Stavebnice těles pro výuku geometrie

• Práce s PC na uživatelské úrovni
  (prostředí PC, ovládání, práce s webovým prohlížečem, práce se soubory a složkami)
• Základní znalost geometrie
  (základní znalost rovinných útvarů a odvozených těles)

• Cíle navázané na 3D tisk
  Seznámení s 3D tiskem
  Naučení základů 3D modelování v programu AUTODESK TINKERCAD
  Export modelů do formátu STL
  Seznámení s provozem 3D tiskárny, základní obsluhou a přípravou tiskových dat
• Další cíle projektu
  Využití znalostí základních rovinných útvarů k popisu a modelování jednoduchých
  těles (kvádr, krychle, válec, šestiboký hranol)
  Získání učební pomůcky pro výuku geometrie

• Běžné vybavení IT učebny s 3D tiskárnou
• PC se vstupem pro SD karty
• Nainstalovaný software PrusaSlicer na jednotlivých PC
• Projektor napojený na PC vyučujícího pro prezentaci postupu, případně synchronní vytváření 3D modelů vyučujícího a žáků (volitelně)

Příprava projektu ze strany vyučujícího (cca 2h, vč. tisku vzorového tělesa)

• 20 min. (v případě zkušenosti s 3D modelací) - modelování jednoho vzorového objektu v TINKERCAD (model pro ukázku, vyzkoušení práce s TINKERCAD, podklad pro synchronní výuku)
• Tisk vzorových těles (viz. orientační čas tisku)
• Tisk návodu

Orientační čas tisku jednotlivých těles 
(ve 100% velikosti, nastavení výplně 15% a 0,2mm výšce vrstvy)

• 90 min. krychle
• 90 min. kvádr
• 90 min. válec
• 90 min. šestiboký hranol

Realizace projektu se třídou (3x 45 min.)

Délka zpracování projektu se může lišit dle schopností a dovedností žáků a program případně rozdělit mezi 4 vyučovací hodiny s prodloužením času pro vysvětlení práce v TINKERCADu a samotné modelování.

• První vyučovací hodina - 45 min
  
  • Představení cíle hodiny - geometrický úvod  (5 min.)
  • Brainstorming - Jaké známe rovinné útvary (5 min.)
  • Přiřazení těles k rovinným útvarům zapsaným na tabuli (5 min.)
  • Úvod do modelování v TINKERCAD (25 min.)
  • Zpětná vazba práce v 3D prostředí a TINKERCAD (5 min.)
     
• Druhá vyučovací hodina - 45 min.
  • Připomenutí cílů projektu a zadání samostatné práce (10 min.)
  • Samostatná činnost v AUTOCAD TINKERCAD (40 min.)
     
• Třetí vyučovací hodina - 45 min.
  • Export STL souboru z modelovacího software (5 min.)
  • Spuštění a ukázka práce se softwarem PrusaSlicer (15 min.)
  • Nastavení a export do G-code a kopírování zdrojových souborů na SD kartu (10 min.)
  • Spuštění 3D tisku stavebnice (10 min.)
  • Zpětná vazba projektu (5 min.)

Postup (scénář – 3x 45 min.)

Délka zpracování projektu se zejména u druhé vyučovací hodiny může lišit dle schopností a dovedností žáků a program případně rozdělit mezi 3 vyučovací hodiny.

První vyučovací hodina- 45 min.

• Představení cíle hodiny (5 min.)
  Co, proč a jak budeme dělat? Představení projektu vyučujícím.
• Jaké známe rovinné útvary (5 min.)
  Úvodní brainstorming se žáky, jmenované útvary jsou načrtnuty na tabuli.
• Přiřazení těles k rovinným útvarům zapsaným na tabuli (5 min.)
  Žáci přiřadí k jednotlivým rovinným útvarům odvozené těleso. Zde je možné využít vytištěných vzorových objektů pro názornou ukázku. Žáci mají možnost sestavené modely rozebrat a podívat se na jednotlivé části. Vidí základny, stojny i konstrukční prvky pro složení tělesa.
• Úvod do modelování v AUTOCAD TINKERCAD (25 min.)
  Vhodné je postupovat synchronně, kdy vyučující činnost na svém PC promítá dataprojektorem a popisuje jednotlivé kroky, které žáci dělají s ním. Úkol “postavit” z kostek hrad již probíhá samostatně.
  
  
  • Žáci si spustí webové prohlížeče a do adresního řádku napíší adresu tinkercad.com, zde se zaregistrují a přihlásí do rozhraní. Program umožňuje přihlášení pomocí Google účtů a je tedy možné využít školní účty, pokud je má škola k dispozici.
  • Představení uživatelského rozhraní TINKERCAD a jednotlivých funkcí potřebných k základnímu modelování, ovládání a nastavení pohledů. 
  • Žáci vytvářejí jednotlivé objekty z nabídky základní tvary a zkoušejí měnit velikosti, kopírovat objekty, přesouvat nebo tvořit díry. Zároveň se učí pracovat s pohledy.
  • Z vytvořených tvarů mají žáci za úkol vytvořit hrad – po vzoru práce s dřevěnými kostkami v dětství.
     
• Zpětná vazba hodiny a práce v 3D prostředí (5 min.)
  • Sebehodnocení – co žákům šlo, nešlo, co se naučili

Druhá vyučovací hodina - 45 min.

• Zadání samostatné práce a připomenutí cílů projektu (10 min.)
  Vyučující představí cíl hodiny – vytvoření skládačky tělesa, která bude využitelná pro výuku geometrie a rozdá žákům postup práce. Dále si žáci vylosují těleso, které budou individuálně zpracovávat. Po rozlosování se žáci se stejným tělesem setkají ve skupinách a vzájemně si zopakují jeho vlastnosti (např. krychle má všechny strany stejně dlouhé) a možnost prohlédnout si vzorový tisk, rozebrat jej na dílčí kousky.
• Samostatná činnost v AUTOCAD TINKERCAD (30 min.)
  V tuto chvíli žáci pracují samostatně, vyučující radí s případnými problémy v modelování jednotlivých objektů. Alternativně mohou všichni žáci tvořit pouze jedno těleso a postupovat synchronně s učitelem, promítajícím svůj postup.
  
  
  • Žáci si spustí webové prohlížeče a přihlásí se do uživatelského rozhraní TINKERCAD, Vytvoří nový projekt, který pojmenují PROJEKT_NAZEV_TELESA
  • Vytvoření hrany tělesa - žáci vytvoří jednu hranu tělesa pomocí kvádru umístěného na pracovní plochu. Pomocí duplikování vytvoří žáci ostatní hrany, které budou součástí stavebnice tělesa.
  • Vymodelují podstavu tělesa – vytvoří objekt ze základních tvarů a nastaví velikosti tak, aby délka a šířka objektu byla 60 mm a výška objektu 4 mm. U kvádru jsou rozměry podstavy upraveny na 60 x 50 x 4 mm. 
  • V podstavě vytvoří díru, která ušetří materiál a zkrátí dobu tisku. Tato varianta je zvolena na ukázkových modelech.
  • Vytvoření děr pro vložení hrany do podstavy – žáci vytvoří otvory

Třetí vyučovací hodina - 45 min.

• Export STL souboru z modelovacího software (5 min.)
  Žáci postupují společně, dle pokynů vyučujícího, který zároveň může zmínit výhody/nevýhody jednotlivých formátů.
• Spuštění a ukázka práce se softwarem PrusaSlicer (15 min.)
  Žáci postupují synchronně s vyučujícím, ukazují si postup práce a základní nástroje a nastavení.
• Nastavení a export do G-code (10 min.)
  Žáci pracují na základě předchozího představení samostatně a finální data kopírují na SD kartu.
• Spuštění 3D tisku stavebnice (10 min.)
  • Žáci vloží SD kartu s připraveným modelem do 3D tiskárny a dle instrukcí vyučujícího zahájí tisk.
  • Probíhá individuální kontrola začátku tisku s případnou korekcí výšky.
• Zpětná vazba projektu (5 min.)
  • Co jsme se naučili?
  • Jaké může být praktické využití 3D tisku?