Муниципальное автономное общеобразовательное учреждение
«Школа №6»
Камышловского городского округа
ПРИНЯТО
Педагогическим советом
МАОУ «Школа №6» КГО
Протокол от 29.08.2022 № 1
УТВЕРЖДЕНО
приказом от 30.08.2022 № 90/1 - ОД
Дополнительная общеобразовательная
общеразвивающая программа
технической направленности
«3-D моделирование»
Возраст: 13-14 лет
Срок реализации: 1 год
Составитель:
Ильиных Павел Николаевич,
учитель информатики
2022
Пояснительная записка
3D-конструирование, цифровое моделирование (прототипирование) являются
сегодня быстроразвивающимися компьютерными технологиями, составляющими основу
любого современного технологического процесса разработки нового изделия.
Стремительное развитие и распространение средств цифрового производства (3Dпринтеров, фрезерных станков с ЧПУ, лазерных станков и др.), а также высокоуровневых
и доступных для освоения программ 3Dмоделирования делает возможным преподавание
данной тематики в курсе робототехники как вспомогательного направления инженернотехнического конструирования. Навыки, получаемые в ходе освоения данной учебной
программы, достаточны для свободного творческого моделирования, конструирования
деталей, сборок, механизмов, могут использоваться обучающимися в ходе выполнения
любых проектных работ технической направленности (в первую очередь робототехники),
как в системе дополнительного образования на занятиях под руководством педагога, так и
самостоятельно дома.
Дополнительная общеразвивающая программа «Основы 3D- моделирования»
технической направленности составлена на основе рекомендаций Федеральной целевой
программы «Развитие дополнительного образования детей в Российской Федерации до
2020 года» и методических рекомендаций Ассоциации 3D- образования.
Программа ориентирована на обучающихся в возрасте 13 - 14 лет, проявляющих
интересы и склонности в области информатики, математики, физики, моделирования. Вид
программы: модифицированная. Срок реализации: 1 год.
Актуальность данной образовательной программы определяется тем, что она:
- способствует достижению результатов, по формированию у подростков основ
инженерной грамотности, информационно-коммуникационной компетентности;
- дополняет освоение предметных областей информатики, математики (геометрии и
стереометрии) и технологии;
- создает нормативную базу освоения 3D-моделирования подростками, склонными к
техническому творчеству, и, тем самым, удовлетворяет их социальный запрос на
приобретение знаний и умений, адекватных современному уровню развития технологий;
вооружает их соответствующими навыками, позволяющими реализовать свои творческие
идеи и существенно сократить дистанцию до воплощения;
- обеспечивает работу по профориентации подростков в области инженерно-технических
профессий, позволяет сделать предпрофессиональные пробы и
страховку профессионального становления.
Отличительные особенности программы
Отличительной особенностью дополнительной общеразвивающей программы
«Основы 3D-моделирования» является то, что она создана специально для освоения
подростками принципов работы с современными системами твердотельного
параметрического 3D-проектирования.
Важной частью занятий является доведение проектируемого изделия до
изготовления образца, прототипа, при использовании для физического изготовления
спроектированных изделий 3D-принтеров, и, при наличии, других станков с ЧПУ
(например, лазерного и фрезерного).
Данная программа не только дает навыки и умения работы с пакетом программ
класса САПР, но и способствует формированию информационно-коммуникативных и
социальных компетентностей.
Использование метода проектов создает условия для социального, культурного и
профессионального самоопределения, творческой самореализации обучающихся, а
ориентирование подростков на положительные образы в творческих работах учит видеть
и ценить ценности реального мира.
В ходе образовательной деятельности применяются различные формы организации
деятельности учащихся и методы обучения. На начальном этапе преобладают групповые
и индивидуально-групповые занятия, к концу курса часть учебного времени выделяется
на выполнение индивидуальных творческих проектов учащихся.
Цели и задачи:
Цели:
- повышать интерес молодежи к инженерному образованию;
- показать возможности современных программных средств для обработки трёхмерных
изображений;
- познакомить с принципами и инструментарием работы в трехмерных графических
редакторах, возможностями 3D печати.
Задачи:
- развитие творческого мышления при создании 3D моделей;
- формирование интереса к технике, конструированию, программированию, высоким
технологиям;
- развитие логического, алгоритмического и системного мышления;
- формирование навыков моделирования через создание виртуальных объектов в
предложенной среде конструирования;
- углубление и практическое применение знаний по математике (геометрии);
- расширение области знаний о профессиях;
- участие в олимпиадах, фестивалях и конкурсах технической направленности с
индивидуальными и групповыми проектами.
Особенности организации процесса обучения
Программа рассчитана на 1 год, с проведением занятий 1 раз в неделю (34 часа).
Продолжительность занятия 40 минут.
Формы организации учебных занятий:
- проектная деятельность самостоятельная работа;
- работа в парах, в группах;
- творческие работы;
- индивидуальная и групповая исследовательская работа;
- знакомство с научно-популярной литературой.
Методы обучения:
- Познавательный (восприятие, осмысление и запоминание учащимися нового материала с
привлечением наблюдения готовых примеров, моделирования, изучения иллюстраций,
восприятия, анализа и обобщения демонстрируемых материалов).
- Метод проектов (при усвоении и творческом применении навыков и умений в процессе
разработки собственных моделей).
- Систематизирующий (беседа по теме, составление систематизирующих таблиц,
графиков, схем и т.д.).
- Контрольный метод (при выявлении качества усвоения знаний, навыков и умений и их
коррекция в процессе выполнения практических заданий).
- Групповая работа.
Формы контроля:
- практические работы;
- мини-проекты.
Текущий контроль осуществляется путем проверки результатов выполнения заданий
по каждой из тем занятий.
В качестве промежуточного контроля предусматривается выполнение тестов по
отдельным разделам образовательной программы, а также регулярное проведение
открытых «блиц-турниров» (соревнований по моделированию на время, по заданиямкарточкам).
Итоговым контролем является защита проектов и участие в конкурсах. Оценка
результатов освоения образовательной программы выполняется по совокупности работ,
выполненных каждым обучающимся, включая результаты участия в различных
мероприятиях, фестивалях, конкурсах с использованием технологий 3D-конструирования
(в том числе в мероприятиях других объединений технической направленности, если в
работах обучающегося существенно использованы технологии 3D-конструирования).
Планируемые результаты
Реализация дополнительной общеразвивающей программы «3D моделирование»
позволит сформировать у подростков адекватную современным условиям позицию и
отношение к техническому творчеству, инженерным специальностям, прогрессу.
Воспитательные (личностные):
В процессе прохождения данного курса у учащихся воспитывается способность к
сосредоточению, точности к исполнению алгоритма, внимание к деталям,
внимательность, чувство ответственности за свою работу, аккуратность, уважительное
отношение к своему и чужому труду, упорство в достижении желаемых результатов,
понимание ценности доброжелательных и конструктивных отношений в коллективе.
Кроме того, будет развиваться познавательный интерес, память, коммуникативные
навыки, умение взаимодействовать в группе, будет формироваться творческий подход к
поставленной задаче.
Развивающие (метапредметные):
Программа позволяет достичь метапредметных результатов по формированию
учебнопознавательной и информационной компетенций. В ходе освоения программы и
выполнения практической работы учащиеся применят на практике знания, полученные в
рамках школьной программы по геометрии, стереометрии, физике, математике.
Будет развиваться пространственное воображение и образное мышление, умение
выражать конструкторские идеи в виде рисунка на бумаге и в виде 3D-модели,
изобретательский подход, способность к инженерному мышлению, самостоятельному
поиску и изучению необходимой информации, навыки сознательного и рационального
использования конструкторских технологий в своей повседневной, учебной и внеучебной
деятельности.
Подростки научатся принимать компьютер как инструмент, необходимый для
решения различных творческих задач, что будет способствовать формированию
информационной культуры как составляющей общей культуры современного человека.
Обучающие (предметные):
В результате работы будет освоен обучающимися опыт специфической деятельности
по инженерному 3D-моделированию. Будут приобретены навыки и умения по созданию
эскизов с указанием размерностей и других условных обозначений, по использованию
различных операций, по конструированию и анимированию сборок.
Учащиеся научатся создавать 3D-модели деталей и сборочные модели несложных
технических устройств, работать со сборочными моделями, использовать продвинутые
приемы моделирования на уровне детали (мультитела, поверхности, параметризация).
Смогут самостоятельно придумать и смоделировать несложное техническое устройство,
состоящее из нескольких взаимодействующих деталей. Будут понимать принципы работы
и уметь использовать в своих конструкциях типовые узлы и механизмы, изготавливать их
на 3D-принтере (подбирать материалы, настраивать слайсер, печатать) или лазерном
станке, выполнять ручную доводку и сборку полученных изделий.
В итоге, будут развиты познавательный интерес и техническая эрудиция,
сформирована
предпрофессиональная
предметная
инженерно-конструкторская
компетенция.
Содержание программы «3D моделирование»
РАЗДЕЛ I. ВВЕДЕНИЕ В ТЕХНОЛОГИЮ ТРЕХМЕРНОЙ ПЕЧАТИ (3 ч)
Теоретические занятия:
Техника безопасности. Аддитивные технологии. Экструдер и его устройство.
Основные пользовательские характеристики 3D принтеров. Термопластики. Технология
3D печати.
Характеристика программы для трехмерного моделирования. Твердотельное
моделирование. Настройка программы. Интерфейс и основы управления.
Использование системы координат. Основные настройки для выполнения печати на
3D принтере. Подготовка к печати. Печать 3D модели.
Практические занятия:
Установка программы OpenSCAD. Настройка программы. Исследование по
управлению мышью и клавиатурой.
Подготовка к печати и печать 3D модели с использованием разных программ.
РАЗДЕЛ II КОНСТРУКТИВНАЯ БЛОЧНАЯ ГЕОМЕТРИЯ (21 ч)
Теоретические занятия:
Создание куба и прямоугольного параллелепипеда. Особенности 3D печати.
Перемещение объектов.
Создание шара. Разрешение. Создание многогранников. Что такое рендеринг.
Настройки печати и экспорт в STL-файл.
Основные понятия: цилиндр, конус, призма и пирамида. Сходство и отличия.
Перемещение нескольких объектов. Основные ошибки при моделировании. Команда
cylinder.
Команды и правила поворота тел в программе OpenSCAD. Особенности поворота и
масштабирования тел. Правило правой руки. Комментарии к выполнению заданий.
Основные сведения о масштабировании тел. Команда scale. Особенности команды.
Что такое коэффициенты масштабирования. Комментарии к выполнению заданий.
Конструктивная блочная геометрия. Графические примитивы. Булева разность.
Основные команды. Булево пересечение. Различные пересечения графических
примитивов. Команда intersection. Особенности команды и построения пересечений.
Особенности моделирования сложных объектов на примере создания игрального
кубика.
Комментарии к информации в консоли после рендеринга в OpenSCAD .
Особенности рендеринга. Полигональная сетка. Диаграмма Вронского и ее особенности.
Триангуляция Делоне.
Булево объединение. Команда union. Особенности команды. Как эффективно
использоваться данное действие.
Трансформация трёхмерных объектов. Основные понятия: выпуклое множество и
выпуклая оболочка. Особенности трансформации трехмерных объектов с помощью
команды hull на примерах. Комментарии к выполнению
заданий по созданию моделей «Кулон» и «Сердечко».
Вектор. Векторы в пространстве. Коллинеарные векторы. Параллельный перенос.
Координаты вектора. Сумма векторов. Правило треугольника. Правило параллелограмма.
Правило параллелепипеда.
Сумма Минковского двух многоугольников. Сумма Минковского в OpenSCAD.
Команда minkowski, ее особенности и использование.
Практические занятия:
Разработка и создание моделей «Противотанковый «еж», «Пирамида», «Пятерка»,
«3D».
Создание шара радиусом 20 мм. Создание простой версии массажёра для рук и
шарика антистресс, Подготовка к печати и печать на 3D принтере.
Создание модели капли и пешки.
Создание моделей «Вертушка» и «Птица».
Создание моделей «Снеговик», «Собачка» и «Звездочка».
Создание моделей «Крючок» и «Сложная пешка».
Создание моделей «Ящичек» и «Кольцо».
Создание моделей «Ухо» и «Шаблон головы».
Создание модели «Спиннер».
Создание модели игрального кубика. Усовершенствование и доводка модели
игрального кубика.
Создание моделей «Елочная игрушка» и «Магнитные держатели».
Создание модели ракеты.
Выполнение зачетного задания - создание модели «Задняя крышка смартфона».
Выполнение творческого проекта по твердотельному моделированию и трехмерной
печати по согласованию с учителем.
РАЗДЕЛ III. ЭКСТРУЗИЯ (10 ч)
Теоретические занятия:
Краткие сведения об экструзии. Плоские геометрические фигуры: прямоугольник,
квадрат, круг, эллипс. Правильные фигуры. Рамки и профили.
Как работать с текстом. Добавление текста к готовым моделям разными методами.
Как работать с фигурами. Команды twist и scale и их параметры.
Что такое смещение. Торцевая кромка. Команда offset и ее параметры.
Использование команды offset для изготовления разных моделей.
Тела, созданные вращением. Виды и особенности создания тел вращением. Команда
rotate_extrude. Особенности ее использования.
Тела, созданные вращением. Виды и особенности создания тел вращением. Команда
rotate_extrude. Особенности ее использования.
Программы двухмерного черчения. Линейная экструзия контуров. Быстрое создание
контуров в LibreCAD. Параметры и настройки.
DXF-файл. Конвертация изображений в DXF. Анализ возможных ошибок.
Практические занятия:
Создание модели «Трафарет кошки».
Создание модели «Красивая ваза» и «Треугольная ваза».
Создание моделей «Воронка», «Плафон» и «Ваза».
создание модели двухкомпонентной елки. Создание моделей «Тарелка» и «Бабочка».
Создание модели «Шахматный конь».
ИТОГОВОЕ ЗАНЯТИЕ
Подведение итогов, проверка усвоения материала. Выставка работ, обсуждение
успехов и планов.
Тематическое планирование дополнительной образовательной
программы «3D моделирование»
№
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
Тема занятия
Кол- во
часов
РАЗДЕЛ I. ВВЕДЕНИЕ В ТЕХНОЛОГИЮ ТРЕХМЕРНОЙ ПЕЧАТИ (3 ч)
Основные технологии 3-D печати.
1
Первая модель в OpenSCAD.
1
Печать модели на 3D принтере.
1
РАЗДЕЛ II КОНСТРУКТИВНАЯ БЛОЧНАЯ ГЕОМЕТРИЯ (21 ч)
Графические примитивы в 3D моделировании. Куб и кубоид.
1
Шар и многогранник.
1
Цилиндр, призма, пирамида.
1
Поворот тел в пространстве.
1
Поворот тел в пространстве.
1
Масштабирование тел.
1
Вычитание геометрических тел.
1
Вычитание геометрических тел.
1
Вычитание геометрических тел.
1
Вычитание геометрических тел.
1
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
Пересечение геометрических тел.
Пересечение геометрических тел.
Моделирование сложных объектов.
Рендеринг.
Объединение геометрических тел.
Объединение геометрических тел.
Выпуклая оболочка.
Немного о векторах.
Сумма Миньковского.
Творческий проект.
РАЗДЕЛ III. ЭКСТРУЗИЯ (10 ч)
Двухмерные объекты.
Двухмерные объекты.
Линейная экструзия. Работа с текстом.
Линейная экструзия. Работа с фигурами.
Линейная экструзия. Смещение.
Экструзия вращением.
Экструзия вращением. Работа с текстом.
Экструзия контуров.
Экструзия контуров.
Повторение и обобщение материала.
Подведение итогов.
Обеспечение программы
Учебно-методическое
конспекты занятий по предмету «Твердотельное моделирование и 3D-печать»»;
инструкции и презентации к занятиям;
проектные задания, проекты и рекомендации к выполнению проектов,
диагностические работы с образцами выполнения и оцениванием;
раздаточные материалы (к каждому занятию);
положения о конкурсах и соревнованиях.
Материально-техническое
Компьютерный класс не менее чем на 12 рабочих мест,
Локальная сеть,
Выход в интернет с каждого рабочего места,
Сканер, принтер черно-белый и цветной,
Акустическая система (колонки, наушники, микрофон),
Интерактивная доска или экран,
Программное обеспечение
офисные программы – пакет MSOffice;
графические редакторы – векторной и растровой графики;
Программа OpenSCAD.
Рабочее место обучаемого включает:
Компьютер (системный блок + монитор);
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
Наушники и микрофон.
Рабочее место педагога:
Компьютер (системный блок + монитор);
Колонки и наушники + микрофон;
Принтеры: цветной и черно белый;
3D принтер – 1 или 2.
Литература
Твердотельное моделирование и 3D-печать.7 (8) класс: учебное пособие/ Д. Г.
Копосов. — М. : БИНОМ. Лаборатория знаний, 2017
Авторские методические разработки заданий / А. М. Рытов – [Электронный ресурс] /
Режим доступа: / http://olymp3d.ru/
