МУНИЦИПАЛЬНОЕ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
Технологическая карта
Занятия «Трехмерное моделирование»
Подготовила: учитель математики Смирнова Ф.Ф.
2022-2023 учебный год
Вербилки
Технологическая карта урока
Класс 11 «А»
Тема урока «3D-моделирование. Принципы построения и редактирования трехмерных моделей. Сеточные модели. Материалы. Моделирование источников освещения. Камеры. Аддитивные технологии (3D-принтеры)»
Место урока в изучаемой теме Урок получения и применения новых знаний
Цели урока Дидактические цели:
знать определение и применение трехмерной графики и трехмерного моделирования, программы для работы с трехмерной графикой
контроль за уровнем усвоения материала.
Применение знаний на практике.
Развивающие:
развитие интереса учащихся к предмету «Информатика»
формирование приёмов логического мышления;
развитие способность анализировать и обобщать, делать выводы
Воспитывающая:
воспитание аккуратности, точности, самостоятельности;
Воспитывать культуру общения
Воспитание чувства коллективизма, умения выслушивать других
Технологии «Здоровьесбережения» соблюдение санитарных норм при работе с компьютером, соблюдение правил техники безопасности, оптимальное сочетание форм и методов, применяемых на уроке
Планируемые результаты
Предметные
Систематизировать знания, умения учащихся по теме «Моделирование»
Воспроизводить приобретённые знания, умения, навыки при решении задач практической направленности
УУД
Коммуникативные: организовывать и планировать учебное сотрудничество с учителем и сверстниками.
Регулятивные: корректировать деятельность: вносить изменения в процесс с учетом возникших трудностей и ошибок, намечать способы их устранения.
Познавательные: уметь выделять существенную информацию из текстов; произвольно и осознанно применять полученные знания
Личностные
Формирование устойчивой мотивации к обучению.
Формирование навыков самоанализа и самоконтроля.
Характеристика этапов урока
| Этап урока | Время, мин | Цель | Содержание учебного материала | Деятельность учителя | Деятельность учащихся |
| Организационный | 1 | Проверка готовности обучающихся, их настроя на работу |
| Приветствует обучающихся, проверяет их готовность к уроку | Приветствуют учителя, проверяют свою готовность к уроку |
| Проверка домашнего задания | 5 | Актуализация изученных ранее правил | Чтобы проверить, как вы усвоили материал прошлой темы, выполним тест «Модели и моделирование» | Раздача карточек, инструкция к тесту | Выполняют тестовую работу |
| Постановка учебных задач. | 4 | Подведение детей к формулированию темы и постановке задач урока. | С понятием, которым мы работали на прошлом уроке, мы сталкиваемся с детства. Игрушечный автомобиль, самолет или кораблик для многих были любимыми игрушками равно как и плюшевый медвежонок или кукла. Дети часто играют в кубики, обыкновенная палка им заменяет коня и т.д. То есть дети играют не с реальными объектами, а их «заместителями». Давайте вспомним, как же называют такие объекты-заместители. (модель) Модели и моделирование используются человечеством давно. С помощью моделей и модельных отношений развились разговорные языки, письменность, графика. Наскальные изображения наших предков, затем картины и книги - это модельные, информационные формы передачи знаний об окружающем мире последующим поколениям Бывает так, что экспериментировать с реальным объектом в лучшем случае бывает неудобно, а зачастую просто вредно или вообще невозможно в силу ряда причин (большой продолжительности эксперимента во времени, риска привести объект в нежелательное и необратимое состояние и т.п.). Что может помочь в этом случае? Современная техника позволит нам работать именно с этим видом моделей. (3Д моделирование) Навыки моделирования очень важны человеку в жизни. Они помогут разумно планировать свой распорядок дня, учебу, труд, выбирать оптимальные варианты при наличии выбора, разрешать удачно различные жизненные ситуации. | Организует диалог с обучающимися, в ходе которого подводит учащихся к формулированию темы урока и основных задач урока | Отвечают на вопросы учителя. Формулируют тему урока и основные задачи урока |
| Сообщение новых знаний | 7 | Ввести определение и применение трехмерной графики и трехмерного моделирования, программы для работы с трехмерной графикой
| 3D - трёхмерная графика Трёхмерная графика (от англ. 3 Dimensions - рус. 3 измерения) - раздел компьютерной графики, совокупность приемов и инструментов (как программных, так и аппаратных), предназначенных для изображения объёмных объектов. Трёхмерное изображение на плоскости отличается от двумерного тем, что включает построение геометрической проекции трёхмерной модели сцены на плоскость (например, экран компьютера) с помощью специализированных программ. Трехмерная модель Модель может как соответствовать объектам из реального мира (автомобили, здания, ураган, астероид), так и быть полностью абстрактной (проекция четырёхмерного фрактала). 1. Трёхмерная графика активно применяется для создания изображений на плоскости экрана или листа печатной продукции в науке и промышленности, например в системах автоматизации проектных работ (САПР; для создания твердотельных элементов: зданий, деталей машин, механизмов), архитектурной визуализации (сюда относится и так называемая «виртуальная археология»), в современных системах медицинской визуализации. 2. Самое широкое применение - во многих современных компьютерных играх. 3. Также как элемент кинематографа, телевидения, печатной продукции. 3D-моделирование ‒ важный этап при воплощении замыслов автора в жизнь, позволяющий их конкретизировать, так как появляется возможность увидеть сейчас будущее творение. Поэтому оно широко используется в таких областях как: наука; медицина; строительство и архитектура; машиностроение; сети инженерно-технологического обеспечения (трубопроводы, электрика); различные виды дизайна, в том числе и для web. Применение этой технологии позволяет избежать выбора неверного направления в творческом процессе, разочарований и переделок. К примеру, выбирая цвет обоев для квартиры, можно ошибиться в его сочетаемости с другими элементами интерьера, если при этом руководствоваться только своим пространственным воображением. | Сообщение информации Запись под диктовку определений
| Слушают и записывают материал. |
| Физкультминутка | 1 | Снятие напряжения и усталости | Раз, два — хлопок в ладоши, А потом на каждый счет. Раз, два, три, четыре – Руки выше, плечи шире. Раз, два, три, четыре, пять, Надо нам присесть и встать. Руки вытянуть пошире. Раз, два, три, четыре, пять. Наклониться — три, четыре, И на месте поскакать. На носки, затем на пятки. Лень отбросить и опять. Сесть за парту, взять тетрадку, Выражения решать. Раз, два, три, четыре, пять – Все умеем мы считать. Раз! Подняться, подтянуться, Два! Согнуться, разогнуться, Три! В ладоши три хлопка, Головою три кивка. На четыре - руки шире. Пять — руками помахать. Шесть — за парту тихо сесть. | Выполняет движения по содержанию текста | Дети выполняют движения по содержанию текста за учителем |
| Работа в группах | 12 | Развитие способности ясно и четко излагать свои мысли, корректно отвечать на поставленные вопросы, формулировать вопросы собеседнику | Сейчас предлагаю вам разделиться на группы, прочитать информацию представленную на листах, выбрать основное и представить всем остальным, каким же образом и с какой целью применяется 3D моделирование в данной отрасли: Строительство Промышленность Медицина | Организует диалог между обучающимися по обсуждению решений задач. | Работают в группах, вносят коррективы в процесс, анализируют предложенный другими учениками материал |
| Закрепление материала | 8 | Контроль за уровнем усвоения материала.
| Представление результатов работы в группе | Контролирует процесс представления работы группы и при необходимости консультирует обучающихся | Представляют результаты работы группы |
| Домашнее задание | 1 | Организация самостоятельной работы по применению полученных знаний | Подготовить сообщение
| Инструктирует о выполнении домашней работы | Готовят дома сообщение |
| Рефлексия
| 1 | Подведение итогов урока | 1.Что нового вы узнали на уроке? 2. Что вам больше всего понравилось на уроке? 3. Дать оценку своей работы на уроке. 4. Изобрази твоё отношение к уроку в виде смайлика на доске | Беседует с учащимися | Анализ работы, изображения смайликов на доске |
Тест «Модели и моделирование»
1. Информационной моделью организации занятий в школе является:
а) свод правил поведения учащихся;
б) расписание уроков;
в) список класса; г) перечень учебников.
2. Материальной моделью является:
а) макет самолеты;
б) чертеж;
в) карта;
г) диаграмма.
3. Генеалогическое дерево семьи является:
а) табличной информационной моделью;
б) иерархической информационной моделью;
в) сетевой информационной моделью;
г) словесной информационной моделью.
4. Устное представление информационной модели называется:
а) графической моделью;
б) словесной моделью;
в) табличной моделью;
г) логической моделью.
5. Как называется упрощенное представление реального объекта?
а) оригинал;
б) прототип;
в) модель;
г) система.
6. Процесс построения моделей называется:
а) моделирование;
б) конструирование;
в) экспериментирование;
г) проектирование
7. Информационная модель, состоящая из строк и столбцов, называется:
а) таблица;
б) график;
в) схема;
г) чертеж.
Тест «Модели и моделирование»
1. Информационной моделью организации занятий в школе является:
а) свод правил поведения учащихся;
б) расписание уроков;
в) список класса; г) перечень учебников.
2. Материальной моделью является:
а) макет самолеты;
б) чертеж;
в) карта;
г) диаграмма.
3. Генеалогическое дерево семьи является:
а) табличной информационной моделью;
б) иерархической информационной моделью;
в) сетевой информационной моделью;
г) словесной информационной моделью.
4. Устное представление информационной модели называется:
а) графической моделью;
б) словесной моделью;
в) табличной моделью;
г) логической моделью.
5. Как называется упрощенное представление реального объекта?
а) оригинал;
б) прототип;
в) модель;
г) система.
6. Процесс построения моделей называется:
а) моделирование;
б) конструирование;
в) экспериментирование;
г) проектирование
7. Информационная модель, состоящая из строк и столбцов, называется:
а) таблица;
б) график;
в) схема;
г) чертеж.
Группа 1 3 D технологии в медицине
Технологии дали толчок развитию многих направлений медицины, позволяя, в частности, более точно понимать симптомы и лечение пациента, а также повышая эффективность работы больниц и клиник. Появление технологии 3D-печати, в частности, накладывает свой отпечаток на такие специальности, как ортопедия, педиатрия, радиология и онкология, а также на кардиоторакальную и сосудистую хирургию.
Сегодня врачи, больницы и исследователи по всему миру используют 3D-печать для:
Предоперационного планирования и персонализированной хирургии
Создания медицинских приборов и хирургических инструментов
Изготовления пресс-форм, протезов и индивидуальных имплантатов
Цифровой 3D-стоматологии и изготовления лекарств.
1. Предоперационное планирование
3D-печать позволяет специалистам создавать модели на основе снимков МРТ и КТ, чтобы помочь хирургам лучше подготовиться к операциям.
В 2016 году у ребенка из Северной Ирландии были две незажившие после повреждения кости предплечья. Ребенок не мог повернуть руку более чем на 50% и страдал от сильной боли. Компьютерная томография и рентгеновские снимки показали деформированные кости, и для лечения потребовалась остеотомия - четырехчасовая инвазивная операция, в ходе которой хирург изменяет форму костей, чтобы улучшить состояние. Однако хирург напечатал 3D-модель, которая изменила диагноз, оперативное вмешательство и выздоровление пациента:
Именно плотные структуры между костями, а не форма костей, ограничивали способность ребенка к вращению.
Операция была проведена менее чем за 30 минут, вместо четырех часов.
Через четыре недели после вмешательства пациент смог выполнять движения на 90% диапазона рук.
Время восстановления, боль после операции и рубцы значительно уменьшились.
Подобная 3D-печать меняет предоперационное планирование, что приводит к сокращению времени пребывания в операционной, улучшению результатов операции для пациентов, более быстрому восстановлению после операции и снижению расходов больниц.
2. Персонализированная хирургия
Благодаря снижению стоимости 3D-принтеров и повышению доступности медицинского программного обеспечения, все больше больниц создают анатомические модели, напечатанные на 3D-принтере.
Детская больница Rady создала собственную лабораторию для печати 3D-моделей, включая модели, имитирующие человеческие ткани, такие как дыхательные пути, сердце и кости. В 2019 году в больницу поступил 7-летний ребенок, родившийся с одним функциональным сердечным желудочком (вместо нормальных двух). Медики создали 3D-модель, в которой подробно описаны все вены, артерии и клапаны сердца ребенка, что позволило хирургам определить место, где необходимо перенаправить кровоток.
Анатомические модели, напечатанные на 3D-принтере, позволяют хирургам эффективно планировать операцию и разрабатывать лучшие решения для лечения, сократить продолжительность операции, а также улучшить исследования и обучение студентов-медиков.
3. Создание медицинских устройств
Для того чтобы медицинские приборы служили своей цели, они должны отвечать нескольким требованиям:
Они должны быть идеально сбалансированы по размеру и весу.
Они должны соответствовать конкретным формам человеческого тела.
Они должны быть функциональными и должны проходить специальные испытания на выносливость.
Производство медицинских изделий, отвечающих этим критериям, традиционно требовало много времени. Альтернативой, которую нашли производители медицинского оборудования, стала стереолитография - процесс, в котором движущийся лазерный луч, управляемый компьютером, создает требуемую структуру слой за слоем. Таким образом, 3D-печать была использована для создания прототипа ингалятора, включая необходимые приспособления и оснастку, с целью сократить производство с одной-двух недель до одного-двух дней и снизить стоимость на 90%.
4. Улучшение дизайна хирургических инструментов
Индивидуальные хирургические инструменты, изготовленные методом 3D-печати, такие как рукоятки скальпелей, щипцы или зажимы, помогают хирургам лучше работать в операционной, сокращают время процедуры и способствуют лучшему результату хирургического вмешательства для пациентов.
5. Создание протезов
В то время как простые протезы доступны в заранее определенных размерах, индивидуальные бионические протезы стоят тысячи долларов. Такая ситуация затрагивает многих детей, которые перерастают свои протезы и нуждаются в индивидуальных запасных частях, которые выпускаются немногими производителями. Сегодня во всем мире разработчики протезов могут использовать 3D-печать для преодоления финансовых препятствий и временных ограничений, связанных с этим процессом. Стоимость этого метода производства значительно ниже традиционных методов, а протезы готовы примерно через две недели, что делает 3D-печать жизнеспособным решением для создания индивидуальных бионических устройств, повторяющих параметры человеческой конечности.
6. 3D-печать имплантатов
Металлическая 3D-печать позволяет разработчикам медицинского оборудования производить имплантаты, которые лучше работают, лучше подходят и служат дольше, для коленей, позвоночника, черепа или бедер. Индивидуальные 3D-печатные имплантаты представляют собой гибкое решение для сложных ортопедических случаев и могут создать больше возможностей для лечения в будущем.
7. Цифровая 3D-стоматология
В стоматологической отрасли 3D-печать используется для изготовления зубных протезов, хирургических направляющих, моделей мостов и, в первую очередь, для прозрачных выравнивателей - невидимых устройств, выпрямляющих зубы.
По сравнению с металлическими брекетами прозрачные выравниватели фактически невидимы и могут быть сняты, когда пользователям нужно почистить зубы или поесть. Традиционный метод производства прозрачных выравнивателей представляет собой комбинацию ручного и фрезерного процессов, требующих времени и усилий. Метод 3D-печати ускоряет процесс, поскольку индивидуальные формы для прозрачных выравнивателей могут быть изготовлены непосредственно на основе цифровых сканов пациентов.
8. 3D-печать тканей
Это относительно новая сфера применения 3D-печати, позволяющая печать человеческие ткани и даже органы, которые можно использовать при имплантации и исследованиях.
По мере снижения цен на высокопроизводительные 3D-принтеры все больше медицинских специалистов используют 3D-печать для производства в короткие сроки экономически эффективных специализированных устройств, для проектирования анатомических моделей с учетом потребностей пациентов, для поиска революционных клинических решений и создания новых методов лечения, адаптированных к потребностям пациентов.
Достижения в технологии 3D-печати предоставляют возможность более индивидуализированного медицинского ухода и создания высокоточных медицинских инструментов. В то же время ожидается, что 3D-печать окажет влияние и на другие медицинские специальности, такие как офтальмология, регенеративная медицина и биопечать.
Группа 2 3D моделирование в промышленности
С развитием современных и перспективных технологий появилось более продвинутое программное обеспечение в области электроники и систем обработки баз данных, навигационных координат, теперь составление проектов, схем, рисунков, графиков можно делать и на электронных устройствах, что даёт возможность инженерам-проектировщикам экономить массу времени на создание проекта или объёмного макета.
В качестве материала изготовления изделий чаще всего используется пенопласт, но также можно использовать: пластмассу, гипс, дерево и металлический порошок. Современные производственные фирмы применяют технологию объёмного моделирования. Она позволяет экономить время на исправление ошибки, при линейном проектировании, которое не учтет всех нюансов, особенно когда речь идет о сложной сборочной единице, такой как очистительная станция или тяжелое автомобилестроение, материалы и денежные средства на инженерное проектирование продукции.
Осуществляя трехмерное моделирование объектов, проектировщик дает представление как об отдельных моделях деталей, так и о позиционировании и функционировании их в составе комплекса-изделия. 3D модели комплектующих, находясь в составе рабочего проекта, показывают итоговый вариант готового продукта (экстерьер или интерьер).
Проектированием инженерных систем в программах 3D моделирования решается задача автоматизации трудоемких процессов, например, таких, как создание рабочих чертежей линейно вытянутых объектов.
Средствами 3D-моделирования производится конструирование и тестирование деталей разнообразных устройств, механизмов, в том числе высокотехнологичных. Распечатав их на принтере в натуральную величину и оттестировав, конструкторы могут приступать к заводскому производству.
Трехмерные технологии остро востребованы в автомобильной промышленности, где создаются 3D модели не только деталей, но и корпуса машин. Только так можно выпускать на рынок инновации и передовые решения – конструктивные и для целей автодизайна.
В автомобильной промышленности, в частности, в последнее время специалисты отказываются от проведения тестов в аэродинамической трубе, в пользу тестов компьютерного моделирования. Главное преимущество такого подхода – значительная финансовая экономия и возможность просчитать улучшенную аэродинамику авто уже на начальном этапе конструирования, ускоряя разработку всех узлов (кузова, подвески, решетки радиатора, моста и т.д.) с низким сопротивлением air потокам при получении более правильных результатов.
Использование систем трехмерного проектирования при детальной разработке конструкций авто сегодня кажется само собой разумеющимся, однако, как показывает практика, это лишь часть списка вспомогательных инструментов приложений в отрасли, где компьютерное проектирование может оказаться крайне эффективным. Американская компания Ford заявила, что программный сервис ее производства, позволяющий конструировать действия людей, занятых в производственном цикле по сборке, был использован другими компаниями в ходе подготовке к выпуску очередных моделей. С помощью трехмерного моделирование сегодня, был решен целый ряд взаимосвязанных задач – в частности, снизился риск травм производственных у слесарей сборщиков, токарей, фрезеровщиков и улучшилась эргономика промежуточно-сборочных операций, уменьшилась вероятность остановок сборочного конвейера за счет задержек на отдельно взятых рабочих местах, и, в конечном итоге, были обеспечены лучшие условия для производства качественной продукции. 3D-моделирование так же неотъемлемо уже используется в судостроении, ракетостроении, систем навигации и даже пищевой промышленности.
Группа 3 Возможности 3D моделирования в строительстве
3D моделирование – формирование виртуальной модели, которая позволит максимально детально рассмотреть форму, размер, дизайн объекта и другие характеристики. Особенно актуально использование 3D модели в строительстве. Трехмерное изображение поможет представить, как будет выглядеть дом еще до начала его возведения, при необходимости внести коррективы в дизайн-проект, изменить архитектуру.
Детальная визуализация объекта с помощью компьютерных программ позволяет максимально точно понять, как будущий дом будет выглядеть в реальности.
3D моделирование намного лучше обычного наброска карандашом по нескольким причинам:
1. Наглядность и понятность. В компьютерной модели четко видны все детали, есть возможность увеличить интересующий участок с помощью специальных программ. У заказчика нет необходимости вникать в суть каждого штриха карандаш – в 3D макете все понятно даже тому, кто ничего не смыслит в строительстве и проектировании.
2. Возможность движения. За счет перемещения курсора по 3D макету можно «гулять». То есть, еще до начала строительных работ клиенты смогут побывать на экскурсии по своему будущему дому.
3. Эффективное устранение ошибок. Благодаря реалистичности проектировщики имеют возможность устранить даже самые маленькие недочеты в макете. После этого ошибки в ходе строительства практически исключены, что несет за собой существенную экономию времени и средств.
В чём заключаются главные преимущества 3D-строительства:
Благодаря всему выше перечисленному планирование и реализация проекта становятся единым процессом из-за чего сокращение сроков достигает около 80%.
Многие специалисты утверждают, что экономия на материалах составляет около 60%, а стоимость строительства может даже сократиться до 50% !
Также 3D макет - это минимальное количество ошибок при реализации проекта . 3D-моделирование дает полное понимание объёмов, а также размеров материалов необходимых для строительства. Это важно при составлении документов, в которых рассчитываются затраты на проект исходя из расходов, поскольку данный документ будет точным. Ко всему 3D макет реализуется и создается намного быстрее обычного чертежа нарисованного карандашом, что довольно часто ценят покупатели.
Из всего выше сказанного можно сделать вывод о том, что 3D-моделирование является одной из самых перспективных направлений в области возведения всевозможных сооружений и конструкций .
472
89 572 
