Содержание учебного курса«Моделирование и прототипирование»

7 класс (34 ч.)

Раздел 1. Введение в технологию трехмерной печати. 3 ч. Основные технологии 3-D печати

Теория: Аддитивные технологии. Экструдер и его устройство. Основные пользовательские характеристики 3D- принтеров. Термопластики. Технология 3D печати.

Практика: Подготовить рассказ об одной из технологий 3D печати с использованием мультимедиа презентации. Выполнить задания 3, 4, 5 из учебника.

Первая модель в программе для трехмерного моделирования (OpenSCAD)

Теория: Характеристика программы для трехмерного моделирования. Твердотельное моделирование. Настройка программы. Интерфейс и основы управления.

Практика: Выполнить задание по установке и настройке программы (задание 6 и 7 учебника). Самостоятельно провести исследование по управлению мышью и клавиатурой.

Печать модели на 3D принтере

Теория: Использование системы координат. Основные настройки для выполнения печати на 3D принтере. Подготовка к печати. Печать 3D модели.

Практика: Подготовка к печати и печать 3D модели с использованием разных программ.

Раздел 2. Конструктивная блочная геометрия. 20 ч.

Графические примитивы в 3D-моделировании. Куб и кубоид

Теория: Создание куба и прямоугольного параллелепипеда. Особенности 3D- печати. Перемещение объектов.

Практика: Разработка и создание моделей «Противотанковый «еж», «Пирамида», «Пятерка», «3D», выполнив задания в учебнике 11-15.

Шар и многогранник

Теория: Создание шара. Разрешение. Создание многогранников. Что такое рендеринг. Настройки печати и экспорт в STL-файл.

Практика: Создать шар радиусом 20 мм. Исследовать, как генерирует программа OpenSCAD шар при различных значениях параметра, выполнив задание 16. Создать простую версию массажёра для рук и шарик-антистресс, выполнив задания 17, 18 и 19. Подготовить к печати и выполнить печать на 3D- принтере.

Цилиндр, призма, пирамида

Теория: Основные понятия: цилиндр, конус, призма и пирамида. Сходство и отличия. Перемещение нескольких объектов. Основные ошибки при моделировании. Команда cylinder.

Практика: Выполнить задания 21, 22. Создать модели капли и пешки по заданиям 22- 25, применив творческие навыки.

Поворот тел в пространстве

Теория: Команды и правила поворота тел в программе OpenSCAD. Особенности поворота и масштабирования тел. Правило правой руки. Комментарии к выполнению заданий.

Практика: Создание моделей «Вертушка» и «Птица». Создание моделей «Снеговик», «Собачка» и «Звездочка» по заданиям 26-30.

Масштабирование тел

Теория: Основные сведения о масштабировании тел. Команда scale. Особенности команды. Что такое коэффициенты масштабирования. Комментарии к выполнению заданий.

Практика: Создание моделей «Крючок» и «Сложная пешка» по заданиям 31- 34.

Вычитание геометрических тел

Теория: Конструктивная блочная геометрия. Графические примитивы. Булева разность. Основные команды. Комментарии к выполнению заданий 36-42.

Практика: Создание моделей «Ящичек» и «Кольцо». Создание модели «Колючка» и «Крючок». Распечатать на 3D-принтере. Создание моделей «Ладья» и «Погремушка». Распечатать на 3D-принтере. Создание модели «Кружка», «Разобранную модель массажера для рук» и «Брелок «Гитара». Распечатать на 3D принтере.

Пересечение геометрических тел

Теория: Булево пересечение. Различные пересечения графических примитивов. Команда intersection. Особенности команды и построения пересечений. Ком ментарии к выполнению заданий 46-48

Практика: Создание моделей «Шаблон головы» и «Ухо». Самостоятельная работа. На базе шаблона (рис. 105) смоделировать мультипликационного персонажа. Создание модели «Спиннер»

Моделирование сложных объектов

Теория: Особенности моделирования ложных объектов на примере создания игрального кубика. Комментарии к выполнению задания 49.

Практика: Создание модели игрального кубика по заданию 49.

Рендеринг

Теория: Комментарии к информации в консоли после рендеринга в OpenSCAD. Особенности рендеринга. Полигональная сетка. Диаграмма Вронского и ее особенности. Триангуляция Делоне.

Практика: Усовершенствование и доводка модели игрального кубика по заданию 50. Печать модели на принтере.

Объединение геометрических тел

Теория: Булево объединение. Команда union. Особенности команды. Как эффективно использовать данное действие. Комментарии к выполнению заданий 51-54 «Елочная игрушка», «Магнитные держатели» и «Ракета».

Практика: Создание моделей «Елочная игрушка» и «Магнитные держатели», «Ракета». Распечатать на 3D-принтере.

Выпуклая оболочка

Теория: Трансформация трехмерных 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», «Сердечко».

Практика: Создание моделей «Кулон» и «Сердечко».

Немного о векторах

Теория: Вектор. Векторы в пространстве. Коллинеарные векторы. Параллельный перенос. Координаты вектора. Сумма векторов. Правило треугольника. Правило параллелограмма. Правило параллелепипеда.

Практика: Выполнение тренировочных заданий 55 и 56.

Сумма Минковского

Теория: Сумма Минковского двух многоугольников. Сумма Минковского в OpenSCAD. Команда minkowski, ее особенности и использование.

Практика: Выполнение зачетного задания создание модели «Задняя крышка смартсфона».

Творческий проект

Теория: Комментарии к выполнению творческого проекта.

Практика: Выполнить творческий проект по твердотельному моделированию и трехмерной печати по согласованию с учителем.

Раздел 3. Экструзия. 10 ч.

Двухмерные объекты

Теория: Краткие сведения об экструзии. Плоские геометрические фигуры: прямоугольник, квадрат, круг, эллипс. Правильные фигуры. Рамки и профили. Комментарии к выполнению задания.

Практика: Создание моделей трафаретов по заданиям 60-63.

Линейная экструзия. Работа с текстом

Теория: Как работать с текстом. Добавление текста к готовым моделям разными методами. Комментарии к выполнению заданий 68, 69.

Практика: Создание моделей с добавлением текста разными методами.

Линейная экструзия. Работа с фигурами.

Теория: Как работать с фигурами. Команды twist и scale и их параметры. Комментарии к выполнению заданий 70, 71.

Практика: Создание модели с резьбой.

Линейная экструзия. Смещение

Теория: Что такое смещение. Торцевая кромка. Команда offset и ее параметры. Использование команды offset для изготовления разных моделей. Комментарии к выполнению задания 72.

Практика: Создание модели «Красивая ваза» и «Треугольная ваза» по заданиям 72 и 73.

Экструзия вращением

Теория: Тела, созданные вращением. Виды и особенности создания тел вращением. Команда rotate_extrude. Особенности ее использования. Комментарии к выполнению заданий.

Практика: Создание моделей «Воронка», «Плафон» и «Ваза».

Экструзия вращением. Работа с текстом

Теория: Работа с фигурами. Использование команды difference. Комментарии к выполнению заданий 76-80.

Практика: Создание модели двухкомпонентной елки. Создание моделей «Тарелка» и «Бабочка».

Экструзия контуров

Теория: Программы двухмерного черчения. Линейная экструзия контуров. Быстрое создание контуров в LibreCAD. Параметры и настройки. Комментарии к созданию модели по заданию 83. DXF- файл. Конвертация изображений в DXF. Комментарии к выполнению заданий 85, 86. Анализ возможных ошибок.

Практика: Создание моделей «Шахматный конь», «Миньон», «Крош», «Дерево», «Шашка».

Повторение и обобщение материала

Теория: Повторение: основные теоретические сведения и термины. Особенности твердотельного 3D-моделирования. Практика: Создание 3D-модели по заданию учителя

Раздел 4. Контрольные и итоговые работы. 1 ч. Подведение итогов.

Практика: Завершение работы над проектом, представление проекта. Оценка и подведение итогов.

8 класс (34 ч.)

Раздел 1. Введение в технологию трехмерной печати 2 ч. Основные технологии 3D-печати (повторение и обобщение)

Теория: Техника безопасности. Аддитивные технологии. Экструдер и его устройство. Основные пользовательские характеристики 3D-принтеров. Термопластики. Технология 3D- печати.

Практика: Подготовить рассказ об одной из технологий 3D- печати с использованием мультимедиа презентации. Выполнить задания 3, 4 и 5 из учебника

Печать модели на 3D-принтере (повторение и обобщение)

Теория: Использование системы координат. Основные настройки для выполнения печати на 3D-принтере. Подготовка к печати. Печать 3D-модели.

Практика: Подготовка к печати и печать 3D-модели с использованием разных программ.

Раздел 2. Экструзия поверхностей 3 ч.

Конструктивная блочная геометрия (повторение) Теория: Графические примитивы. Линейная экструзия. Практика: Создание моделей по заданию учителя.

Массивы данных.

Теория: Массив. Элемент массива. Индекс элемента. Одномерные массивы. Двумерные массивы. Поле высот. Команда surface. Поверхность из текстового файла. Поверхность из графического файла.

Практика: Создание моделей «Форма для звезды» по заданиям 91–92.

Массивы данных.

Теория: Массив. Элемент массива. Индекс элемента. Одномерные массивы. Двумерные массивы. Поле высот. Команда surface. Поверхность из текстового файла. Поверхность из графического файла.

Практика: Создание моделей «Ваш регион» по заданию 93.

Раздел 3. Параметрическое моделирование 27 ч. Парадигмы программирования

Теория: Императивное программирование. Функциональное программирование. Использование переменных. Команда echo. Команда module.

Практика: Создание модулей (подпрограмм). Создание моделей и проведение исследований по заданиям 95.

Парадигмы программирования

Теория: Императивное программирование. Команда echo. Команда module. Практика: Создание модели и проведение исследования по заданиям 96.

Парадигмы программирования. Переменные

Теория: Использование переменных. Команда echo. Команда module. Особенности создания модулей.

Практика: Создание модели: «Рамка». Д/з: выполнить творческий проект «Модель кораблика».

Парадигмы программирования. Переменные.

Теория: Использование переменных. Команда echo. Команда module. Особенности создания модулей.

Практика: Создание модели «Деревянный сруб» по заданию 98 с использованием примеров в параграфе. Д/з: выполнить творческий проект «Модель кораблика».

Парадигмы программирования. Параметризация.

Теория: Параметризация. Параметрическое моделирование. Параметрическая

модель. Особенности структурного программирования. Практика: Создание модели «Вложенные кольца».

Структурное программирование

Теория: Основные алгоритмические структуры: последовательность, ветвление, цикл.

Практика: Создание модели «Елочный шарик» по заданиям 101–103.

Структурное программирование

Теория: Цикл со счетчиком. Цикл for. Ограничения при печати

Практика: (Зачетное задание). Творческий проект по моделированию своей модели елочного шарика по заданию 104

Структурное программирование

Теория: Вложенные циклы. Параметризация модели

Практика: Создание органайзера для батареек и аккумуляторов по заданию 105–109 и подготовка к печати. Печать на принтере.

Структурное программирование

Теория: Комментарии к созданию модели «Ящик для мелочей».

Практика: Создание модели «Ящик для мелочей» по заданию 110.

Структурное программирование

Теория: Комментарии к созданию модели «Ящик для мелочей».

Практика: Окончание работы над моделью «Ящик для мелочей» по заданию 110. Подготовка к печати

Структурное программирование

Теория: Массивы и векторы. Векторы в OpenSCAD. Особенности векторов в OpenSCAD и их использование.

Практика: Выполнение задания 111 – исследование работы программы.

Структурное программирование

Практика: Создание модели салфетницы по заданиям 112, 113. Исследование кода модели салфетницы. Усовершенствование модели, предложение по изменению модели и реализация.

Структурное программирование. Использование условий.

Теория: Структура оператора условия. Полное и неполное условие.

Практика: Выполнение задания «Оптимизация кода разборной модели «Массажер для рук».

Функции.

Теория: Арифметические операции. Встроенные функции OpenSCAD.

Практика: Создание моделей вращением параболы и ромба. Создание моделей: «Ромбус», «Парабола» по заданиям 118–122.

Функции.

Теория: Описание пользовательских функций.

Практика: Создание моделей вращением параболы и ромба. Создание моделей: «Ромбус», «Парабола» по заданиям 118–122.

Функции.

Теория: Параболоид, гиперболоид, эллипсоид. Параболический цилиндр. Гиперболический параболоид. Коноид.

Практика: Проведение исследований различных форм параболоидов по заданию 123. Выполнение задания 125 – создание эллипсоида.

Функции.

Теория: Параболический цилиндр. Гиперболический параболоид. Коноид.

Практика: Проведение исследований различных форм эллипсоидов. Выполнение задания 125 – создание эллипсоида.

Тригонометрические функции

Теория: Краткие сведения о тригонометрических функциях. Синус и косинус.

Практика: Создание моделей звезд по заданиям 126.

Тригонометрические функции

Теория: Краткие сведения о тригонометрических функциях. Запись функций в OpenSCAD.

Практика: Усоврешенствование моделей звезд по заданиям 126. Добавление линейной экструзии и печать различных звезд.

Тригонометрические функции

Практика: Создание модели «Вложенные стаканчики в форме звезды».

Рекурсия

Теория: Рекурсивные модули. Параметры рекурсивного модуля.

Практика: Исследование параметров рекурсии по заданию 132.

Рекурсивное дерево.

Теория: Рекурсивное дерево. Особенности выполнения задания по созданию модели рекурсивного дерева.

Практика: Создание модели «Рекурсивное дерево» по заданию 133.

Дерево Пифагора

Теория: Что такое дерево Пифагора. Принципы построения.

Практика: Создание и исследование модели «Дерево Пифагора» по заданию 134 и рис. 341–345

Дерево Пифагора

Теория: Комментарии к выполнению задания. Практика: Создание и исследование модели «Дерево Пифагора» по заданию 134 и рис. 341–345.

Тернарная условная операция

Теория: Краткие сведения о тернарной условной операции. Примеры

рекурсивных функций. Комментарии к выполнению задания 135. Практика: Создание модели «Призы победителям»

Импорт STL-файлов. Использование библиотек Теория: Импорт STL-файлов.

Использование библиотек Создание моделей, содержащих готовые объекты. Создание моделей «Винт и шайба».

Практика: Создание моделей, содержащих готовые объекты. Создание моделей «Винт и шайба».

Повторение и обобщение материалы

Теория: Повторение: основные теоретические сведения и термины. Особенности твердотельного 3D-моделирования.

Практика: Создание 3D-модели по заданию учителя.

Раздел 4. Контрольные и итоговые работы 2 ч.

Теория: Комментарии к выполнению проекта.

Практика: Итоговый творческий проект

Подведение итогов.

Практика: Завершение работы над проектом, представление проектов. Оценка и подведение итогов.