Основні поняття моделювання і конструювання

На сучасному етапі розвитку суспільства діти щоденно мають змогу бачити, як дорогами їздять автомобілі, у повітрі літають літаки, по воді плавають катери, на сільськогосподарських ланах працюють трактори й комбайни. Удома вони користуються телевізорами й магнітофонами, пральними та швейними машинами, прасками та іншими електроприладами. Техніка оточує дітей скрізь. Вони цікавляться справжніми й іграшковими машинами, намагаючись проникнути в таємницю їхньої будови та принцип роботи. Завдання вчителя початкових класів полягає в тому, щоб задовольняти й розвивати цей інтерес, пробуджувати в молодших школярів бажання знайомитися з елементами техніки глибше, самостійно створювати різні технічні об’єкти. Цьому насамперед сприяє правильно організована робота з технічного моделювання й конструювання, під час якої учні мають змогу оволодіти певними знаннями про машини й механізми, моделі й макети, ознайомитися з виробництвом, деякими професіями, розвивати свої конструкторсько-технічні здібності, проявляти творчість і самостійність.

Конструювання – це процес створення різних технічних об’єктів (як правило, машин та механізмів), які несуть у собі елементи новизни. Моделювання передбачає відтворення предмета за певним зразком у зменшеному, збільшеному вигляді чи натуральному розмірі. Отже, конструювання – це створення нового або вдосконаленого об’єкта, а моделювання-копіювання даного, уже існуючого. Щоб сконструювати якусь машину, потрібно, насамперед, знайти принцип її дії, визначити, з яких частин повинна складатися конструкція, вибрати форму деталей, види зв’язків між ними, розрахувати зусилля, які мають витримувати деталі, підібрати матеріал для кожної з них, врахувати технологію виготовлення деталей, їх складання у вузли, виконати креслення тощо.

Чи можливий процес конструювання у початкових класах? Практика засвідчує, що діти люблять і можуть конструювати. Часто в їхніх головах виникають оригінальні образи майбутніх виробів, їм доводиться осмислювати ідеї, визначати послідовність виготовлення виробу, способи з’єднання деталей, вибирати необхідні матеріали й інструменти, читати графічні зображення й самостійно виконувати найпростіші креслення. Отже, конструювання дітей схоже на працю дорослих зі створення технічних об’єктів. Хоча при цьому ми повинні розуміти, що молодші школярі не можуть робити якихось відкритів, результати їхньої праці, на відміну від праці дорослих, мають суто об’єктивну новизну.

Конструювання – це, насамперед, створення учнями під керівництвом учителя моделей машин, механізмів та інших об’єктів, а також макетів будівельних споруд. Готуючи дітей до конструкторсько-технічної діяльності, потрібно спочатку ознайомити їх з основними поняттями й термінами, які будуть використовуватися вчителем на уроках трудового навчання.

Машиною називають пристрій, який у результаті перетворення одного виду енергії в інший, а також здійснення механічного руху виконує корисну роботу. Машини можуть допомагати людині не лише піднімати й переміщувати на певні відстані вантажі, обробляти сировину й матеріали, але й виконувати обчислювальні операції, систематизувати інформацію.

Залежно від призначення машини можна поділити на кілька видів: енергетичні (перетворюють будь-яку енергію в механічну роботу), технологічні (верстати на фабриках і заводах), транспортні (автомобілі, кораблі, потяги, літаки, трубопроводи), будівельні (бульдозери, екскаватори, грейдери, скрепери, підйомні крани), сільськогосподарські (різні комбайни, доїльні апарати), побутові (пральні, швейні, м’ясорубки, міксери), електронно-обчислювальні.

Усі машини складаються з окремих деталей. Це найменша частина, яка не може бути розібрана без руйнування на більш прості ланки. Сукупність кількох деталей, з’єднаних між собою певним чином, які призначені для передачі або перетворення одного виду руху в інший, називають механізмом. Найпростішими механізмами передачі обертального руху є пасовий, ланцюговий та зубчатий.

Коли мова йде про конструкцію виробу, то треба мати на увазі його форму, розміри, взаємне розміщення частин і способи їх з’єднання, особливості взаємодії окремих деталей тощо. Ознайомлення з конструкцією виробу на уроках трудового навчання проводиться одночасно з вивченням технологічних операцій та послідовності їх виконання, прийомів виготовлення деталей та правил користування інструментами.

Загальне уявлення про об’єкт, що вивчається, може дати макет. Це об’ємне зображення, яке передає зовнішній вигляд оригіналу і виготовлене з точним дотриманням пропорцій та певного масштабу. Макет може виконуватися у збільшеному чи зменшеному вигляді. Як правило, слово «макет» вживається щодо споруд (макет вулиці чи частини міста) або до групи предметів. Іноді його визначають як тематичний комплекс моделей. Зважаючи на це, модель може виступати як складова частина макета.

Модель – це зразок, який відтворює об’єкт чи принцип його дії. У проектуванні моделлю називають виріб, який є об’ємним спрощеним зображенням предмета і виконаний у певному масштабі. Моделі можуть повністю, з усіма подробицями відтворювати об’єкти або передавати лише загальну подібність із ними. У першому випадку вони називаються копіями, а в другому – стилізованими моделями.

Моделі є діючі й недіючі, наприклад, рухомі іграшки й муляжі. Об’ємна діюча модель найбільш повно і точно створює в дітей уявлення про певний об’єкт, передає всі його особливості, принцип дії, взаємозв’язок окремих частин. Поряд із цим моделі можуть бути й схематичними, у яких головне – не передавати форми зразка, а виділяти його основну особливість або показати принцип дії. Наприклад, пропелер, урізуючись своїми лопатями в повітря, піднімається вгору, що демонструє принцип роботи вертольота. Щоб наочніше показати деякі технологічні чи природні процеси, іноді використовують моделі-розміри (гідротурбіна, доменна піч тощо).

Досить часто учні початкових класів виготовляють технічні об’єкти не об’ємними, а плоскими способом аплікації чи монтажу на площині з вирізаних окремих деталей. Такі моделі називають контурними, або силуетними. Сюди можна віднести складене з геометричних фігур зображення автомобіля або випиляний із фанери контур корабля..

Вимоги до вибору об’єктів моделювання та самих моделей:

1. Подібність до тих, які використовуються в сучасній техніці.

2. Суспільно корисна спрямованість моделей, використання їх як наочних посібників у навчальному процесі чи подарунків для дитячого садка.

3. Відповідність віковим особливостям і технічним інтересам учнів.

4. Допустима простота конструкції.

5. Широке використання напівфабрикатів.

6. Достатня міцність і надійність у роботі.

7. Гарний естетичний вигляд, доцільність вибраних форм і розмірів.

Моделювання в школі – це перші спроби молодших школярів у самостійній творчій діяльності. Його не слід сприймати лише як просте відтворення готових графічних зображень та копіювання певних об’єктів, хоча такий метод і можливий на початкових етапах навчання учнів. Спочатку діти працюють за готовими ескізами з переважним використанням репродуктивних методів. Однак уже тут молодші школярі повинні чітко уявляти собі призначення моделі та її конструкцію, учитися аналізувати зразок, планувати свою діяльність, відбирати необхідні матеріали й інструменти, організовувати робоче місце, контролювати правильність і послідовність виконання трудових операцій. Усе це сприяє формуванню в дітей таких рис, як активність, самостійність, бажання здобувати знання й розширювати свій політехнічний кругозір.

Розвиток творчих здібностей учнів особливо інтенсивно відбувається під час розкриття вчителем суті й основних етапів моделювання. Спочатку треба вибрати об’єкт і ознайомитися з машиною, модель якої буде виготовлятися. Далі визначається вид моделі: рухома чи нерухома, модель – копія чи стилізована, контурна. Після цього вибирають потрібний масштаб, намічають основні частини й деталі виробу, готують робоче креслення. Потім підбирають необхідний матеріал, визначають раціональні прийоми його обробки та способи з’єднання окремих частин. Після виконання плану відбувається попереднє випробування зібраної моделі, усунення виявлених дефектів, а також оздоблення виготовленого виробу.

Звичайно, щоб діти могли успішно справитися з усім процесом, проявити самостійність на всіх етапах моделювання, їх до цього треба готувати. Лише глибокі знання, досвід роботи, зацікавленість і задоволення своїми результатами може бути запорукою успіху учнів.

Деякі вчителі відчувають певні труднощі у виборі об’єктів моделювання, незважаючи на широкий світ техніки, що нас оточує. Одні завищують вимоги до школярів, рекомендуючи їм для виготовлення складні моделі, інші навпаки - пропонують спрощені вироби у вигляді силуетних зображень. Учитель повинен пропонувати такі об’єкти для моделювання, щоб поступово ускладнювалася робота дітей залежно від вибору конструкції та використання різноманітних матеріалів. При цьому слід пам’ятати, що суть не в тому, що моделювати, а як це робити.

Важливе значення має використання дитячих виробів, їх практична спрямованість. Вони можуть служити оформленням класу, бути подарунком для дитячого садка, наочними посібниками. Крім цього, із виготовлених макетів можна побудувати невеликий район міста, моделі автомобілів використати для вивчення правил дорожнього руху. Введення в роботу та після її закінчення елементів гри та змагання підсилює зацікавленість учнів до технічного моделювання, сприяє загальному розвиткові особистості.

Конструювання – це вид творчої діяльності, складний та багатогранний процес. Про це необхідно завжди пам’ятати. Тут не може бути дрібниць, починаючи з уявлення майбутнього об’єкта і закінчуючи готовим виробом. У процесі роботи не варто ставити перед дітьми жорсткі обмеження стосовно конструкції, вимагати обов’язково дотримуватися креслення. Головне – привчити молодших школярів самостійно думати, фантазувати, вносити у конструкцію щось нове, своє, що дасть змогу їм відчувати радість пізнання, радість праці.

Процес конструювання можна умовно поділити на кілька етапів.

1. Осмислення технічної проблеми й формування основної конструкторської задачі. Є загальна ідея – потрібно виготовити модель вантажного автомобіля. У дітей виникає уявний образ цієї машини. Вона має раму, кабіну, капот, кузов, осі, колеса тощо. Треба визначити, що конструювати – об’ємну модель чи силуетну, зовнішній вигляд чи принцип дії. Необхідно вивчити технічний об’єкт і виділити основну конструкторську задачу: простота конструкції, її міцність і надійність, естетичний вигляд, використання певних матеріалів, стандартних деталей, напівфабрикатів.

Не варто вважати, що всі учні можуть зрозуміти й тим більше сформулювати конструкторську задачу. Багатьом учитель повинен надати допомогу і припинити пояснення тоді, коли пересвідчиться, що дитина зрозуміла й сама може додумати рішення до кінця чи підійти до наступного етапу. Молодші школярі, зважаючи на вікові особливості, не можуть реально оцінити свої можливості, і часто буває, що їх замисел є нездійсненним. Тому на цьому етапі треба вміло направляти дітей на реальну конструкторську задачу і правильне її розв’язання.

2. Пошук шляхів розв’язання технічної задачі, розробка технологічної документації. Учні можуть виконувати певні розрахунки, креслення, визначати форму, розміри, взаємне розміщення окремих частин та деталей, способи їх з’єднання, послідовність виготовлення моделі чи макета. Роблять вони це всім класом або кожен індивідуально. В останньому випадку вибирають найбільш вдалий варіант конструкції, демонструють і обґрунтовують його всьому колективові.

Молодші школярі дуже рідко самостійно розробляють ескізи та креслення, найчастіше вчителі пропонують їм виконати роботу за вже готовими інструкційними картами та зразками, перетворюючи процес конструювання в моделювання. Варто зазначити, що на початкових етапах навчання діти можуть створювати об’єкти без розробки технологічної документації. Це стосується складання виробів із сірникових коробок, зображень із готових геометричних фігур, моделей виробів із деталей технічних конструкторів, у наборах яких є така документація. Проте слід пам’ятати, що за будь-яких умов підхід до визначення й розв’язання технічної задачі може бути різний. Наприклад, учитель пропонує дітям скласти силуетне зображення автомобіля із заздалегідь підготовлених геометричних фігур. Але це ж завдання можна сформулювати й по-іншому. Треба сконструювати автомобіль із геометричних фігур, які учні креслять і вирізують самостійно. Звичайно, у другому випадку завдання складніше. Є ідея, і в дітей повинен виникнути образ, після чого треба виконати ескізний проект. Учні малюють зображення автомобіля, знаходять основні його частини. Потім ділять ескіз на окремі елементи, кожен із яких повинен бути геометричною фігурою. Коли задача розв’язана, виконують креслення на матеріалі, з якого буде викладена силуетна модель, вирізують геометричні фігури і з них конструюють зображення автомобіля. Варто пам’ятати, що завдання, розв’язання яких потребує високого рівня технічного мислення учнів, можна пропонувати лише тоді, коли вони володіють повними політехнічними знаннями й хорошими графічними навиками, мають досвід самостійної роботи, уміють планувати трудовий процес.

3. Виконання наміченого плану. Молодші школярі підбирають необхідні матеріали й інструменти, виконують трудові операції, складають виріб з окремих частин, тобто втілюють у реальність уявний образ, що виник на початку роботи, створюють зразок технічного об’єкта. Часто моделі доводиться попередньо випробовувати, усувати недоліки й регулювати, а також оздоблювати їх і готувати до виставки.

Конструювання та моделювання виробів на уроках трудового навчання можна організовувати по-різному. Практика засвідчує, що найбільш розповсюджені форми створення учнями моделей і макетів такі:

1. Моделювання під диктовку вчителя. Дітям демонструються різні варіанти виробу, вибирається найдосконаліший, аналізується його конструкція. Учитель пояснює прийоми виготовлення окремих частин, способи їх з’єднання, послідовність і правильність виконання трудових операцій, допомагає оздобити й відрегулювати модель. У цьому випадку молодші школярі працюють репродуктивно, відтворюють і копіюють дії вчителя. Такий процес практично не сприяє розвитку самостійності, активності, творчості й ініціативності.

2. Моделювання за зразком. Після демонстрування моделі робиться детальний аналіз її конструкції, визначаються основні частини та їх призначення, способи з’єднання деталей, порядок виконання роботи. Учні беруть активну участь в аналізі зразка, відборі матеріалів та інструментів, плануванні трудового процесу і після закінчення інструктування самостійно виготовляють виріб.

3. Моделювання за графічними зображеннями. До них належать малюнки, технічні рисунки, ескізи, креслення, інструкційні карти, які є в наборах конструкторів. На зображеннях частина даних про об’єкти може бути свідомо пропущена, щоб діти мали змогу подумати, проявити самостійність.

4. Конструювання за зразком чи графічним зображенням із внесенням певних змін. Після того, як учні під керівництвом учителя виготовили певний виріб, користуючись зразком чи графічним зображенням, їм можна запропонувати сконструювати аналогічний, який може бути трохи складнішим або дещо відрізнятися від попереднього за конструкцією.

5. Конструювання за певними умовами. Даються лише загальні технічні вимоги до моделі чи макета, наприклад, їх призначення, розміри, матеріал для виготовлення виробу й інше. Дітям можна запропонувати скласти з деталей технічного конструктора модель автомобіля – лісовоза або канатної дороги довжиною 40 см.

6. Конструювання за власним задумом. Учитель визначає лише завдання, ставить перед молодшими школярами технічну задачу, а ті самостійно уявляють образ майбутнього виробу, планують його виготовлення і втілюють свій замисел у реальність.

7. Конструювання на вільну тему. У цьому випадку дії учнів обмежуються лише єдиною умовою – часом для виконання роботи. Вони самостійно ставлять перед собою задачу та шукають найбільш раціональні шляхи її розв’язання.

Уроки, на яких молодші школярі моделюють і конструюють, є складнішими порівняно з іншими. Пояснюється це тим, що під час технічного моделювання і конструювання необхідне використання цілого комплексу знань і вмінь, придбаних не лише на уроках трудового навчання, а й з інших предметів. Із цього розділу програми слабше підготовлені й учителі, які володіють недостатнім обсягом знань про техніку, виробництво, ті об’єкти, що моделюються. Звичайно, вибір найпростіших об’єктів, примітивна робота, яка часто здійснюється репродуктивним методом, негативно впливають на якість навчання учнів, на розвиток їх конструкторсько-технічних здібностей.

Деякі вчителі процес моделювання зводять лише до роботи з наборами конструкторів, причому дають дітям повну свободу дій, що перетворює уроки в ігри, які нічим не відрізняються від домашніх розваг. Слід пам’ятати, що урок від гри відрізняється в першу чергу тим, що на ньому учні виконують завжди трудове завдання, а під час гри кожен робить, що хоче.

Уроки технічного моделювання і конструювання мають великі виховні та розвивальні можливості. На них здійснюється розширення політехнічного кругозору молодших школярів, первісна профорієнтація, удосконалення трудових знань і вмінь, розвиток інтересу до техніки. Діти вчаться спостерігати, міркувати, фантазувати, у них розвивається кмітливість, ініціатива, винахідливість, формується самостійність, творчий підхід до трудової діяльності.