При обучении учащихся станочным операциям и при ознакомлении с общими сведениями о технологических машинах перед учителем труда, кроме общих учебно-воспитательных задач трудового обучения, ставятся следующие основные задачи:
- раскрыть преимущества машинного труда по сравнению с ручным;
- познакомить с общим устройством сверлильного, токарного и фрезерного станков и дать на этой основе представление о технологической машине;
- сформировать основные понятия о детали, механизме, машине. Дать представление о классификации машин;
- обучить работе на деревообрабатывающих и металлорежущих станках. Дать представление об обработке материалов снятием стружки;
- познакомить на базе деревообрабатывающих и металлорежущих станков с типовыми деталями машин, видами их соединений и механизмов;
- познакомить с процессом разборки и сборки машин и отдельных сборочных единиц.
Учебной программой по труду в V—VII классах по соображениям дидактики на обработку материалов вручную отводится больше времени, чем на обработку материалов на станках. Чтобы у учащихся не сложилось на этом основании неправильное представление о главенствующей роли ручной обработки материалов в условиях современного промышленного производства, учитель должен дать учащимся понятие о преимуществах машинного труда и показать его место в народном хозяйстве. Для этой цели обработка материалов на станках сопоставляется с обработкой материалов вручную по показателям, которые позволяют убедиться в её преимуществе, а именно: производительность труда, точность обработки, трудоёмкость процесса изготовления детали.
Раскрывая преимущества машинной обработки материалов по сравнению с ручной, следует в то же время предостеречь учащихся от недооценки значения слесарной и столярной профессий для народного хозяйства. Поэтому учитель, с одной стороны, подчеркивает, что ручная обработка не утратила и ещё долго не утратит своего самостоятельного значения, а с другой стороны, показывает на примерах что, владея приёмами ручной обработки, легче научиться работе на станках.
Задачи политехнического образования требуют, чтобы учащиеся имели общие понятия о машине, детали, механизме и т. п. На базе этих понятий можно систематизировать знания учащихся по машиноведению.
Впервые учащиеся встречаются с деревообрабатывающими станками в V классе. Конечно, пятиклассники не подготовлены ещё к тому, чтобы воспринять станок как машину. Знакомство их с данным оборудованием носит в основном описательный характер. Однако уже здесь необходимо сообщать ученикам знания, которые послужат впоследствии базой для формирования понятия «машина».
Для этого нужно, прежде всего, указать на некоторые из качеств деревообрабатывающих и металлорежущих станков, характерные для любой машины: более высокую, чем при ручных видах работ, производительность труда и облегчение труда рабочего. В V классе учащиеся знакомятся с устройством сверлильного станка и выполняют на нём обработку древесины и металлов. Учащиеся узнают, из каких частей состоит сверлильный станок, приобретают умения по управлению станком и выполнению на нём основных трудовых приёмов. Однако станок по-прежнему не рассматривается ещё как технологическая машина.
В VI классе происходит качественное изменение в содержании изучения названного выше оборудования: станки рассматриваются как машины. Для такого изучения машин к этому времени созданы необходимые предпосылки. Учащиеся накопили достаточный опыт и получили начальные знания по физике, необходимые им для осмысливания процессов, происходящих в станках, с позиций основ наук. Таким образом, учащиеся оказываются подготовленными к формированию понятия «машина», и оно даётся им вначале на примере токарного станка, а затем представление учащихся о машине расширяется.
Можно создать у учащихся некоторое представление о классификации машин. Задача эта вполне обоснована и посильна, если опереться на опыт учащихся и их знания по основам наук.
В настоящее время машины принято делить на две большие группы. Это машины-орудия и машины-двигатели. В свою очередь, среди машин-орудий различают машины технологические, а также машины транспортные и транспортирующие. На занятиях в мастерских учащиеся знакомятся достаточно подробно и глубоко с технологическими машинами. Знакомятся они также с электрическими машинами. К этому нужно добавить знания учащихся о двигателях внутреннего сгорания, а также их знания на базе жизненного опыта о назначении и устройстве транспортных машин. Если все это учесть, то становится очевидной подготовленность учащихся к формированию некоторого представления о классификации машин.
Формирование представлений о классификации машин строится на основе сопоставления различных машин по назначению и конструкции. При этом ставится задача показать, что при всем своем многообразии машины имеют много общего. Именно поэтому не обязательно знакомиться со всеми машинами (что практически и невозможно), чтобы составить себе представление о них. Достаточно рассмотреть наиболее типичные машины, по которым можно судить о родственных машинах, близких к типовым по своему назначению и конструкции. Например, опираясь на знания об устройстве токарного станка, можно создать у учащихся представление о металлорежущем оборудовании в целом. Таким образом, при формировании представления о классификации машин следует иметь в виду не ознакомление учащихся со всеми машинами, а обобщение знаний, которые были получены на занятиях по труду, предметам естественно-математического цикла и вне школы.
Большое значение придается ознакомлению учащихся с кинематическими схемами машин, так как именно на них легче всего показать то общее, что характерно для машин, различных по конструкции и назначению. Опыт работы учителей убеждает, что благодаря применению кинематических схем значительно облегчается изучение устройства машин, их регулирование, нахождение неисправностей.
Учащиеся знакомятся с общим устройством вертикально-фрезерного станка и овладевают приемами управления им, приемами обработки фасонных деталей. Вводятся понятия «деталь», «механизм», «машина», которые формируются на базе знаний учащихся об устройстве станка. Благодаря этому становится возможным создать у учащихся первые представления о типовых деталях, так как можно проиллюстрировать использование одинаковых деталей в различных станках. Вместе с тем можно познакомить на конкретных примерах с некоторыми специальными деталями.
Представление учащихся о машинах расширяется. Их знакомят с классами машин (машины-двигатели и машины-орудия).
Учащиеся знакомятся с развитием орудий труда на примере деревообрабатывающих и металлорежущих инструментов и машин. Перед ними раскрывается перспектива дальнейшего развития обработки металлов снятием стружки за счет автоматизации технологического процесса.
Вводится понятие «типовые детали», рассматриваются виды соединений и механизмов. При этом используются знания учащихся об устройстве деревообрабатывающего и металлорежущего оборудования.
Формируются умения по разборке и сборке. В качестве объектов работы используются сборочные единицы токарного станка.
Обобщаются знания учащихся по обработке металлов на станках. Для этой цели сопоставляются различные виды обработки и характерные для них режущие инструменты. На базе знаний учащихся по физике рассматривается процесс образования стружки. Учащиеся знакомятся с видами работ по изготовлению деталей машин на металлорежущих станках.
Сопоставляются металлорежущие станки с тем, чтобы выявить в них типичные черты, характерные для технологической машины. Таким образом, учебный материал по изучению элементов машиноведения и обработки материалов на станках взаимосвязан. И от того, насколько умело будет обеспечена такая взаимосвязь в учебном процессе, зависит успех в решении тех задач, которые поставлены перед учителем в связи с обучением учащихся машинной технике и труду.
Знакомство учащихся с машинной обработкой древесины на занятиях в мастерских ограничивается главным образом изучением сверлильного, токарного и фрезерного станков. На производстве же применяется много других станков. Поэтому учебный процесс должен строиться таким образом, чтобы учащиеся на примере сверлильного, токарного и фрезерного станков получили общее представление о станках и обработке материалов на них. Для этого нужно рассматривать каждый станок и вид обработки не сам по себе, а в связи с другими станками и другими видами обработки.
Сравнивая между собой различные группы станков, нетрудно увидеть в них много общего. Объясняется это тем, что обработка материалов на различных металлорежущих станках основана на одних и тех же законах физики, химии и других наук. Поэтому, усвоив общие закономерности, использованные при обработке материалов на металлорежущих станках, можно разобраться в принципе действия и устройства незнакомого станка.
Решающее значение при образовании формы детали имеют основные движения. В этом легко убедиться на примере токарного станка. Главное движение токарного станка - вращательное, поэтому детали, обработанные на нем, представляют собой круглые тела. Однако форма их в осевом сечении зависит от траектории движения резца. В зависимости от траектории движения резца детали можно придать форму цилиндра, конуса или шара.
Таким образом, для придания детали заданной формы и размеров станок должен иметь основные движения. Однако по своему характеру, как сами движения, так и их сочетания отличаются у станков различных групп. Так, на круглошлифовальных станках оба основных движения - вращательные, на поперечно-строгальном - прямолинейные, на токарном станке деталь имеет вращательное движение, а резец - поступательное, на фрезерном - наоборот, на сверлильном станке оба основных движения совершает инструмент. Образование заданной формы детали объясняется во всех случаях использованием одного и того же правила сложения движений.
По своему внешнему виду металлорежущие станки весьма разнообразны. Объясняется это тем, что на них приходится обрабатывать детали разной формы и размеров. Однако каждый станок, независимо от его конструкции, выполняет одно и то же назначение. Поэтому части каждого станка можно разделить в зависимости от их назначения на следующие четыре группы: для закрепления детали и инструмента; для обеспечения основного (главного) движения; для обеспечения движения подачи; для соединения в одно целое всех частей станка.
Для того чтобы разобраться в устройстве незнакомого станка, необходимо найти в нём упомянутые части. При анализе станка с такой точки зрения внешние отличия не смогут скрыть того общего, что связывает его с остальными станками, и благодаря этому можно применить свои знания и умения, которые были приобретены при изучении токарного станка, для работы, например, на строгальном, фрезерном и других станках.
Знакомя учащихся с устройством и работой настольного сверлильного станка, следует обратить их внимание, прежде всего на основные части и типовые механизмы станка и не загружать память учащихся второстепенными вопросами.
Объяснение устройства вертикально-фрезерного станка целесообразно проводить по такому плану:
а) рассказ о назначении и применении вертикально-фрезерных станков;
б) показ и объяснение устройства основных частей станка: станины, стола, электродвигателя, пускового устройства;
в) демонстрация и объяснение устройства и работы передаточного механизма и его деталей: ведущий вал электродвигателя; ведущий шкив ремённой передачи; ремень; ведомый шкив ремённой передачи; шпиндель (ведомый вал);
г) демонстрация и объяснение устройства механизма подачи резца;
д) обобщение сведений об устройстве и работе вертикально-фрезерного станка: закрепление детали; закрепление фрезы; передача движения резания; передача движения подачи; фрезерование.
Аналогично строится изучение устройства и работы токарного и фрезерного станков.
На примере токарного станка можно интересно и убедительно проиллюстрировать развитие орудий труда. Для этого следует познакомить учащихся с простейшими приспособлениями, применявшимися с незапамятных времен для обработки отверстий в камне, в которых приводом служил охотничий лук. На базе этого приспособления возник токарный станок с ручным лучковым приводом. Указанные конструкции описываются в литературе по истории техники.
Учитель обращает внимание учащихся на то, что токарный станок с лучковым приводом был весьма неудобен, так как половина времени уходила на обратный (холостой) ход лука, причём перемещением лука была занята одна рука работающего. Дальнейшее развитие токарного станка выразилось в появлении сначала ножного привода, а затем и люнета. Ножной привод, в свою очередь, был заменен приводом, вынесенным за пределы станка: маховик передачи вращал вспомогательный рабочий, а движение на шпиндель передавалось через канатную передачу, благодаря чему токарь мог сосредоточить своё внимание на инструменте.
Обзор развития орудий труда завершается формированием у учащихся представления об автоматизации технологических процессов. С механизацией труда учащиеся встречаются на занятиях в мастерских неоднократно. С автоматизацией учащиеся малознакомы; чаще всего их знания в этой области ограничиваются общими представлениями об автоматах по продаже газированной воды, почтовых открыток и т. п. Опираясь на эти представления, целесообразно показать, в чём заключается автоматизация работы на токарном станке. Для этого можно рассмотреть технологию изготовления болта и наметить вместе с учащимися, какие элементы работы станочника могут быть автоматизированы, а затем в общих чертах объяснить по схеме устройство простейшего токарного станка-автомата. На экскурсии или с помощью кинофильма желательно показать учащимся станок-автомат в действии.
Знания учащихся об устройстве и действии сверлильного и токарного станков становятся более прочными благодаря закреплению и некоторому расширению их в процессе практических работ по разборке и сборке машин и их узлов.
В качестве объектов работы при ознакомлении учащихся с операциями сборки и разборки рекомендуются части и узлы металлорежущих станков, в частности задняя бабка, люнет, патрон, коробка подач, фартук и другие части токарного станка.
Обычно количество объектов работы ограничено, поэтому невозможно проводить практические работы по сборке и разборке фронтально. В таком случае учащиеся делятся на звенья и работают поочередно в соответствии с графиком, составленным учителем. Возможна и такая организация занятий, при которой одно звено выполняет практические работы по машиноведению, второе - по обработке материалов на станках, а остальные - другие виды работ, предусмотренные учебной программой. Правда, в этом случае учителю приходится одновременно руководить выполнением нескольких видов работы, что создаёт определенные методические трудности. Устранить указанные трудности можно, если использовать - письменные инструкции, руководствуясь которыми учащиеся самостоятельно выполняют практические работы, а учитель контролирует их деятельность.
Применение письменных инструкций даёт возможность повысить активность и самостоятельность учащихся, приблизить занятия в учебных мастерских к условиям производства. Инструкция должна быть лаконичной и вместе с тем содержать все необходимые сведения для выполнения практической работы.
Выполняя работы по разборке и сборке, учащиеся должны соблюдать ряд специфических правил безопасности труда. Прежде всего, они должны пользоваться исправными инструментами и применять их строго по назначению. Иногда, к сожалению, нарушению указанного требования способствует сам учитель, если выдаёт учащимся неисправный инструмент или не запрещает пользоваться им не по назначению, например, при отсутствии гаечных ключей требуемых размеров разрешает пользоваться прокладками, в результате ключ срывается с детали и может привести к травме. В процессе разборки и сборки учащимся приходится поднимать сборочные единицы машин, механизмы и т. п. Учитель следит, чтобы при этом не превышались нормы, допускаемые для детей.
Успешному выполнению работ по сборке и разборке способствует рациональная организация рабочего места. Опыт показывает, что нередко учащиеся складывают крепёжные и другие мелкие детали не в заранее подготовленные коробочки, а куда придётся, так что найти нужную деталь в общей их массе трудно. Учитель указывает учащимся на эту ошибку и допускает их к работе лишь после проверки того, насколько правильно организовано рабочее место.
Непосредственной разборке объекта предшествует ознакомление с его устройством и принципом действия. Учащиеся часто недооценивают значения этого этапа работы, а главное - не умеют направить свои действия, поставить перед собой конкретные задачи. Поэтому именно здесь важна руководящая роль учителя. Учитель разъясняет, что, прежде чем разобрать объект, нужно хорошо запомнить, как расположены детали по отношению друг к другу. Последовательность разборки запоминают для того, чтобы в обратном порядке произвести сборку деталей. Иногда приходится специально помечать детали, чтобы при сборке было легче установить их на прежнее место.
Объекты труда, используемые при обучении учащихся элементам сборочного процесса, должны служить в мастерских длительное время, так как часто менять их практически очень трудно. Поэтому учитель внимательно следит за тем, чтобы в процессе работы соблюдались такие правила, как применение молотков с бойками из цветных металлов либо подкладок из цветных металлов, смазывание деталей перед сборкой.
Формирование умений по разборке и сборке машин, механизмов и т. п. важно для политехнического образования, так как служит расширению представлений учащихся об основах современного производства, где сборка изделий в настоящее время широко распространена. Кроме этого, формирование умений по сборке и разборке связано с более глубоким ознакомлением учащихся с элементами машиноведения.