3D-ПРИНТЕР В ОБРАЗОВАТЕЛЬНОМ ПРОЦЕССЕ КАК СРЕДСТВО РАЗВИТИЯ ПРОСТРАНСТВЕННОГО МЫШЛЕНИЯ

АННОТАЦИЯ

Целью статьи является определение влияние технологии трехмерной печати на развитие логического и пространственного мышления учащихся средних классов. Использование трехмерного принтера в образовательном процессе в рамках инженерного является одним из возможных методов мотивации, учащихся к занятиям инженерной деятельностью. Мы показываем результаты учащихся, анализируемые начиная с повышения уровня логического и пространственного мышления.

Ключевые слова: трехмерное моделирование, прототипирование, основное общее образования, инженерное образование.

Введение

На сегодняшний день технологии вокруг нас развиваются стремительно, человеку необходимо всё больше новых наборов навыков, чтобы приспособиться к быстро меняющемуся обществу. В профессиональной и повседневной деятельности для достижения успеха, необходимо обладания личностными качествами, направленные на решения нестандартных ситуаций. Умения применять критическое мышление для решения проблемных задач является одним из ключевых навыков современного человека, способствующее социальной и трудовой интеграции в общество.

Начиная со школы необходимо формировать у учащихся когнитивные навыки, которые помогут им решать творческие и инновационные задачи. В рамках общеобразовательных учреждений это означает внедрения в программу внеурочной деятельности новых методов, форм и средств в направлении развития логического и критического мышления. В основе такого обучения может быть положена теория конструктивизма, согласно которой каждый человек строит модели, основанные на предыдущем опыте идеи, стратегии, для понимания окружающего мира [2]. Учащийся более увлечен образовательный процесс, если принимает непосредственное участие в создании нового значимого для общества продукта.

Технологию трехмерной печати можно рассматривать как средство обучения, которое стимулирует обучающихся мыслить логически, разрабатывая собственные проектные решения [1]. Преобразование обучения во внеурочной деятельности учащихся в динамический процесс конструирования и проектирования с применением раннее приобретенных знаний и умений, способствует достижения лучших метапредметных и личностных результатов.

Обучение во внеурочной деятельности приобретает проектный характер, разработки собственного объекта. 3D-принтеры позволяют воплощать в реальность не только примитивы, но и сложно-технические механизмы, ориентированные на изменения окружающей действительности и решения практических задач [3].

Учащиеся во время работой над проектом может: 1. Пошагово реализовать задуманное и увидеть все ошибки в реальном времени; 2. Использовать своё воображение и фантазию в реализации проекта; 3. Получить опыт выступления, презентуя свой проект перед одноклассниками; 4. Стимулировать самообразование, применяя новые знания на основе полученных ранее.

Одним из важных условий работы над проектом с применением 3D-принтера является умение работать в команде (развитие коммуникативных навыков). Обучение не носит групповой характер, а является совместным и направлено на разработку, проектирование и создание конечного продукта в команде. В отличие от обычного урока, каждый учащийся получает определённую роль (конструктор, дизайнер, проектировщик и т.д.), учитель выступает в роли наставника, при необходимости корректирует деятельность подопечных.

Инновационный импульс в данном направлении был дан созданием развивающих кружков по трехмерному моделированию и прототипированию. Это образовательные пространства, в которых учащиеся самостоятельно решают проблемные задачи, создавая трехмерные объекты. В лаборатории школьники работают с использованием цифровых инструментов, в частности, реализовывая проекты с применением трехмерных принтеров. При этом обучение интегрировано с урочной деятельностью и связано с основной программой и не рассматриваться как метод формирования отдельных навыков.

В данной работе приведён опыт кружковой деятельности в общеобразовательной школе, в которой задействованы учителя и учащиеся средних классов. Нам необходимо ответить на вопрос: «Может ли применение 3D-принтера в образовательном процессе способствовать повышению уровня логического мышления и когнитивных навыков?».

Методология

Основной методологией является компетентностно-деятельный подход, основанный на приобретении учащимися знаний в процессе обучения не в готовом виде, а в процессе собственной деятельностной активности, целью которой является приобретении новых знаний. Одним из основных принципов при данном обучении является «думай, делай, улучшай». Школьники выдвигают гипотезы по решению проблемной задачи вместе с одноклассниками и учителем, предлагают различные версии, направленные на разработку проектного решения, которое должно содержать не только теоретическую часть, но и практическую (наглядный материал). Следующий шаг – переход к реализации проекта, проходя все стадии от моделирования трехмерного объекта до трехмерной печати с помощью специальных инструментариев. Модифицировав полученный предмет, улучив его функциональные качества, учащиеся достигаю требуемого результата. Проведя рефлексию, вносят изменения, обсуждают полученный результат.

Результаты

На занятиях по внеурочной деятельности учителя задавали учащимся проблемные задачи, направленные на проектирование продуктов, которые можно применить в обычной жизнедеятельности человека. Решения должно быть реализовано с помощью 3D-принтера. В ходе инженерного кружка задания возрастают по степени сложности: от простого к сложному. Проектирование объектов предполагает не только приобретение навыков работы с техникой, но и формирование инженерной компетенции, достижения высокого уровня, которого при традиционном обучении не достигается. 

Стадия проработки алгоритма проектного решения сопровождается помощью учителя, соответствующей вспомогательной информацией. Следует отметить, что основную часть решения учащиеся должны предложить сами, с помощью чертежа на листе обычной бумаги. В качестве программного обеспечения выбран браузерный редактор Tinkercad, позволяющей без установки на компьютер, сразу начинать творить и воплощать задуманное. На рисунке представлены примеры работ учащихся.

Рисунок 1. Винт в среде Tinkercad

Перед стадией печати на 3D-принтере учащиеся обсуждали предварительный результат, оценивали с точки зрения эргономики и экономии материалов. Трехмерную печать необходимо воспринимать как инструмент для воплощения идей школьников в материальные объекты. Именно после печати предметов, происходит формирование когнитивных навыков.

По завершению курса происходит обобщение понятий и подведение итогов в форме презентаций и защиты проектов. Школьникам были розданы рефлексивные листы с вопросом: «Какова роль трехмерной печати при работе над проектом?». Около 92% отметили, что без технологии трехмерной печати их проект был бы незаконченным и не был таким наглядным. Большинство (85% респондентов) отметили, что работая над трехмерной моделью они научились лучше воспринимать геометрические объекты, мысленно продумываю каждую деталь.

Выводы

Создание лаборатории трехмерного моделирования и прототипирования направлено на обучение учащихся средних классов работе над проектами с помощью трехмерного принтера, для развития пространственного и логического мышления, когнитивных навыков. Основная работа учащихся была связана с моделированием трехмерных объектов. Программа кружка была интегрирована в программу предмета «Геометрия». Проводя занятия, учитель наблюдал как возрос интерес к изучению науки о пространственных телах. Можно отметить, что 3D-принтер играет значительную роль в развитии инженерной компетенции учащихся.

Список литературы:

1. Гриц М. А., Дегтярева А. В., Чеботарева Д. А. Возможности 3D-технологий в образовании // Актуальные про-блемы авиации и космонавтики. – 2015. – Т. 2. – № 11.
2. Захарова И.Г. Информационные технологии в образовании: учеб. пособие для студ. высш. пед. учеб. заведений. / И.Г. Захарова. - 6-е изд. - М.: Издательский центр «Академия», 2010. – 192 с.
3. Салахов, Р.Ф. Возможности 3D-печати в образовательном процессе / Р.Ф. Салахов, Р.И. Салахова, З.Н. Гаптраупова // Филологические науки. Вопросы теории и практики. – Тамбов: ООО Издательство «Грамота», 2017. - № 6 (72). - С. 196-198.