Разработка элективного курса "Компьютерное моделирование и изготовление изделий на станках с ЧПУ" для учащихся 10-11 классов

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФГБОУ ВПО «САХАЛИНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

КАФЕДРА ТЕОРИИ И МЕТОДИКИ ОБУЧЕНИЯ ТЕХНОЛОГИИ

И ПРЕДПРИНИМАТЕЛЬСТВУ

Специальность: 030600 (050502.65) - Технология и предпринимательство

Дипломная работа

Разработка элективного курса «Компьютерное моделирование и изготовление изделий на станках с ЧПУ» для учащихся 10-11 классов

Научный руководитель:

зав. кафедрой, к.п.н., доцент Горшенин С.В.

Нормо-контроль:

зав. кабинетом ТиМОТиП

Горшенина И.Э

Южно-Сахалинск - 2012

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

Глава 1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРИМЕНЕНИЯ ЭЛЕКТИВНЫХ КУРСОВ ПРИ ОБУЧЕНИИ

1.1 Цели и задачи элективных курсов

1.2 Особенности элективных курсов по технологии

Глава 2. РАЗРАБОТКА ПРОГРАММЫ ЭЛЕКТИВНОГО КУРСА «КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ И ИЗГОТОВЛЕНИЕ ИЗДЕЛИЙ НА СТАНКАХ С ЧПУ» ДЛЯ УЧАЩИХСЯ 10-11 КЛАССОВ

2.1 Цели и задачи курса

2.2 Разработка тематического плана курса

2.3 Содержание курса

Глава 3. РАЗРАБОТКА МЕТОДИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЭЛЕКТИВНОГО КУРСА «КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ И ИЗГОТОВЛЕНИЕ ИЗДЕЛИЙ НА СТАНКАХ С ЧПУ»

3.1 Разработка план-конспекта урока «Создание компьютерной модели и резание деталей на станке с ЧПУ»

3.2 Разработка банка творческих проектов

3.3 Разработка творческого проекта «Эйфелева башня»

3.4 Разработка творческого проекта «КОПИЛКА»

Заключение

Библиографический список



ВВЕДЕНИЕ

Основной целью образования является достижение обучающимися уровня образованности соответствующего их личностному потенциалу. Образование готовит человека к выполнению различных социальных ролей, формирует способность личности менять самого себя и свою жизнь. В связи с этим приоритетным направлением в тенденциях развития образования сегодня является введение профильного обучения.

Общеизвестно, что индивидуально-психологические особенности личности могут быть квалифицированы как общие и специальные, научные, инженерные и творческие. Способность обнаруживается только в деятельности и только в такой, которая не может осуществляться без наличия этой способности. Выделяются два уровня способностей: репродуктивный и творческий. Человек, находящийся на первом уровне, проявляет умения быстро усваивать знания и овладевать определенной деятельностью, осуществляя ее по выбору. На втором уровне человек способен при помощи самостоятельной деятельности создавать новое оригинальное

Предпосылками для творческой деятельности являются гибкость мышления, критичность, способность к сближению понятий, целостность восприятия и, безусловно, задатки ее присуще любому человеку. В связи с этим развитие творческих способностей учащихся является важнейшей практической задачей.

Программы обучения для элективных курсов разрабатываются учителем с учетом своих возможностей, а так же учебно-методическими и материально-техническими возможностями школы, образовательными запросами и интересами учащихся. В рамках эксперимента в образовательной области “Технология” учителями практиками разработано достаточно много элективных курсов в профильном обучении. Во многих регионах России публикуются сборники по данным направлениям, множество программ размещаются также в Интернете. К сожалению, тематика не представлена в этих многочисленных публикациях. Поэтому предлагаемая разработка восполняет пробел, образовательной области “Технология”.

Содержание программы для элективного курса для учащихся разрабатывается в соответствии с целями и стандартами общего образования. При этом содержание тех знаний, которые включаются в программу, должно отвечать требованиям полноты, субъективной новизны, обобщенности, научности, дифференциированности, логической строгости, а также быть представленным в деятельностной форме. Эти требования к содержанию подготовки определяются новыми образовательными стандартами, целями общего образования и психологическими закономерностями обучения школьников.

Технологический прогресс, информационные технологии, политические, социальные и экономические обстоятельства, привели, прежде всего, к необходимости изменения концепции образования. Для того, чтобы выжить современное общество должно подготовить новое поколение людей, которые способны комплексно подходить к оценке результатов и выбору способов своей деятельности. Ручной труд потихоньку уходит в прошлое. Ему на смену приходят станки с числовым и программным управлением (ЧПУ). В данной работе мы рассматриваем разработку элективных курсов по компьютерному моделированию технологических процессов для работы на станках с ЧПУ.

В связи с тем, что в нашей стране наблюдается спад производства, и основной бюджет государства составляет добавленная стоимость и продажа углеводородного сырья, для учащихся выпускных классов необходимо вводить элективы по производственному обучению на современном уровне. Актуальность данной работы заключается в том, что подобный электив поможет учащимся сориентироваться в мире современного производства, ознакомиться с оборудованием работающем при помощи компьютерных программ, и самим научиться моделировать и создавать изделия на станках с ЧПУ.

Таким образом, определим тему дипломной работы: Разработка элективного курса «Компьютерное моделирование и изготовление изделий на станках с ЧПУ» для учащихся 10-11 классов.

Цель:

Разработать элективный курс «Компьютерное моделирование и изготовление изделий на станках с ЧПУ» для учащихся 10-11 классов.

Задачи:

Определить цели и задачи элективных курсов;

Выявить особенности элективных курсов по технологии;

Разработать программу элективного курса «Компьютерное моделирование и изготовление изделий на станках с ЧПУ» для учащихся 10-11 классов;

Разработать план - конспект урока;

Разработать банк творческих проектов и творческий проект;

Объект исследования: обучение учащихся 10-11 классов в средней школе.

Предмет исследования: элективные курсы по технологии для учащихся 10-11 классов.

Дипломная работа состоит из введения, трех глав, заключения и библиографического списка.

Во ведении сформулирована актуальность темы, цель работы, задачи, объект и предмет исследования.

В первой главе приведены теоретические основы применения элективных курсов при обучении, рассмотрены основные цели и задачи, и сформулированы особенности элективных курсов по технологии.

Во второй главе данной работы представлена разработка программы элективного курса «Компьютерное моделирование и изготовление изделий на станках с ЧПУ» для учащихся 10-11классов, цели и задачи данного курса, разработан тематический план и содержание курса.

В третьей главе разработано методическое обеспечение элективного курса - план-конспект урока, банк творческих проектов и творческие проекты.

Проведенная работа позволила сформулировать актуальность проблемы исследования, которая заключается в помощи учащимся сориентироваться в мире современного производства.

В заключении сделаны выводы о работе.

Библиографический список состоит из 31 источника.

Материал дипломной работы имеет теоретическую и практическую значимость и может быть использован студентами и педагогами при разработке элективных курсов по технологии.

ГЛАВА 1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРИМЕНЕНИЯ ЭЛЕКТИВНЫХ КУРСОВ ПРИ ОБУЧЕНИИ

1.1 Цели и задачи элективных курсов

Новым вариантом образовательного стандарта для общеобразовательной школы не предусмотрено обязательное изучение образовательной области «Технология» на старшей ступени. Иными словами, на базовом уровне для этой образовательной области стандарт не разрабатывается. Действительно, трудно представить себе изучение технологии «вообще», вне конкретной области продуктивной деятельности человека. В то же время нельзя всерьез считать выпускника общеобразовательной школы подготовленным к современной жизни без знакомства с основами и конкретными примерами современных технологических процессов, которые пронизывают инфраструктуру общества, без привития основ технологической культуры, которой так не хватает трудовым ресурсам в России.

На данном этапе решение этой проблемы в системе общего образования в полной мере не найдено. Для некоторых профилей старшей ступени общего образования (их можно условно назвать академическими) технологии соответствующих возможных областей будущей практической деятельности учащихся остаются «за кадром», а для некоторых профилей (так называемые технологические профили, к которым можно отнести информационно-технологический, аграрно-технологический и семейство индустриально-технологических профилей) становятся чуть ли не основным объектом изучения. В то же время объем часов, отводимых на конкретные технологии для этой последней группы профилей, недостаточно большой для формирования навыков, свойственных специалистам конкретных (пусть даже простых) квалификаций, но достаточно большой для того, чтобы расширить представление учащегося о мире профессий [28].

Таким образом, можно сделать вывод, что реализация концепции профильного обучения на старшей ступени общего среднего образования носит пока поисковый, промежуточный характер и будет, вероятно, еще не раз уточняться.

Тем важнее в существующей ситуации роль так называемых элективных курсов, которые не привязаны к сложившейся системе традиционных школьных учебных предметов. Элективные курсы, число которых может быть достаточно большим, проходя практическую апробацию, могут в будущем стать хорошей основой для формирования нового содержания вариативного компонента школьных профилей, способствуя решению задач социализации выпускников школ, развитию их ключевых компетенций, индивидуализации обучения и т.п., без снижения при этом уровня доступности образования и без ограничения выбора (за счет ранней специализации).[13]

Что означает выбор профиля, а затем и профессии? Это означает решить, на что человек готов потратить примерно треть своей жизни. Конечно, профессию можно и поменять, в конце концов, мало что нельзя изменить в жизни человека (кроме родителей и, например, места рождения). Вопрос -- в цене ошибки, в тех личных и общественных издержках, которые несут сам человек и государство в случае необходимости смены профессии. Даже если повторное обучение оплачивается не из бюджета, государство несет огромные потери за счет того, что активный и трудоспособный гражданин на длительное время уходит из сферы продуктивной деятельности (в нашей стране ситуация с трудовыми ресурсами складывается хуже, чем в большинстве развитых стран).

Следует учитывать, что на этапе предпрофильного обучения решается задача не только выбора учащимися профиля в старшей школе, но и выбора профессии при поступлении в образовательные учреждения среднего и начального профессионального образования, а учитывая, что многие вузы предлагают курсы подготовки продолжительностью два года, то и высшего профессионального образования. Поэтому элективные курсы должны по возможности помочь ученику принять решение по всем названным проблемам.

Профильное обучение -- средство дифференциации и индивидуализации обучения, позволяющее за счет изменений в структуре, содержании и организации образовательного процесса более полно учитывать интересы, склонности и способности учащихся, создавать условия для обучения старшеклассников в соответствии с их профессиональными интересами и намерениями в отношении продолжения образования. Профильное обучение направлено на реализацию личностно-ориентированного учебного процесса. При этом существенно расширяются возможности выстраивания учеником индивидуальной образовательной траектории.[13]

Привлекательность различных видов деятельности, интерес к ним зависят от склонностей ученика, выражаемых условно через позицию «я хочу». Склонности предполагают интерес не только к результатам, но и к самому процессу профессиональной деятельности, без чего не может быть успешного, развивающегося специалиста. Традиционно наряду со склонностями при осуществлении профессионального выбора считается необходимым принимать во внимание те индивидуальные характеристики личности, от которых зависит успешность осуществления профессиональной деятельности (эта сторона профессионального выбора определяется через позицию «я могу»).

Однако в условиях рыночной экономики выбор профессии должен осуществляться не в двухмерном пространстве (я хочу -- я могу), но и с учетом возможности найти применение своим профессиональным возможностям, то есть необходимо рассматривать тенденции и процессы изменений на территориальном рынке труда или в более широком контексте (региональный, общероссийский и даже международный рынок труда). В последнем случае необходимо включать в число рассматриваемых факторов профессионального выбора риски и издержки, связанные с возможной сменой места жительства и т.п. Соответственно появляется третий вектор (условно называемый «надо») в пространстве принятия решений при осуществлении профессионального выбора. Таким образом, курсы профориентационного характера должны занять важное место в вариативном компоненте общего образования как на предпрофильной стадии, так и в старшей профильной школе.[30]

Вряд ли целесообразно использовать ресурс учебного плана (включая и школьный компонент) на элективные курсы, напоминающие по своему характеру кружки домов творчества или театральную студию. Введение системы элективных курсов в образовательное пространство школы не должно отменять или подменять различные формы организации образовательной деятельности с привлечением возможностей муниципальной системы дополнительного образования. Опыт показывает, что для этого есть возможность использовать свободное время детей за рамками учебного плана и за рамками обязательного посещения занятий.

Когда идет речь о сетевом характере реализации элективного компонента школьного учебного плана, то необходимо организовать эту работу таким образом, чтобы не сводить решение задачи к введению традиционных кружков, секций и т.п. в сетку учебного плана под флагом элективов.

Необходимо использовать ресурсную (в том числе кадровую) базу территориальной образовательной сети для реализации специально разработанных элективных курсов, направленных на решение вполне конкретных дидактических и организационных задач: дать учащимся последовательно углубляемые мотивы выбора своей образовательной стратегии на ближайшие учебные годы: выбор между общим и профессиональным образованием, выбор между различными профилями в старшей школе и различными группами специальностей в профессиональной школе (колледже, техникуме, профлицее и т.п.). [30]

Переход к профильному обучению преследует следующие основные цели:

обеспечить углубленное изучение отдельных предметов программы полного общего образования;

создать условия для существенной дифференциации содержания обучения старшеклассников с широкими и гибкими возможностями построения школьниками индивидуальных образовательных программ;

способствовать установлению равного доступа к полноценному образованию разным категориям обучающихся в соответствии с их способностями, индивидуальными склонностями и потребностями;

расширить возможности социализации учащихся, обеспечить преемственность между общим и профессиональным образованием, более эффективно подготовить выпускников школы к освоению программ высшего профессионального образования.

То, что набор элективных курсов определяют сами школьники, ставит учащихся в ситуацию самостоятельного выбора индивидуальной образовательной траектории, профессионального самоопределения.

Основные мотивы выбора, которые следует учитывать при разработке и реализации элективных курсов:

подготовка к ЕГЭ по профильным предметам;

приобретение знаний и навыков, освоение способов деятельности для решения практических, жизненных задач, уход от традиционного школьного «академизма»;

возможности успешной карьеры, продвижения на рынке труда;

любопытство;

поддержка изучения базовых курсов;

профессиональная ориентация;

интеграция имеющихся представлений в целостную картину мира.



1.2 Особенности элективных курсов по технологии

Особенностью профориентационных курсов является то, что они являются частью и первыми результатами большой программы по созданию учебно-методического комплекса для профессиональной ориентации учащихся. Отличительной чертой всех курсов является и то, что они знакомят учащихся с определенными, достаточно широкими направлениями деятельности.

Элективные курсы - это специально организованные краткосрочные курсы по выбору (8, 12, 16, 18, 34 часа и т.д.) для проведения системы «проб» ученика в разных областях деятельности, в разных профессиях.[30]

Внедрение в рамках профильного обучения особых учебных предметов - элективных курсов - вызывает в настоящее время у учителей множество вопросов. Не всегда представляется ясным, как именно разрабатывать подобные курсы, какова должна быть их длительность, система оценивания, их количество и т. д. Ситуация усугубляется тем, что во многих школах вообще отсутствуют разработки элективных курсов, т. е. у учителей нет примеров, на основе которых они могли бы создавать элективы. Вместе с тем администрация школ, стараясь выполнить «плановые нормы» повсеместного введения профильного обучения, заставляет учителей-предметников буквально ставить производство элективных курсов на конвейер, забывая, что разработка элективного учебного предмета, как и любого другого, требует хорошей методической подготовки, глубокой проработки материала и не может осуществляться в подобной спешке. В связи со сложившимся положением дел (острым дефицитом элективов, с одной стороны, и требованиями как можно быстрее внедрить их в процесс обучения - с другой) возникает необходимость ознакомить учителей с основными требованиями к элективным курсам.

Заметим, что специфика разработки электива во многом зависит от особенностей специализации профиля или ряда профилей, для которого или которых он проектируется. Есть, однако, и общие нормы, которым должны отвечать все элективные курсы. Данная статья представляет собой попытку систематизировать общие требования к элективам, а также рассмотреть несколько подробнее элективные курсы, ориентированные на филологический профиль [13].

Особенностью элективных курсов по технологии является то, что они являются частью и первыми результатами большой программы по созданию учебно-методического комплекса для профессиональной ориентации учащихся. Отличительной чертой всех курсов является и то, что они знакомят учащихся с определенными, достаточно широкими направлениями деятельности.

В работе представлены несколько практико-ориентированных элективных курсов, условно объединенных под направлением «Технология».

Эти курсы можно разбить условно на три группы.[30]

К первой группе можно отнести элективные курсы, направленные на освоение ряда ключевых компетенций «надпрофессионального» характера, то есть таких компетенций, которые необходимы практически в любой деятельности (даже необязательно -- профессиональной). К такого рода компетенциям относят обычно способность к коммуникациям, умение решать проблемы, работать в команде, использовать информационные технологии и т.п.

Представителем этой группы элективных курсов в сборнике является курс «Основы делового общения», рассчитанный на 68 ч. Цель курса: дать знания об основах делового общения и сформировать профессионально-ориентированные умения в рамках деловой коммуникации. Значительную часть отводимого на курс времени предполагается использовать для проведения практических занятий: деловых и ролевых игр, составления деловых текстов, тестирования. Методическая направленность занятий на диалогическую технологию позволяет обеспечить коммуникативную и культурологическую подготовку учащихся к эффективному, бесконфликтному, грамотному деловому общению в микро- и макросреде организации, усвоению правил письменных форм делового общения и деловой переписки. Курс делового общения является в принципе частью более широкой программы, направленной на формирование коммуникативных компетенций.

Ко второй группе курсов этого раздела относятся элективы, которые ставят своей задачей ввести учащихся в атмосферу конкретных, но чрезвычайно широко применяющихся видов профессиональной деятельности. Оправданием конкретности предмета изучения в данном случае является общепризнанное значение этих видов деятельности, их самостоятельное значение в большинстве практических применений трудового потенциала работника независимо от уровня решаемых профессиональных задач. Примером таких конкретных видов деятельности являются менеджмент и маркетинг. Несмотря на то, что эти виды деятельности всегда имеют определенную специфику в каждой отдельно взятой социально-экономической сфере, в мире разработаны и используются отдельные квалификации, в основе которых лежат менеджмент и маркетинг. Учитывая растущую популярность этих квалификаций и значительную долю занятых в этой области, представляется совершенно оправданным предложить учащимся познакомиться с ними поближе через элективный курс. Курс этой группы -- «Основы маркетинга».

Маркетинг является сегодня философией любого бизнеса. По существу это умение определять и делать то, что нужно окружающим людям (для предприятия -- производить, а для торговли -- продавать то, что желает потребитель). Целью курса «Основы маркетинга» является ознакомление учащихся с целями и задачами маркетинга и особенностями его применения для производственных предприятий, организаций торговли, государственных учреждений, общественных организаций и отдельных людей. Курс рассчитан на 70 аудиторных часов (в условиях ограниченности времени возможно применение сокращенной программы, включающей 35 аудиторных часов, при этом изучаются только первые 6 тем).

При изучении курса маркетинга наряду с традиционными формами проведения уроков обязательным является широкое использование активных форм обучения (работа в малых группах, мозговой штурм, дискуссии, анализ конкретных ситуаций, презентация проектов, деловые игры).

Учитывая, что курс «Основы маркетинга» раньше читался в небольшом количестве школ, подготовлен учебно-методический комплект (УМК), позволяющий любому учителю быстро овладеть необходимыми знаниями в области маркетинга и создать в процессе преподавания все условия для реализации целей курса. Полный УМК курса состоит из: учебника, практикума с вопросами для повторения и обсуждения, практических заданий дифференцированных по степени сложности, методического пособия для учителя (включающего программу курса, описание форм проведения уроков и контроля за уровнем достижений учащихся), требования к результатам, список проблем обсуждаемых методом мозгового штурма, примеры решений практических заданий, конкретные ситуации для анализа, дополнительный теоретический материал, деловые игры и практикумы, список рекомендуемой литературы, тестовые задания, словарь основных терминов, список вопросов для проведения зачета, список тем для рефератов).

Учитель также может воспользоваться специально разработанным вебсайтом, на котором расположены материалы, позволяющие изготовить наглядные пособия, электронную презентацию. На веб-сайте также представлены ссылки на ресурсы Интернета и информация об обучающих семинарах для учителей.

К третьей группе элективных курсов этого раздела, наиболее полно отвечающих задачам профильной и профессиональной ориентации, относится учебно-методический комплект (серия элективных учебных курсов) для профильной и профессиональной ориентации в 9--11 классах общеобразовательной школы.

Основная цель разработки УМК состоит в создании системы информационной и психолого-педагогической поддержки учащихся школ в выборе профиля обучения, пути дальнейшего образования и профессиональной карьеры. Выше уже отмечалось, что в России отсутствует система, помогающая молодому человеку целенаправленно спланировать и осуществить профессиональную карьеру. В итоге наблюдается разрыв между школой и жизнью, средней общеобразовательной и профессиональными школами. Чтобы избежать этого, необходимо создать ситуацию, когда уже на школьной скамье ученик будет видеть свою профессионально-образовательную перспективу, а не просто решать сиюминутные задачи.

Разрабатываемый комплект включает учебные и методические пособия, справочную литературу, хрестоматии, плакаты и прочие материалы, издаваемые двумя сериями.



ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА ПРОГРАММЫ ЭЛЕКТИВНОГО КУРСА «КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ И ИЗГОТОВЛЕНИЕ ИЗДЕЛИЙ НА СТАНКАХ С ЧПУ» ДЛЯ УЧАЩИХСЯ 10-11 КЛАССОВ

2.1 Цели и задачи курса

В настоящее время присутствует избыток специалистов экономического и управленческого направлений, а инженерного и технического направлений наоборот, острая нехватка. Технологическому обучению в средней школе уделяется крайне мало времени. Поэтому основной задачей элективных курсов является предпрофессиональная подготовка учащихся.

В нашем современном мире понятие «Производство» неотъемлемо связанно с компьютерным моделированием процессов самого производства. В основе своей технология производственного процесса состоит из компьютерного моделирования, грамотного составления и обработки компьютерных файлов и изготовления деталей с помощью станков с числовым и программным управлением (ЧПУ).

Станки с ЧПУ неотъемлемо входят в нашу жизнь. Зарубежный опыт показывает всю целесообразность и рентабельность использования станков с ЧПУ. Во-первых самое основное это снижение производственного брака практически к нулю, т.к. брак возможен только на первоначальном этапе во время составления файлов на изделие, и на втором этапе ввода параметров в станок с ЧПУ. В первом и втором случае эти ошибки легко устранимы. Во-вторых существенное снижение задействованного персонала при производстве.

Мы живем в век, когда компьютер и компьютерные технологии заняли прочное место в нашей жизни. Современное производство так же не обошла всеобщая компьютеризация, и оно нуждается в модернизации своих ресурсов. Станки с ЧПУ значительно отличаются от универсальных станков. При сравнении оказывается, что работать на них много проще и удобнее при владении определенными навыками.

За последние годы процесс переоснащения производств новым оборудованием с ЧПУ приобретает все более возрастающую значимость.

Сейчас процесс перехода на новые технологии и освоения нового оборудования в той или иной степени уже затронул многие предприятия - от частных небольших предприятий до структурообразующих гигантов.

Перевооружение дошло и до производств, где выпускают продукцию по давно отлаженному технологическому процессу[5].

Конечно, переход на обработку деталей на станках с ЧПУ - прогрессивный шаг и дает ряд преимуществ, таких как:

- повышение производительности труда;

- уменьшение количества оборудования и как следствие производственных площадей;

- сокращение количества персонала.

- отказ от некоторых технологических приспособлений и упрощение их конструкции.

Упрощаются требования к рабочим, уже не нужны высококвалифицированные станочники, когда каждый токарь или фрезеровщик по сути являлся и в какой-то степени технологом;

На станках с ЧПУ влияние точности установочного приспособления на точность изготовления сведена практически к нулю, так как приспособление необходимо, чтобы обеспечить исходное, базовое положение заготовки для обработки. В случае сложного пространственного положения детали при обработке применяются многокоординатные станки, где пространственное положение детали задается по программе и обеспечивается кинематикой станка. При необходимости изменений размеров детали нужно лишь внести корректировку в управляющие программы.

Таким образом, цель курса - ознакомление учащихся с современных производством посредством моделирования производственной деятельности с использованием станков с ЧПУ.

Общие задачи элективного курса[13]:

способствовать самоопределению ученика и выбору дальнейшей профессиональной деятельности;

создавать положительную мотивацию обучения на планируемом профиле;

познакомить учащихся с ведущими для данного профиля видами деятельности;

активизировать познавательную деятельность школьников;

повысить информационную и коммуникативную компетентность учащихся.

Предлагаемый курс должен решать задачи создания условий для формирования и развития у школьников:

практико-деятельностных умений в области компьютерных технологий;

умения самостоятельно приобретать и применять знания на практике;

умение проявлять упорство при столкновении с проблемами и неудачами, способность контролировать импульсивность, управлять своим настроением и справляться с критическими ситуациями, не терять надежды;

понять и оценить личные запросы и потребности, найти те задатки в себе, которые нужно совершенствовать, чтобы добиться успеха;

творческих способностей и интереса к выполнению проектов;

коммуникативных навыков, которые способствуют развитию умений работать в группе, защищать творческий проект;

высококвалифицированный труд становится не просто работой, а творчеством. Это значит, что настоящий технолог должен быть человеком образованным в области, товароведения, материаловедения, физики, химии, геометрии, математики и одновременно обладать творческим подходом к делу.

В процессе освоения данного курса учащиеся приобретают знания о:

мире современных профессий связанных с компьютерными технологиями;

этапах выполнения и защиты творческого проекта;

теоретические знания о свойствах современных технологических материалах;

компьютерных программах предназначенных для работы на станках с ЧПУ;

видах станков с ЧПУ;

Учащиеся должны уметь:

правильно выбирать материал для изготовления того или иного изделия;

самостоятельно составлять компьютерную модель выбранного изделия при помощи необходимой компьютерной программы;

вводить необходимые параметры в станок с ЧПУ;

оказывать первую помощь при травмах полученных при работе;

работать с инструментами, приспособлениями и электроприборами;

содержать в чистоте и порядке рабочие места и оборудование;
осуществлять поиск и хранение необходимой информации, работать в Интернете,

выполнять рефераты;

использовать приобретенные знания и умения в практической деятельности и повседневной жизни;

2.2 Разработка тематического плана курса

Для разработки и моделирования компьютерной модели необходимо изучение ряда компьютерных программ, таких как CorelDraw, AutoCAD, Компас и др. В данной работе рассмотрим одну из них - CorelDraw. Так как мы будем работать с листовыми материалами, а для составления данных файлов эта программа подходит больше всего. Она достаточно проста, в ней легко работать. Программа основана на векторной графике. Файлы, составленные в этой программе легко редактировать, менять. Большинство программ для станков с ЧПУ для листовых и рулонных материалов предназначены для этой программы. Это столовые фрезы, режущие и гравировальные лазеры, плоттеры и т.д.

Программа носит дифференцированный характер, т. к. включают следующие виды знаний: теоретические (обобщенные), методические (способы деятельности) и технологические (приемы, алгоритмы, правила выполнения действий). В программу включены содержательные или теоретические обобщения, когда содержание разворачивается согласно принципу от общего к частному, то есть частные знания выводятся из общих.

В примерной программе выделен резерв свободного учебного времени в объеме 10% учебного времени для учета местных условий реализации программы[21].

Курс рассчитан на 12 часа (по 4 часа в неделю) на группу из 10-15 человек 10 - 11 класса. Предполагается две категории обучающихся: одна категория - это учащиеся, которые владеют азами компьютерных программ векторной графики, т.к. начальные знания получили в семье или других источниках; другая категория - это школьники, которые не имеют никакого опыта работы в данных программах. Поэтому на первоначальном этапе будут некоторые трудности из-за разного уровня подготовленности, здесь необходим индивидуальный подход к каждому слушателю курсов. По окончанию элективного курса учащиеся должны показать основные знания и умения, которые были получены в процессе обучения. Объем программы соответствует возрастным особенностям учащихся и не создает перегрузок для обучающихся[18].

Структура курса представляет собой семь логически законченных и содержательно взаимосвязанных тем, изучение которых обеспечит системность и практическую направленность знаний и умений учащихся (см. табл. 1).

Изучение курса заканчивается защитой проекта.

Таблица 1.

ТЕМАТИЧЕСКИЙ ПЛАН КУРСА

Тема	Всего часов	Теория	Практика
1	2	3	4
1. Основы технологических процессов обработки материалов резанием	1	1
2. Компьютерные программы для моделирования совместимые со станками с ЧПУ	2		2
3. Современные материалы для обработки на станках с ЧПУ	1	1
4. Станки с ЧПУ	2	1	1
5. Способы обработки и введения цифровой информации в станок с ЧПУ	1		1
6. Создание компьютерной модели и резание деталей на станке с ЧПУ	4		4
7. Защита проекта	1		1
Итого	12	3	9

2.3 Содержание курса

Рассмотрим содержание каждой темы тематического плана.

Тема 1. Основы технологических процессов обработки материалов резанием.

Основные теоретические сведения

Физические основы обработки металлов резанием

Изучаются основные методы обработки поверхностей деталей машин точением, сверлением, фрезерованием, шлифованием, отделочными, электрофизическими и другими специальными методами обработки.

Сведения о металлорежущих станках, особое место занимают станки с программным управлением и многооперационные.

Механизация и автоматизация технологических процессов механической обработки.

Одно из направлений в решении задач автоматизации процессов обработки - программное управление (ПУ) металлорежущими станками. Металлорежущие станки оснащаются числовыми (ЧПУ) видами программного управления (ПУ)

Практические работы

Обработка заготовок на токарных станках

Ознакомьтесь с характерными особенностями метода точения, с типами станков токарной группы. Уясните название и назначение узлов токарно-винторезного станка. 

Обработка заготовок на сверлильных станках

Ознакомьтесь с характерными особенностями метода сверления.

Обработка заготовок на расточных станках

Ознакомьтесь с характерными особенностями метода растачивания.

Обработка заготовок на фрезерных станках

Ознакомьтесь с характерными особенностями метода фрезерования. Изучите типы фрезерных станков, элементы и геометрию цилиндрической и торцовой фрез.

Обработка заготовок на шлифовальных станках

Шлифование - один из самых распространенных методов окончательной обработки заготовок абразивными инструментами.
Ознакомьтесь с характерными особенностями шлифования.

Отделочные методы обработки

Отделочные методы применяются для окончательной обработки и придания поверхностям высокой точности, качества и повышения надежности работы.

2. Компьютерные программы для моделирования совместимые с станками с ЧПУ.

Основные теоретические сведения

Теоретические основы построения управляющих программ.

Изучение основных способов построения компьютерных программ.

Ознакомление с основными программами для компьютерного моделирования.

Основные программы для компьютерного моделирования. Принцип действия.

Практические работы

Программа для моделирования CorelDraw.

Основные инструментальные средства программа СorelDRAW. Решение конструкторско-технологических задач. Решение дизайнерских задач.

Составление компьютерных моделей.

3. Современные материалы для обработки на станках с ЧПУ.

Основные теоретические сведения

Виды материалов, их свойства.

Акриловые стёкла, полистиролы, полипропилены, пластики для гравирования, ПВХ пластики, поликарбонаты, декоративные пластики, пенокартон.

Виды обработки.

Сверление, фрезерование, шлифование, гравировка, резка лазером.

Практические работы

Просмотр учебных видео фильмов.

Варианты объектов труда

Листовые пластики

4. Станки с ЧПУ.

Основные теоретические сведения

Историческое развитие ЧПУ

Сравнительный анализ универсальных металлорежущих станков и станков с ЧПУ

Сфера применения станков с ЧПУ.

Конструктивные особенности современных станков с ЧПУ

Геометрические основы работы на станках с ЧПУ

Практические работы

Системы координат станков с ЧПУ

Определение координат профиля

Нулевые и исходные точки станков с ЧПУ

Числовое программное управление станков

Инструменты и приспособления для работы на станках (фрезы, цанги и т.д.)

Коррекция инструмента

Просмотр учебных видео фильмов.

Варианты объектов труда

Лазерный плоттер, столовая фреза AXYZ.

5. Способы обработки и введения цифровой информации в станок с ЧПУ.

Основные теоретические сведения

Ознакомление и изучение вспомогательных программ станков с ЧПУ.

Изучение параметров станка для обеспечения качественного выполнения работ.

Практические работы

Способы введения информации в станок с ЧПУ.

6. Создание компьютерной модели и резание деталей на станке с ЧПУ.

Практические работы

Создание компьютерной модели

Настройка параметров станка

Выбор инструмента

Коррекция инструмента

Резание деталей

Финишная обработка деталей;

Сборка готового изделия;

7. Защита проекта.

Составление технологической документации;

Составление технологических карт, электронной презентации.

Защита

Выступление перед аудиторией.



Глава 3. РАЗРАБОТКА МЕТОДИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЭЛЕКТИВНОГО КУРСА «КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ И ИЗГОТОВЛЕНИЕ ИЗДЕЛИЙ НА СТАНКАХ С ЧПУ»

3.1 Разработка план-конспекта урока «Создание компьютерной модели и резание деталей на станке с ЧПУ»

Тема урока: «Создание компьютерной модели и резание деталей на станке с ЧПУ».

Цели урока:

Сформировать у учащихся знания и умения по компьютерному моделированию изделий.

Способствовать развитию пространственного воображения, умений аргументировать свои мысли, уверенности в принятии решений, расширить кругозор.

Воспитывать прилежность и аккуратность, целеустремленность в трудовой деятельности, а также самоконтроль.

Тип урока: комбинированный.

Форма проведения урока: практическая работа.

Опорные знания: Обязательно знание компьютера на уровне пользователя.

Методы обучения: устный опрос, рассказ, демонстрация наглядных пособий, практическая работа.

Оборудование: компьютер, лазерный плоттер с ЧПУ.

Программное обеспечение: Windows 7, программа Corel Draw.

Материал: стекло акриловое

Межпредметные связи: начертательная геометрия.

Объект труда: куб «копилка».



Таблица 2

СТРУКТУРА УРОКА

Наименование раздела урока	Продолжительность, мин.
Организационная часть	10
Актуализация знаний	20
Практическая работа	120
Заключительный этап	10
Итого	160

Ход урока:

Организационный момент: проверка наличия отсутствующих на уроке, объявление темы урока.

Постановка задачи: Создать компьютерную модель и изготовить изделие на станке с ЧПУ».

Актуализация знаний:

Современные материалы для обработки на станках с ЧПУ.

Станки с ЧПУ.

Способы обработки и введения цифровой информации в станок с ЧПУ.

Практическая работа:

Определить размер куба учитывая толщину листового материала 6 мм. Самый рациональный и оптимальный размер: 100х100х100

Отрисовать сторону (Так как стороны все одинаковые, нет необходимости рисовать все шесть сторон, а достаточно сделать одну модель. Если соединения будут правильно рассчитаны то куб соберётся без особых проблем)

Рассчитать и смоделировать соединение. Шиповое соединение будем рассчитывать исходя из толщины материала и длины грани куба. Длина грани 100. Каждая грань будет соединяться пятью шипами, два шипа с одной стороны и три с другой. Длина шипа 30 мм. Высота соответствует толщине материала - 6 мм.

Сделать шесть одинаковых моделей сторон. На одной из них добавить технологическое отверстие.

Добавить на каждую из сторон рисунки для гравировки.

Выставление силовых параметров гравировки и скорости движения лазера в вспомогательной программе к станку с ЧПУ. Гравировка.

Настройка параметров резки изделия. Резка изделия.

Финишная обработка деталей. Сборка готового изделия.

Заключительный этап.

Подведение итогов.

3.2 Разработка банка творческих проектов

Для обеспечения методики проведения элективного курса «Компьютерное моделирование и изготовление изделий на станках с ЧПУ», необходимо выбрать творческий проект. В этом вопросе мы ограничены лишь собственной фантазией и техническими возможностями станка с ЧПУ.

Мы не будем рассматривать сложные изделия с точки зрения моделирования, а выберем для рассмотрения достаточно простые, в том числе в плане изготовления.

1. Подсвечник. Это изделие очень просто в исполнении и состоит из двух вырезанных пластин с отфрезерованной на одной из них символичной новогодней ёлкой. Пластины собираются между собой посредством шипового соединения предварительно обработанных клеем. Материал для изготовления поделки можно варьировать в зависимости от своей фантазии. Это может быть и пластик акриловый оклеенный разноцветной светопропускающей плёнкой, и цветной пластик, и фанера, обработанная и окрашенная в нужный цвет (см. рис. 1).



Рис. 1. ПОДСВЕЧНИК

2. Пластиковый пазл. Выполняется в виде пазла, достаточно сложнее предыдущего, состоит из четырнадцати частей. Достаточно интересен для проекта, так как составление пазла при компьютерном моделировании процесса требующий особого внимания и определённых навыков. В качестве материала для изготовления лучше всего взять пластик ПВХ толщиной 8-10 миллиметров (см. рис. 2).

Рис. 2. ПЛАСТИКОВЫЙ ПАЗЛ

3. Сувенир. Композиция достаточно проста в исполнении, каждая из фигур состоит из пяти частей. Скрепляются элементы фигуры между собой шиповым соединением. В качестве материала для изготовления лучше всего выбрать либо пластик, либо фанеру. После сборки композицию можно раскрасить. (Рис. 3)

Рис.3. СУВЕНИР

4. Вешалка. Достаточно сложное в исполнении изделие, так как выполняется из семи частей, которые собираются в трёхмерную модель. Кроме эстетической, изделие несёт также и функциональную нагрузку. Поэтому при выборе материала следует учесть физическую нагрузку на данное изделие. (Рис. 4)

Рис. 4. ВЕШАЛКА

5. Рамка для сувенирного оформления. Самое простое изделие, состоит из двух пластин из акрилового стекла, с вырезанными отверстиями для декоративных болтов. Сложность заключается в финишной обработке (полировке) акрила. Достаточно распространённое и востребованное изделие на рынке сувенирной продукции.

Рис.5. СУВЕНИРНАЯ РАМКА

6. Декоративная мебель. Размер самого изделия ограничен размерами листового материала, помещающего в станок с ЧПУ. Режется в виде развёртки. Для придания изделию из листового объёмного вида места сгибов подвергаются локальному термическому воздействию, после чего загибаются. Контур изделия ограничен только лишь фантазией и здравостью рассудка. Рисунок возможно нанести либо красками, либо аппликацией, либо гравировкой что само по себе в разы усложняет, и в то же время делает интереснее данную работу.

Рис.6. ДЕКОРАТИВНАЯ МЕБЕЛЬ.

7. Системный блок персонального компьютера. На первый взгляд простое в изготовлении изделие. Но на самом деле достаточно сложное так как состоит из множества деталей. Файл для изготовления необходимо составить так, что бы вся «начинка» встала а свои места, не составляла помех для инсталляции дополнительных опций. Материалом для изготовления выбираем так же акриловое стекло. Крепим между собой уголками из алюминия и декоративных болтов.

Рис.7. СИСТЕМНЫЙ БЛОК ПЕРСОНАЛЬНОГО КОМПЬЮТЕРА

8.Плоскостной пазл. В основе своей изготавливается как детская развивающая игрушка. При этом ребёнку необходимо учитывать что на них изображено и получается ли при их соединении цельное изображение. (рис.9) В основном изготавливается из картона и мягких пластиков.

Рис 8. ПЛОСКОСТНОЙ ПАЗЛ

9. Пазл - головоломка. Достаточно интересен сам по себе, и в меру сложен. Состоит из шести частей (слонят), которые в свою очередь образуют при сборке главную фигуру «Слон». Сложность состоит в составлении компьютерной модели, так как необходимо отрисовать все криволинейные соединения так чтобы они сошлись при сборке пазла. (Рис. 8)

Рис. 9. ПАЗЛ - ГОЛОВОЛОМКА

Рис.10 ОБЪЁМНЫЙ ПАЗЛ

10. Объёмный пазл. Изготавливается из пластичных материалов или металла. После нарезания деталей пазла им придают определенную форму. Соединения пазла имеют криволинейную форму, как и у плоскостных пазлов.



Рис.11. ТРЁХМЕРНЫЕ ПАЗЛЫ (3D)

11. Трёхмерные пазлы (3D).Очень интересны сами по себе, так как при их сборке развивается пространственное воображение. Все детали изготавливаются из листовых материалов (пластик, картон, фанера и т.д.). Соединения пазлов имеют шиповое соединение.

3.3 Разработка примерного творческого проекта «ЭЙФЕЛЕВА БАШНЯ»

При рассмотрении всех выше предложенных изделий можно сделать вывод: для методического обеспечения элективного курса «Компьютерное моделирование и изготовление изделий на станках с ЧПУ» лучше всего выбрать изделие с пазловым соединением. Подобные соединения требуют от учащегося при составлении компьютерной модели тщательного подхода к делу, собранности, внимательности и самое главное более чем поверхностное знание программы CorelDraw. При составлении модели пазлов и их изготовлении учащиеся совершенствуют свои знания и навыки по математике, информатике, геометрии, материаловедении, технологии, черчению, декоративно-прикладном творчестве, истории и географии при изготовлении тематических пазлов, а так же по начертательной геометрии при изготовлении трёхмерных пазлов на примере изделия «Вешалка» (см. рис. 4). Именно подобные пазлы предлагается взять для методического обеспечения элективного курса.

Пазлы с каждым годом приобретают все большую популярность. Ведь эта игра развивает воображение, логическое мышление, мелкую мышечную моторику, внимание, целостность восприятия. 

Начинать собирать пазлы уже можно примерно с 3,5 - 4 лет. Однако здесь стоит учесть интерес ребенка и сложность пазлов. Со временем можно усложнять, увеличивая количество деталей и уменьшая размер деталей. Предметы, изображенные на пазлах, должны быть знакомы ребенку. Если вы начали собирать пазлы первый раз, то вам необходимо будет самим собрать картинку, а потом убрать 2-3 детали и сказать ребенку к примеру: «Я собрала картинку, но подул сильный ветер и несколько деталек улетело. Давай ты поможешь мне ее собрать снова! ». С маленькими детьми во время этого занимательного процесса можно придумывать сказку, изучать окружающий мир. Например: «Кто нарисован на этом кусочке? Собачка? А что собачка делает? Сидит. И так далее. А вот дети постарше, у которых уже хорошо развито воображение и они знают правила игры, могут начинать собирать картинку «с чистого листа».

По своей форме пазлы бывают разных видов:

Плоскостные - собираются на ровной поверхности и отличаются тем, что имеют кривую линию соединения деталей.

Объёмные - собираются в объёмную фигуру как правило сферической формы. Соединения данных пазлов так же как и у плоскостных криволинейны. (см рис. 10)

Трехмерные (3D) пазлы представляют собой новое поколение объемных головоломок, предназначенное для развития пространственного мышления ребенка. Сборка трехмерных моделей развивает у детей масштабное мышление, дает навыки пространственного моделирования, развивает тактильную чувствительность пальцев, прививает усидчивость. Соединение трехмерных пазлов в значительной мере отличаются от традиционных двухмерных пазлов и выполняют роль креплений имеют строгую геометрическую форму. Сами крепления имеют шиповое соединение.

В современном мире существуют большое количество технологий изготовления трёхмерных пазлов от самых дешевых по себестоимости до самых дорогих эксклюзивных моделей. В данной главе мы рассмотрим самые приемлемые.

Пазлы можно изготавливать из бумаги, картона, фанеры, пластиков, и других листовых материалов.

Самыми распространенными материалами являются бумага и картон, которые наиболее дешевле и безопаснее чем другие материалы.

Для производства пазлов из бумаги и картона применяют ручные, полуавтоматические и автоматические машины (См. рис.13) и штампы (матрицы) для вырубки (см. рис.12).

Рис. 12. ШТАМПЫ (МАТРИЦЫ) ДЛЯ ВЫРУБКИ

Рис.13. ПОЛУАВТОМАТИЧЕСКИЕ И АВТОМАТИЧЕСКИЕ МАШИНЫ

Также с помощью этих машин и приспособлений можно изготавливать пазлы из тонких (не более двух миллиметров) ПВХ вспененных пластиков.

Из листовой фанеры пазлы можно вырезать с помощью ручного лобзика и его электрического аналога. Сложность заключается в точной разметке материала и в точном выполнении операции при вырезании деталей.

На станках с ЧПУ влияние точности установочного приспособления на точность изготовления сведена практически к нулю, так как приспособление необходимо, чтобы обеспечить исходное, базовое положение заготовки для обработки. В случае сложного пространственного положения детали при обработке применяются многокоординатные станки, где пространственное положение детали задается по программе и обеспечивается кинематикой станка.

Рис. 14. СТОЛОВАЯ ФРЕЗА С ЧПУ

При необходимости изменений размеров детали нужно лишь внести корректировку в управляющие программы.

На рисунке 14 показана столовая фреза с ЧПУ AXYZ 3000. Для работы на подобном станке нет необходимости содержать многочисленный обслуживающий персонал, так как фрезеровщик одновременно является и технологом и программистом.

Существует множество станков с ЧПУ, рассмотрим ещё один для обработки листовых материалов - лазер. Этот станок служит для выполнения тех же операций что и фреза - резка, гравировка, но имеет меньший размер и выполняет операции не механическим способом, а непосредственно лазером (см. рис. 15).

Очень важный момент - это обеспечение качества заготовок и стабильности их размеров. При обработке на универсальных станках отклонения размеров заготовок и, соответственно, величины удаляемого припуска некритичны, поскольку рабочий подводит инструмент для обработки вручную и увеличение припуска повлияет только на время обработки, оно увеличится.

Рис. 15. ЛАЗЕРНЫЙ ПЛОТТЕР

Разработка конструкции трёхмерногопазла

При выборе модели для изготовления трёхмерного пазла мы рассмотрели несколько вариантов. Эйфелева башня (см. рис.16), Собор Василия Блаженного (см. рис.17) и Капитолий (см. рис.18).

Рис.16. ЭЙФЕЛЕВА БАШНЯ



Рис.17. СОБОР ВАСИЛИЯ БЛАЖЕННОГО

Рис.18. КАПИТОЛИЙ

Здание Капитолия, которое находится в Вашингтоне хоть и имеет большое историческое значение, но не имеет ни красивых очертаний, ни географической значимости.

Собор Василия Блаженного очень красивое сооружение, история его создания завораживает и к тому же оно является символом целой страны. Но изготовление подобного пазла будет очень трудоёмким.

Модель "Эйфелева башня" позволит создать уменьшенную копию самой знаменитой башни. Эйфелева башня - самая узнаваемая архитектурная достопримечательность Парижа, всемирно известная как символ Франции, названная в честь своего конструктора Густава Эйфеля. Сам конструктор называл ее просто - 300-метровой башней.

Выбор данной модели не случаен, так как изготовление пазла применимо к урокам технологии, а так же может служить наглядным пособием для уроков истории и географии. Мы намеренно не используем цветового оформления модели, чтобы дети, изучив башню по фотографиям, могли самостоятельно оформить ее.