Интеграция знаний по физике в обучении работы с высокотехнологичным оборудованием на уроках технологии в 9 классе на примере лазерно-гравировального станка

Автор: Яковлева Ульяна Михайловна

Организация: ГБОУ №31 с углубленным изучением английского языка

Населенный пункт: г. Санкт-Петербург

Введение

В связи с технологизацией всего процесса производства, одной из ключевых технологий промышленности является обработка материалов лазером.

Внедрение автоматизированных систем, компьютерных технологий и основ робототехники является одной из ключевых задач. [1]

Современное образование требует междисциплинарного подхода, объединяющего теоретические знания с практическими навыками. Одним из ярких примеров такой интеграции является сочетание уроков технологии и физики при изучении высокотехнологичного оборудования, такого как лазерно-гравировальный станок. Этот подход не только расширяет кругозор учащихся, но и формирует у них целостное представление о технологических процессах.

Помимо знаний материаловедения и конструирования, для успешной работы с лазерно-гравировальным станком ученик должен владеть знаниями в области IT-технологий: умение работать в системах автоматизированного проектирования (САПР) таких, как КОМПАС, Blender, Autodesk и других; настройка и управление лазером с помощью установленного программного обеспечения, а также иметь знания о работе станка, опираясь на законы физики.

Физические основы работы лазерно-гравировального станка

Лазерно-гравировальный станок — это сложное устройство, принцип работы которого основан на законах физики, в частности оптики и термодинамики. Учащимся важно понимать следующие ключевые аспекты [2],[3]:

1. Природа лазерного излучения:

Лазер генерирует когерентный и монохроматический свет, поэтому учащиеся могут изучить явления отражения, преломления и фокусировки света, которые лежат в основе работы оптической системы станка.

2. Взаимодействие лазера с материалом:

При обработке материалов лазером происходит поглощение энергии излучения, что приводит к нагреву, плавлению или испарению материала. Это демонстрирует законы термодинамики и теплопередачи.

Учащиеся могут провести эксперименты с разными материалами (дерево, пластик, металл) и проанализировать, как их физические свойства (теплопроводность, температура плавления) влияют на результат гравировки или резки.

3. Управление параметрами лазера:

Мощность, скорость и частота импульсов лазера регулируются на основе физических расчетов. Например, увеличение мощности приводит к большей глубине реза, но требует учета тепловых деформаций материала.

Практическая интеграция физики и технологии

Для успешного внедрения физических знаний в уроки технологии предлагаются следующие методы:

1. Лабораторные работы:

• Проведение экспериментов по измерению интенсивности лазерного луча в зависимости от расстояния и угла падения.
• Исследование теплового воздействия лазера на различные материалы с использованием термопар или тепловизоров.

2. Проектная деятельность:
   • Создание проектов, требующих расчетов параметров лазера (например, времени обработки) на основе физических формул.
   • Разработка моделей в САПР (например, Autodesk или КОМПАС) с учетом физических ограничений материалов.
3. Междисциплинарные задачи:

• Решение задач, связывающих физику и технологию: рассчитать мощность лазера, необходимую для резки дерева толщиной 5 мм, учитывая его теплопроводность и плотность.

Заключение

Интеграция знаний по физике в обучение работе с лазерно-гравировальным станком на уроках технологии позволяет учащимся не только освоить практические навыки, но и понять научные основы технологических процессов. Такой подход способствует развитию критического мышления, умения применять теоретические знания на практике и готовит учащихся к будущим профессиям в высокотехнологичных отраслях.

Список литературы:

1. Егоров Б.С. Учебно-методический комплекс-центр высокотехнологичного оборудования с ЧПУ и технологической подготовки производства // Современные проблемы науки и образования.- 2014 - №3;
2. Суслонов Евгений Владимирович, Силин Евгений Александрович, Емченко Светлана Владимировна, Сомпольцева Анна Александровна ЛАЗЕРНЫЕ СТАНКИ 3D С ЧПУ И ИХ ВИДЫ // StudNet. 2021. №8.
3. Касьянов В.А. Физика. 10 класс. — М.: Дрофа, 2020. (Для углубленного изучения физических основ лазерных технологий.)

Опубликовано: 20.05.2025