Методика преподавания черчения

1. Методика  организации урока  черчения по теме: «Проекции  на одну, две, три  плоскости проекции»

      Метод проекций — тема особая. Она не имеет  прямых аналогий в других предметах, изучаемых к тому времени девятиклассниками. Учителю предстоит ввести учащихся почти в незнакомую им область знания, где с помощью воображаемых лучей происходит процесс воображаемого проецирования предмета на несколько плоскостей. При этом учащийся, выполняя или читая любой чертеж, не может воспроизвести этот процесс реально. Он будет иметь лишь лист бумаги, чертеж-задание или оригинал (предмет, деталь) и должен прийти к решению (определить форму модели, детали, предмета по чертежу или же начертить проекции данного предмета, детали, модели). Справиться с подобной задачей ему поможет очень важная и полезная способность, которую принято называть пространственными представлениями. Именно эта способность, это свойство человеческого мышления помогает учащемуся заполнить тот пробел, который возникает перед ним, когда возможности практической реализации самого процесса проецирования с помощью физических (например, оптических) средств отсутствуют, но задачу тем не менее можно решить, прибегая к помощи пространственных представлений и воображения.

      Задача  развития и тренировки этих свойств  человеческого мышления и является одной из важнейших при изучении курса черчения. Развития пространственных представлений требуют и многие другие предметы школьного курса (например, геометрия и физика, химия и биология), а также успешная деятельность инженерного состава в области техники.

      Усвоение  основных положений метода проекций важно потому, что они служат обоснованием принципа, используемого для построения технических чертежей. Представление о процессе проецирования позволяет понять, почему технический чертеж строится именно таким способом, почему проекции располагаются в определенном порядке и находятся в определенной взаимосвязи друг с другом, почему изображения на чертеже отличаются от тех, которые могли бы быть получены с помощью фотографии или рисунка с натуры, отличаются от того, каким мы видим изображаемый предмет в натуре. Как правило, в этом далеко не всегда отдают себе отчет и те учащиеся, которые сравнительно легко овладели умением строить проекции предмета на эскизе или на чертеже.

      Объясняя  этот материал, учитель должен использовать наглядные пособия.Полезно продемонстрировать отличие свойств центрального проецирования от параллельного. Это можно осуществить с помощью следующей модели. Экран, макет световой точки и проволочная модель куба смонтированы на плоской подставке. Световые лучи, проходящие через вершины куба и переносящие их проекции на плоскость (экран), также выполнены из проволоки. Модель наглядно демонстрирует основное свойство центральной проекции - уменьшение размеров одинаковых оригиналов (в данном случае фронтально расположенных граней куба) по мере удаления их от источника света. Особенности такого изображения связаны с тем, что проецирующие лучи (аналогом их в данном случае являются воображаемые световые лучи) исходят из одной точки и образуют пучок, имеющий коническую форму. Даже при показанном простейшем расположении куба-оригинала проекция его содержит большие искажения и отличается сложностью: фронтальные грани изображаются квадратами разного размера; ребра, перпендикулярные к плоскости проекций, проецируются в виде наклонных линий, которые при их продолжении пересекутся, тогда как в оригинале они взаимно параллельны.

      Желательно  продемонстрировать свойства параллельной проекции, позволяющие освободить чертеж от многих искажений, свойственных центральной проекции. Для этого можно использовать проекционный фонарь с оптической скамьей, который может находиться в физическом кабинете. Перемещая находящийся на стойке конденсор, опытным путем находят положения, при котором пучок света становится цилиндрическим. Это происходит тогда, когда линза конденсора будет находиться от источника света на расстоянии, равном фокусному. Таким образом можно получить тень проволочного куба на экране в виде одиночного квадрата (проекции фронтальных граней получаются одинаковыми по размеру). Сравнивая полученное изображение с предыдущим, учитель отмечает, что в последнем отсутствуют чисто перспективные искажения, свойственные центральной проекции и наблюдаемые нами повседневно в натуре (уменьшение размеров одинаковых по высоте домов по мере удаления их от наблюдателя, кажущееся пересечение на линии горизонта параллельных линий, идущих в глубину от наблюдателя, например "схождение" рельсов). Но это не значит, что в параллельной проекции вовсе будут отсутствовать искажения.Нельзя получить на плоскости изображение объемного предмета, полностью свободное от искажений, так как плоскость располагает только двумя измерениями, а предмет - тремя.

      Только  плоский оригинал, расположенный  параллельно плоскости проекций, может быть изображен без искажений. Далее, касаясь двух разновидностей параллельной проекции: прямоугольной и косоугольной, учитель подчеркивает, что это свойство плоской фигуры, расположенной параллельно плоскости проекций, сохраняется в обоих случаях. Так обосновывается метод, с помощью которого мы объясняем принцип построения технического чертежа.

      Излагая основы метода проекций, не следует  предлагать учащимся делать записи под диктовку, зарисовывать эскизно перспективные проекции и т. д. Важно, чтобы они поняли обоснованность самого метода параллельных проекций и убедились в его пригодности для применения в техническом черчении.

      Общий вывод учитель делает с помощью учащихся. Не искажаются при проецировании элементы, расположенные параллельно плоскости проекции. Наибольшее искажение претерпевают элементы, перпендикулярные к ней, частичное искажение характерно для наклонных элементов к плоскости проекций.

      Далее учителю следует объяснить основы проецирования на одну, две и три плоскости, их преимущество. 

      Проецирование на одну плоскость  проекций.

      Проекция, на которой предмет изображается видимым сразу с нескольких сторон, очень наглядна. При ее рассматривании легко представить пространственный образ предмета.

      Однако  на наглядных изображениях предметы имеют большие искажения. Например, круглые части проецируются в  овальные, прямые углы — в тупые  и острые. Изменяются и некоторые  размеры предмета. Поэтому такие  изображения в практике применяют  редко.

      Учителю следует продемонстрировать учащимся, что поставить предмет перед плоскостью проекций необходимо так, чтобы на изображении он оказался видимым только с одной стороны, и вместе с учениками построить его прямоугольную проекцию. Теперь размеры длины и ширины предмета не изменяются, не будут искажаться углы между прямыми линиями, круглое отверстие изобразится окружностью. Однако на нем нет третьего измерения — высоты. Чтобы чертеж стал пригодным для использования на практике, его дополняют указанием о высоте предмета. Высоту можно записать на чертеже словами. Так поступают, если изображенный предмет не имеет выступов, впадин и т. п.

      Например, дан чертеж детали, называемой «прокладка». Чертеж состоит из одной прямоугольной  проекции. По чертежу видно, что длина  детали 30 мм, а ширина 24 мм. В детали имеется одно круглое сквозное отверстие 0 16 мм. Из записи, сделанной на чертеже, узнаем, что толщина (т. е. высота) изображенной детали 4 мм.

      На  чертеже, полученном при прямоугольном  проецировании на одну плоскость, можно  указать высоту не только предмета в целом, но и каждой его части, например каждой точки (вершины). При этом нет необходимости каждый раз записывать слово «высота» или «толщина». Достаточно рядом с проекцией той или иной части предмета поставить число, указывающее ее высоту.

      Далее учитель объясняет, достаточно ли одного изображения для того, чтобы судить о форме модели. Интерес класса переключается на выяснение новой проблемы.совершенно различные по форме предметы могут иметь одно и то же изображение при проецировании на одну плоскость. Подобное изображение очень неудобно для восприятия всей объемной формы предмета, так как дает только два его измерения и не характеризует величину и форму предмета в третьем измерении. Для этого и требуется проецирование на две, а иногда на три плоскости проекций. 

      Проецирование на две плоскости  проекций.

      Одну  из плоскостей проекций располагают  горизонтально. Она называется горизонтальной плоскостью проекций и обозначается Н. Проекция предмета на эту плоскость  называется горизонтальной проекцией.

      Вторую  плоскость проекций V располагают  вертикально. Вертикальных плоскостей может быть несколько, поэтому плоскость  проекций, расположенную перед зрителем, называют фронтальной (от французского «лицом к зрителю»). Полученную на эту  плоскость проекцию предмета называют фронтальной.

      Построенные таким образом проекции оказываются  в пространстве расположенными в  разных плоскостях (горизонтальной и  вертикальной). Чертеж предмета строят на одном листе, т. е. в одной плоскости. Поэтому для получения чертежа  предмету обе плоскости приводят (совмещают) в одну. Этот процесс  можно легко проследить, если представить  плоскости проекций пересекающимися  между собой по линии Ох, которую  называют осью проекций. Учителю необходимо продемонстрировать, что если теперь повернуть горизонтальную плоскость проекций вниз на 90° так, чтобы она совпала с вертикальной плоскостью, обе проекции окажутся расположенными в одной плоскости.

      Учитель отмечает, что границу плоскостей проекций на чертеже можно не показывать. Также не следует наносить на чертеж проецирующие лучи и линию пересечения плоскостей проекций, т. е. ось проекций,- если в этом нет необходимости.

      Учитель концентрирует внимание учеников на следующем: чтобы видеть при этом, что приведенные на чертеже проекции представляют изображения одного и того же предмета, их следует расположить в строгом порядке — одну под другой. Горизонтальная проекция расположена под фронтальной. Очень важно способствовать тому, чтобы ученики запомнили: это принятое в черчении правило размещения проекций нельзя нарушать.  

      Проецирование на три плоскости  проекций.

      Учитель наглядно показывает, что в качестве плоскостей проекций используется три  взаимно перпендикулярных плоскости: горизонтальная плоскость проекций; фронтальная плоскость проекций; профильная плоскость проекций. Эти  плоскости взаимно пересекаются по линиям – осям: X – линия пересечения горизонтальной и фронтальной плоскостей;Y – линия пересечения горизонтальной и профильной плоскостей; Z – линия пересечения фронтальной и профильной плоскостей. В свою очередь оси пересекаются в одной точке 0 – начало координат.

      Взаимно перпендикулярные оси  представляют прямоугольную систему координат, отличающуюся от декартовой системы координат, применяемой в математике, направлением осей.

      Учитель вместе с учениками строит ортогональные  проекции точки А. Для этого из точки А проводятся проецирующие лучи – перпендикуляры к плоскостям проекций. Точки пересечения лучей с плоскостями – проекции точки А: горизонтальная проекция – А₁, фронтальная проекция А₂, профильная проекция А₃. 

      Чтобы от пространственной модели перейти  к чертежу горизонтальную и фронтальные  плоскости проекций вращают вокруг осей соответственно X и Z, до совмещения с фронтальной плоскостью проекций 

      Такова  логика обучения: проблемы надо решать последовательно, одну за другой, причем каждая новая истина должна опираться на истины, установленные ранее.

      Учащиеся  зачерчивают изображения модели в тетради лишь после того, как  усвоят закономерности взаимного их расположения. Взаимозависимость в расположении изображений - это еще одна проблема, решающаяся на этом уроке. После этого, в конце урока ученикам остается усвоить новые термины: названия плоскостей и осей проекций, названия самих проекций и т. д. 
 

2. Выписки, записи, работа с  литературой

       Работа  с литературой, произведение различных  выписок, конспектирование и обработка  материала – это достаточно важный этап при подготовке к уроку черчения. Учителю следует данному этапу  должное внимание, в противном  случае. Необходимо внимательно и  кропотливо отнестись к этому  аспекту, ведь в случае плохой подготовленности учителя, его малой начитанности, он может исказить материал, неправильно  его преподнести ученикам или  же быть не в состоянии ответить на вопросы учеников, возникающие  у них в процессе восприятия новой  темы либо при выполнении заданий по теме.

       При подготовке к уроку черчения учителю  предстоит достаточно емкая работа с литературой. Для активизации внимания учеников и вызова у них интереса к предмету преподавателю следует пользоваться литературой, относящейся не только к предмету черчения непосредственно, но также следует воспользоваться литературой смежных дисциплин. Параллельно следует использовать историческую или художественную литературу, чтобы показать ученикам важность и давность навыков черчения.