Архив Галактики

Моделирование и 3D-печать. OpenSCAD. Введение

Копосов Д.Г. / 06.07.2015

В прошедшем учебном году у нас в гимназии дан старт направлению "Моделирование и 3D-печать". По этой причине мне, как учителю информатики, было необходимо определиться с тем, как я вижу развитие этого направления. Что же для меня первично в этом направлении?

1. Программирование
Уверен, что все коллеги единодушно скажут, что самая сложная тема (модуль) - программирование. Сталкиваясь с ней, вся детская любовь к предмету стремится к тем 9% популярности информатики в России. Т.е. когда дети создают модель, то процесс должен ассоциироваться с программированием.

2. Математика, а не информатика
Математика первична. Надо "прятать" математику в свой предмет. Это не должно быть похоже на "Математические основы информатики". Причем важно, что к 11 классу получается страшный разрыв между теми у кого "4+" по математике и у кого "3" (20 баллов на ЕГЭ по информатике).

3. Самостоятельность
Материал для изучения должен стимулировать самостоятельную работу школьников. Хорошо, чтобы дети с удовольствием стали помогать другим учащимся.

Итак, встал выбор программного обеспечения. Его много. Очень много. Есть и очень популярные. Остановился на OpenSCAD.


"Что-то вроде трехмерного компилятора..." - то, что надо!
С программным обеспечением определились. Что дальше?
Выбор класса. Стоит отметить, что на тот момент (к своему стыду) я еще не знал, что 3D-печать включили в примерную программу по информатике в 5-9 классах и начал с 11 класса.
Проблем не возникло. Учащиеся самостоятельно изучали OpenSCAD, моделировали, печатали себе все, что хотели (чехлы для телефонов, шкатулки, фигурки различные и т.д.), кроме того, стали использовать печать в своих проектах.



Моделируют, шлифуют... и даже мне не показывают, что это и зачем.



В январе решил опустить "планку" - 9 класс. Школьники также проявляли самостоятельность.



У меня постепенно набиралась статистика ошибок школьников, недочетов, их заблуждений.
Попробовал OpenSCAD c 8-классниками.



Мотивация к самостоятельной работе и у них оставалась высокой. Пришел парень, напечатал сердечко с именем девушки, распечатал и ушел. А я был "мимо" этого процесса, вышел к супруге кофе попить. А работа на фото - это уже 5-классники (но тогда ее еще не было).
Девушки частенько маленькие подарочки/сувенирчики распечатывали.

В 7 классе есть тема "Моделирование". Так там у Босовой команды Чертежнику: "сдвинь на вектор". Попробовал с 7-классниками. Все замечательно. Более того, например, проболевшая девушка пришла с мамой и они 2 часа самозабвенно моделировали шахматную фигуру.

В результате "планка" рухнула еще ниже - 5 класс! Провел. Хорошо. Очень хорошо, с учетом того, что этот класс был с самым низким качеством знаний из всей параллели. Стоит обратить внимание на грамотное руководство. Самый сложный класс сделали с углубленным изучением информатики и предоставили детям одного из лучших учителей математики. Грамотно, очень грамотно.

Конечно, при массовых уроках проблемы вылезли сразу. Однако, они решаемы.
Моим ожиданиям OpenSCAD удовлетворял.

Золотая жила! С огромными запасами ресурсов.
_________________________________

В результате очень быстро сформировался курс для учащихся: "Моделирование и 3D-печать".

Тема 1. Графические примитивы (2 часа)
Моделирование и 3D-печать. Современные технологии 3D-моделирования и 3D-печати. Применение 3D-принтеров. Моделирование путем наложения слоев расплавленных материалов. OpenSCAD. Интерфейс программы. Справочная система. Конструктивная блочная геометрия. Описание модели скриптами. Базовые примитивы (сфера, кубоид, цилиндр, многогранник). Координаты и позиционирование объекта. Операции с объектами в OpenSCAD. Поворот тел в пространстве. Практическая работа № 1 «Создание простых моделей из графических примитивов».



Начнем с первой фигуры.



Ее, кстати, дети предложили. Она состоит из трех основных графических примитивов: кубоид (или параллелепипед), сфера и цилиндр.



С кубоидом (параллелепипедом) все просто: размеры по трем осям.
Информатика. 5 класс. Метод координат - это к вопросу интеграции в предмет.

Со сферой... уже интереснее.



Красиво. Где такие сферы видели дети? Мальчишки сразу сказали: "В компьютерных играх".

А почему, кстати, сфера, когда должен быть шар? При печати можно выставить % заполнения от 0 до 100. Получается, что команда все-таки ближе к сфере.
Тонкости и их понимание - это замечательно для школьника.

Теперь очередь цилиндра (за что отвечает каждый из параметров видно на примере).



Все многообразие мира сведется и графическим примитивам и математическим преобразованиям над ними.
Почему-то вспомнилось: "Ложки нет".

$fn, как доступно описать, что это? Можно остановиться примерно на таком: "какой многоугольник в сечении (основании)".

Стоит еще заметить, что OpenSCAD жестоко пугает тех, кто использует русские буквы в именах файлов.
Открываешь такой файл, а там пусто. Переименуй, пожалуйста, тогда и увидишь содержимое.

Шпаргалка по системе команд OpenSCAD.

Вторая фигура помогает "почувствовать" координаты. Можно и любую другую.
Третья - для изучения поворота.



Или так.



Четвертая... "Всем нужны пирамидки, абсолютно всем!" - дети процитировали Смешариков
Значит надо добавить - положительные ассоциации лишними не бывают.

Все перемены мы смотрели это видео:


...продолжение следует...