Модернизация технологических систем

Модернизация или усовершенствование систем предполагает следующие этапы:

1. Поиск и формализация недостатков модернизируемого объекта.

2. Выбор конкретного недостатка и его устранение.

3. Оценка проведенных изменений объекта.

И как всегда красной линией через весь курс проходит незабвенная простая шариковая авторучка.

Примечание

Не следует забывать, что модернизировать абстрактную систему затруднительно, а полученные при этом результаты вряд ли окажутся убедительными. Поэтому объект модернизации должен быть перед глазами школьников.

Этап 1

Поиск и формализация недостатков

Предложим школьникам ответить на вопрос: - Чем плоха данная, конкретная авторучка?

Вне зависимости от аудитории наиболее часто встречающимися ответами будут:

- не оставляет след (нельзя писать) на гладкой и твердой поверхности;

- нельзя долго писать в положении «пишущий узел вверху»;

- подтекает краситель при повышенных температурах и не оставляет след (нельзя писать, замерзает паста) при низких.

…

Подобная процедура хорошо известна в практике поискового конструирования и носит название «Обратный мозговой штурм» - См. Кудрявцев А.В. «Методы интуитивного поиска»

http://www.metodolog.ru/00072/00072.html#1

Этап 2

Выбор конкретного недостатка и его устранение

По каждому из сформулированных на 1 этапе недостатков школьники должны предложить техническое решение, позволяющее его устранить.

Для этого на занятии необходимо подробно обсудить физические причины выявленных недостатков и дать возможность учащимся выполнить предварительные описания предполагаемых решений. Окончательное оформление, включающее рисунок и пояснительный текст является домашним заданием и может рассматриваться в качестве проекта по данной теме.

При наличии резерва времени на следующем занятии можно провести внутригрупповую мини конференцию для проведения презентации проектов учащихся и обсуждения полученных результатов.

Рассмотрим причины указанных недостатков и позволяющие их устранить варианты технических решений:

1. «…не оставляет след (нельзя писать) на гладкой и твердой поверхности…»

Принцип работы шарикового пишущего узла заключается в том, что шарик вращаясь, захватывает краситель из подающего канала и переносит его на поверхность. Вращение шарика обеспечивается контактом с поверхностью без проскальзывания. На гладкой поверхности – проскальзывание, а, следовательно, шарик вращаться не будет. Наверное, и «прилипание» пасты к такой поверхности сомнительно.

При таком анализе решение напрашивается само - необходимо подготовить поверхность перед прохождением шарика. Вариантов как минимум два:

- перед прохождением шарика создавать шероховатость на поверхности абразивом;

- перед прохождением шарика наносить на поверхность вещество, которое хорошо «прилипает» к гладкой поверхности, обеспечивает необходимое трение с шариком и удерживает краситель.

2. …нельзя долго писать в положении «пишущий узел вверху»…

Краситель поступает из подающего канала на шарик под собственным весом. Для того чтобы подача красителя не прекращалась, когда авторучка «перевернута» необходимо его поддавливать – решение очевидно: поршенек в трубке стержня. При прижатии авторучки к поверхности усилие частично передается на этот поршенек, и краситель выдавливается на шарик. Как еще один вариант – создать избыточное давление в полости корпуса.

3. «…подтекает краситель при повышенных температурах и не оставляет след (нельзя писать, замерзает паста) при низких …»

Паста шариковой ручки – жидкость. И как всякая жидкость обладает определенной вязкостью, которая уменьшается с повышением температуры (школьники в большинстве своем слышали, что моторное масло бывает зимнее и летнее и почему приходится проводить его сезонную замену).

Некоторые из возможных вариантов технических решений:

- добавка в краситель вещества-компенсатора изменения вязкости;

- изменение зазора между шариком и обоймой корпуса пишущего узла (только для повышенных температур).

На итоговой части занятия можно сравнить конкретные технические решения, предложенные школьниками и отобрать наиболее интересные.

Если позволяет время, то фактически провести защиту мини проектов модернизированных шариковых авторучек.

Эффективность занятия во многом повысится при тесном взаимодействии с преподавателями компьютерных технологий (технического рисунка) в части оформления отчетов о проделанной работе.

Простые механизмы

Как всегда тема открывается обсуждением терминов. Начать можно с короткой дискуссии, после которой подвести итог, предложив учащимся определения, принятые в современной практике. Хотя эффективней будет предложить на предыдущем занятии домашнее задание: занести в словарь минимальный перечень терминов по предполагаемой к изучению тематике.

МЕХАНИЗМ, система тел, предназначенная для преобразования движения одного или нескольких тел в требуемые движения др. твердых тел. Если в преобразовании движения участвуют жидкие или газообразные тела, то механизм называется гидравлическим или пневматическим. Обычно в механизме имеется одно входное звено, получающее движение от двигателя, и одно выходное звено, соединенное с рабочим органом машины или указателем прибора. Различают механизмы плоские, у которых точки звеньев описывают траектории, лежащие в параллельных плоскостях, и пространственные.

http://mega.km.ru

Механизм, система, предназначенная для преобразования движения одного или нескольких тел в требуемые движения других тел. М. составляют основу большинства машин, применяются во многих приборах, аппаратах, устройствах; состоят из звеньев — твёрдых тел из одной или нескольких неподвижно соединённых деталей. Подвижное соединение двух звеньев — кинематическая пара. Наиболее распространены пары: вращательная (шарнир), поступательная (ползун и направляющая), винтовая (винт и гайка), сферическая (шаровой шарнир).

http://www.edic.ru/res/

Механизм – совокупность (комплекс) подвижно соединенных тел (звеньев), совершающих под действием приложенных сил определенные целесообразные движения.

Политехнический словарь под редакцией Артоболевского И.И., Издательство «Советская энциклопедия», Москва 1976.

Определение термина «простой механизм» (в литературе также встречается «простая машина») в механике не относится к базовым понятиям. Поэтому будем понимать под «простым механизмом» такой механизм, который, совершает одноступенчатое (единичное, разовое) преобразование движения и/или силы.

Таким образом, мы можем сформулировать конечный перечень механических устройств, изучение которых является базовым для настоящего раздела курса.

Тогда получим следующий перечень:

1. Колесо

2. Рычаг (1-го и 2-го рода)

3. Наклонная плоскость

4. Блок (неподвижный и подвижный)

5. Ременная передача (прямая и обратная)

6. Зубчатая передача (цилиндрическая, коническая, корончатая и реечная)

7. Кулачковый механизм

8. Кривошипно-шатунный механизм

9. Ворот

10. Пантограф

11. Гидро-пневмоцилиндр

12. Винтовая пара

13. Червячная передача

Целью данного раздела является интенсивное повторение курса 5-го класса и подготовка школьников к выполнению проектов в среде Лего-Дакта.

Курс технологии 5-7 классов объединены в общую структуру, потому в работе с учащимися вполне могут быть использованы материалы 7-го класса по теме «Механические устройства» пособий для школьников и преподавателей «Технологические системы и продукция», а также дипломная работа «Использование Лего-среды для развития навыков системного мышления школьников», автор Бронштейн Б.З.

Итоговой работой школьников по данной теме является обзор «Простые механизмы», состоящий из следующих разделов:

1. Классификация простых механизмов по видам движения на входе-выходе.

2. Кинематические схемы простых механизмов с указанием основных элементов.

3. Определение передаточного отношения простого механизма (коэффициента преобразования).

4. Примеры использования простых механизмов.

При этом пункты 2-4 должны быть объединены по каждому простому механизму.

Презентации обзоров должны сопровождаться сборками отдельных простых механизмов с проведением лабораторных работ по экспериментальному определению передаточного отношения изготовленных лего-моделей.

В зависимости от «компьютерных навыков» учащихся обзоры выполняются в электронном, рукописном или комбинированном виде.

Для структурирования информации в обзорах можно предложить бланк оформления. Назовем его «Карта простого механизма».

Подобный бланк или рабочий лист для выполнения домашнего задания будет полезным также в 5-х классах, где изучение механизмов в Лего-среде является основным содержанием курса.

Форма ее может выглядеть следующим образом

Фамилия, Имя _________________ класс __ Дата ______________

Карта простого механизма

1. Наименование простого механизма

Пример: ворот

2. Виды движения на входе и выходе

Пример:

3. Кинематическая схема с указанием основных элементов

Пример

4. Определение передаточного отношения

Передаточное отношение или коэффициент преобразования i – это отношение изменения значения параметра выхода Δвых к изменению параметра входа Δвх.

Пример

№ замера	1	2	3	4
Δвх, n,об	1	2	3	4
Δвых, l,мм	15	31	44	62

Следует обратить внимание школьников на расхождение в значениях величин передаточного отношения механизма для разных интервалов. В данном случае это может быть объяснено неравномерностью наматывания нити на барабан, а также неаккуратностью замеров.

5. Примеры использования

Колодец

Лебедка

Желательно привести картинки соответствующих устройств, на которых должны быть указаны основные элементы механизма.

Для удобства работы целесообразно создать библиотеку картинок с краткими описаниями, что позволит школьникам более продуктивно выполнять задание. Создание подобного информационного архива может быть осуществлено на уроках компьютерных технологий путем сканирования книг и журналов, поиска в Интернете и на учебных СД-дисках.

Закончить изучение раздела следует итоговой работой «Построение модели механизма по кинематической схеме». Механизм должен состоять не менее чем из 4 простых механизмов.

В соответствующем приложении приведены примеры заданий.

При этом следует обратить внимание школьников на отличие подобного задания от сборок, которые они выполняли в 5-м классе по карточкам - заданиям конструктора Лего-Дакта. В короткой дискуссии подвести учащихся к выводу, что кинематическая схема и карточка являются проектами (см. тему «Проектирование») с разным уровнем конкретизации (требований к результатам сборки).

Приложение 1

Фамилия, Имя _________________ класс __ Дата ______________

Карта простого механизма

3. Наименование простого механизма

4. Виды движения на входе и выходе