Statistika není žádná věda!

I. Uvedení do tématu

O čem to je?

Statistické materiály v podobě základních geografických číselných dat, statistických tabulek a grafů tvoří společně s učebnicemi, mapami a obrazovými pomůckami základní didaktický materiál pro výuku zeměpisu na školách. Jelikož chceme pomoci žákům stát se samostatnými a aktivními v učebním procesu, je třeba jim to usnadnit tak, aby byli schopni daná data organizovat, interpretovat a využít svoji kritickou analýzu k dalšímu poznání.

V následující lekci si žáci vyberou jeden statistický údaj, který zpracují na konkrétní geografické oblasti. Číselná data předvedou na 3D model, ze kterého jsou údaje na první pohled jasné, dobře čitelné a díky využití prostoru i lépe zapamatovatelné.

I. Příprava dat

Výběr statistických údajů

Nejprve se s žáky zamyslete, jaký tematický okruh aktuálně probíráte, případně jaké okruhy budou následovat. Tento výběr pak ovlivní celý proces výběru statistiky. Je potřeba vymyslet, jak v tomto projektu zapojit všechny žáky. Je možné, aby si každý udělal svou menší mapu vybrané oblasti nebo aby každý žák zpracoval například jinou statistiku. Jako možnosti statistik se nabízí například tyto: nezaměstnanost, HDP, počet podnikatelských subjektů, hustota zalidnění, počet obyvatel, volební preference, výskyt onemocnění covid-19, koncentrace znečištění ovzduší nebo cena nemovitostí. Společně s žáky určitě navíc vymyslíte spoustu dalších.

Tato lekce je ideálním pomocníkem pro názornější představení statistických údajů na jakékoli geografické oblasti, kterou zrovna probíráte. Může jít o porovnání územních celků vybraného státu případně o porovnání států na kontinentu mezi sebou.

V ukázkovém případě jsme si pro vás připravili mapu České republiky rozdělenou na jednotlivé kraje. Statistický údaj, který představíme je počet obyvatel jednotlivých krajů z roku 2020.

Výpočet výšky tisku

Na internetu, případně v učebnici, kterou používáte najděte potřebné číselné údaje pro vámi zvolenou statistiku. Tu převedeme na fyzickou reprezentaci přepočtem na jeden z parametrů tisku. Přirozenou volbou je celková výška tisku modelu, nicméně můžete experimentovat i s jinými parametry nebo jejich kombinacemi. Pro samotný přepočet statistického údaje na výšku tisku modelů jednotlivých krajů využijeme univerzální metodu, kterou se vyplatí umět – trojčlenku. Nejprve si musíme zvolit maximální výšku tisku, kterou přiřadíme kraji s největším číselným údajem statistiky. Obdobně pomocí trojčlenky žáci dopočítají celou tabulku.

V ukázce je nejlidnatější kraj Středočeský s 1 385 141 obyvateli. Tomu jsme přidělili maximální výšku tisku 40 mm. Pomocí základního výpočtu trojčlenkou jsme zjistili výšky všech ostatních krajů.

Středočeský kraj s 1 385 141 obyvateli ............... 40 mm
Hlavní město Praha s 1 324 277 obyvateli ............... x mm

x/40 = 1 324 277/ 1 385 141

x=(1 324 277/ 1 385 141) * 40 = 38,2 mm.

II. 2D grafika

Po přepočtu statistických údajů můžeme přistoupit k přípravě dat pro 3D tisk. Jeden z rozměrů jsme již definovali v předchozím kroku, zbylé dva si obstaráme ve formě vektorové grafiky, a to obdobným způsobem jako v dalších lekcích. Nejprve vyzvěte žáky, ať si otevřou program Inkscape. V internetovém prohlížeči si najdou obrázek vybrané geografické oblasti, v našem případě celé ČR. Nejlépe černobílý jednoduchý obrázek, na kterém je patrné rozdělení jednotlivých krajů. Pro lepší výsledky vyhledávání přidejte slovo vektor nebo png.

1. Vybraný obrázek žáci zkopírují Ctrl+C a vloží pomocí Ctrl+V do Inkscapu. V dalším kroku z obrázku žáci vytvoří vektor. Kliknou na obrázek pravým tlačítkem myši a dají příkaz Vektorizovat bitmapu. Otevře se nové okno. V tomto kroku se obrázek trasuje. Je možné jej v levém dolní rohu aktualizovat. Až jsou žáci s trasováním spokojení, dají Budiž a nový obrázek se vloží přímo na místo starého.

V ukázce je upravena Prahová hodnota jasu – na základně hodnoty jasu lze vybrat jaká část patří do chtěného obrázku.

2. Následně žáci posunou horní obrázek a spodní mohou smazat. Úpravu cest na úrovni uzlů (N) mohou použít na případné opravy.

V naší ukázce jsme pomocí tohoto nástroje odmazali zkratky názvů okolních států.

3. V tomto kroku žáci nastaví v záložce Výplň a barva tahu – Výplň na žádnou a Barvu tahu na černou. Na závěr ještě musí cestu rozdělit tak, aby mohli pracovat s jednotlivými kraji samostatně. V panelu Cesta danou cestou rozdělí na části.

4. Teď už jen stačí soubor uložit jako .svg Inkscapu.

III. 3D modelování

Předposledním krokem je vymodelování 3D modelů, které budeme na závěr tisknout.

Teď vyzvěte žáky, ať si otevřou program Tinkercad. V něm si vytvoří nový projekt. V pravém horním rohu dají Import a vyberou vytvořený .svg soubor. Ten se automaticky vloží jako vysunutý profil.

Jako druhý krok žákům poraďte, ať si jednotlivé kraje různobarevně označí pro přehlednost. Následně dle vlastní vytvořené tabulky nastaví výšky jednotlivých krajů.

Jako finální krok je potřeba, aby žáci celou vytvořenou scénu vyexportovali do .stl souboru. Pokud budou kraje tisknout v jedné barvě filamentu, vyexportují celou scénu. Pokud byste chtěli použít více barevných filamentů, je třeba vyexportovat každý kraj zvlášť (případně rozdělit ve sliceru).

IV. 3D tisk

V tomto kroku počkejte na všechny žáky, aby mohli začít společně po krátkém vysvětlení.
Před vlastním 3D tiskem je nutné model vyslicovat. Je použit software slicer (v ukázkovém případě použit Prusaslicer). Žáci si otevřou program a importují vybraný .stl soubor, který před tím vytvořili. Jelikož se jedná o model, který nebude mechanicky ani teplotně namáhaný, je dobrou volbou materiál PLA (ale lze použít vše, co máte k dispozici). Kvalita tisku bude postačovat standardní. V ukázce jsou použita následující nastavení:

• Výška vrstvy: 0,2 – 0,3 mm
• Podpěry: –
• Výplň: 5 %
• Perimetry: 2
• Počet plných vrchních a spodních vrstev: 3

Dejte si pozor na to, aby žáci omylem nezměnili rozměry modelu. Nastavení samozřejmě uzpůsobte svému modelu, tiskárně a časovým možnostem. Pro úsporu tiskového času můžete na tiskovou podložku umístit celý model. Pokud chtějí žáci mapu barevnou, musí tak vyslicovat každý kraj zvlášť. Velikost vrstvy může být největší, jakou vaše tiskárna dovoluje. Tisknutí vrstvy jsou vertikálně tisklé na sebe, takže i při velké vrstvě bude model vypadal dobře.

Po nastavení vybraných parametrů tisku dáme vpravo dole Slicovat. Nechte žáky si prohlédnout, jak budou vypadat jednotlivé vrstvy tisku pomocí slideru na pravé straně okna.

Zkontrolujte žákům čas tisku v pravém dolním rohu. Po kontrole je třeba vygenerovat G-code. Ten si žáci uloží a je čas tisknout. Nahřejte tiskárnu na vámi zvolenou teplotu dle použitého materiálu. Vložte SD kartu, vložte zvolený filament a spusťte tisk. Po zahájení tisku je potřeba, aby si žáci zkontrolovali minimálně první vrstvu tisku, jestli vše probíhá v pořádku.

V. Shrnutí

V této lekci měli žáci možnost si připravit vlastní mapu se zeměpisnou statistikou. Nyní mohou představit svoji vytvořenou statistiku ostatním ve třídě a porovnat zobrazené údaje mezi sebou. Výškové rozdíly velice jednoduše a hmatatelně zobrazí danou statistiku a pomohou tak žákům si lépe uvědomit souvislosti. Hotový 3D tisk může být použit jako učební pomůcka pro budoucí ročníky případně si jej žáci mohou nechat a využít jako šablonu pro kreslení dané oblasti.