Развитие технического мышления и конструкторских способностей детей связано не только с решением разнообразных задач, но и с их обоснованием, защитой перед учащимися и учителем.
Очень полезно практиковать разбор предложений. Отдельные авторы приглашаются к доске с просьбой объяснить свое предложение, высказать свое мнение об аналогичных предложениях товарищей. Они побуждаются к защите своих предложений, к формулировке и обоснованию их достоинств. Подобная работа повышает активность детей, стимулирует мышление, помогает освоить техническую терминологию, главное, вселяет в сознание учащихся уверенность в своих конструкторских возможностях. Как указано выше, защита предложения организуется учителем одновременно в конструкторском и технологическом направлениях. Ученик должен показать, что его предложение удовлетворяет требованиям к предмету, детали или узлу, и одновременно рассказать о технологических достоинствах «проекта». Где только представляется возможность, необходимо раскрывать единство этих двух сторон процесса подготовки «проекта» к его осуществлению.
В педагогической литературе распространено мнение, что степень самостоятельности учащегося в выполнении данного прибора или модели, уровень творчества ученика определяется той исходной технической документацией, которую получает учащийся для работы. Чем подробнее чертеж и описания, тем ближе труд ученика к «воспроизведению», которое противопоставляется творчеству. Мы имели возможность многократно убедиться в ошибочности подобной точки зрения в отношении занятий в школьных мастерских. Тем не менее полезно классифицировать уровень творчества работ школьников по моделированию на занятиях в мастерских с точки зрения полноты технической документации, передаваемой в их распоряжение для изготовления моделей, пособий или приборов.
Работы учащихся V — VIІІ классов в учебных мастерских по моделированию могут быть с этой точки зрения разделены на три этапа.
- Работы по достаточно подробным чертежам, инструкционным картам и описаниям.
- Работы по чертежам с сокращенными данными.
- Работы по собственному замыслу.
Сама по себе такая классификация безотносительно к возрасту учащихся еще не представляет собой ступеней работ нарастающей трудности. Можно некоторые работы по собственному замыслу давать в V классе и во всех остальных. Очевидно, не всякую работу по подробной документации выполнит и восьмиклассник. Это разделение работ является условным лишь для данного возраста и для удобства описания методики занятий с техническим моделированием.
Занятия в мастерских, содержанием которых является техническое моделирование, могут строиться следующим образом. Все учащиеся выполняют фронтально одно и то же задание, например простейшую плавающую модель. Подобная организация позволяет устраивать соревнование в группе на лучшее, технически более совершенное выполнение модели, на лучшее технологическое решение некоторых простейших элементов.
В группе изготовляют 3-4 разные модели, над которыми трудятся 3-4 звена. Внутри каждого звена на основе самодеятельности устанавливается определенное разделение труда, т. е. школьники-члены звена изготовляют различные детали или узлы, которые затем собираются и отделываются.
Наконец, вся группа работает над одной моделью или макетом. Учитель предварительно рассказывает о моделируемом техническом объекте.
В некоторых случаях, например когда задумано сделать всей группой модель башенного или портального крана, модель трамвая, троллейбуса и т. п., учитель перед началом работы организует экскурсию к данному объекту. Здесь он разъясняет школьникам устройство, принцип действия, а иногда и рассказывает, какие главные элементы предстоит моделировать, что придется опустить.
Обычно моделируются основная кинематика, главные узлы, их основные движения, определяющие технические и технологические особенности данного, например транспортного, устройства, Далее учитель раздает школьникам задания на изготовление отдельных деталей, учитывая умения и темп работы отдельных учащихся.
Приведем в качестве примера описание трех занятий, посвященных техническому моделированию в VI классе 315 школы Москвы (преподаватели А. А. Махов, А. Г. Катков).
В качестве объекта работы взята модель электромотора (см. приложение 4, черт. № 71). Эта модель содержит детали из листовой стали, латуни и проволоки. Она монтируется на небольшой деревянной подставке.
Анализируя технологию изготовления отдельных деталей и намечая время, нужное для их изготовления, преподаватель пришел к выводу, что изготовление модели целесообразно поручить звену в составе 4-5 человек, работа должна быть выполнена в течение шести уроков. В группе одновременно изготовлялись четыре модели четырьмя звеньями.
Вначале предполагалось в каждом звене назначить одного из учащихся старшим (звеньевым). Ему должны были поручить вместе с другими членами звена продумать, как следует распределить работу. Однако, когда учитель стал продумывать вопрос учета и оценки данной новой работы школьников, он решил вначале отказаться от звеньевых, имея в виду в дальнейших работах проверить целесообразность выделения из учащихся руководителей звеньев.
Подготовка к занятиям включала следующие элементы. Модель изготовлялась до изучения принципа работы и устройства электрического двигателя в курсе физики. Поэтому учитель труда посоветовался с учителем физики о том, что следует рассказать школьникам об устройстве электрического двигателя, с какой глубиной полезно осветить отдельные вопросы и, главное, на каких этапах изготовления модели целесообразно это сделать.
Было решено, что в начале работы учитель коротко и в общих чертах раскроет назначение электрического двигателя, объяснит, как он работает; на это предполагалось затратить не более 15 минут, Основное время на первом занятии выделялось на объяснение чертежей отдельных деталей и технологии их изготовления, а также на распределение работы в звеньях. По плану на это выделялось 25 минут. Более детальный рассказ о принципе работы двигателя переносился на занятия, на которых будет собираться и налаживаться модель.
Вторым серьезным элементом подготовки занятий явилось изготовление модели учителем. В процессе работы над моделью преподаватель, во-первых, уточнил чертежи, проверил их правильность, уточнил технологию изготовления деталей и их сборки, а также необходимое для этого время, во-вторых, при работе над моделью постепенно раскрывались различные «мелочи», знание которых порой имеет решающее значение для успешной организации занятий. Имеется в виду подготовка главным образом вспомогательных материалов и полуфабрикатов.
Так, учитель установил: что на втором занятии потребуется изоляционная лента, конторский клей, тонкая бумага, нитки, кисточки и др. Все это требуется в мизерных количествах, но достаточно опустить что-либо — и на занятии возникнут задержки в работе школьников. Полуфабрикатами явились клеммы с головкой из пластмассы и шурупы.
Наконец для испытания и наладки моделей необходимо было приготовить аккумуляторы 3,75 в, а для демонстрации -дугообразный магнит, которые следует взять в кабинете физики.
После сверки чертежей учитель наметил распределение работы в звеньях. Основные детали были распределены на четыре группы по количеству членов звена. Так, одному поручалось изготовление скобы электромагнита, другому — две стойки, третьему — ось и сердечник ротора и четвертому — коллекторные полукольца и щетки (рис. 7). Учитывая, что школьники работают в различном темпе, что в работе некоторых учащихся могут быть допущены ошибки, учитель подготовил материалы в виде заготовок (полоски стали и латуни, куски проволоки) на шесть моделей. Для более точного учета знании и умении школьников и для повышения их ответственности в данной коллективной работе было решено принимать у школьников и оценивать отдельные детали и узлы модели на различных стадиях изготовления.
Изготовив, например, скобу, школьник должен ее показать учителю который поставит за данную работу соответствующую отметку.
Важно было продумать хранение незавершенных работ учащихся. Было решено хранить вместе (без надписи) все детали и другие работы данного звена с указанием на бумаге его номера.
Наконец, учитель из книжки перенёс на доску технический рисунок модели, поставив лишь габаритные размеры. На этом заканчивалась подготовка к первому и в значительной мере и к следующим двум занятиям.
На первом занятии учитель объяснил, что следующая работа будет состоять из изготовления моделей электрического двигателя, изображенного на доске. Несмотря на то что модель была готова, учитель ее не показывал. Он считал, что показывать модель без демонстрации её действия не представляет интереса. Если же показать, как она работает, можно снизить интерес школьников к этому центральному моменту в сборке и наладке изделия. Учитель решил, что школьники должны впервые увидеть действие модели, когда они изготовят детали и узлы и соберут их согласно чертежу. Если модель сразу не будет работать, учащиеся будут стремиться найти ошибку, понять ее, устранить, наладить модель и добиться ее действия. Как показала практика, такой подход к использованию средств наглядности в данном случае оказался удачным.
«Электрический двигатель, рассказывал учитель, имеет широкое распространение в народном хозяйстве и даже в быту. Вот этот токарный станок, сверлильные станки и заточный станок, как вам известно, приводятся в движение электрическими двигателями. В настоящее время почти все станки на фабриках и заводах снабжены электродвигателями. С помощью электрических двигателей работают пылесосы, полотеры, швейные и другие бытовые машины.
Электрические двигатели бывают различной конструкции. Промышленность изготовляет двигатели различных размеров и различного назначения, от маленьких двигателей, например для настольного вентилятора, до больших машин для троллейбусов, электровозов или крупных станков.
Наша модель — упрощенный действующий электрический двигатель. Он устроен следующим образом. Все вы знаете, что собой представляет магнит, который притягивает стальные предметы, — показывает дугообразный магнит и как он притягивает мелкие стальные предметы. — Если взять стальную ненамагниченную полоску, кусок проволоки или, например, гвоздь намотать на них вот таким образом провод (наматывает 25-30 витков) и пропустить через него ток от батарейки или аккумулятора, то они становятся магнитами».
Учитель берет гвоздь с обмоткой и подключает к аккумулятору. Гвоздь становится магнитом и притягивает мелкие детали — гвоздики шайбы и кусочки жести.
«Если ток не включен, гвоздь не притягивает: он размагничивается. Для изготовления электрических двигателей применяют специальные сорта стали, которые легко намагничиваются и размагничиваются.
Теперь взгляните на рисунок на доске. Если подключить к клеммам источник тока, например карманную батарейку или аккумулятор ток проходит по обмотке скобы и по обмотке этой детали называемой ротором. Скоба становится магнитом, вернее электромагнитом, магнитом становится и ротор. Они притягивают друг друга. Вследствие чего ротор поворачивается вот в такое положение. Однако при повороте ротора поворачиваются эти два полукольца, к которым прижимаются с обеих сторон латунные полоски, называемые щетками. При повороте происходит точно то же самое что происходит при повороте комнатных выключателей».
— Что происходит при повороте выключателей? — обращается учитель к классу. Затем спрашивает ученика К.: — Что? Как ты думаешь?
— Зажигается лампочка.
— Правильно, а еще что может быть?
— Горящая лампочка выключится.
— Правильно.
«При подключении модели к источнику тока ротор резко поворачивается и одновременно выключает ток. Получив разгон, ротор стремится продолжить вращение и, повернувшись ещё немного, вновь включает ток. Опять скоба и ротор намагничиваются и притягиваются друг к другу — этот процесс и приводит к вращению ротора. Пока модель подключена к источнику тока, ротор вращается так же, как звонит электрический звонок, пока включен ток с помощью кнопки».
Электрический двигатель изготовляется звеньями по четыре человека в звене. Каждое звено изготавливает одну модель. Учитель называет состав звеньев. Звенья составлены с учетом места работы школьников в мастерской. Звенья оказались компактными, учащиеся работают рядом. Лишь в одном четвёртом звене оказались школьники, рабочие места которых удалены друг от друга.
Учитель приступает к краткому рассказу о порядке изготовления первых шести деталей. Он не говорит, кто какую деталь будет выполнять, а обращает внимание всей группы на отдельные приёмы и операции в изготовлении скобы, стоек, оси, ротора, коллекторных полуколец и щеток. После рассказа он раздаёт учащимся чертежи деталей и соответствующие заготовки, рассказывая, что будут делать отдельные члены звена. После рассмотрения чертежей деталей и ответов на вопросы даётся указание приступить к работе.
Все учащиеся, кроме изготовляющих щётки и полукольца, приступили к опиливанию двух кромок с контролем линейкой и угольником. Получив базовые линии, школьники разметили детали и перешли к опиливанию. В конце занятия в основном детали были опилены.
При разметке возник вопрос о длине пластинки для скобы. Чертеж детали, переданный учащимся содержал две проекции уже согнутой детали. Между тем сначала необходимо было опилить пластинку с сечением 12×3 мм2 .
Школьники почувствовали, что не хватает знаний для определения длины развертки, несмотря на то что на чертеже были все необходимые размеры. Учитель задержал внимание учащихся на 3 минуты и показал, как следует рассчитывать длину развертки скобы на основе размеров, указанных в чертеже,
На следующем занятии два школьника в каждом звене продолжали доделывать детали, другие два клеили из картона и бумаги катушки и наматывали на них провод. В мастерской не было приспособления для намотки со счетчиком. Школьники надевали катушку на ось, поворачивали её пальцами, укладывая виток к витку. На катушку наматывалось три слоя. Один ученик поворачивал большую катушку и следил за тем как укладываются витки.
К концу первого урока второго занятия были готовы все детали, кроме деревянных подставок размером 100×70 мм2. Ученик, закончивший изготовление скобы, занялся её обмоткой. Те, которые делали стойки, начали обрабатывать подставку, которая изготовлялась из фанеры толщиной 14 мм.
В двух звеньях школьники быстро выполнили слесарную работу. Несколько затормозилось изготовление катушки и обмотки. Чтобы все были заняты, учитель дал троим ученикам дополнительные работы по изготовлению деталей для пятой модели.
На уроке учитель переходит от звена к звену, отвечает на вопросы школьников, постоянно следит за рабочей позой, хваткой инструмента, требует от учащихся контроля за выполняемой операцией. Уже в начале урока некоторые учащиеся сдают учителю законченные работы (детали) для оценки. Учитель проставляет отметки в журнал.
К щеткам и полукольцам следует припаять концы проводов. Учитель в течение 5-6 минут коротко рассказывает о пайке. Он говорит о соединении с помощью припоев, о назначении флюсов, об устройстве паяльника, о подготовке поверхностей металла к паянию и о технике паяния.
В слесарной мастерской установлен стол для паяния с четырьмя розетками для нагрева паяльников. На данном уроке на столе было два электрических паяльника. Из каждого звена по два человека подходят к столу, проводят в качестве упражнения соединение двух полосок белой жести, далее припаивают концы провода к полукольцам и щеткам.
В конце второго занятия в двух звеньях подготовлены все детали и узлы для сборки. В обоих звеньях уже имеются запасные детали.
На третьем занятии школьники заканчивают, затем окрашивают детали и приступают к сборке. Сборку модели ведут два ученика (10 — 15 минут). К концу первого урока на подставке установлен электромагнит и укреплены стойки. В начале второго урока (третьего занятия) учитель уделяет 8 минут для объяснения принципа работы модели. Он обращает внимание учащихся на необходимость правильно расположить коллекторные кольца по отношению к ротору: их важно расположить таким образом, чтобы в момент сближения ротора с концами скобы цепь размыкалась, а в момент наибольшего удаления — замыкалась.
Только после этого учитель показывает группе изготовленную им модель и объясняет, как следует вести сборку, на что следует обратить внимание.
В конце второго урока была испытана первая модель. Интерес к работе большой. Все учащиеся оставили работу и наблюдают испытание и работу модели. Остальные работы были закончены на четвертом занятии.
Серьезное значение для правильной организации занятий в мастерских имеет вопрос о полуфабрикатах. В различных условиях он решается по-разному. Опыт показывает, что учащиеся любого класса не всегда могут выполнить все виды работ для изготовления той или иной модели. Так, например, в V и VI классах нет еще резьбы по металлу, поэтому винты и гайки в этих классах должны явиться полуфабрикатами. Но дело не только в крепежных деталях. Во многих случаях школьники не могут выполнить ту или иную деталь. Подобные детали должны быть им даны в готовом виде или с выполненными операциями, которые недоступны детям данного возраста. Так, например, при изготовлении лучковой пилы в VI классе учащиеся не могут сделать ручки: их приходится изготавливать старшим школьникам и передавать шестиклассникам в качестве полуфабриката.
Учитель должен иметь в виду, что любая модель, любое изделие, изготавливаемое школьниками, должно иметь опрятный, красивый вид, содействовать эстетическому воспитанию, прививать любовь к мастерству, желание делать хорошо и добротно.
Однако уровень знаний и умений не всегда позволяет этого достигнуть. Вот почему большое значение имеют полуфабрикаты. Если данный предмет или данное изделие изготовляется недостаточно культурно, неряшливо, то педагогическая ценность подобной работы очень мала. Лучше вовсе не делать такого рода работы, чем выполнять их плохо.
В школах установилась практика, в соответствии с которой директор или завуч рассматривает изделия, выполненные учащимися, прежде чем их передать заказчику, для которого они изготовлены. Например, во многих школах учащиеся выполняют заказы детских садов по изготовлению игрушек, иногда простой детской мебели. Школьники очень часто делают инструменты для своего личного пользования, изготовляют разные приборы, пособия н принадлежности для оборудования учебных кабинетов. Если эти предметы выполнены небрежно, неаккуратно, директор школы или завуч не разрешает их передавать по назначению. Это правильная практика.
Исходя из данного принципа вопрос о полуфабрикатах приобретает очень важное значение. Чаще всего полуфабрикаты изготовляют учащиеся старших классов для младших школьников. Например, VII класс готовит детали, которые будут использованы в работе учащимися V и VII классов. VIII класс при работе по элементам механизации труда и электротехники может изготовить значительное количество деталей, в особенности имеющих резьбу, для школьников V — VII классов. Некоторые полуфабрикаты необходимо будет приобретать через шефов, а иногда и в магазинах. Без анализа объектов изготовления, без выяснения того, какие детали учащиеся могут изготовить, что должно быть представлено в готовом виде или с некоторыми выполненными операциями, нельзя приступить к выполнению трудовых заданий и в особенности к работе по техническому моделированию.