Žáci střední školy – ideálně druhého ročníku, ve kterém se v matematice učí funkce a jejich grafy. Projekt je ideální mezipředmětovou aktivitou – propojuje informatiku, ve které se studenti s 3D tiskem setkávají nejčastěji, a matematiku.
Projekt je zvládnutelný i mladšími studenty, finální produkt (šablona funkcí) pro ně ale nebude tak zajímavý (využitelný).
Matematika: co to jsou kvadratické funkce, jaký je předpis funkcí, jaké mají vlastnosti (definiční obor, obor hodnot), jak vypadá graf
3D modelování: základní modelování v TinkerCADu, základní ovládání PrusaSliceru a 3D tiskárny
Výukový cíl: Žáci uplatní znalosti a dovednosti z matematiky (základní vlastnosti kvadratických funkcí a jejich grafů, geometrické znalosti a dovednosti). Během tvorby šablony se žáci procvičí v modelování pomocí TinkerCADu.
Hmatatelným výsledkem je vlastní šablona kvadratických funkcí y=x², y=2x² a y=0.5x², kterou mohou žáci následně využít v hodinách matematiky při tvorbě grafů kvadratických funkcí, určování jejich vlastností nebo při tvorba grafů funkcí inverzních. Kromě pocitu dobře odvedené práce při výrobě vlastní šablony žáci navíc mohou ušetřit, protože si nebudou muset kupovat obdobnou pomůcku v obchodě 😊
Na začátku seznamte žáky s výslednou pomůckou – k čemu se bude v matematice hodit a jak se používá. Je dobré mít několik modelů předem vytištěných, aby si je žáci mohli prohlédnout a vyzkoušet. Zmiňte se o použití materiálu PETG.
Před samotnou výrobou si připomeňte základní vlastnosti kvadratických funkcí, doporučuji si vytvořit tabulku hodnot funkce v bodech -2, -1, 0, 1 a 2 pro funkce y=x², y=2x² a y=0.5x².
Pro ukázku grafů doporučuji využít webovou aplikaci https://www.desmos.com/
Postup k výrobě šablony lze rozdělit do 3 částí:
A) příprava grafu kvadratické funkce,
B) import a úpravy grafu v TinkerCADu,
C) slicování a tisk.
A) příprava grafu kvadratické funkce
Cílem této části je připravit soubor, který obsahuje těleso nebo uzavřený 2D útvar, jehož okraj je tvořen částí grafu kvadratické funkce.
Tento soubor musí být importovatelný do TinkerCADu – v samotném TinkerCADu není možné generovat grafy funkcí, proto je nutné jej připravit jinde. Vzhledem k časovým možnostem je možné zvolit:
B) modelování šablony kvadratických funkcí v TinkerCADu
Cílem této části je v TinkerCADu (na základě importovaného grafu kvadratické funkce z předchozí části) vytvořit model kompletní šablony kvadratických funkcí. Žákům poskytněte přiložený návod (navod-modelovani-sablony.pdf) anebo je nechte pracovat samostatně (nechte je si na postup přijít).
Žáci si mohou vymodelovat na základní ploše šablony své jméno nebo značku, díky které si svůj model poznají. Jen je třeba dát pozor na příliš drobná písmena, která by se nevytiskla s běžnou 0,4mm tryskou.
C) slicování a tisk
Hotové modely naslicujte – doporučuji následující nastavení:
Tiskněte nejdříve průhledným filamentem PETG, následně jej změňte na tmavý (např. černý/šedý) PETG.
Pokud všechny modely dodrží doporučení (budou mít jednotnou výšku základní plochy šablony 0,6 mm a další 0,4 mm budou popisky s vodícími linkami), je možné ve sliceru na podložku narovnat více modelů.
Závěr
Po vytištění si s žáky vyzkoušejte použití jejich vlastních šablon při tvorbě grafů funkcí.
Je možné, že někdo zjistí, že jeho šablona v něčem nevyhovuje a bude ji chtít upravit a znovu vytisknout. Doporučuji s tímto předem počítat a umožnit zájemcům úpravu prototypu a opětovné vytištění.
Porovnejte si vzájemně vytvořené šablony – liší se v něčem? Diskutujte s žáky, jestli je některý model vhodnější než jiný. Jsou modely skutečně použitelné? Přišel někdo s inovací, která (navzdory návodu) zlepšila výslednou šablonu?
The author hasn't provided the model origin yet.