели.
- Сравнивают плоский эскиз и объёмную деталь, устанавливают связь между операцией и полученным результатом.
- Моделируют технологический узел, используя геометрические примитивы и операции редактирования.
- Анализируют пространственные связи деталей и прогнозируют последствия изменения размера или положения объекта.
- Используют справочные подсказки интерфейса программы и преобразуют найденную информацию в действие.
Коммуникативные УУД
- Распределяют в паре роли оператора и конструктора, соблюдая договорённости о смене ролей.
- Задают уточняющие вопросы по техническому заданию и объясняют выбор операции моделирования.
- Согласуют общий вариант модели, учитывая предложения партнёра.
- Представляют результат работы и корректно дают обратную связь другой паре.
- Разрешают затруднения через обсуждение, а не через удаление работы партнёра без согласования.
Подготовка учителя к уроку
- Подготовить компьютеры с установленной и проверенной программой компьютерного трёхмерного проектирования: по одному рабочему месту на пару.
- Создать на каждом компьютере папку урока и проверить возможность сохранения проекта под индивидуальным именем.
- Подготовить презентацию или изображение упрощённого манипулятора с выделенными узлами: основание, рычаг, шарнир и захват.
- Распечатать техническое задание на каждую пару: основание 60 × 40 × 10 условных единиц, рычаг 80 × 20 × 10 условных единиц, шарнир диаметром 20 условных единиц и упрощённый захват из двух симметричных губок.
- Распечатать чек-лист самопроверки по одному экземпляру на каждого ученика: наличие трёх деталей, корректные размеры, отсутствие пересечений, сохранённый файл и понятные имена объектов.
- Подготовить карточки-подсказки по одной на парту: создание эскиза, выдавливание, вырезание, копирование, перемещение и сборка.
- Вывести на доску алгоритм: «прочитать задание — выделить детали — построить эскизы — получить объём — собрать узел — проверить — сохранить».
- Подготовить слайд с критериями оценивания и примером типичной ошибки: рычаг пересекает основание или шарнир не совмещён с отверстием.
- Проверить проектор, интерактивную доску, мыши, клавиатуры и наличие резервного изображения готовой модели на случай технического сбоя.
- Подготовить безопасный режим работы: напомнить о правильной посадке, перерыве для глаз и запрете отключать оборудование или удалять чужие файлы.
Ход урока
Этап 1. Организационный момент и мотивация (3 мин)
Цель этапа: включить учащихся в практическую деятельность, показать связь задания с робототехникой и будущими инженерными профессиями.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
1 мин | Учитель приветствует класс и проверяет готовность: "Здравствуйте, ребята. Сегодня вы будете не просто выполнять команды программы, а выступите в роли конструкторов робототехнического узла. Проверьте, что у вас открыта программа, рядом лежат карточка задания и лист самопроверки. Работать будем в парах, поэтому сразу договоритесь, кто начинает как оператор, а кто — как конструктор." | Ученики включают программу, проверяют рабочую папку, распределяют роли и называют их партнёру. |
2 мин | Учитель показывает на экране изображение манипулятора и обращается к классу: "Посмотрите на изображение. Манипулятор состоит не из одной детали: его движение обеспечивают соединённые узлы. Какую часть можно назвать основанием? Где расположен рычаг? Что позволит рычагу поворачиваться? Сегодня мы создадим упрощённую модель такого узла и будем действовать по техническому заданию, как на реальном проекте." | Ученики указывают на изображении основание, рычаг и шарнир, предполагают: "Шарнир позволяет детали вращаться", формулируют практическую цель занятия. |
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Мы увидели, что робототехническая система состоит из взаимосвязанных деталей. Теперь проверим, какие операции программы уже умеем применять и какие понадобятся для сегодняшней модели."
Этап 2. Актуализация знаний и инструктаж по ИКТ-безопасности (5 мин)
Цель этапа: актуализировать основные операции трёхмерного моделирования и обеспечить безопасную организацию практической работы.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
2 мин | Учитель выводит на доску изображения операций и задаёт вопросы: "Как из плоского эскиза получить объёмную деталь? Какая операция создаёт отверстие? Как скопировать одинаковый элемент? Почему важно задавать размеры, а не строить деталь приблизительно?" Учитель фиксирует ключевые слова: "эскиз", "выдавливание", "вырезание", "копирование", "размер". | Ученики отвечают: "Эскиз выдавливают", "отверстие создают вырезанием", "одинаковые элементы копируют"; приводят пример, почему неточный шарнир может не соединиться с рычагом. |
1 мин | Учитель напоминает правила: "Сохраняйте файл после каждого крупного действия. Не закрывайте программу без сохранения. Не меняйте настройки чужого компьютера и не удаляйте объект партнёра без обсуждения. Если возникла ошибка, сначала отмените последнее действие, затем обратитесь к карточке-подсказке." | Ученики проговаривают алгоритм восстановления: отменить действие, проверить подсказку, обратиться к партнёру или учителю. |
2 мин | Учитель демонстрирует на экране короткую последовательность: создание эскиза прямоугольника, задание размеров, выдавливание и сохранение. "Вам не нужно запоминать все кнопки. Работайте по алгоритму и используйте названия операций. Это полезный навык и для практических заданий ОГЭ: сначала анализ условия, затем последовательное выполнение команд и проверка результата." | Ученики наблюдают за демонстрацией, на карточке отмечают знаком плюс операции, которые будут использовать сегодня, и задают уточняющие вопросы. |
Посмотрите план целиком
Зарегистрируйтесь — и откройте план урока по этой теме полностью: цели, ход урока и рефлексия по ФГОС.
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Мы вспомнили, как плоский эскиз превращается в объёмную деталь, и договорились о безопасной последовательности действий. Теперь разберём техническое задание и спланируем модель до начала работы."
Этап 3. Анализ технического задания и планирование в парах (5 мин)
Цель этапа: научить учащихся переводить текстовое описание узла в план построения модели.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
2 мин | Учитель раздаёт техническое задание и говорит: "Прочитайте карточку молча. Не открывайте программу для построения сразу: сначала найдите в тексте названия деталей и их размеры. На листе отметьте, какие элементы можно создать прямоугольным эскизом, а какие — круговым. Подумайте, где должна находиться ось шарнира." | Ученики подчёркивают названия основания, рычага, шарнира и захвата; выписывают размеры 60 × 40 × 10, 80 × 20 × 10 и диаметр 20. |
2 мин | Учитель организует приём "Подумай — обсуди в паре — поделись": "Сначала каждый составьте собственную последовательность из пяти-шести действий. Затем сравните планы в паре и выберите более удобный. Помните: сначала создаём крупные детали, затем отверстия и соединения, в конце — захват." | Ученики индивидуально составляют план, обсуждают его в паре и формулируют общий вариант: основание, рычаг, шарнир, захват, сборка, проверка. |
1 мин | Учитель просит две пары озвучить планы и уточняет: "Почему вы начинаете с основания? Почему захват лучше строить после рычага?" | Представители пар объясняют: "Основание задаёт опору и положение остальных деталей"; "захват должен быть связан с концом рычага". |
Завершение этапа: учитель подводит итог: "У каждой детали есть форма, размер и положение. Вы составили маршрут построения, поэтому теперь переходим от анализа к созданию цифровой модели."
Этап 4. Практическое моделирование деталей (15 мин)
Цель этапа: создать основные детали технологического узла с применением операций трёхмерного моделирования и организовать парное сотрудничество.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
3 мин | Учитель даёт инструкцию: "Оператор открывает новый проект и создаёт эскиз основания на рабочей плоскости. Конструктор диктует размеры по карточке и проверяет, что введены именно 60, 40 и 10 условных единиц. Не переходите к следующей детали, пока не убедились, что основание сохранено." | Оператор создаёт прямоугольный эскиз и выполняет выдавливание; конструктор сверяет размеры с карточкой и отмечает первый пункт чек-листа. |
4 мин | Учитель демонстрирует способ построения рычага: "Создайте второй эскиз в плоскости, удобной для соединения с основанием. Задайте прямоугольник 80 × 20 и выдавите его на 10 единиц. На одном конце оставьте место под шарнир, а затем проверьте, что рычаг не пересекает основание." | Ученики строят рычаг, задают размеры, изменяют его положение инструментом перемещения и проверяют отсутствие недопустимого пересечения. |
4 мин | Учитель обращается к классу: "Теперь создайте шарнир. Используйте круговой эскиз диаметром 20, получите цилиндр выдавливанием и разместите его на оси соединения. Если программа позволяет, создайте отверстие вырезанием. Важно не только получить цилиндр, но и совместить его с рычагом." | Ученики создают цилиндрический шарнир, совмещают его с концом рычага, при необходимости создают отверстие и фиксируют результат на экране. |
4 мин | Учитель показывает образец упрощённого захвата: "Захват можно сделать из двух одинаковых губок. Создайте одну прямоугольную деталь, примените копирование или симметрию, затем разверните вторую губку навстречу первой. Между губками оставьте небольшой зазор, чтобы модель показывала принцип работы захвата." | Ученики создают одну губку, копируют или зеркально отражают её, располагают две губки симметрично и проверяют зазор. |
Запись в тетрадях
- Алгоритм моделирования: анализ задания → создание эскиза → задание размеров → получение объёма → размещение деталей → проверка соединений → сохранение проекта.
- Основные операции: выдавливание, вырезание, копирование, симметрия, перемещение.
- Критерий качественной модели: детали имеют заданные размеры, не пересекаются случайно и образуют функционально связанный узел.
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Основные детали созданы. Сейчас особенно важно не спешить с сохранением результата: сначала проверим модель по техническому заданию, найдём возможные ошибки и только затем подготовим её к представлению."
Этап 5. Сборка, проверка и исправление модели (7 мин)
Цель этапа: проверить пространственную согласованность деталей и скорректировать модель по критериям.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
2 мин | Учитель раздаёт чек-лист и говорит: "Проверяем модель не по впечатлению, а по пунктам. Первый пункт — есть ли основание, рычаг, шарнир и две губки захвата. Второй — соответствуют ли размеры карточке. Третий — соединены ли детали логично. Четвёртый — нет ли случайных пересечений." | Каждый ученик самостоятельно сверяет экранную модель с чек-листом и ставит отметки напротив выполненных пунктов. |
3 мин | Учитель организует взаимопроверку: "Поменяйтесь местами у компьютера с партнёром на одну минуту. Партнёр не исправляет модель сам, а называет одну сильную сторону и одну возможную ошибку по формуле "Две звезды и пожелание". Затем обсудите, какое исправление внесёте." | Ученики осматривают модель партнёра, формулируют: "Две звезды: размеры основания указаны точно, захват симметричен. Пожелание: проверить положение шарнира"; обсуждают исправления. |
2 мин | Учитель напоминает: "Исправьте только согласованные ошибки. После коррекции сохраните проект с именем по образцу: класс_фамилии_манипулятор. Затем сделайте экранный снимок или подготовьте модель к демонстрации." | Ученики изменяют положение или размеры деталей, сохраняют файл с понятным именем и готовят окно модели для показа. |
Эталон проверки модели
Модель считается технически корректной, если в ней присутствуют четыре обязательные части: основание, рычаг, шарнир и захват; основание имеет размеры 60 × 40 × 10, рычаг — 80 × 20 × 10, шарнир — диаметр 20; две губки расположены симметрично и разделены зазором; рычаг связан с шарниром и не пересекает основание случайным образом; проект сохранён в рабочей папке под понятным именем.
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Проверка показала, что цифровая модель требует такой же точности, как настоящий технический чертёж. Теперь каждая пара кратко представит результат и объяснит одну операцию, без которой её модель не получилась бы."
Этап 6. Представление результата и межпредметное обсуждение (5 мин)
Цель этапа: связать информатику с геометрией, физикой и технологией, развить умение кратко аргументировать проектное решение.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
3 мин | Учитель приглашает две-три пары к демонстрации: "Покажите модель на экране и за одну минуту ответьте на три вопроса: какие детали вы создали; какую операцию применили для получения объёма; почему шарнир расположен именно здесь? Свяжите ответ с геометрией и физикой: какие тела использованы, вокруг какой оси возможно движение?" | Пары демонстрируют модели и отвечают: "Основание и рычаг построены из прямоугольных эскизов, шарнир — из круга"; "движение возможно вокруг оси цилиндра"; называют прямоугольные параллелепипеды, цилиндр и симметрию. |
2 мин | Учитель подводит связь с ОГЭ: "В заданиях, связанных с алгоритмами и моделями, важно читать условие по шагам, выделять исходные данные и проверять результат. Какой фрагмент сегодняшней работы похож на такой алгоритм? Где вы выполняли самопроверку?" | Ученики отвечают: "Мы выделяли размеры и порядок действий", "проверяли модель по чек-листу", формулируют, что контроль результата является частью алгоритма. |
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Вы показали, что трёхмерная модель объединяет информатику, геометрию, физику и технологию. Осталось зафиксировать, чему вы научились и какое действие нужно повторить, чтобы результат стал точнее."
Этап 7. Рефлексия и домашнее задание (5 мин)
Цель этапа: оценить достижение цели урока, выявить затруднения и определить индивидуальную траекторию закрепления навыка.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
2 мин | Учитель предлагает приём "Светофор": "Покажите цвет карточки. Зелёный означает: могу создать деталь и проверить её; жёлтый: понимаю алгоритм, но нужна подсказка; красный: пока не могу выполнить действие самостоятельно. Не оценивайте себя за скорость, оцените конкретный навык." | Ученики поднимают карточки, называют затруднение: "Мне нужно повторить вырезание" или "Я уверенно создаю эскиз и выдавливание". |
2 мин | Учитель предлагает "Одноминутку": "Запишите два предложения: "Сегодня я научился..." и "При следующем моделировании я сначала проверю...". Затем обменяйтесь ответами с партнёром и назовите один полезный совет." | Ученики записывают рефлексивные ответы, читают их партнёру и формулируют совет: "Сначала задай размеры, затем размещай деталь". |
1 мин | Учитель сообщает домашнее задание: "Выберите уровень по своим результатам. Перед уходом ответьте на контрольные вопросы: из каких деталей состоит узел, какая операция превращает эскиз в объём и зачем нужна финальная проверка?" | Ученики отвечают: "Основание, рычаг, шарнир и захват"; "выдавливание"; "чтобы найти ошибки размеров и соединений". |
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Сегодня вы прошли полный цикл цифрового проектирования: от технического задания до проверки и представления результата. Ошибка в модели — не повод тревожиться, а сигнал для коррекции алгоритма. На следующем уроке мы усложним конструкцию и рассмотрим, как параметры модели влияют на её изменение."
Критерии оценивания практической работы
- "5" — создана полная модель из основания, рычага, шарнира и двух губок захвата; основные размеры соответствуют техническому заданию; детали логично соединены, случайные пересечения отсутствуют; файл сохранён под понятным именем; ученик может объяснить не менее трёх использованных операций.
- "4" — модель содержит все обязательные детали, но допущена одна неточность в размере, положении или оформлении; ошибка найдена при проверке или исправлена после подсказки; алгоритм построения в целом объяснён.
- "3" — создана основная часть узла, но отсутствует одна обязательная деталь либо имеются две и более ошибки в размерах или соединениях; файл сохранён, однако ученик выполняет проверку только с помощью карточки или учителя.
Рефлексия
Вопрос для ученика | Цель вопроса |
|---|---|
Какие детали технологического узла вы создали и какую роль выполняет каждая? | Проверка понимания функционального назначения элементов модели. |
Какая операция программы оказалась наиболее важной для получения объёмной детали? | Выявление осознания связи между эскизом и трёхмерным объектом. |
На каком шаге возникло затруднение и как вы его преодолели? | Выявление точек затруднения и способов самостоятельной коррекции. |
Что вы проверите первым при создании следующей модели? | Формирование навыка планирования и самоконтроля. |
Завершающее слово учителя
"Сегодня вы выполнили работу, близкую к реальному инженерному проектированию: прочитали техническое задание, создали детали, собрали узел и проверили результат. Самая частая ошибка — строить приблизительно и только в конце обнаруживать, что размеры или оси не совпадают. Поэтому в дальнейшем сначала анализируйте условие, затем задавайте размеры и обязательно выполняйте проверку. Эти же действия помогают уверенно решать алгоритмические и практические задания ОГЭ. На следующем уроке мы рассмотрим параметрическое изменение модели и проверим, как одна корректировка влияет на весь узел."
Домашнее задание
Уровень | Что задать | Зачем |
|---|---|---|
Базовый (обязательный) | Составить в тетради алгоритм создания узла манипулятора из 7–8 шагов и дать письменные определения операциям «эскиз», «выдавливание», «вырезание», «копирование». Привести по одному примеру применения каждой операции в модели. | Закрепляет терминологию и последовательность действий; при проверке обратить внимание на точность определений и правильный порядок алгоритма. |
Средний (повышающий) | Создать в программе усовершенствованный вариант захвата из двух симметричных губок с другим размером зазора, сохранить отдельный файл и приложить изображение модели. Кратко описать, какие параметры изменены. | Закрепляет навыки симметрии, копирования и редактирования; при проверке оценить сохранение связи деталей и отсутствие случайных пересечений. |
Продвинутый (дополнительный) | Разработать эскиз дополнительного технологического узла манипулятора, например поворотного основания, указать не менее четырёх деталей, их условные размеры и последовательность построения в программе. | Развивает проектное и пространственное мышление; при проверке обратить внимание на реалистичность соединений, ясность размеров и обоснованность выбранных операций. |
Контрольные вопросы перед выходом из класса: «Какая операция превращает плоский эскиз в объёмную деталь?», «Зачем проверять отсутствие случайных пересечений деталей?», «Какие три действия нужно выполнить перед завершением работы с проектом?»
