КОНСТРУИРОВАНИЕ техническое

Расстановка ударений: КОНСТРУИ`РОВАНИЕ техническое

КОНСТРУИРОВАНИЕ техническое (нем. Kоnstruirung, от лат. construo - строю, создаю) - процесс создания модели, машины, постройки сооружения с выполнением их проектов и расчётов. К. в школе является средством развития конструкторско-технич. способностей уч-ся. В процессе К. уч-ся углубляют свои теоретич. знания, учатся применять их. Они делают технич. расчёты, пользуются чертежами, схемами, справочной лит-рой, выбирают технологию обработки материалов, приобретают навыки работы с измерительными приборами и инструментами. В овладении уч-ся конструкторско-технич. умениями и навыками особенно велика роль уч. предметов естественно-математического цикла, рисования, черчения, трудового и производственного обучения, а также внеклассной работы по технике.

Процесс творч. К. очень сложен и недостаточно изучен. Обычно в нём выделяют три основных этапа: 1) осознание проблемы и вычленение основной конструкторской задачи; 2) принципиальное теоретич. решение вычлененной задачи и разработка проекта; 3) проверка правильности составленного проекта и его материальное осуществление. Эти три этапа в самом общем виде характеризуют механизм творческого К., к-рое включает в себя изучение требований к новой машине, изучение действующей машины, сбор необходимой информации из различных источников, отыскание или выбор принципа новой конструкции, математич. расчёты, проектирование, изготовление опытного образца или модели.

Успешность конструкторской деятельности зависит от знания устройства конструкций различных видов, от наличия теоретич. сведений, необходимых для понимания устройства конструкции, от навыков проектирования, черчения, математич. расчёта, моделирования и др. Она зависит также от степени развития таких сторон психич. деятельности, как технич. наблюдательность, пространственное воображение, специфич. направленность мышления на решение практич. задач, интерес к технике, настойчивость в вычленении и решении проблем и т. д.

Различают: а) умственное К. как систему только мысленных операций; б) графическое К.: выполнение эскизов, рисунков и чертежей, к-рые позволяют более чётко осмыслить возникшие идеи, конкретизировать и детализировать проект, первоначально возникший в самом общем виде; в) предметно-манипулятивное К. (моделирование) как сочетание мысленных и ручных операций. Уч-ся не всегда проявляют достаточное внимание к каждой из этих сторон процесса К. Они иногда приступают к изготовлению конструкции без достаточного её осмысления, не выполняют сборочного и деталировочного чертежей, пренебрегают моделированием, стремясь поскорее изготовить конструкцию. Между тем умственное К. позволяет выбрать наиболее рациональный принцип действия, схему конструкции. Графическое изображение проекта позволяет с наименьшей затратой сил и времени проверить осуществимость идеи и конкретизировать проект: определить формы и размеры деталей, их компоновку и т. д. Моделирование - изготовление конструкции в упрощённом и уменьшенном (или увеличенном) виде, позволяет ещё более конкретно и наглядно представить конструкцию, с наименьшей затратой сил, материалов и времени проверить правильность проекта.

Чрезвычайно важно научить уч-ся продумыванию двух сторон конструкции: конструктивной (принцип действия конструкции, назначение деталей и их особенности, способ соединения деталей, компоновка всей конструкции) и технологической (выбор заготовки, составление технологич. плана, разметка, способы изготовления деталей, сборка изделия, контроль по чертежу). Уч-ся постепенно переходят от технич. осуществления проекта к решению задач на проектирование и затем к проектированию несложных моделей. Конструктивные и технологич. задачи должны удовлетворять ряду пед. требований: доступность, научно-технич. целесообразность, логич. связь с трудовым заданием, связь с общеобразовательными предметами. Эти задачи вначале состоят в том, чтобы объяснить особенности конструкции (почему выбрана та или иная конструкция детали или материал и т. п.). Постепенно они усложняются: наметить план осуществления проекта, разработать чертежи по эскизу или несложный проект по технич. требованию.

При обучении уч-ся К. бывает важно, чтобы процесс К. на всех его стадиях был доступным для ученика и проходил достаточно быстро. Особенно это относится к стадии материального осуществления проекта. С этой целью очень важно использовать механич. инструмент, различные приспособления, облегчающие ручной труд, полуфабрикаты, готовые детали, разнообразные "конструкторы" (наборы различных готовых деталей).

Процесс К. протекает неодинаково у разных школьников: в зависимости от возраста, подготовленности, от сложности поставленных технич. задач.

Рис. 1. Микроскоп: а - трубка с линзами; б - тубус; в - корпус микроскопа; г - соединительные колодочки; д - регулировочный винт; е - предметный столик; ж - диафрагма; з - зеркальце; и - подставка

В младшем школьном возрасте дети стремятся так конструировать, "чтобы было как настоящее". Кукольный дом, сооружённый в ящике или под столом, должен иметь полное сходство с настоящей квартирой; автомобиль должен быть на колёсах, а самолёт - летать или быть похожим своими формами на настоящий. К. в этом возрасте протекает не только в форме игры как у дошкольников, но и на уроках. Под руководством учителя дети изготовляют из бумаги и пластилина домики, фигурки, ёлочные игрушки, уч. пособия по арифметике, естествознанию, географии, несложные модели, приборы, макеты и т. д. Однако устойчивых интересов к какой-то узкой области техники в этом возрасте ещё нет. Во внеурочное время дети объединяются в кружки с широкой тематикой ("умелые руки"). Тематика для К. даётся в соответствии с развитием детей, по "пионерским ступеням". Чтобы привить детям вкус к К., заставить их поверить в свои силы, надо обеспечить успешность работы уч-ся, помочь им овладеть необходимыми навыками работы, хорошо понять основной принцип конструкции и последовательность операций при её изготовлении. Этой цели служит, в частности, показ детям в натуре или на рисунке ряда последовательных стадий изготовления конструкций. Также является полезным комбинированное наглядное изображение конструкции в сборе и отдельных её деталей (рис. 1). Необходимо обеспечить уч-ся нужными инструкциями и материалами, а также рабочими местами.

Рис. 2. Ветроэлектростанция, изготовленная учащимися Тататуровской средней школы Кировской области

В среднем школьном возрасте у детей возникают более глубокие и устойчивые интересы. Они уже не довольствуются многоплановой тематикой кружка "умелые руки" и стремятся работать в технич. кружках: "судомодельном", "авиамодельном", "фото-кино", "радио" и т. п. (см. Техническое творчество детей). В этом возрасте дети предъявляют более строгие требования к своим поделкам, чем младшие школьники: конструкции должны походить на настоящие объекты не только внешне, но и обязательно действовать. Второе требование постепенно становится главным.

Занимаясь К. продолжительное время в к.-л. более или менее узкой области, уч-ся накапливают необходимые знания и навыки для того, чтобы затем перейти к более сложным и творч. видам К. Напр., в авиамодельном кружке уч-ся изготовляют модели планёров различной конструкции. Постепенно кружковцы овладевают необходимыми сведениями по аэродинамике, по проектированию моделей. От строгого следования чертежу, описанию, образцам они переходят к целесообразному частичному видоизменению моделей, а затем к самостоятельному проектированию. Задача руководителя технич. К. в том, чтобы максимально облегчить и рационализировать процесс накопления необходимых знаний и навыков. Чрезвычайно важно опереться на имеющиеся у уч-ся знания и навыки, порекомендовать наиболее выгодную последовательность конструкций.

В старшем школьном возрасте увлечённость К. перерастает в глубокий интерес, к-рый оказывает во многих случаях решающее влияние на становление личности и выбор профессии. Главное внимание уч-ся уделяют воплощению принципа действия и качеству конструкции. Самодельный радиоприёмник внешне не обязательно должен походить на изготовляемые промышленностью, но зато он должен обладать высокими радиоприёмными качествами: дальностью, избирательностью, широтой диапазона и пр. К. техническое в этом возрасте всё более подчиняется мотивам общественной полезности. Старшеклассники нередко объединяются в большие коллективы, сооружают гидро- и ветроэлектростанции (рис. 2) и др. важные объекты.

Уч-ся получают в старших классах разносторонние сведения по основам наук. К. здесь может служить не только средством трудовой и политехнич. подготовки уч-ся, но и методом прочного овладения знаниями по математике, физике, химии, черчению и др. предметам. Напр., в сельских школах уч-ся часто сооружают ветроэлектрич. установки. Учитель физики организует работу так, что, конструируя, уч-ся сталкиваются с необходимостью сделать ряд расчётов. Пусть имеется электрич. генератор с параметрами: мощность N, число оборотов n, рабочая скорость ветра v. По этим данным можно определить диаметр ветрового колеса и передаточное число редуктора. Ветродвигатель использует кинетич. энергию воздуха. Величина этой энергии определяется по известной школьникам формуле

. Если искомый радиус ветроколеса R, то объём воздуха, протекающего за 1 сек. через площадку, ометаемую колесом, V=πR²v, а его масса m=ρπR²v, где ρ - плотность воздуха. Следовательно, мощность воздушного потока будет

, а мощность, к-рую развивает ветроколесо, будет N₁=ξN. Отсюда можно определить радиус ветроколеса

. Определив, далее, по таблице быстроходность (отношение окружной скорости конца лопасти ветроколеса к скорости ветра)

, можно найти угловую скорость, к-рую будет развивать ветроколесо,

. Откуда можно определить передаточное число редуктора:

, где

. Подобным образом можно рассчитать и др. необходимые показатели: длину хвоста, его площадь и др. (один из возможных вариантов конструкции ветроэлектрич. установки мощностью 250 - 300 вт представлен на рис. 3).

Рис. 3. Общий вид (а) и сборочный чертёж (б) ветроэлектрической установки: 1 - ветроколесо; 2 - ступица; 3 - генератор; 4 - труба; 5 - провода; 6 - хомуты; 7 - столб; 8 - перо хвоста; 9 - подшипник; 10 - ось

Такое К. органически включает в себя применение теоретич. знаний уч-ся на практике. Нек-рые учителя с этой целью используют систему индивидуальных конструкторских заданий. Для этих заданий учитель может использовать описания различных конструкций, приборов и моделей, встречающиеся в лит-ре по дет. технич. творчеству, в журналах "Физика в школе", "Химия в школе", "Школа и производство", "Техника - молодежи", "Знание - сила", "Радио", "Наука и жизнь" и др., а также модели и технич. установки, демонстрируемые в политехнич. музее, на выставках достижений нар. хоз-ва и дет. технич. творчества. Задания составляются так, что их нельзя выполнить, применяя формально знания основ наук или пользуясь только советами, содержащимися в рекомендуемой литературе. Учащиеся создают конструкции на основании технич. требований, предъявляемых к данной вращения, определённые величины тока и напряжения и т. д.

Рис. 4. Модель газового термометра. конструкции: определённая мощность и скорость

Уч-ся занимаются К. не только во внеклассной работе, но и на уроках. На уроках труда уч-ся знакомятся со свойствами простейших материалов, способами их соединения, принципами действия простейших конструкций, овладевают навыками чтения и построения несложных чертежей, решают конструктивные и технологич. задачи.

К. нередко используется как метод обучения. Упражнения на К. чаще всего даются в виде экспериментальных заданий. Эти экспериментальные задания могут быть рассчитаны на урок и проводиться как лабораторный практикум, либо, если они рассчитаны на более длительный срок, даваться как домашние задания. Например, учащиеся 6-го класса могут выполнить в курсе физики задание по конструированию модели, демонстрирующей поднятие затонувшего корабля. Учитель сообщает им вес модели судна и рекомендует использовать в качестве модели понтонов сосуды определённого объёма и веса. Уч-ся старших классов выполняют более сложные экспериментальные задания. Напр., сконструировать газовый термометр из колбы, воронки, стеклянных и резиновых трубок (рис. 4). А потом, зная комнатную температуру и атмосферное давление, определить температуру подогретой или охлаждённой воды. Условия этих задач не содержат никаких указаний на те закономерности, к-рые следует использовать для их решения. Они также дают уч-ся возможность проверить правильность своих расчётов на практике.

Иногда материальное воплощение проекта при решении такого рода конструкторских задач занимает так много времени, что от него приходится отказаться и использовать только начальный и центральный этапы К. - вычленение и принципиальное теоретич. решение задачи. Напр., после изучения второго закона Ньютона по физике уч-ся можно дать задание сконструировать акселерометр (прибор для определения ускорения). Уч-ся могут предложить конструкции, основанные на отклонении отвеса от вертикали при ускорении движения или на сжатии пружины грузом, на к-рый не действуют силы трения. Эти проекты трудно осуществимы и несовершенны, т. к. приборы будут обладать большой инерционностью. Поэтому изготовлять их нет смысла. Само же задание полезно, т. к. побуждает уч-ся применять знания в новых условиях.

Лит.: Труд в системе политехнического образования. Под ред. М. Н. Скаткина, М., 1956; Психология применения знаний к решению учебных задач, М., 1958; Разумовский В. Г., Развитие технического творчества уч-ся, М., 1961; Розанов И. Г., О юных конструкторах, М., 1961; Войчеховский Б. Т., Развитие творчества уч-ся при конструировании, М., 1962; Качнев В. И., К вопросу формирования элементов конструкторско-технологических знаний и умений уч-ся на занятиях в учебных мастерских, в сб.: Вопросы политехнич. образования, М., 1963; Якобсон П. М., Технические способности и их изучение у уч-ся, в сб.: Вопр. психологии способностей школьников, М., 1964.