КБ САМ (Конструкторское Бюро Самостоятельного Активного Мышления)

Игра "КБ САМ" является дальнейшим развитием известной всем игры "Конструктор-механик", шагом вперед в методике ее применения. "Конструктор-механик", пожалуй, лучшее средство для знакомства ребенка с многообразным миром современной техники. Эта игра совершенствуется, ее изготовляют из самых разных материалов: стали, дюраля, древесины, пластмассы.

Для самых маленьких (2-3 года) выпускают игры "Маленький конструктор", "Маленький инженер", детали которых (винты, гайки, колеса, оси) делают более крупными. Эти игры развивают мелкие мышцы кисти рук ребенка. А через 1-2 года малыш может играть и с металлическим "Конструктором-механиком", для игры с которым нужны сложные навыки.

К каждому набору "Конструктора-механика" обязательно приложен альбом рисунков или фотографий, а иногда еще и таблицы, где перечислено, каких и сколько деталей надо взять, чтобы собрать изображенную на рисунке модель. Что остается делать ребенку? Ему надо внимательно рассмотреть картинку в альбоме, взять из коробки детали и соединить их так, как они соединены на картинке, - сделать копию изображенной конструкции. Тут ему надо быть внимательным, точным и аккуратным работником, но... только исполнителем, только сборщиком кем-то придуманной модели. Конечно, он знакомится при этом с устройством и работой машин и механизмов, постигает секреты соединения деталей друг с другом, узнает их свойства, развивает свои способности, но... в основном исполнительские. Ему, конечно, никто не запрещает заняться и творчеством, конструированием новых моделей, но в самом альбоме эта творческая часть, связанная с конструированием и придумыванием нового, не запроектирована и содержится только в пожеланиях самого общего вида: "Построив несколько моделей по рисункам, старайтесь внести в модель улучшения и добавления. Используйте при этом дополнительные материалы - картон, фанеру, жесть, проволоку. Из деталей можно самому конструировать и новые модели машин, которые вас интересуют".

Понятно, что не только ребенок, но и взрослый инженер-конструктор не очень будет стремиться создавать новые образцы при такой постановке вопроса. В жизни обычно каждый конструктор и целое конструкторское бюро получают конкретное техническое задание на разработку нового станка, автомобиля или самолета. В таком задании бывают перечислены все требования, которым должен удовлетворять, например, новый самолет, - его скорость, грузоподъемность, дальность полета, посадочная скорость и т. п. Тогда конструкторы получают ясную цель, осуществить которую и стремятся всеми силами и средствами.

Но подобных технических заданий на разработку моделей из "Конструктора-механика" в приложенных к ним альбомах нет. Игра "КБ САМ" и дает детям настоящие технические задания на разработку моделей с определенными характеристиками. Тем самым работа с "Конструктором-механиком" поднимается сразу на ступень выше, в сторону действительного конструирования и серьезного творчества. Исполнительская деятельность ребенка при этом не отпадает, а становится частью всего творческого процесса. Таким образом, в игре "КБ САМ" ребенок попадает в положение настоящего конструктора, и, хотя задачи его более просты, он вынужден идти тем же путем, которым идут конструкторы, рационализаторы и изобретатели на производстве.

Что надо для игры

Для игры нужен "Конструктор-механик". Если ребенок мал (2-3 года), то возьмите для него "Конструктор" с крупными деталями из пластмассы ярких цветов, а если он уже умеет завинчивать винты отверткой, знает, как пользоваться гаечным ключом, - берите металлический, только сначала не очень большой.

Знакомство с первым в жизни ребенка "Конструктором" надо сделать и приятным, и радостным. Вместе с малышом откройте коробку, рассмотрите и подержите в руках каждую деталь. Знает ли он, как эти детали называются? Для чего они нужны? Если не знает, посмотрите в альбоме, где перечислены названия деталей, и проверьте заодно себя, правильно ли вы их называете. Если вы сами достаете деталь из коробки, то класть ее обратно просите малыша. Заодно иногда спрашивайте: "Сколько таких деталей в наборе? Как называются вложенные в коробку инструменты? Что ими можно делать? Как пользоваться?" Обязательно попробуйте ввинчивать винты в гайки и снова вывинтите их. Эту работу ("прогнать" все винты и гайки, как говорят слесари) лучше сделать папе заранее и одному. Этим вы избавите малыша от огорчений в будущем, когда окажется, что гайку нельзя завинтить.

"Конструктор-механик" обычно рождает у детей любовь не только к машинам, но и к простым "железкам", и поэтому как обрадуется малыш, если для работы с "Конструктором" у него будет маленький столик или верстачок с ящиком или полочками для "железок" и самый маленький набор слесарных инструментов. Правда, инструменты покупайте не вместе с "Конструктором", а позже, повремените немного, подождите, когда начнет ощущаться нехватка инструментов для работы.

Задания игры "КБ САМ" разделены на 2 части. Первая часть содержит вспомогательные вопросы-задания, которые помогут ребенку при конструировании. Их лучше включать тогда, когда ребенок будет заниматься конструированием и вопросы возникнут в ходе работы. А для этого родителям надо просмотреть эти вопросы заранее и вводить их по мере необходимости.

Во второй части приведены сами технические задания, на разработку различных моделей. Они расположены в порядке возрастания их сложности и содержат ряд требований, каким должна удовлетворять конструкция.

Как играть

Игра может протекать по-разному, в зависимости от возраста и уровня развития ребенка и меры его подготовленности к занятию конструированием. Порядок игры может быть примерно таким.

1. Выбирается какая-то модель, которую хочется сделать маленькому конструктору, предположим, "тележка" (2), и обсуждаются технические требования к ней - какая она должна быть.

2. Если есть альбомы к "Конструктору-механику", то надо посмотреть все рисунки и фотографии тележек, которые есть там, и оценить видимые их достоинства и недостатки. Эту часть работы конструкторы обычно называют ознакомлением с существующими конструкциями.

3. Разработка конструкции. Это самая ответственная часть работы. Надо открыть коробку с деталями и рассмотреть, какие есть тут колеса, оси, плиты, полосы, уголки и т. д. и какие из них годятся, т. е. ребенку надо оценить материалы и возможности, какими "Конструктор" располагает, отобрать то, что нужно, и начать сборку модели. Сборку можно делать сначала предварительную, т. е. не закрепляя деталей гайками и винтами, то, что портные называют "на живую нитку", так как в ходе сборки производится часто замена деталей и изменение первоначально задуманной конструкции. Малыши не всегда понимают смысл такого порядка работы, что, конечно, может потом вести к потерям времени на разборку. Им можно в этих случаях мягко посоветовать, но не настаивать на таком именно порядке. Пусть лучше ребенок придет к нему сам, по мере накопления опыта.

4. Собранная и отлаженная модель теперь должна выдержать испытания по всем пунктам технических требований. Если требовалось, чтобы тележка сама катилась с наклонной доски, то ее ставят на доску с нужным уклоном и наблюдают, катится ли она. Если она должна была выдержать груз в 1 кг, то ставят на нее гирю (или пачку сахара этого веса) и т. д.

5. Если испытания покажут, что конструкция еще несовершенна и у модели есть недостатки, то ее отправляют на доводку или доработку, т. е. изменяют ее, усовершенствуют, устраняют недостатки.

6. И только совсем готовую и безупречную модель принимают в эксплуатацию, пускают в работу. Это важный момент и его надо подчеркнуть, отметить, как строители отмечают сдачу готового дома или спуск судна на воду.

Технические задания расположены в порядке возрастания их сложности, от неподвижного стула к качелям, весам и, наконец, движущимся моделям, снабженным электромотором. Конструируя модель, испытывая ее и усовершенствуя, ребенок узнает массу вещей и их свойств, физических законов и технических сведений. А так как все это происходит в целенаправленной практической деятельности, то знания эти остаются прочно и служат человеку надежно всю жизнь.

Сразу получить совершенную конструкцию трудно, иногда что-то не выходит. В этих случаях лучше откладывать решение на некоторое время. Поискать, как эту задачу решают взрослые на настоящих машинах, пойти на выставку технического творчества, посоветоваться с товарищами и знакомыми, но постоянно возвращаться мыслью к нерешенной задаче.

Хорошо работать над конструкцией вдвоем или втроем. Тогда можно сделать 2 или 3 варианта одной и той же модели и испытания проводить в виде соревнований моделей по каждому пункту технических требований с ведением протокола испытаний и записью достигнутых результатов. Тогда очень наглядно можно убедиться в достоинствах отдельных узлов и частей конструкции и выбрать самые совершенные из них.

По одному техническому заданию можно собрать громадное количество конструктивно различных моделей. Так, по заданию "Поворотная тележка" детьми было создано около 200 (!) разных моделей, от очень примитивных (авторы - малыши 4-5 лет) до весьма совершенных, собранных старшеклассниками, увлекающимися техникой. В виде примера мы приводим снимки вариантов этой тележки для перевозки стальных шариков (рис. 52-53). Проследите, как постепенно уменьшается количество недостатков и конструкция тележки становится все более совершенной. Изменяется и кузов, и крепление колес, и особенно устройство для поворота.

Рис. 52-53

Можно устраивать даже настоящую "защиту" проектов и моделей, когда "автор" должен доказывать "оппонентам" выгодность и целесообразность того или иного узла и конструкции в целом.

Для старших детей защита своей конструкторской идеи может стать хорошей школой не только технического мышления, но и умения отстаивать свою правоту, мужественно выдерживать критику и неудачи и возвращаться назад, чтобы начинать все сначала, но в конце концов добиться победы над трудной задачей, а иногда и над... самим собой.

Вопросы-задания. Способы соединения деталей винтами и разработка простейших узлов

1. В какую сторону вращать отвертку, чтобы завинтить винт в гайку - по часовой или против часовой стрелки?

2. В какую сторону вращать гаечный ключ, чтобы отвинтить гайку?

3. Что удобнее и быстрее завинчивать - винт отверткой (гайку при этом удерживать неподвижно) или гайку ключом (винт при этом удерживать неподвижно отверткой)?

4. Что произойдет, если 2 гайки на винте туго поджать одну к другой? Почему одну из гаек в этом случае называют контргайкой?

5. Какими способами можно соединить 2 полосы, чтобы сделать одну длинную? Какое наименьшее число винтов и гаек требуется при различных способах соединения?

6. Чем отличается соединение полос внахлестку одним винтом от соединения 2 винтами? В каких случаях удобнее первое соединение и в каких второе и почему?

7. Как соединить 2 полосы под прямым углом, т. е. под углом 90°: а) если обе полосы лежат в одной плоскости; б) если они лежат в разных плоскостях?

8. Как сделать шарнирное, т. е. подвижное, соединение 2 полос, чтобы вращение всегда было свободным (гайка не затягивалась)? Годится ли для этого контргайка?

9. Почему фермы мостов и кранов, мачты линий электропередач и другие жесткие конструкции составлены из балок, соединенных в треугольники, а не в прямоугольники или многоугольники? Собери из полос треугольник, четырехугольник, пятиугольник, шестиугольник (гайки туго не затягивай) измени их форму. Какая особенность у треугольника по сравнению с другими фигурами?

10. Как можно соединить уголки (уголковые профили), чтобы: а) удлинить уголок (что лучше: внахлестку или встык с накладкой?); б) 3 уголка, сходясь в одной точке, образовали вершину мачты или фермы (призмы, пирамиды); в) 4 уголка, сходясь в одной точке, образовали вершину пирамиды (мачты)?

11. Какими способами можно закрепить на валу ролик (шкив, колесо), чтобы он вращался вместе с валом: а) если вал гладкий; б) если вал имеет винтовую нарезку?

В чем достоинства и недостатки каждого способа закрепления?

12. Как расположить 2 блока и где закрепить шнур, чтобы при подъеме груза можно было выиграть в силе в 2 раза?

13. Как собрать накатный барабан для лебедки, чтобы на него легко наматывался шнур (шпагат)?

14. Как соединить рукоятку с накатным барабаном лебедки, чтобы его можно было вращать в обе стороны?

15. Какими способами можно затормозить накатный барабан лебедки (т. е. катушку, на которую наматывается нитка или шнур), чтобы он не раскручивался под действием подвешенного груза и рукоятку лебедки можно было бы отпускать? Придумайте 2-3 варианта тормозов.

16. Как передать вращение от одного вала на параллельно идущий второй вал, если надо сохранить направление вращения: а) с помощью ременной передачи; б) зубчатой передачи. Какое минимальное число шестеренок для этого нужно?

17. Каким образом можно уменьшить или увеличить число оборотов вала в механизме? Разработайте варианты: а) с блоками (шкивами); б) с шестеренками.

18. Как передать вращение от одного вала на параллельный вал, чтобы валы вращались в противоположные стороны: а) при наличии шкивов и ремней; б) при наличии шестеренок?

19. Как изменить направление вращения вала электромотора?

20. Каким образом можно уменьшить или увеличить число оборотов вала в механизме? Предложите минимум 2 варианта.

21. Что надо сделать, чтобы маленький мотор мог поднимать большой груз (или двигать большую модель)?

22. Разработайте 2 варианта ручных лебедок для подъемных кранов: а) если нет зубчатых шестеренок; б) если есть пара зубчатых шестеренок с различным числом зубьев.

Лебедки должны иметь тормозное устройство для накатного барабана и рукоятку для наматывания нитки или шнура.

23. Разработайте 2-3 варианта рулевого управления для моделей автомобиля или электрокара: а) если нет конических шестеренок; б) если есть пара конических шестеренок.

Руль может иметь форму диска (баранки) или простой рукоятки. Определите достоинства и недостатки каждого из вариантов.

24. Разработайте не менее 3 вариантов передачи движения от вала микроэлектродвигателя на колеса модели электровоза, самоходной тележки, электрокара, автомобиля. Используйте фрикционную, ременную и зубчатую передачи и определите достоинства каждой из них.

Техническое задание 1 - "Стул"

Сконструировать и собрать из деталей "Конструктора-механика" стул для куклы.

1. Сиденье должно быть размером не менее 50×50 мм.

2. Высота ножек и спинки стула должна быть пропорциональна размеру сиденья.

3. Стул должен быть устойчив и не опрокидываться при отклонении в сторону на угол до 20°.

4. При ослаблении гаек ножки стула не должны подгибаться (складываться).

5. Стул должен быть удобен для сидения и прост по конструкции.

6. На стул нужно израсходовать как можно меньше деталей.

Техническое задание 2 - "Тележка"

Разработать конструкцию и собрать тележку-платформу на 4 колесах.

1. Тележка должна перевозить игрушки по полу комнаты.

2. Колеса тележки должны вращаться легко, чтобы тележка сама скатывалась с наклонной доски (уклон 1:20) или от одного толчка переезжала комнату.

3. У тележки должен быть крюк для привязывания веревочки или цепляния к заводному автомобилю.

4. Тележка должна быть прочной, чтобы выдерживать груз весом в 1 кг и проезжать с ним без ремонта 50 м по полу.

5. На изготовление тележки должно расходоваться как можно меньше деталей.

Техническое задание 3 - "Качели"

Сконструировать и собрать качели для кукол (куклы ростом не более 20 см).

1. Качели должны быть устойчивы и не опрокидываться при сильном раскачивании - допускать отклонения в обе стороны до 60°.

2. Сиденье для кукол должно быть устроено так, чтобы кукла при раскачивании не выпадала.

3. Трение в подвижных соединениях должно быть как можно меньшим: качели должны делать не менее 6 качаний до полной остановки, если прекратить их раскачивание.

4. Желательно иметь устройство для раскачивания (в виде кнопки, рычага, рукоятки и т. п.), чтобы не толкать качели рукой.

5. При ослаблении гаек опоры не должны падать.

6. Качели должны быть просты по устройству и удобны в обращении.

Техническое задание 4 - "Весы параллельные"

Сконструировать и собрать модель параллельных весов для взвешивания грузов с помощью гирь.

1. Весы должны быть такого размера, чтобы на них можно было взвешивать грузы весом до 1 кг.

2. Чашки должны сохранять горизонтальное положение при качании весов.

3. Чашки весов должны опускаться или подниматься при изменении веса на 20 г (чувствительность весов).

4. Весы должны иметь указатель равновесия чашек.

5. Желательно, чтобы чашки позволяли взвешивать не только твердые, но и сыпучие грузы.

6. Весы должны быть просты по устройству и удобны в работе.

7. На весах должно быть устройство для регулировки равновесия чашек, когда весы без груза.

8. Отклонение указателя равновесия чашек от нулевого положения должно быть тем больше, чем больше разница в весе грузов на чашках.

9. Весы должны быть прочны и надежны в работе.

10. Для изготовления весов можно применять не только детали "Конструктора-механика", но и простейшие материалы - жесть, фанеру, проволоку, крышки от консервных банок и т. п.

Техническое задание 5 - "Почтовые весы"

Разработать конструкцию и собрать модель почтовых весов, которые должны удовлетворять следующим требованиям:

1. Взвешивать грузы от 10 до 200 г без применения гирь (вес показывается стрелкой по градуированной шкале).

2. Стрелка весов должна отклоняться при добавке груза в 5 г (чувствительность весов).

3. Одно деление шкалы должно иметь цену в 10 г и быть величиною не менее 3 мм.

4. Чашка весов должна быть диаметром не менее 100 мм и с нее не должны падать грузы.

5. Весы должны быть: а) устойчивы, б) просты и удобны в обращении, в) прочны и надежны в работе.

6. Весы должны состоять из наименьшего числа деталей.

7. Весы должны изготовляться из деталей "Конструктора-механика" и простейших подсобных материалов, которые имеет юный конструктор (жесть, проволока, картон, бумага и т. п.).

Техническое задание 6 - "Электрокар" (багажная тележка)

Разработать конструкцию и собрать багажную тележку, похожую на электрокар, который перевозит грузы на вокзале.

1. Электрокар должен перевозить грузы весом до 300 г (кубики, коробки, ящики) и размером не более 50×100×150 мм.

2. Грузовая площадка электрокара должна быть по возможности более гладкой, чтобы легко было нагружать и сгружать грузы.

3. Электрокар должен проезжать по дорожке с радиусом закругления 500 мм и иметь рулевое управление, т. е. рукоятку, движением которой можно поворачивать колеса вправо и влево. Рукоятка должна поворачиваться с легким трением, чтобы колеса самостоятельно поворачиваться не могли.

4. Электрокар должен легко кататься по полу и по прямой проезжать от одного толчка всю комнату.

5. Желательно поставить на электрокар микроэлектродвигатель с батарейкой от карманного фонаря для его питания. В этом случае рукоятка включения мотора должна быть по другую сторону стойки водителя, чтобы он мог одной рукой включать мотор, а второй управлять поворотом. При выполнении этого пункта требование пункта 4 отпадает.

6. Установка и смена батарейки на электрокаре должна производиться легко и просто - без разборки модели.

7. Электрокар должен быть надежен в работе и проезжать по прямой или по кругу 25 м до первого ремонта.

8. Скорость движения электрокара должна быть не менее 10 см/с.

Техническое задание 7 - "Ветродвигатель"

Разработать конструкцию и собрать действующую модель ветродвигателя (чтобы он работал от ветра во дворе, от вентилятора в комнате).

1. Мачта ветродвигателя должна иметь высоту не менее 500 мм.

2. Ветровое колесо или лопасти ветродвигателя должны быть такого размера, чтобы двигатель начинал работать при скорости ветра 1,5 м/с (скорость идущего человека).

3. Мачта должна иметь жесткую конструкцию - не требовать растяжек из ниток, проволоки, шпагата и т. п.

4. Ветродвигатель должен иметь устройство, автоматически поворачивающее его против ветра, т. е. устанавливающее лопасти или ветровое колесо в наивыгоднейшее положение по отношению к направлению ветра.

5. Ветродвигатель должен быть устойчив (не опрокидываться при ветре до 5 м/с и иметь устройство для крепления каждой из точек опоры к фундаменту, например, к деревянному основанию).

6. Желательно, чтобы движение (вращение) от вала ветродвигателя передавалось вниз к основанию мачты (ременная передача, вал, шестерни, и т. п.) или на микродинамомашину.

7. Конструкция ветродвигателя должна быть настолько прочной, чтобы он мог проработать не менее 1 часа до первого ремонта.

Техническое задание 8 - "Подъемный кран "Пионер"

Сконструировать и собрать модель подъемного строительного крана типа "Пионер".

1. Кран должен состоять из основания на 4 колесах, служащего для опоры стрелы и передвижения всего крана и стрелы с противовесами и лебедками.

2. Кран должен поднимать грузы весом до 100 г на высоту до 300 мм от пола.

3. Кран вручную должен поворачиваться на основании на 360° (делать полный круг).

4. Кран должен быть наиболее устойчив (не опрокидываться с грузом 200 г), и стрела уравновешивается противовесом.

5. Угол наклона стрелы должен быть подобран так, чтобы кран не опрокидывался при повороте стрелы на 360° с максимальным грузом.

6. Для подъема и опускания груза на противовесе должна быть грузовая лебедка, вращающаяся вручную. Накатный барабан лебедки должен иметь тормозное устройство.

7. Кран должен иметь крюк на конце шнура лебедки и грузовую платформу размером не менее 50×50 мм с приспособлением для подъема ее крюком.

8. Колеса и блоки крана должны вращаться легко.

9. Кран должен сделать 10 подъемов груза на максимальную высоту без опрокидываний, поломок и нарушений регулировки (прочность крана).

10. Управление краном должно быть легким и удобным.

Техническое задание 9 - "Грузовик-самосвал"

Сконструировать и собрать модель грузовика-самосвала, которая должна удовлетворять следующим требованиям:

1. Величина модели самосвала должна быть выбрана такой, чтобы рама, кабина и кузов машины были пропорциональны размерам колес.

2. Самосвал должен иметь кузов, наклоняющийся назад под углом до 60°, чтобы любые грузы высыпались сами.

3. Задний борт самосвала должен открываться при наклоне кузова. Желательно иметь замок заднего борта, чтобы открывать его только перед сваливанием груза.

4. Разгрузка кузова (наклон) должна производиться поворотом рычага или вращением рукоятки.

5. Самосвал должен иметь рулевое управление с приводом на передние колеса. Руль должен помещаться в кабине самосвала.

6. Желательно, чтобы модель самосвала двигалась сама от микромотора (питание от батарейки карманного фонаря).

7. Минимальный радиус разворота самосвала должен быть не более 1 м.

8. Самосвал должен быть прочным и пройти по прямой или по кругу не менее 20 м без повреждений.

9. Самосвал должен выдержать не менее 10 погрузок-выгрузок без повреждений. Грузом могут быть стальные шарики 10-20 мм диаметром, гайки, винты и другие мелкие детали.

10. Скорость движения самосвала с микроэлектродвигателем должна быть не менее 5 см/с.

Техническое задание 10 - "Механическая ножовка"

Сконструировать и собрать модель механической ножовки для поперечной резки деревянных и металлических стержней, трубок, полос и т. п. профилей.

1. Ножовка должна разрезать бруски и профили от 2 до 10 мм толщиной.

2. Ножовка должна приводиться в движение от микроэлекродвигателя с питанием от батарейки или от выпрямителя, напряжением 4-6 вольт.

3. Для пуска и остановки ножовки должен иметься выключатель.

4. Режущая часть ножовки (полотно) может быть сделана из пилки для лобзика. Желательно иметь устройство для натяжки полотна.

5. Частота движений ножовки должна быть такой, чтобы она не прыгала (не отделялась) по разрезаемому бруску.

6. Подвижная часть ножовки (станок с полотном) должна легко подниматься для установки нового образца для распиливания.

7. Желательно, чтобы сила нажатия полотна на разрезаемый брусок могла регулироваться.

8. Для закрепления разрезаемого предмета на столе ножовки должно иметься специальное приспособление. Желательно, чтобы это приспособление позволяло поворачивать разрезаемый материал на угол до 45° так, чтобы линия разреза могла быть не только перпендикулярна оси бруска, но и наклонна к ней.

9. Ножовка должна быть надежна в работе и при испытании сделать не менее 10 поперечных разрезов карандаша без нарушений.

10. Производительность ножовки должна быть равна не менее одного поперечного разреза карандаша в минуту.