Аддитивные технологии. Современные технологии обработки материалов и прототипирование
Цели и задачи
- Цель: К концу урока учащиеся смогут объяснить принцип работы аддитивных технологий, отличить их от традиционных методов обработки материалов и описать этапы создания прототипа от 3D-модели до готового изделия.
- Образовательные задачи: изучить основные виды 3D-печати (FDM, SLA, SLS), познакомиться с понятием «прототипирование» и этапами постобработки изделий.
- Развивающие задачи: развивать навыки анализа технологических процессов, пространственное мышление и мелкую моторику в процессе декорирования.
- Воспитательные задачи: формировать интерес к современным инженерным профессиям и культуру бережного отношения к материалам.
Планируемые результаты
Личностные
- Готовность к осознанному выбору дальнейшей образовательной траектории в сфере высоких технологий.
- Понимание значимости инноваций для устойчивого развития общества.
- Эстетическое отношение к результатам своего труда.
Метапредметные
- Познавательные: умение выделять существенные признаки аддитивного производства, классифицировать методы печати.
- Регулятивные: умение планировать процесс декорирования изделия, контролировать время выполнения работы.
- Коммуникативные: аргументированно высказывать мнение о преимуществах и недостатках технологий.
Предметные
- Знать определение аддитивных технологий и их отличие от субтрактивных.
- Уметь описывать процесс создания 3D-прототипа.
- Владеть навыками финишной обработки (декорирования) материалов.
Универсальные учебные действия (УУД)
Личностные УУД
- Формирование технологической грамотности и критического мышления в оценке техносферы.
Регулятивные УУД
- Проектирование последовательности действий при работе с акриловыми красками.
Познавательные УУД
- Поиск информации о применении 3D-печати в медицине, авиации и строительстве.
Коммуникативные УУД
- Умение работать в группе при обсуждении экологических аспектов производства.
Подготовка учителя к уроку
- Подготовить презентацию «Эволюция материалов: от резца до лазера».
- Распечатать карточки «Алгоритм 3D-печати» (15 шт. на класс).
- Заготовки из гипса в форме шкатулки «Книга» (по 1 на каждого ученика).
- Наборы акриловых красок, кисти разной толщины, стаканчики для воды, салфетки.
- Образец готового изделия (декорированная шкатулка).
- Видеоролик процесса FDM-печати (длительностью 1.5 мин).
Ход урока
Этап 1. Мотивация и актуализация знаний (5 мин)
Цель этапа: создать проблемную ситуацию, разграничить понятия традиционного и современного производства.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
2 мин | Учитель: «Здравствуйте! Представьте, что вам нужно сделать скульптуру из камня. Что вы будете делать? Правильно, отсекать лишнее. А теперь представьте, что мы можем вырастить эту скульптуру из пустоты, добавляя материал слой за слоем. В чем принципиальная разница? Сегодня мы изучим аддитивные технологии. Кто из вас уже слышал о 3D-принтерах? Где их применяют?» | Ученики отвечают: «В первом случае мы портим материал, много отходов. Во втором — экономим». Приводят примеры: создание протезов, деталей для машин, печать еды. |
3 мин | Учитель использует прием «Крючок»: демонстрирует на слайде два объекта — деталь, выточенную на станке, и сложную полую сферу с внутренним узором. «Какую из этих деталей невозможно сделать обычным фрезером? Почему?» | Ученики анализируют изображения, делают вывод, что сложную внутреннюю структуру нельзя выточить, её можно только «нарастить» изнутри. |
Завершение этапа: учитель подводит итог: «Итак, мы увидели, что традиционные методы (субтрактивные) — это удаление материала, а современные (аддитивные) — это его добавление. Тема нашего урока: Аддитивные технологии и прототипирование».
Этап 2. Открытие нового знания (10 мин)
Цель этапа: разобрать классификацию технологий и этапы создания изделия.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
5 мин | Учитель объясняет приём «Инсерт» при работе с кратким конспектом на слайде: «Посмотрите на экран. Существует три кита 3D-печати: FDM (плавление нити), SLA (затвердевание смолы под лазером) и SLS (спекание порошка). Запишите эти аббревиатуры. FDM — самый доступный, как клеевой пистолет, управляемый роботом. SLA — высокая точность, медицина. SLS — прочность, металлы». | Ученики делают краткие записи в тетрадях, соотносят названия технологий с их принципом действия. |
5 мин | Учитель: «Как же идея превращается в вещь? Процесс прототипирования включает 4 шага: 1. Создание CAD-модели (в программе). 2. Конвертация в STL-файл (сетка). 3. Слайсинг (нарезка на слои). 4. Печать и постобработка. Последний этап крайне важен: деталь нужно очистить, отшлифовать и покрасить. Именно этим мы сегодня займемся на практике». | Ученики зарисовывают схему «Путь изделия» в тетрадь. |
Посмотрите план целиком
Зарегистрируйтесь — и откройте план урока по этой теме полностью: цели, ход урока и рефлексия по ФГОС.
Запись в тетрадях
- Аддитивные технологии (от лат. additio — прибавление) — метод создания объектов послойным добавлением материала.
- FDM — послойное наплавление пластика.
- SLA — лазерная стереолитография (жидкая смола).
- Прототипирование — создание опытного образца для проверки формы и функций.
Завершение этапа: учитель подводит итог: «Мы разобрались с теорией. Но прежде чем переходить к финишной отделке наших «прототипов», нам нужно подготовить организм к точной работе».
Этап 3. Физкультминутка (Fitness) (2 мин)
Цель этапа: снять мышечное напряжение и подготовить мелкую моторику рук.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
2 мин | Учитель: «Встаньте, пожалуйста. Представьте, что вы — 3D-принтеры. Сначала разогреем экструдер: быстро потрите ладони друг о друга до тепла. Теперь печатаем слой: плавно ведем руками горизонтально влево-вправо. Теперь поднимем платформу: потянитесь вверх на носочках. И, наконец, расслабим кисти для тонкой росписи — интенсивно встряхните ими». | Ученики выполняют упражнения: растирают ладони, делают плавные движения руками, потягиваются и делают гимнастику для кистей. |
Этап 4. Практическая работа: Декорирование шкатулки «Книга» (18 мин)
Цель этапа: освоить этап постобработки прототипа через декорирование гипсовой заготовки.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
3 мин | Учитель: «Перед вами гипсовые заготовки шкатулок в форме книг. В прототипировании это был бы макет, напечатанный на гипсовом принтере. Ваша задача — выполнить финишную отделку. Инструктаж: 1. Базовый тон (обложка). 2. Прорисовка «страниц» (золотой или белой краской). 3. Детализация корешка. Помните: акрил сохнет быстро, не берите слишком много воды». | Ученики подготавливают рабочие места, выбирают цветовую гамму для своей «книги». |
15 мин | Учитель обходит класс, помогает с выбором смешивания цветов, дает советы по технике «сухой кисти» для создания эффекта старины. «Ребята, обратите внимание, как краска ложится на гипс — он впитывает влагу, как и многие материалы для 3D-печати. Это отличная тренировка терпения, необходимого инженеру». | Ученики раскрашивают шкатулки. Используют тонкие кисти для имитации строк на обрезе «книги» и широкие для обложки. Обсуждают, как цвет меняет восприятие формы изделия. |
Завершение этапа: учитель подводит итог: «Ваши прототипы оживают! Оставьте их на краю стола для просыхания, а мы проверим, как новые знания уложились в голове».
Этап 5. Первичное закрепление и рефлексия (10 мин)
Цель этапа: проверить усвоение материала через мини-тест и подвести итоги.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
5 мин | Учитель предлагает мини-тест «Верно/Неверно» (формат логических задач ОГЭ): «1. Аддитивные технологии — это всегда удаление лишнего материала. 2. FDM-печать использует лазер. 3. STL-файл — это цифровая модель, разбитая на треугольники. Поднимите зеленую карточку, если согласны, красную — если нет». | Ученики сигнализируют карточками: 1 — красная, 2 — красная, 3 — зеленая. Аргументируют свои ответы. |
5 мин | Учитель проводит рефлексию «Билет на выход»: «Напишите на маленьком листке одну профессию будущего, где без 3D-печати не обойтись, и сдайте мне». | Ученики пишут ответы (космический строитель, биоинженер, дизайнер органов и т.д.) и сдают учителю. |
Критерии оценивания практической работы
- «5» — работа выполнена аккуратно, прокрашены все элементы, использовано не менее 3-х цветов, соблюдена технология работы с акрилом.
- «4» — работа завершена, но есть небольшие наплывы краски или непрокрашенные участки на стыках.
- «3» — работа не завершена, цвета смешаны неаккуратно (грязный тон), не проработаны детали (страницы, корешок).
Рефлексия
Вопрос для ученика | Цель вопроса |
|---|---|
Какая технология печати показалась самой надежной и почему? | Проверка понимания свойств материалов (SLS/FDM). |
Что было самым сложным в декорировании гипсовой модели? | Выявление проблем с мелкой моторикой и концентрацией. |
Сможет ли 3D-печать полностью заменить заводы в будущем? | Развитие навыков прогнозирования и критического анализа. |
Завершающее слово учителя
«Сегодня мы прикоснулись к технологиям, которые меняют мир прямо сейчас. Вы увидели, что путь от идеи до готовой шкатулки-книги требует не только мощного компьютера, но и твердой руки мастера. В 9 классе вы стоите перед выбором пути — помните, что инженерия сегодня — это творчество. На следующем уроке мы перейдем к изучению робототехники, которая управляет этими самыми принтерами. Спасибо за работу!»
Домашнее задание (Homework)
Уровень сложности | Задания | Описание |
|---|---|---|
Базовый (обязательный) | Параграф 4.2 учебника, вопросы 1-5. | Повторить определения и этапы прототипирования. |
Средний (повышающий) | Эссе «3D-печать в моем доме: через 10 лет». | Описать 3 предмета быта, которые вы будете печатать сами, а не покупать. |
Продвинутый (дополнительный) | Мини-проект: «Сравнение стоимости». | Рассчитать, что дешевле: купить пластиковую ручку в магазине или напечатать её на домашнем принтере (учитывая цену пластика PLA). |
Контрольный вопрос перед выходом: «Как называется процесс разделения 3D-модели на слои для принтера?» (Правильный ответ: Слайсинг).