Jednotky SI - skládačka

Primární cílovou skupinou je 2. stupeň základní školy. Doporučujeme používat až od sedmého ročníku, protože soustava SI by v šestém ročníku nemusela být dostatečně pochopena. Projekt najde využití i na středních školách gymnaziálního a technického typu. 

Studenti musí ovládat program Tinkercad (či podobný). Musí mít také základní povědomí o 3D tisku. Musí vědět, jak dané objekty položit, jak je uspořádat a stanovit správnou velikost. Dále žáci musí znát soustavu jednotek SI.

Primárním cílem projektu je naučit žáky soustavu SI - veličiny, značky i jednotky. Tuto soupravu lze používat v hodinách fyziky ke skupinové práci pro opakování nebo také pro ústní zkoušení.

Sekundárním cílem projektu je naučit žáky 3D modelování tak, aby byl předmět dobře tisknutelný. 

Žáci tímto projektem rozvíjí kompetence k řešení problémů a kompetence pracovní. 

Hmatatelným výsledkem bude sada 21 cedulek rozdělených do tří skupin po sedmi. 

Učitelský počítač s projektorem
Počítač pro každého žáka 
3D tiskárna
TinkerCad
PrusaSlicer
USB Flash úložiště pro přenos do tiskárny
Barvy na modely + štětec

Celkový čas strávený na projektu je přibližně 17 hodin.

Čas nutný k přípravě pro učitele: 30 minut

Je třeba si připravit tabulku soustavy SI, připravit si 3D tiskárnu, přichystat učebnu tak, aby na každém počítači fungoval TinkerCad, případně PrusaSlicer.

Vysvětlení zadání žákům 45 minut

Představení projektu žákům zabere přibližně jednu vyučovací hodinu. Je třeba jim zopakovat, co to soustava jednotek SI je, jak bude souprava fungovat, co vlastně budeme tisknout. Potom je třeba je navést do programu TinkerCad a ukázat jim, jakým způsobem mají tvořit. Je třeba určit jednotné rozměry celého projektu. 

Modelování 45 minut

Samotné modelování žáci stihnou za 45 minut. Každý žák jeden model (celkem je 21 modelů). V případě menšího počtu žáků je možné to, aby šikovný žák připravil více modelů, v případě většího počtu žáků je možné jeden model vytvořit více žáky.

Tisk 14 hodin

Tisk jedné sady (název veličiny, značka veličiny, jednotka veličiny) trvá na tiskárně Průša Mini+ při nastavení 0,1 mm DETAIL při výplni 10% 2 hodiny. Vzhledem k tomu, že těchto sad je 7, počítejme s časem 14 hodin. Lze to tisknout samozřejmě i jiným způsobem, například všechny názvy, všechny značky a všechny jednotky. Tisk po jednotlivých veličinách SI se ukázal jako přehlednější. 

Malování 60 minut

Tato část není povinná, stavebnice je i nyní funkční. Ale pro úplnost a lepší čitelnost nápisů doporučujeme v hodině výtvarné výchovy nebo pracovních činností vybarvit jednotlivé díly tak, aby barevně spolu ladily dané skupiny (barvou A názvy, barvou B značky a barvou C jednotky).

Zadání práce žákům

Nejprve je třeba práci představit žákům a vysvětlit jim, co budou dělat. Toto je vhodné dělat na projektoru nejprve tak, že promítneme obecnou tabulku soustavy SI a vysvětlíme žákům, že se bude vyrábět skládačka složená z dílků názvů veličin, značek a jednotek. Je třeba, aby toto měli žáci před očima a aby chápali smysl projektu. Tedy vysvětlit, že potom se budou tyto cedulky využívat při opakování učiva nebo při zkoušení a že žáci budou tyto cedulky k sobě přiřazovat. Tím si osvojí znalost základních fyzikálních veličin. V této fázi je třeba rozhodnout, co který žák zpracuje. Každý žák by si ideálně měl vybrat jeden model. Podle počtu žáků můžeme přiřadit k jednomu žákovi dva modely nebo jeden model ke dvěma žákům. Je třeba si poznačit, kdo co zpracovává, nejlépe do sdílené tabulky tak, aby k tomu měli přístup i žáci. Jsou totiž zapomnětliví. Pokud v této hodině vyjde čas, můžeme žákům ukázat základy programu TinkerCad. Je určitě vhodné, pokud toto prostředí znají, ale jedná se o nástroj jednoduchý a žáci ho rychle pochopí. Zde bych upozornil na jeden problém z praxe - někdy se stává, že uživatel se do TinkerCadu přihlásí, ale jak klikne na nový projekt, tak se aplikace zacyklí a probíhá nekonečný login. Toto lze vyřešit správou cookies, jiným prohlížečem nebo spuštěním v Chrome anonymním režimu. Je třeba mít dostatečné hardwarové vybavení, aby počítače dobře zpracovávaly 3D grafiku. 

Modelování

Aby cedulky působily zajímavěji a živěji, nevytvořili jsme pouhé obdélníky, ale na levé a pravé straně jsou propojovací prvky Na pravé straně je výstupek, na levé straně cedulky je zářez o stejném rozměru. Tyto prvky samozřejmě nejsou povinné, ale vše potom působí zajímavěji. Je možné pouvažovat i o jiných prvcích, jak cedulky zpestřit. Pokud se ale chceme držet našeho modelu, je nutné myslet na dvě věci. Za prvé jsou to rozměry cedulek. Veličiny a jednotky mají jeden rozměr, který by měl být u všech veličin stejný. Cedulky se značkami mají rozměr jiný, protože v tomto případě je na nich vždy pouze jen jedno písmeno. Dodržení jednotné velikosti u všech veličin je důležité, protože to vypadá to esteticky lépe a odpadá potom edukační problém při využití, že žák při řešení skládanky postupuje podle velikosti cedulky a nikoli podle údajů na ní napsaných. Další, celkem zásadní problém je udělat výřezy na všech cedulkách. Tyto výřezy musí být stejně velké a pod stejným úhlem, ať do sebe navzájem pasují. Důležité je také ověřovat, jestli žáci nedělají pravopisné chyby u názvů či jednotek nebo jestli dodržují fyzikální správnost zápisu. Žáci totiž rádi píšou značku hmotnosti velkým M nebo naopak značku času velké T. 

Slicování - tento krok je na zvážení učitele, jestli žáci zvládnou model správně naslicovat. Pokud by byli žáci šikovní, mohou v této fázi výrobky naslicovat. Nedoporučujeme tisknout každý výrobek zvlášť. Například Značka-délka.gcode. Naopak je vhodné do jednoho gcodu dát více modelů tak, aby to dávalo smysl. Vzhledem k velikosti není možné vytisknout názvy všech veličin najednou (leda že by došlo ke zmenšení měřítka např. na 80 %, potom jsou ale cedulky dost malé). Doporučujeme vytvářet gcode podle veličin. Jeden gcode soubor jedna veličina - například název hmotnosti, značka hmotnosti a jednotka hmotnosti. Celkově bude tedy 7 gcode souborů. Podpěry se využívat nemusí, límec záleží na učiteli a výplň stačí 10 %, protože se jedná o cedulky s velkou podstavou a nízkým profilem. Nepůsobí tam žádné větší síly. Pokud učitel vyhodnotí, že slicování by žákům působilo problémy, měl by to udělat učitel sám.

Tisk

Tisk jedné sady (název, značka, jednotka) trvá přibližně 2 hodiny. Před tiskem je dobré si připravit všechny gcode soubory na počítači a uložit je na flash úložiště najednou. Je možné tisknout samozřejmě i po jednotlivých cedulkách, to ale zabere zbytečně moc času. Před tiskem nezapomeňte podložku pořádně očistit pro lepší přilnavost a bezproblémový tisk. 

Malování

Tato fáze je nepovinná. Záleží na času, který tomu chce učitel a žáci věnovat. Výrobek je už i nyní zcela funkční a použitelný. Pro úplnost a lepší čitelnost můžeme jednotlivé nápisy, případně i cedulky namalovat barvami. Doporučujeme obyčejné barvy na plastikové modely a štětce s malým průměrem. Malování by mělo probíhat v hodinách výtvarné výchovy nebo pracovních činností a nemělo by zabrat více než 60 minut. Raději ale počítejme s dvěma vyučovacími hodinami. Tento krok jsme v praxi nemohli vyzkoušet s dětmi - cedulky maloval autor projektu a časově to sedělo s naším odhadem. Pokud byste chtěli aplikovat dvě vrstvy, je třeba počítat logicky s větším časem.