3D -друк ад рукі

Будаўнічыя матэрыялы (для кожнай каманды)

Неабходныя матэрыялы

• Пенапласт або тоўсты гафрыраваны кардон
• Кіраўнікі
• Ачышчальнікі труб або лёгка гнуткая дрот
• Алоўкі
• Клей
• Разнастайныя невялікія прадметы з адносна простымі формамі для студэнтаў на выбар.
  • яйкі
  • Вазы
  • Міскі
  • Бутэлькі
  • Кубкі

Настаўніцкія матэрыялы

Кароткае відэа з PBS LearningMedia для візуальнага ўвядзення ў 3D -друк https://ny.pbslearningmedia.org/resource/b9194612-d6e7-4307-b08c-9c2857956713/will-3d-printing-change-the-world/

Design Challenge

Вы з'яўляецеся часткай каманды інжынераў, якія працуюць разам над стварэннем "3D-друкаванай" мадэлі аб'екта з выкарыстаннем паўсядзённых матэрыялаў. 

Праграма 3D -друку адлюстроўвае форму аб'екта, а затым "наразае" яго на пласты. Тады 3D прынтэры друкаваць аб'екты, дадаючы пласт за пластом матэрыялу разам, каб стварыць аб'ект. Гэты працэс называецца "адытыўная вытворчасць". 

Таўшчыня вашых слаёў будзе такой жа, як таўшчыня будаўнічага матэрыялу (пенапласт або кардон). Для таго, каб вымераць вашы пласты, вы будзеце абгортваць ачышчальнікі труб вакол вашага аб'екта пры кожным маркеры пласта/вышыні (калі ваш пенапласт таўшчынёй ¼ ”, вы будзеце вымяраць ваш аб'ект ачышчальнікам труб на вышыню ¼”, вышыню ½ ”, ¾” высокі і г.д.) Ачышчальнік труб дасць вам памер і формупласт. Адсочваючы форму ачышчальніка труб на вашым будаўнічым матэрыяле, вы выразаеце кожны пласт вашай мадэлі. Дадаўшы адзін пласт на другі і злучыўшы іх з клеем, вы створыце сваю трохмерную мадэль.

Крытэрыі 

• Аб'ект для мадэлявання павінен быць абраны камандай
• Выкарыстоўвайце лінейку і ачышчальнікі труб для вымярэння аб'екта на кожным маркеры вышыні 

Constraints

• Выкарыстоўвайце толькі прадстаўленыя матэрыялы

1. Разбіце клас на каманды па 2 чалавекі
2. Раздайце аркуш 3D -друку ўручную, а таксама некалькі лістоў паперы для стварэння эскізаў. 
3. Абмяркуйце тэмы ў раздзеле "Асноўныя канцэпцыі". Вы можаце паказаць гэта кароткае відэа з PBS LearningMedia для візуальнага ўвядзення ў 3D -друк https://ny.pbslearningmedia.org/resource/b9194612-d6e7-4307-b08c-9c2857956713/will-3d-printing-change-the-world/
4. Азнаёмцеся з працэсам інжынернага праектавання, праектаваннем, крытэрыямі, абмежаваннямі і матэрыяламі. 
5. Пакажыце студэнтам пачаць мазгавы штурм і накіды сваіх малюнкаў.
6. Перадайце кожнай камандзе свае матэрыялы.
7. Растлумачце, што студэнты будуць ствараць трохмерную мадэль аднаго з аб'ектаў, якія вы зрабілі даступнымі. Абмяркуйце, як 3D -прынтары ствараюць аб'екты з выкарыстаннем слаёў, таму яго часам называюць "адытыўным вытворчасцю". Кампутарныя файлы, якія выкарыстоўваюцца з 3D -прынтарамі, змяшчаюць інфармацыю, неабходную для кожнага пласта друкаванага аб'екта. Праграма CAD апісвае трохмерную структуру аб'екта. .STL -файлы апісваюць знешнюю структуру аб'екта, падзяляючы яго на трохвугольнікі. Затым праграма для нарэзкі падзяляе трохмерную структуру на гарызантальныя пласты для 3D-прынтара. Выкарыстоўваючы метады, падобныя да 3D -прынтара, студэнты будуць працаваць з пенапластам або гафрыраваным кардонам, якія прадастаўляюцца для «3D -друку» мадэлі абранага імі аб'екта. Паколькі яны будуюць сваю мадэль з пластоў пенапласту, яны будуць выкарыстоўваць своеасаблівую адытыўную вытворчасць. Дайце студэнтам таўшчыню выкарыстоўванага пенапласту або гафрыраванага кардону. Гэтая таўшчыня стане вышынёй кожнага пласта іх мадэляў. Падзяліўшы аб'ект на пласты, выкарыстоўваючы гэты маркер вышыні, студэнты абматаюць ачышчальнікі труб або драты вакол свайго аб'екта, каб вызначыць яго форму на кожным маркеры вышыні. Навучэнцы правядуць провад на кардон або пенапласт, а потым выражуць кожны пласт. Затым студэнты будуць складаць і склейваць пласты разам, каб стварыць сваю мадэль, выкарыстоўваючы своеасаблівы спосаб адытыўнага вытворчасці.
8. Абвясціце колькасць часу, якое яны маюць на праектаванне і будаўніцтва (рэкамендуецца 1 гадзіна).
9. Выкарыстоўвайце таймер або он-лайн секундамер (функцыя зваротнага адліку), каб гарантаваць своечасовае выкананне. (www.online-stopwatch.com/full-screen-stopwatch). Рэгулярна давайце студэнтам "праверкі часу", каб яны заставаліся на задачы. Калі ім цяжка, задавайце пытанні, якія прывядуць іх да рашэння хутчэй. 
10. Студэнты сустракаюцца і распрацоўваюць план сваёй 3D -мадэлі. Яны ўзгадняюць неабходныя матэрыялы, пішуць/малююць свой план і прадстаўляюць свой план класу. Каманды могуць абмяжоўваць неабмежаваную колькасць матэрыялаў з іншымі камандамі, каб распрацаваць спіс ідэальных запчастак.
11. Каманды ствараюць свае праекты. 
12. Як клас, падзяліцеся дызайнам і абмяркуйце пытанні разважанняў вучняў.
13. Для атрымання дадатковай інфармацыі па гэтай тэме глядзіце раздзел «Капаць глыбей».

Студэнцкі роздум (інжынерны сшытак)

1. Як мадэль, якую вы стварылі, у параўнанні з аб'ектам, на якім вы яе заснавалі?
2. Як вы думаеце, якія змены ў працэсе або матэрыялах прывядуць да больш дэталёвага і дакладнага ўзнаўлення зыходнага аб'екта?
3. Якім чынам працэс, які вы выкарыстоўвалі для стварэння 3D -мадэлі, падобны на рэальны працэс, які выкарыстоўваецца 3D -прынтарам ??
4. Як вы думаеце, таўшчыня створаных вамі слаёў параўнаецца з пластамі створаны для 3D -прынтара?
5. З якімі праблемамі вы сутыкнуліся пры стварэнні 3D -мадэлі? Якія яшчэ інструменты ці Матэрыялы маглі б дапамагчы вам зрабіць вашыя вымярэнні і пабудаваць вашыя пласты?

Урок можна прайсці ўсяго за 1 клас для старэйшых школьнікаў. Аднак, каб дапамагчы студэнтам не адчуваць прыспешлівасці і забяспечыць поспех студэнтаў (асабліва для малодшых школьнікаў), падзеліце ўрок на два перыяды, даючы студэнтам больш часу на мазгавы штурм, тэставанне ідэй і дапрацоўку іх дызайну. Правядзіце тэставанне і аналіз у наступны класны час.

• 3D: Якасць быць трохмерным.
• Адытыўная вытворчасць: стварэнне больш лёгкіх, больш складаных канструкцый.
• Абмежаванні: абмежаванні з матэрыялам, часам, памерам каманды і г.д.
• Крытэрыі: умовы, якім павінен задавальняць дызайн, напрыклад, агульны памер і г.д.
• Інжынеры: вынаходнікі і вырашальнікі праблем свету. Дваццаць пяць асноўных спецыяльнасцяў прызнаны ў інжынерыі (паглядзець інфаграфіку).
• Працэс інжынернага праектавання: інжынеры-тэхнолагі выкарыстоўваюць для вырашэння праблем. 
• Інжынерныя звычкі розуму (EHM): шэсць унікальных спосабаў мыслення інжынераў.
• Ітэрацыя: тэставанне і рэдызайн - гэта адна ітэрацыя. Паўтор (некалькі паўтораў).
• Пласты: ліст, колькасць або таўшчыня матэрыялу.
• Мадэль: трохмернае ўяўленне чалавека або рэчы або прапанаванай структуры, як правіла, у меншым маштабе, чым арыгінал.
• Прататып: рабочая мадэль рашэння для тэставання.
  

Падключэнне да Інтэрнэту

• PBS LearningMedia: Ці зменіць 3D -друк свет?

https://thinktv.pbslearningmedia.org/resource/b9194612-d6e7-4307-b08c9c2857956713/will-3d-printing-change-the-world/

Рэкамендуемы літаратура

• 3D-прынтэры: кіраўніцтва для пачаткоўцаў, Олівер Ботманн (ISBN: 978-1565238718)
• Зрабіць: Пачатак працы з 3D-друкам: практычнае кіраўніцтва па абсталяванні, праграмным забеспячэнні і паслугах, якія стаяць за новай рэвалюцыяй вытворчасці, Ліза Валах Клоскі і Нік Клоскі (ISBN: 978-1680450200)

Пісьменніцкая дзейнасць 

Напішыце эсэ ці абзац пра тое, як 3D -друк можа быць карысным грамадству, і пра патэнцыйныя небяспекі, падводныя камяні або маральныя праблемы, якія яно можа ўзняць.

Прывядзенне ў адпаведнасць з рамкамі навучальных праграм

нататка: Планы ўрокаў гэтай серыі ўзгадняюцца з адным або некалькімі з наступных набораў стандартаў:  

• Стандарты навуковай адукацыі ЗША (http://www.nap.edu/catalog.php?record_id=4962)
• Навуковыя стандарты наступнага пакалення ЗША (http://www.nextgenscience.org/) 
• Стандарты Міжнароднай тэхналагічнай адукацыйнай асацыяцыі тэхналагічнай пісьменнасці (http://www.iteea.org/TAA/PDFs/xstnd.pdf)
• Прынцыпы і стандарты школьнай матэматыкі Нацыянальнага савета настаўнікаў матэматыкі ЗША (http://www.nctm.org/standards/content.aspx?id=16909)
• Агульныя асноўныя дзяржаўныя стандарты ЗША па матэматыцы (http://www.corestandards.org/Math)
• Стандарты інфарматыкі K-12 Асацыяцыі настаўнікаў інфарматыкі (http://csta.acm.org/Curriculum/sub/K12Standards.html)

Нацыянальныя стандарты навуковай адукацыі 5-8 класы (10-14 гадоў)

ЗМЕСТ СТАНДАРТ А: Навука як запыт

У выніку дзейнасці ўсе вучні павінны развівацца

• Разуменне навуковых пошукаў 

ЗМЕСТ СТАНДАРТ E: Навука і тэхніка
У выніку дзейнасці ў 5-8 класах усе вучні павінны развівацца

• Здольнасці тэхналагічнага праектавання 
• Разуменне навукі і тэхнікі 

ЗМЕСТ СТАНДАРТ F: Навука ў асабістай і сацыяльнай перспектывах

У выніку дзейнасці ўсе вучні павінны развіваць разуменне

• Асабістае здароўе 
• Рызыкі і выгады 
• Навука і тэхніка ў грамадстве 

ЗМЕСТ СТАНДАРТ G: Гісторыя і прырода навукі

У выніку дзейнасці ўсе вучні павінны развіваць разуменне

• Гісторыя навукі 

Нацыянальныя стандарты навуковай адукацыі 9-12 класы (14-18 гадоў)

ЗМЕСТ СТАНДАРТ А: Навука як запыт

У выніку дзейнасці ўсе вучні павінны развівацца

• Разуменне навуковых пошукаў 

ЗМЕСТ СТАНДАРТ E: Навука і тэхніка

У выніку дзейнасці ўсе вучні павінны развівацца

• Здольнасці тэхналагічнага праектавання 
• Разуменне навукі і тэхнікі 

ЗМЕСТ СТАНДАРТ F: Навука ў асабістай і сацыяльнай перспектывах

У выніку дзейнасці ўсе вучні павінны развіваць разуменне

• Навука і тэхніка ў мясцовых, нацыянальных і глабальных праблемах 

ЗМЕСТ СТАНДАРТ G: Гісторыя і прырода навукі

У выніку дзейнасці ўсе вучні павінны развіваць разуменне

• Гістарычныя перспектывы 

Навуковыя стандарты наступнага пакалення 3-5 класы (узрост 8-11)

Інжынерны дызайн 

Студэнты, якія дэманструюць разуменне, могуць:

• 3-5-ETS1-1. Вызначце простую канструктыўную задачу, якая адлюстроўвае патрэбу ці жаданне, якая ўключае ў сябе зададзеныя крытэрыі поспеху і абмежаванні па матэрыялах, часу або кошту.
• 3-5-ETS1-2.Стварыце і параўнайце некалькі магчымых рашэнняў праблемы, зыходзячы з таго, наколькі кожны з іх можа адпавядаць крытэрам і абмежаванням праблемы.
• 3-5-ETS1-3.Плануйце і правядзіце справядлівыя тэсты, у якіх кантралююцца зменныя і ўлічваюцца кропкі збою, каб вызначыць аспекты мадэлі або прататыпа, якія можна палепшыць.

Навуковыя стандарты наступнага пакалення 6-8 класы (узрост 11-14)

Інжынерны дызайн 

Студэнты, якія дэманструюць разуменне, могуць:

• MS-ETS1-2 Ацэньвайце канкуруючыя дызайнерскія рашэнні, выкарыстоўваючы сістэматычны працэс, каб вызначыць, наколькі яны адпавядаюць крытэрам і абмежаванням праблемы.

Навуковыя стандарты наступнага пакалення 9-12 класы (узрост 14-18)

Інжынерны дызайн 

Студэнты, якія дэманструюць разуменне, могуць:

• HS-ETS1-2. Распрацуйце рашэнне складанай праблемы рэальнага свету, разбіўшы яе на больш дробныя, больш кіраваныя праблемы, якія можна вырашыць з дапамогай інжынерыі.

Стандарты тэхналагічнай пісьменнасці - усе стагоддзі

Прырода тэхнікі

• Стандарт 3: Студэнты будуць развіваць разуменне адносін паміж тэхналогіямі і сувязяў паміж тэхналогіямі і іншымі галінамі даследавання.

дызайн

• Стандарт 8: Студэнты будуць развіваць разуменне атрыбутаў дызайну.
• Стандарт 9: Студэнты будуць развіваць разуменне інжынернага праектавання.
• Стандарт 10: Студэнты выпрацуюць разуменне ролі ліквідацыі непаладак, даследаванняў і распрацовак, вынаходніцтваў і інавацый і эксперыментаў у вырашэнні праблем.

Здольнасці для тэхналагічнага свету

• Стандарт 11: Студэнты будуць развіваць здольнасці прымяняць працэс праектавання.
• Стандарт 13: Студэнты будуць развіваць здольнасці ацэньваць уплыў прадуктаў і сістэм.