Основы бионики в проектировании. Значение моделей и макетов в проектировании

Дата___________ ____ клас № уроку______

Тема: Основы бионики в проектировании. Значение моделей и макетов в проектировании.

Мета: сформувати уяву учнів про науку «біоніка», понять «модель, «макет», ознайомити з напрямками розвитку та прикладами застосування біоформ у проектуванні одягу та технічних об’єктів; розвивати естетичні та художні нахили учнів під час виконання практичної роботи, розвивати вміння учнів аналізувати знання й застосовувати їх на практиці, в тому числі в особистому житті; виховувати свідоме дотримання учнями правил безпечної праці на уроках трудового навчання та за межами школи;

Оснащення: Інструкції з охорони праці в шкільних майстернях. Ілюстрації виробів, спроектованих з використанням біоформ. Кольорові олівці, аркуші паперу.

Міжпредметні зв'язки: образотворче мистецтво, біологія, фізика, історія.

Завдання уроку

1. Сформувати в учнів базові знання про використання біоформ при проектуванні технічних об’єктів та одягу.

2. Учні повинні свідомо дотримуватись правил безпеки праці в майстерні та за її межами, використовувати методи біоніки, проектуючи виріб.

Ключові слова: біоніка, біоформа.

Методи роботи: розповідь, пояснення, бесіда, робота в парах, інтерактивна вправа «Мікрофон», «Ажурна пилка».

Тип уроку: комбінований

Час уроку: 45 хвилин

Структура уроку

1. Організаційна частина (1 хвилини).

2. Актуалізація опорних знань (4 хвилин).

3. Мотивація навчальної діяльності (2 хвилини).

4. Повідомлення теми, мети, завдань уроку (2 хвилини).

5. Засвоєння нового матеріалу (9 хвилин).

6. Закріплення вивченого матеріалу (3 хвилин).

7. Практична робота учнів (20 хвилин).

8. Підсумок уроку (2 хвилини).

9. Домашня робота (1 хвилина ).

10. Прибирання робочих місць (1 хвилини).

Хід уроку

1. Організаційний етап.

   1. Вітаюсь з учнями і прошу учнів зайняти свої місця.

Доброго дня. Рада вас бачити. Сідайте.

1. Перевіряю наявність учнів (усний рапорт чергового), роблю відмітки в журналі.

2. Перевіряю готовність учнів до заняття (візуально: стан здоров’я, наявність спецодягу, інструментів, необхідних для виконання практичної роботи).

1. Актуалізація опорних знань та життєвого досвіду школярів.

фронтальне опитування

• Які подарунки до Новорічних свят ви зробили родичам чи друзям власноруч?

• Ви використали для втілення власні ідеї чи скористались джерелами інформації?

• Чи можете ви стверджувати, що ідея створення виробу чи оздоблення навіяна природним середовищем?

• Який вид діяльності та інструменти ви обрали для виконання роботи?

• Як знайомі оцінили ваш виріб? Чи співпадає ця оцінка з вашою власною оцінкою?

• Як саме ви облаштували своє робоче місце? Чи дотримувались безпечних прийомів праці?

1. Мотивація навчально-пізнавальної діяльності.

Якими дивовижно схожими на живі істоти бувають споруди, механізми та машини! Зверніть увагу на ілюстрації, розміщені нижче (мал. 15). Усі зображені вироби нагадують предмети живої природи, а сконстру­йовано ці вироби на основі біоніки.

1. Повідомлення теми, мети, завдань уроку.

Сьогодні на уроці ми ознайомимося із основами біоніки. Визначимо яку відіграють роль моделі та макети у проектуванні.

Біоніка - це наука про використання раціональних особливостей будови живої природи для конструювання виробів та вдосконалення технологій.

Мал. 15. Біоніка в промисловості

Оголошую і записую на дошці тему, оголошую мету і завдання уроку. Учні виконують записи у зошиті.

Тема уроку: Основи біоніки у проектуванні. Значення моделей і макетів у проектуванні.

Мета уроку: ознайомитися з напрямками розвитку та прикладами застосування біоформ у проектуванні одягу та технічних об’єктів; навчитися розробляти ескізний малюнок застосовуючи метод біоформ.

1. Засвоєння нового матеріалу.

План вивчення.

1. Поняття про біоніку.

2. Напрямки розвитку біоніки.

3. Зв'язок з іншими науками.

4. Значення моделей і макетів у проектуванні.

Розповідь учителя (супроводжується демонстрацією матеріалів, готових робіт; робота з презентацією).

Основні твердження даю учням записати.

Нині навряд чи можна знайти та­ку сферу людської діяльності, яка не спиралася б на витвори самої природи і так чи інакше не була б пов’язана з біонікою.

Свій початок наука біоніка бере з давнини. Античні архітектори вчи­лися у природи законів пропорції та правильного співвідношення розмі­рів окремих частин і деталей виробу (мал. 16). Але їм ще не відомо було найістотніше - закономірності формо­утворення, таємниці будови та само- конструювання живого світу.

З часом стало зрозумілим, що будь-який організм - від комахи до слона - є досконалою конструкцією. Знання про природу стали привертати до себе все більшу увагу конструк­торів і використовуватися в будів­ництві та архітектурі, народних про­мислах та ремеслах (мал. 17).

Так, наприклад, будова листя де­яких дерев, яке має ребристу форму, підказала зодчим ідею так званих складчастих конструкцій. У цих формах відобразилася одна з важли­вих закономірностей - залежність між формою конструкцій та їх здат­ністю чинити опір руйнуванню.

Наукою доведено, що будь-кого з представників тваринного і рослинно­го світу можна розглядати як високо- організовані механізми - біологічні системи. Біоніка досліджує та вико­ристовує принципи їхньої побудови й функціонування для створення і вдос­коналення технічних систем, машин, будівельних конструкцій тощо.

У творчому процесі біонічний метод проявляється у формотворенні на основі природних форм, вивченні залежностей такої будови від влас­тивостей природного та іншого мате­ріалу. Біонічний метод в художньому конструюванні - це також розв’язання питань естетичного освоєння багатства і різноманітності природних форм, по­шуки нових можливостей художньої виразності і визначення критеріїв прекрасного та гармонійного.

Мал. 17. (а) Сіднейський оперний театр у вигляді вітрил; (б) Флоридський ЕПСМ (Експериментальний прототип суспільства майбутнього) у вигляді кулі

Щоб створити нову річ, що матиме оригінальну форму та незвичне оздоблення, насамперед потрібно виготовити її макет або модель. Виго­товляють моделі і макети з недорогих матеріалів, які легко піддаються обробці (папір, картон, пластилін, глина, пінопласт, текстильні матеріа­ли, деревина та ін.). З пластиліну, наприклад, можна легко відтворити будь-яку природну форму. Але звичайно такі витвори можуть деформува­тися під дією сонячного проміння або навіть від легкого дотику. Тому в художньому конструюванні використовують багато інших матеріалів. З картону створюють макети інтер’єрів кімнат. З паперу та текстильних матеріалів створюють нові моделі одягу, іграшок, сувенірів тощо. З піно­пласту вирізають макети будинків та садиб. Деревину застосовують для створення макетів конструкцій нових меблів, а також для моделювання суден, літальних апаратів, транспортних засобів.

Якщо природний аналог має чітко виражений характер, об’єм і конструкцію, а також просту форму, то можна майже відразу оцінити його цілісність. Це дає можливість швидше і з меншими витратами часу досягти технічного рішення форми проектованого об’єкта. Якщо ж форма природного аналога складається з багатьох складно організованих елементів, то потрібен ретельний аналіз, від­бір і порівняння ознак, щоб у технічному об’єкті виявилися форма й властивості природного аналога.

Отже, головний метод біодизайну — це метод функціональ­них аналогій, або зіставлення принципів і засобів формоутво­рення промислових виробів та живої природи. Яскравим при­кладом біонічної аналогії в архітектурі є ресторан «Бермет» у м. Фрунзе, що спроектований за формою мушлі молюска.

1. Проведення ретельного порівняльного аналізу форми живих і штучних об’єктів.

2. Зіставлення технічних характеристик живих об’єктів і створеної руками людини апаратури.

3. Висновок щодо доцільності застосування в техніці нових біологічних форм.

Метод функціональних аналогій універсальний, оскільки його можна застосовувати в різних сферах людської діяльнос­ті. В останнє десятиліття біоніка отримала значний імпульс до нового розвитку. Це пов’язано з тим, що сучасні техноло­гії переходять на гіга- й нанорівень, дозволяють копіювати мініатюрні природні конструкції з небувалою раніше точніс­тю.

Найважливіші сучасні досягнення біоніки ще не вийшли з лабораторій.

1. Поняття про біоніку.

Вам вже доводилось виконувати роботу дизайнера, розробляючи ескізи моделей для пошиття, в’язання, узори для вишивання. Часто в цих розробках очевидні природні мотиви – рослинний малюнок тканини та узорів для вишивання. Професійні дизайнери одягу також часто використовують у своїх виробах природні теми – спідниця-тюльпан, брюки-банан, покрій рукава – летюча миша, штучне хутро, штучна шкіра чи оздоблення тканини під шкіру, широко застосовується оздоблення у вигляді штучних квітів, тощо ( учитель називає 1-2 приклада, решту доповнюють учнів).

Не тільки текстильні вироби, але й технічні засоби та будівельні споруди зазнають впливу природних винаходів. Адже природні форми, сполучення кольорів, будова окремих елементів та цілих організмів створювалися тисячоліттями, пройшли випробування часом на надійність та економічність, є напрочуд гармонійними, естетичними, зручними. Які приклади ви можете пригадати? ( гвинтокрил-бабка, підводний човен – дельфін, тощо). Багато винахідників минулого, відомі та невідомі, використовували підказки природи для вирішенні інженерних задач. Леонардо да Вінчі спробував збудувати літальний апарат з крилами, як у птахів – орнітоптер. В Україні з давніх віків відома конструкція криниці – журавель.

В 1960 році у м. Дайтон (США) відбувся перший симпозіум біологів, інженерів, науковців, які використовують в своїх винаходах підказки природи. Тоді ж була офіційно визнана нова наука – біоніка – наука про використання в технічних пристроях і системах принципів організації, властивостей, функцій і структур живої природи. З появою комп’ютерів інтенсивність наукових досліджень та втілення наукових досягнень у виробництво значно збільшились. ( навести приклади технічних приладів та вдосконалень , втілених в останні десятиліття, провести паралель з природними аналогами).

Учитель наводить пару прикладів, далі продовжують учні. (Сотовий зв’язок –ретрансляційні вишки–зона покриття – бджолині соти; сонар – дельфін).

1. Напрямки розвитку біоніки.

Біоніка – наука молода, але вже сформувались основні напрямки дослідження та втілення розробок.

• Нейробіоніка – вивчає роботу мозку, пам’яті, зору, слуху, мови, нервову систему живих істот. Ці знання дозволяють вдосконалювати електроніку та обчислювальну техніку, на основі чого створювати та вдосконалювати технічні об’єкти та засоби безпеки.

Приклади – електронна пропускна система ідентифікує особу за сітківкою ока, голосом, відбитком пальця; розумний будинок – керування побутовими приладами, опаленням та освітленням голосом чи звуком; автомобілі, що самостійно визначають дистанцію до попереднього автомобіля, відстань між воротами гаража, автоматично паркуються на невеликій парковці; в тих же автомобілях - голосове управління навігацією; на черзі створення протезів для людей з обмеженими можливостями, керованими голосом чи думкою, біороботи чи роботизовані пристрої (в Японії – робот-компаньон).

Учні продовжують наводити власні приклади, розвивають перспективи.

• Архітектурно-будівельна біоніка – вивчає будову скелета, кісток, стебла,квітів, фотосинтезу, тощо. Ідеї втілюються у будівельних конструкціях та будівлях.

Приклади – будівля, що обертається за сонцем – сонях; хмарочос - хлібний колос; сонячні батареї – фотосинтез; покриття стадіонів – квітка, утеплення та покрівля будинків – з пористих та природних матеріалів. Існує окремий напрямок архітектури – розробка с створення біобудинків, як замкнутих, екологічно безпечних систем з усіма сучасними зручностями.

• Технічна біоніка – вивчає форму біологічних об’єктів, природне покриття, способи з’єднання частин скелета для вирішення технічних інженерних задач.

Приклади – обтічна форма рухомих механізмів – машин, літаків, підводних човнів, швидкісних потягів – дозволяє зменшити опір повітря (води) та витрату палива ( сучасні новітні автомобілі використовують 3л палива на 100 км шляху); спеціальне покриття корпусу дозволяє збільшити швидкість, приховати від радарів.

• Побутова біоніка – відтворює форму, запах, дизайн природних об’єктів у виробах повсякденного вжитку.

Приклади : килимове покриття – трав’яний газон; плафони освітлювальних приладів – квіти; форма окремих частин меблів чи декору; рослинний орнамент обоїв та текстилю; фасони одягу, освіжувач повітря чи миючі засоби з рослинним запахом, тощо.

• Не всі досягнення наукових досліджень одразу можуть бути втіленні у вироби за браком відповідних матеріалів, відсутністю технічних можливостей та знань. Такі гіпотези перевіряються математичним моделюванням – математичним обчисленням можливого втілення при певних умовах.

1. Зв'язок з іншими науками.

Вже давно найсуттєвіші наукові відкриття створюються на межі різних наук. Біоніка якраз і втілює можливості біології, інженерних наук, математики природничих наук, кібернетики.

В умовах конкуренції та обмеженої ємності планети проблеми економії матеріалів, сили та часу у виробництві, досягнення оптимальних зручностей та естетичної цінності речей стали причиною особливої уваги дизайнерів та інженерів до можливостей біоніки, бо природні об’єкти мають тенденцію до економії енергії, будівельних матеріалів та часу при високій міцності та надійності конструкції.

1. Значення моделей і макетів у проектуванні.

Модель – об’єкт, який є спрощеною версією модельованого об’єкта-прототипу (одне з визначень Вікіпедії).

Моделювання – процес побудови об’єкту.

Макетна модель – це реально існуюча модель, що відтворює прототип у деякому масштабі.

Макет – просторове зображення будь-чого ( виробу, споруди, декорації тощо).

Існують три типи матеріальних моделей: геометрична, фізична і предметно-математична.

Геометрична модель – об’єкт, який геометрично подібний до свого оригіналу ( моделі деталей машин, муляжі плодів). Таку модель часто виконують в іншому масштабі.

Фізична модель враховує в діючій моделі фізичні процеси в оригіналі.

Предметно-математична модель – система, де фізичні процеси описані математичними виразами.

Найбільш поширені матеріали, які використовуються для моделювання і макетування: пластилін, папір, картон, текстильний матеріал, деревина, пінопласти, оргскло.

У біодизайнерському процесі обов’язковим етапом є від­творення цікавих для дизайнера природних форм за допо­могою об’ємних моделей або макетів. їх можна виготовляти з різних матеріалів (текстильні матеріали, пінопласт, глина, пластилін, дерево, метал тощо), створювати в натуральну величину або в масштабі.

«Мікрофон»

• Що таке макет?

Макет (від фр. maquette — масштабна модель) — модель об’єкта в зменшеному масштабі або в натуральну величину, позбавлена, як правило, функціональності проектованого об’єкта. Промисловий об’ємний макет — це натуральне ма­кетування передбачуваної форми майбутнього виробу із засто­суванням необхідних матеріалів та використанням сучасних технологій. Таку об’ємну модель будують як у натуральну величину, так і в масштабному співвідношенні.

Методом макетування користуються архітектори, модельє­ри одягу, конструктори різноманітної техніки (автомобілів, устаткування тощо), ландшафтні дизайнери. У макеті відтво­рюють декорації в театрі, макетом користуються археологи й реставратори для відтворення втрачених пам’яток, а іноді й цілих ансамблів або поселень. Музейні макети знайомлять нас з архітектурою стародавніх країн і міст. Макети викорис­товують у WEB-дизайні, у поліграфії під час верстки тощо.

Макет єгипетського сфінкса Макет катера

Макет автомобіля

Макет замку

«Мікрофон»

— Які матеріали можна використовувати для створення макетів?

При макетуванні можна застосовувати різні матеріали (папір, картон, скло, пластилін, пінопласт, метал, пластик), а також різноманітні методи електронного макетування з ви­користанням ЗД-технологій та спеціальних програм, розроб­лених для створення макетів різних об’єктів. Промислові об’єкти найчастіше виготовляють із натуральних матеріалів, що копіюють реальні матеріали об’єкта.

«Ажурна пилка» (робота в групах)

Учні в групах вивчають та обговорюють матеріал виданої їм картки, а потім обмінюються інформацією з іншими групами.

Картка 1. Макетування в дизайні одягу

У дизайні костюма використовують такий метод макету­вання, як наколка. Метод наколки виник багато століть тому й виявився найзручнішим і, як не дивно, дотепер сучасним. Саме він є основою для «ліплення» пластичних і просторових форм нового стилю.

1. Закріплення вивченого матеріалу

Під час повідомлення нового матеріалу учні залучаються до обговорення тем на основі власного досвіду та знань.

1. Біоніка – це наука про використання раціональних особливостей будови живої природи для конструювання виробів та вдосконалення технологій.

2. Біотичний метод – формотворення на основі образів живої природи.

3. Біоформа - одна з форм, яку можуть мати предмети, що відображає зовнішні обриси біологічних об’єктів.

4. Біотехнологія – використання живих організмів і біологічних процесів у виробництві.

1. Практична робота учнів.

   1. Вступний інструктаж.

Завдання вступного інструктажу

1. Розробити ескіз предмета інтер’єру ( меблів) з урахуванням принципів біоніки.

• Обрати об’єкт праці ( наприклад, крісло).

• Провести збір та аналіз інформації об’єктів-аналогів, окремих його деталей ( як об’єкти для відпочинку, так і покриття – хутро, трава, шкіра; ніжки – лапи звірів, птахів; тощо).

• Виконання ескізу зовнішньої форми виробу та окремих елементів у пошуках досконалої форми.

Пояснюю і одночасно показую на зразку паперу як це потрібно виконувати.

Робота в парах з метою взаємоконтролю якості виконаної роботи.

1. Інструктаж безпеки праці.

Загальні правила виробничої санітарії та особистої гігієни

1. Перед виконанням робіт ознайомитися з правилами безпечної праці й особистої гігієни, додержувати їх під час виконання робіт.

2. Усі операції виконувати в робочому одязі.

3. Робочий одяг має бути охайним.

4. Під час виконання робіт сидіти слід прямо, на всій поверхні стільця, на відстані 10–15 см від краю стола. Відстань від очей до виробу, що виготовляється, повинна бути 30–35 см (неправильна робоча поза псує поставу, спричинює швидку втомлюваність і шкодить роботі органів травлення).

5. Під час роботи світло має падати зліва або спереду.

6. Робоче місце тримати в чистоті й порядку.

1. Аналіз найскладніших моментів які можуть призвести до помилки:

2. Ознаки самоконтролю.

1. Самостійна робота учнів.

   1. Обхід робочих місць (індивідуальний інструктаж, допомогаю при потребі)

   2. Контроль правильності створення ескізу, організацією робочого місця, дотримання безпеки праці.

Навчальна практична робота завершується виконанням ескізу зовнішньої форми виробу в кольорі чи чорно-білому варіанті.

1. Підсумок уроку.

   1. Рефлексія.

Запитання до учнів.

1. Що нового взнали учні на уроці?

2. Чому навчилися?

3. Які принципи біоніки ви застосували в роботі над ескізом?

1. Підбиття підсумків.

2. Демонстрація кращих робіт.

Учні демонструють розроблені ескізи, коротко презентуючи роботи. При наявності відповідного стенда, оформлюють виставку ескізів.

1. Аналіз характерних помилок.

Оглядаю об’єкти праці, відмічаю якісні роботи; виявляю можливі недоліки, аналізую та намічаю шляхи усунення недоліків. Окремо відмічаю учнів, які самостійно і творчо виконали роботу.

1. Виставлення оцінок.

Мотивуючи їх, враховуючи при цьому якість виконання ескізу, дотримання правил техніки безпеки під час роботи, організація робочого місця.

1. Домашнє завдання.

Огляньте уважно свою кімнату, квартиру, побутові прилади та меблі, знайдіть приклади застосування біоніки у розробці речей, запишіть 5 прикладів, які вам здались найбільш вдалими.

1. Прибирання робочих місць.

Кожен учень після закінчення роботи прибирає своє робоче місце.

10