Актуальность 3д моделирования в школе

Обновлено: 05.07.2024

Возможности и области практического применения этой новой технологии прямо-таки безграничны – от интеграции в образовательные процессы детского сада или школы, до инженерных классов и производства.

Например, в качестве образовательных технологий 3 D – моделирование можно применить в следующих случаях:

- проведение 3D - уроков;

- 3 D - моделирование физического или химического эксперимента;

- создание обучающимися собственных 3 D - моделей, 3 D -изображений или 3 D - роликов.

Применение в школе технологий 3 D - моделирования способствует:

- развитию творческих способностей обучающихся;

- профориентации обучающихся на инженерные и технические специальности;

- развитию познавательного интереса у обучающихся;

- улучшению восприятия учебного материала обучающимися;

- концентрации внимания обучающихся на учебном материале;

- организации внеурочной деятельности обучающихся по разным направлениям;

Призываю к дискуссии! Серьезно, хочется ответить на такой непростой вопрос: а нужно ли внедрять изучение 3D в современной школе? Если да — то как? Если нет — то почему? Вопросы эти сегодня остро стоят на повестке дня во многих образовательных учреждениях. Как вы помните, в июле прошлого года Министерство образования распространило новость о том, что до конца 2017 будет утверждена концепция нового школьного предмета “Технология”. На уроках этого предмета, в частности, планируется использовать 3D-принтеры для печати изделий и изучения трехмерных технологий. А теперь давайте немного разберемся.

Черчение

Во-первых, хотелось бы вспомнить вместе с вами, что обозначает термин 3D. Вспомнили? Конечно, от англ. 3-Dimensional, что несет в себе сегодня достаточно много смыслов: трехмерное пространство, три измерения, трехмерная графика, стереоскопическое изображение, трехмерный принтер, трехмерная игра. Т.е. мы говорим о каких-то технологиях, концепциях и понятиях, использующих три измерения пространства в качестве базы. Мы живем с вами в 3D, верно? И тут всплывает такое понятие, как пространственное мышление — некий специфический вид мыслительной деятельности человека, необходимый при решении задач, требующих быстрой ориентации в реальном или воображаемом пространстве. С пространственным мышлением тесно связано абстрактное мышление, но не будем углубляться. Пространственное мышление тесно вплетено в успешную деятельность человека, начиная с грудного возраста ребенок развивает пространственное мышление, познавая мир. Не буду даже акцентировать на том, насколько развитое пространственное мышление важно для каждого.

Я к чему? Специалист в области 3D должен, на мой взгляд, обладать великолепным пространственным мышлением. Причем, пространственное мышление успешного специалиста должно быть развито выше среднего. Если нужно смоделировать трехмерный объект, то сначала его надо хоть как-то представить, причем разложить на составляющие, в некоторых случаях вплоть до полигонов. А как развивается пространственное мышление? До детского садика родители развивают его сначала с помощью игр и естественным путем: ребенок сам познает мир. В дошкольном возрасте, в детском саду дитя начинает лепить и рисовать, выполняет поделки, но, опять же больше в игровой форме, хотя уже привносятся элементы занятий с преподавателями: кто-то деток отдает в кружки, кто-то в детском саду записывает на дополнительные занятия, кто-то дома сам занимается с чадом. И вот будущая опора страны, будущий успешный специалист идет в школу. Начинаются уроки, ребенок взрослеет, переходя из класса в класс, пространственное мышление развивается в рамках образовательной программы на уроках технологии, геометрии, алгебры, черчения. Стоп! Теперь черчения в школе нет.

Я не склонен критиковать министерства, но когда узнал об этом решении, был крайне удивлен. Я учился в лицее и в восьмом классе мы начали изучать черчение. И уверен, что те уроки в далеком 1991 году дали моему пространственному мышлению огромный толчок в развитии! Вспоминаю те занятия и учителя с нежностью и благодарностью, спасибо ей за вечера над чертежами, килограммы стертых резинок и отточенных карандашей, не говоря уже о том, насколько черчение в школе помогло мне с начертательной геометрией в институте. А самое главное, именно черчение разожгло мой интерес к трехмерной графике впоследствии.

Мне кажется, черчение как никакой другой предмет развивает пространственное мышление. И из всех буковок выше всплывает первый мой вопрос: прежде чем внедрять изучение трехмерных технологий в школу может быть, стоит вернуть туда черчение? Я знаю, что в некоторых школах черчение есть, но в качестве факультатива, внеурочных занятий, и молодец директор такой школы, что нашел деньги, время и учителей! Но, может быть, надо все-таки опять сделать этот предмет обязательным? Я считаю, что да. Продолжим.

Что изучать?

Итак, в школе решили внедрять изучение трехмерной графики и трехмерных технологий. Или пришел указ сверху — все, теперь 3D в школе будет обязательным, внедряем! На данный момент нет утвержденной учебной программы по изучению трехмерных технологий ни для начальной школы ни для старшеклассников. Надеюсь, она будет, вернее, уверен, что она появится. Но пока встает следующий вопрос: а чему учить? И как?

Здесь надо, на мой взгляд, определиться с общим вектором и теми задачами, которое обучение трехмерным технологиям должно решать. Если основная задача — научить печатать трехмерные детали, тогда достаточно использовать бесплатный Tinkercad и программное обеспечение трехмерного принтера. Tinkercad прост, работает онлайн и нативно поддерживает выгрузку моделей для трехмерных принтеров. Дошкольникам можно начинать работать с трехмерными ручками, создавая фигурки из пластика. Этакие современные уроки труда. Но ведь трехмерная печать — это не только программы, это также математика, физика, программирование…

И если мы хотим готовить будущих специалистов, то Tinkercad — это слишком просто. Этот программный продукт можно использовать для погружения в 3D в 5-х — 7-х классах. Дальше нашим детям становится скучно, это во-первых, а во-вторых, возможности этого онлайн сервиса исчерпываются достаточно быстро. И вот тут голова начинает разламываться от того, какое решение принять и какое программное обеспечение устанавливать. Даже не буду перечислять все программы по созданию трехмерного контента, от бесплатного Blender до монстроподобной Maya. Лично я ярый приверженец 3D Studio Max. И причин этому несколько.

Первая — все программное обеспечение Autodesk пока бесплатно для образовательных учреждений. Причем, насколько я помню, программное обеспечение можно ставить ученикам и учителям дома. Это большой плюс для школы: один раз регистрируемся, желающие найдут ссылку, подтверждаем статус образовательного учреждения — и все, можем использовать огромный набор программ в учебном процессе. А ведь это не только 3D Studio Max, это и Autocad, Maya, Moodbox, не говоря уже о таких сложностях, как Inventor и Revit. Причина вторая: 3D Studio Max сделан так, на мой взгляд, что принципы работы и инструменты программы легко воспринимаются учениками, проверено лично на многих занятиях. И еще одна причина моего выбора: это программное обеспечение используется во многих реальных секторах бизнеса, от архитектурных студий до конструкторских бюро. Пусть наши школьники будут осваивать те инструменты, с помощью которых впоследствии смогут зарабатывать себе на жизнь, причем специалист по трехмерной графике сегодня достаточно востребован и может получать приличные деньги.

Но, конечно же, мои предпочтения не являются стандартом. Детям очень нравится Sculptris, на одном из мероприятий я общался с учителем, который успешно преподает Компас-3D. Можно использовать бесплатные аналоги, есть Sketchup и Blender. Вопрос выбора упирается в другой, немаловажный и острый…

А кто будет учить?

Тут начинается самое интересное. Давайте представим себе обычную школу где-нибудь в глубинке. Не в Москве, где, я помню, установили 200 лабораторий по трехмерной печати в школах, была об этом статья тут. Нет, в обыкновенном небольшом городе, в небольшой провинциальной школе необходимо внедрить в учебный процесс трехмерное моделирование. И на кого ляжет этот груз? Конечно же, на учителя информатики. А теперь представьте себе учителя информатики, который работает в обыкновенной школе: учебных часов по основной программе столько, что волосы шевелятся; бумаг надо заполнить невероятное количество; впереди экзамены; дома проблемы; надо еще репетиторством позаниматься, денег не хватает; дети учатся плохо; еще и системное администрирование в школе на шею повесили… А ему завуч в лоб: со следующего учебного года будем преподавать трехмерную графику, ура! Учителю надо осваивать новую предметную область. Благо, если он молод или сам уже занимался чем-то подобным, так, ради интереса. А если нет? Как учиться самому? Как учить детей? Давайте попробуем разобраться.

Еще один не очевидный момент: чтобы хорошо преподавать, надо самому отлично разбираться в предмете, верно? Ведь дети будут задавать вопросы. Столкнутся с тем, например, как сделать кованую ограду в 3D — и спросят об этом своего учителя. Надо будет сделать ножницы или объект более сложной формы — сразу возникнут вопросы. И если ты сам никогда сложные трехмерные объекты не моделировал, то решить сразу поставленную задачу не сможешь. Приведу простой пример. У меня есть друг, вот уже более 10 лет работающий в архитектурной студии моделлером. Делает сложнейшие сцены архитектурных объектов. И когда я ему рассказывал, что три дня учил учителей работать в 3D Studio Max, он просто тихонько засмеялся мне в трубку. На мой вопрос, в чем причина смеха, ответ был прост: “Целых три дня! Да тут пару лет надо как минимум!”

Я не знаю, как правильно решать эту проблему, однозначного ответа нет. Школа может привлечь специалиста со стороны, но в большинстве случаев это не оправдывается в связи с тем, что обычно коллектив с трудом воспринимает кого-то приходящего. Во всяком случае, у меня был такой печальный опыт. Был и успешный пример, правда, когда несколько недель занимались с ребятами и их учителем информатики, после чего занятия в школе ведутся уже собственными силами. И моделируют, и печатают. Может, школа отправит своих учителей на курсы, может, закупит литературу, начнет с чего-то простого, постепенно усложняя. Может, учителя сами проявят инициативу, но вывод, наверняка, напрашивается сам собой: учителям нужен некий стандарт обучения трехмерным технологиям, учебные пособия и методология.

Зачем?

Да, зачем я все это написал? Все просто: 3D в школах преподавать надо, это очевидный факт. Или вы считаете по-другому? Поделитесь своим мнением. Лично я адепт трехмерной графики, и я уверен, что изучение трехмерной графики в школах возможно и крайне полезно для ребят. Причем, многим из школьников это интересно, они стремятся осваивать эти технологии. Ведь 3D — это не только моделирование, визуализация, анимация и трехмерная печать. Есть Unity и Unreal, есть Oculurus Rift, есть технологии дополненной реальности, есть трехмерные тренажеры, симуляторы, трехмерное видео. Все это можно изучать, а еще лучше создавать в школе. И мне лично не безразлично, что будут изучать в школе мои дети через несколько лет, пусть мой ребенок занимается трехмерной графикой на уроках технологии (если захочет, конечно), первый отдам его на внеурочную деятельность подобного рода. Но сегодня во всем этом есть подводные камни. Расскажите, как в вашей школе обстоят дела с поднятыми мною вопросами? Может, у кого-то будут интересные предложения, может, кто-то поделится успешным опытом. Спасибо!

РОЛЬ ИЗУЧЕНИЯ 3D-МОДЕЛИРОВАНИЯ В ШКОЛЬНОМ КУРСЕ ИНФОРМАТИКИ

Научный руководитель:
д.пед.н., проф. Т.Б.Захарова

3D-печать — это мощный образовательный инструмент, который может привить ребёнку привычку не использовать только готовые модели, но творить самому. Вот две основные выгоды, которые имеет образование от появления новой технологии:

теперь учитель сам создаёт трёхмерные наглядные пособия, без которых сложно понять материал;
3D-принтеры позволяют реализовать обучение на практике: ученики могут самостоятельно создавать модели и необходимые детали, воплощая свои конструкторские и дизайнерские идеи.

во-первых, в условиях развития модельно-информационной среды все большее значение приобретает способность человека грамотно представлять информацию, т.е. строить информационные модели. Не понимая, как можно представить модель, человек уже не может полноценно адаптироваться к меняющимся условиям новой информационной среды;
во-вторых, освоение вопросов использования моделирования в курсе информатики основной школы способствует решению многих общеобразовательных задач, развитию мотивационных, инструментальных и когнитивных ресурсов личности.

Ранее 3D моделирование изучали в школах только в качестве дополнительных факультативов, и предназначено оно была для старшеклассников. Технические вузы, стремясь быть конкурентоспособными, постепенно переходят на обучение современным информационным технологиям. Но мировой опыт показывает, что интерес к профессии и первые навыки должны прививаться еще в школе. С целью формирования заинтересованности к техническим специальностям, для развития мышления и творческих способностей мы и пытаемся изучать 3D моделирование в школе. Есть несколько направлений обучения школьников 3D-моделированию. Разработаны специальные методики, которые позволяют ребятам познакомиться с AutoCAD и заниматься моделированием на начальном уровне. Эти пособия уже переведены на русский язык.

Кроме того, у учащихся есть возможность участвовать в увлекательных, связанных с жизнью, проектах, охватывающих области науки, технологии, проектирования. Автотрассовое моделирование — один из таких проектов. Ребята моделируют кузов автомобиля и потом изготавливают его физически. Собирают маленькие автомобильчики, тестируют на специальной гоночной трассе, дорабатывают, затем устраивают соревнования.

Таким образом, может быть повышено качество достигнутых образовательных результатов в процессе обучения информатике в основной школе.

МЕСТО 3D-МОДЕЛИРОВАНИЯ В ШКОЛЬНОМ КУРСЕ ИНФОРМАТИКИ

Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

3 D - изображение отличается от плоского тем, что при построении геометрической проекции 3 D – модели сцены на экране компьютера используются специализированные программы. Трёхмерное моделирование призвано описать эти объекты и разместить их в сцене с помощью геометрических преобразований с учетом требований к запрашиваемому изображению.

Между всем прочим, модель может как соответствовать реальным объектам, отражать существующие процессы или явления, так и быть абсолютно абстрактной. Это свойство позволяет использовать технологию трехмерного моделирования как в обучении, отражая реальную структуру демонстрируемых или разрабатываемых объектов, так и в творчестве при создании качественно новых образов и материалов.

Благодаря своей универсальности и многогранности 3 D -моделирование сегодня нашло отражение в большинстве сфер жизни человека: кинематограф, реклама, инженерия, – все это стало привычным и уже не вызывает удивления. На современном этапе в некоторых школах уже вводят дополнительные занятия по моделированию.

Пространственное мышление и воображение, которое будет помогать в дальнейшем изучении таких предметов как математика, геометрия, черчение, технология, необходимо развивать с самого раннего возраста и 3 D –моделирование – один из наиболее действенных и современных способов для этого. Однако, если обратиться к учебникам, утвержденным приказом Министерства просвещения Российской Федерации №345 от 28 декабря 2018 года, для использования в рамках школы, можно отметить, что в учебной программе основного общего образования как такового места курсу 3 D -моделирования не отведено.

Сравнительная характеристика содержания данных учебников с 7-го по 9-ый классы, демонстрирующая, в рамках каких тем может быть проведено знакомство обучающихся с 3 D -моделированием, приведена в таблице 1.

Элементы 3 D -моделирования в школьном курсе информатики

Раздел курса и поурочное планирование.

Теория: 2 часа;

Практика: 2 часа.

Теория: 6 часов

Практика: 3 часа

Информатика, 7 класс, в 2 частях, Поляков К.Ю., Еремин Е.А., 2017.

Практика: 1 час

Информатика, 8 класс, Поляков К.Ю., Еремин Е.А.

Информатика, 9 класс, Поляков К.Ю., Еремин Е.А.

Теория: 2 часа

Практика: 2 часа

Информатика. 7 класс. Семакин И.Г.

Теория: 2 часа

Практика: 7 часов

Информатика. 8 класс. Семакин И.Г

«Информационные ресурсы с

Однако, компьютерное 3D-моделирование в перспективе является эффективным инструментом школьного обучения, в котором используются межпредметные связи информатики, с одной стороны, и математики, физики, биологии, экономики и ряда других наук, с противоположной.

Трехмерное моделирование позволит обучающимся в полной мере развить свои творческие способности, проявить исследовательскую активность и пространственное мышление – огромное подспорье не только в дальнейшей учебе, но и в последующей профессиональной и личностной самореализации.

Включение 3 D - моделирования в ход учебного процесса направлено на достижение следующих целей:

формирование представлений о базовых методах геометрического моделирования, их достоинствах и недостатках, областях применения, а также способах создания и представления геометрической информации на ПК;

выработка умения построения трехмерных моделей;

повышение познавательной активности и мотивации обучающихся;

развитие творческого мышления;

повышение уровня мотивации обучающихся;

формирование навыков применения знаний и умений в самостоятельной проектной или исследовательской деятельности;

формирование навыков использования систем 3 D – моделирования при выполнении индивидуальных и коллективных проектов, в учебной деятельности.

Так как основной образовательной программой не предусмотрено изучение данной темы, именно инициатива школы должна служить основой внедрения курса 3 D -моделирования в учебный процесс. Это может быть осуществлено в рамках элективного курса, кружка или другого вида внеклассной работы.

Одним из возможных вариантов знакомства обучающихся с трехмерным моделированием является включение 3 D -технологий в ход ведения уроков. В качестве образовательных технологий 3 D -моделирование можно применить в следующих случаях [корнилова, белгород, 5-6]:

проведение уроков с применением технологии 3 D - моделирования;

воспроизведение педагогом сложных физических или химических экспериментов;

создание обучающимися собственных 3D - моделей, 3D - изображений или 3D - роликов в качестве проектной или исследовательской работы.

Такой тип работы с этой технологией может быть использован не только на уроках информатики, но и на других дисциплинах, а так как пользоваться 3 D -моделированием будет непосредственно преподаватель, то данная технология может быть использована на различных уроках возрастных групп.

Применение в школе технологий 3D - моделирования способствует:

развитию творческих способностей обучающихся;

профориентации обучающихся на инженерные и технические специальности;

развитию познавательного интереса у обучающихся;

улучшению восприятия учебного материала обучающимися;

концентрации внимания обучающихся на учебном материале;

организации внеурочной деятельности обучающихся по разным направлениям;

проведению конкурсов и других мероприятий.

Стоит отметить, что 3D - технологии не ограничиваются моделированием, визуализацией, анимацией и трехмерной печатью. Сегодня этот термин включает также технологии дополненной реальности, трехмерные тренажеры и симуляторы, трехмерное видео. Все это впоследствии также можно изучать, а еще лучше создавать в школе. Такой подход к современным технологиям повысит интерес обучающихся к дисциплинам, в которых они будут применятся, поднимет уровень внутренней мотивации на новый уровень.

Список использованной литературы

Практикум по информатике: Учеб. пособие для студ. Высш. Учеб. заведений / А.В. Могилев, Н.И. Пак, Е.К. Хеннер; Под ред. Е.К. Хеннера. - 2-е изд., стер. - М.: Издательский центр "Академия", 2005. - 608 с.

Иванова, Е. О. Теория обучения в информационном обществе[Текст] / Е. О. Иванова, И. М. Осмоловская.– М.: Просвещение, 2011. – 190 с. \

Дж. Ли, Б. Уэр. Трёхмерная графика и анимация. — 2-е изд. — М.: Вильямс, 2002. — 640 с.

Данная проектная работа создана вместе с учащимся 9 - го класса Долматовым Константином.

Цель: Создание модели самолета, с использованием 3D-ручки.

1. Изучить особенности использования 3D - технологий.

2. Сравнить технологию создания моделей с использованием 3D - ручки и 3D-принтера.

3. Научиться создавать модели с использованием 3D - ручки.

4. Создать модель самолёта с использованием 3D – ручки.

Проблема исследовательской работы: Моделирование является современным этапом развития технологий, но при этом мало кто использует эту технологии, из – за её дороговизны и сложности в использовании.

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение

средняя общеобразовательная школа № 9

Проект по информатике

Долматов Константин Александрович

Руководитель проекта:

Стрельникова Людмила Сергеевна

Глава1. Теоретическая часть

Разновидности 3D моделирования……………………………………………..………..4-5

1.2. Моделирование при помощи 3D принтера………………………………………. ……5-7

1.3. Моделирование при помощи 3D ручки…………………………………………….……7-8

Глава 2. Практическая часть

2.1. Сравнительная характеристика использования 3D – технологий……………………….9

2.2. Создание 3D модели при помощи 3D ручки……………………………………..…..10-11

Эти слова принадлежат Британскому психологу и автору 12 книг. Я согласен с его мнением, так как полный взгляд на ситуацию позволяет работать, отталкиваясь сразу от всех частей информации.

Моделирование в информатике – это составление образа какого-либо реально существующего объекта, который отражает все существенные признаки и свойства.

3D-технологии создания объектов можно использовать практически повсеместно. Вы можете создать расческу, ложку, подставку и т.д. Значительно ускорить строительство и сделать его более доступным и безопасным. С развитием трёхмерных технологий, стало возможно создание большинства частей человеческого тела. Но чаще они используются в стоматологии.

Цель: Создание модели самолета, с использованием 3D-ручки.

1. Изучить особенности использования 3D - технологий.

2. Сравнить технологию создания моделей с использованием 3D - ручки и 3D-принтера.

3. Научиться создавать модели с использованием 3D - ручки.

4. Создать модель самолёта с использованием 3D – ручки.

Глава1. Теоретическая часть

Разновидности 3D моделирования

Существует три вида 3D-моделирования:

Первый из них, наиболее простой – это каркасное моделирование. Модели, получаемые при создании этого типа, будут называться каркасными. Состоят они из линий, дуг, сегментов и полигонов. Изображения такого типа не передают полную информацию об объекте, зато с их помощью можно изучить его устройство и функциональность.

Рис.1 пример каркасного моделирования

Главным преимуществом каркасного моделирования является то, что на хранение трехмерных моделей, созданных этим способом, не требуется много оперативной памяти компьютера. Чаще всего каркасная визуализация применяется в специализированных программах для построения предполагаемой траектории движения устройства или инструмента.

Второй вид 3D-моделирования – это поверхностное моделирование.

Рис.2 пример поверхностного моделирования

В отличие от каркасного, здесь имеются не только сегменты, линии, дуги и полигоны, но и поверхности, образующие контур отображаемого объекта.

Рис.3 пример твердотельного моделирования

Модель, созданная благодаря этому способу визуального воспроизведения, содержат текстуру. Хотя такие модели занимают наибольший объем памяти компьютера по сравнению с остальными, но они полностью описывает готовый объект.

Моделирование при помощи 3D-принтера

3D-принтер — станок с числовым программным управлением, использующий метод послойного создания детали. 3D печать является разновидностью аддитивного производства и обычно относится к инструментам быстрого прототипирования.

Также применяются различные технологии позиционирования печатающей головки:

Декартова, когда в конструкции используются три взаимно-перпендикулярные направляющие, вдоль каждой из которых двигается либо печатающая головка, либо основание модели.

При помощи трёх параллелограммов, когда три радиально-симметрично расположенных двигателя согласованно смещают основания трёх параллелограммов, прикреплённых к печатающей головке .

Автономная, когда печатающая головка размещена на собственном шасси, и эта конструкция передвигается целиком за счёт какого-либо движителя, приводящего шасси в движение.

3D-принтер с вращающимся столиком — использование на одной (или нескольких) осях вращения вместо линейного передвижения.

Рис.5 пример модели созданной на 3D-принтере

Слайсер – программа для перевода 3D модели в управляющий код для 3D принтера.

Модель режется (слайстися) по слоям. Каждый слой состоит из периметра и/или заливки.

Рис.6 пример части модели “разрезанной” при помощи слайсинга

Модель может иметь разный процент заполнения заливкой, также заливки может и не быть (пустотелая модель).

На каждом слое происходят перемещения по осям XY с нанесением расплава пластика. После печати одного слоя происходит перемещение по оси Z на слой выше, печатается следующий слой и так далее.

Моделирование при помощи 3D-ручки

Рис.8 пример модели сделанной “горячей” 3D-ручкой

Читайте также: