В статье рассматриваются различные методики и средства преподавания 3D-моделирования в рамках дополнительного образования. Отмечаются такие направления, как разработка комплексов уроков на базе специальных трехмерных программных обеспечений, а также рабочих обучающих программ дистанционного формата. Отмечены эффективные способы организации учебного процесса с применением интерактивных досок, видеоконференций, 3D-ручек, и реализацией творческих проектов.
Ключевые слова: 3D-моделирование, принтеры, дополнительное образование, школьники, мышление, программное обеспечение.
Дополнительное образование детей рассматривается как опережающее образование, как территория перспективного и безопасного детства, как пространство педагогически целесообразной занятости детей в их свободное время. Дополнительное образование играет важную роль в формировании личности ребенка. Это необходимый инструмент в современном обществе, который помогает детям развивать свои навыки, учиться общению и расширять свои горизонты. Оно направлено на всестороннее развитие интеллектуальных, духовно-нравственных, физических и профессиональных потребностей ребенка, побуждает ребенка находить свой собственный путь. Одной из главных целей дополнительного образования является формирование положительной атмосферы для создания условий, позволяющих переживать детям ситуацию успеха и чувство радости познания. Поэтому необходимо непрерывное совершенствование и улучшение методов работы в дополнительном образовании.
Исследования показывают, что сильное пространственное мышление, навык, необходимый для создания трехмерных объектов, напрямую связан с успехами в науке, технике, инженерии и математике, которые в совокупности называются дисциплинами STEM [7]. STEM расшифровывается как Science, Technology, Engineering and Mathematics (наука, технологии, инженерия и математика). У детей, обладающих навыками 3D-моделирования, больше шансов успешно справляться с вызовами, которые ставят перед ними современные технологии.
Успешные эксперименты как за рубежом, так и в нашей стране доказывают, что учащиеся успешно усваивают фундаментальные понятия 3D-моделирования, которые помогают формировать у учащегося мировоззренческие концепции [2].
Все это в совокупности формирует актуальность и практическое обоснование для проведения исследований в области преподавания 3D-моделирования в дополнительном образовании.
К настоящему времени накоплен определенный опыт преподавания 3D-моделирования на факультативах в школах и в дополнительном образовании. Интересен опыт обучения младших школьников 3D-моделированию в программной среде Autodesk Tinkercad педагогами из Кемеровского государственного университета (Можаровыми). Центр детского технического творчества «Юный автомобилист» несколько лет назад вошел в программу «3D-образование» и имеет бесплатный доступ ко всеем лицензионным, обновлённым продуктам компании Autodesk. Санкт-Петербургская педагогическая школа, в частности, Огановская Е. Ю., Гайсина С. В., Князева И. В. предлагают интегративный курс «Робототехника, 3D-моделирование и прототипирование в дополнительном образовании» (12 лет — Creo, 13 лет — Blender, 14 лет — Компас-3D).
Стоит заметить, что в России проводили опыт активного погружения учащихся начальных классов в предметную область моделирования, а также опыт Козлова Т. В. и Чернопольской К. Н. можно увидеть в труде «Компьютерная графика и 3D-моделирование в начальном общем образовании» — использование компьютерной графики 3D-моделирования для организации обучения в начальной школе [1]
Сущность 3D-моделирования заключается в использовании трех измерений: в отличие от обычного изображения 3D имеют объём, то есть картинка формируется уже не в двух, а в трех измерениях: высота, ширина и глубина. В специальной программе создается эскиз трехмерной модели, который потом можно распечатать на 3D-принтере. Файл с образцом модели выводится на печать точно так же, как на обычный принтер. Вместо бумаги загружается особый материал: пластиковая нить, керамический порошок или смола. Принтер слой за слоем наносит материал по заготовленной схеме до тех пор, пока на столе не окажется готовое изделие. Таким способом можно распечатать что угодно, даже запасные детали для самого принтера.
Использование таких программ, как Blender или SketchUp дает возможность детям работать над реальными проектами, что значительно обогащает их образовательный опыт. Современные модели 3D-принтеров помогают школьникам освоить трехмерную графику. Принтеры можно использовать на обычных школьных уроках, а также для оснащения кружков моделирования и робототехники.
Х. Пирсон, А. Дьюб отмечают, что дополнительное образование на базе 3D-моделирования обеспечивает школьников большими знаниями, чем урок по физике, биологии или математике [11]. Акцент на практическом обучении с реальными приложениями, устройствами и макетами помогает осваивать научно-исследовательские умения. Ученые выделяют навыки, которые формируются при 3D-моделировании: критическое мышление, креативность, любознательность, принятие оригинальных нестандартных решений, лидерство, творческое предпринимательство. Независимо от будущей карьеры, эти наборы навыков, по выводам авторов, имеют большое значение для подготовки детей к инновациям.
А. Т. Фаритов отмечает, что проекты с применением 3D-прототипирования должны предусматривать разработку обучающимися собственных уникальных моделей, обладающих определенной практической или эстетической пользой [9]. На основании обобщения экспериментальных данных А. Т. Фаритов заключает, что только при правильном методологическом подходе внедрение 3D-моделирования в научно-исследовательскую деятельность школьников может принести пользу. Правильное планирование такой деятельности в соответствии с возрастом школьников может внести креативную линию в обучение и подготовить их к вызовам индустрии будущего. Однако такого подхода автором ни в этой, ни в дальнейших работах не предлагается.
Более содержательный в плане научной обоснованности вариант по применению средств 3D-моделирования для обучения школьников представлен в работе Е. А. Михляковой, Т. Н. Суворовой [8]. Авторы описывают направления педагогической поддержки творческой созидательной деятельности школьников в рамках персонализированной модели обучения на базе технологий 3D. Но, к сожалению, ими не указывается потенциал передовых технологий для формирования именно научно-исследовательских умений школьников в рамках дополнительного образования.
Е. Е. Петров представляет результаты изучения зарубежного опыта обучения биологии на основе 3D-моделей [6]. Автор анализирует специализированные программные продукты и средства, позволяющие реализовать изучение отдельных разделов биологии с использованием инструментов трехмерного геометрического моделирования. Согласно его выводам, технология 3D-обучения является одной из новых образовательных технологий, реализуемых с использованием информационно-телекоммуникационных средств в процессе виртуального взаимодействия школьника с учебным ресурсом.
В научной литературе отмечается такой метод, как моделирование отвлеченных форм, который предполагает последовательность этапов работы по формообразованию на основе куба. Предлагается серия тестов, по условию которых необходимо изобразить на гранях куба след-траекторию части окружности (четверть окружности, следующие — половину окружности, трехчетвертная часть окружности).
Еще одним полезным средством в обучении 3D-моделированию являются интерактивные доски, которые активно применяются в дополнительном образовании. Использование таких устройств, позволяет наглядно демонстрировать материал по ходу занятия и наиболее эффективно доносить информацию до обучающихся. Интерактивные доски также дают возможность детям в режиме реального времени отображать свои работы на большом экране и вместе с преподавателем анализировать и обсуждать их. Это позволяет лучше понимать результат своей работы и находить пути для ее улучшения. Такой вид демонстрации способствует лучшей визуализации и выразительности проектных работ, что позволяет детям развивать свои творческие способности и формировать навыки публичных выступлений [5].
Интернет — важный инструмент для использования ИКТ при обучении 3D-моделированию. Сетевые ресурсы предлагают обширную коллекцию трехмерных моделей и учебных материалов, которые дети могут изучать и использовать как руководство для своих проектов. Они могут общаться с другими обучающимися и педагогами в виртуальном пространстве, организовывать совместную работу над проектами, обмениваться идеями и получать обратную связь. Это развивает навыки коммуникации и коллаборации, что является важными аспектами современного образования.
На данный момент для взаимодействия с обучающимися активно используются социальные сети ВКонтакте, WhatsApp и Telegram. Для этих целей созданы отдельные группы для обсуждения и поддерживаются Telegram-каналы с информацией по интересам.
В литературе отмечается такой метод как моделирование при помощи 3D-ручки. Работа с 3D-ручкой развивает мелкую моторику, что важно для речи и мышления. Этот процесс требует внимания и усидчивости, стимулирует мышление, воображение и улучшает восприятие. 3D-ручка легкая и компактная, позволяет создавать объемные рисунки. Хотя работа с ней интересна, она требует навыков.
Матвеев В. В., Грибков Д. Н. в своей статье разрабатывают пример творческого проекта — изготовление из картона летающей модели самолета. На занятиях школьники научились создавать авторские эскизы и воплощать их в жизнь с учетом особенностей модели, научились работать с материалами разной текстуры, взаимодействовать в команде, помогать друг другу и выполнять важную культурно-общественную миссию [4].
Одним из главных преимуществ использования ИКТ в обучении 3D-моделированию, безусловно, является проектная деятельность. Это возможность позволяет обучающимся разрабатывать уникальные модели и интересные проектные решения. Дети могут создавать визуализацию и взаимодействовать с трехмерными объектами, что делает образовательный процесс более креативным, наглядным, позволяет получить практический результат и дает возможность точнее понимать, анализировать и совершенствовать разработанный проект. Чем активнее используются в работе различные инструменты и приемы ИКТ, тем больше у детей возможностей привнести в свою идею и внедрить в свой проект современную и инновационную составляющую. Обучающиеся творческого объединения технической направленности активно принимают участие в проектной деятельности и достигают высоких результатов.
В научной литературе выработан опыт создания уроков по 3D-моделированию в рамках дополнительного образования. В частности, комплекс уроков «Основы 3D-моделирования в Tinkercad», разработанной в среде моделирования Tincercad: дети постепенно пробуют работать в этой среде на основе уже знакомых понятий: куб, шар, цилиндр рассматривают новые понятия, интерфейс и горячие клавиши. В рамках курса рассматривают понятия, произвольные геометрические фигуры, моделирование, объединение, разбиение. Далее на основе приобретенных знаний дети вместе с педагогом разрабатывают 3D-модель LEGO человечка, и заключающим блоком является разработка своего собственного проекта. В целом, рабочая программа дополнительного образования «Основы 3D-моделирования в Tinkercad» составлена для организации внеурочной деятельности учащихся младших классов.
Локалов В. А. в своей статье рассказывает об организации дистанционного обучения трехмерному моделированию школьников в Детско-юношеском компьютерном центре (ДЮКЦ) Университета ИТМО [3]. Отмечается, что педагоги, занимающиеся с экспериментальными группами, указали на ряд преимуществ дистанционного обучения по сравнению с очным. В частности, текущий контроль действий они оценивали как более удобный, поскольку для его осуществления надо просто отобразить экран учащегося, а не тратить время на то, чтобы подойти к рабочему компьютеру и рассмотреть состояние инструментальной среды 3D-редактора.
Автором обозначено еще одно преимущество дистанционной формы — более организованный характер взаимодействия участников группы. Когда учащиеся помогают друг другу или оценивают чужие работы, у них нет повода для ненужной двигательной и речевой активности (шума, беготни), которая обычно наблюдается в классе в аналогичных ситуациях.
Обосновано, что преподавателю, выбравшему ту или иную LMS в качестве основной технологии для дистанционных курсов по трехмерному моделированию, необходимо научиться максимально использовать ее гибкость, которую, в частности, поддерживает интерфейс LTI (Learning Tools Interoperability). Он позволяет предоставлять доступ учащимся к разнообразным образовательным инструментам — обучающим программам, тестам и пр. [LTI], а также импортировать полученные результаты, причем внедрения этих инструментов в среду LMS не требуется.
В целом можно констатировать, что предложенный способ организации удаленных занятий позволяет реализовать учебный процесс, который максимально приближен к очному обучению. Положительные результаты говорят о возможности использования полученного опыта для преподавания других дисциплин IT в дистанционной форме.
Таким образом, 3D-моделирование сегодня — одно из самых перспективных направлений в плане успешной профессиональной деятельности. Если начать изучение трехмерной графики еще в школе, то к моменту выпуска школьники будут иметь все базовые знания о 3D-технологиях и смогут решить для себя, хотят ли они связывать свою будущую профессию с этой сферой. Трехмерная графика применяется практически во всех отраслях деятельности человека. 3D-моделирование является мощным инструментом для развития креативного мышления у детей. Оно не только способствует формированию необходимых навыков для будущей профессиональной деятельности, но и помогает детям развивать свою индивидуальность через творчество и инновации.
Литература:
- Козлова Т. В., Чернопольская К. Н. Компьютерная графика и 3D моделирование в начальном общем образовании // Научное сообщество студентов XXI столетия. Технические науки: сб. ст. по мат. XI Междунар. студ. науч.-практ. конф. — 2013. — № 11. — C. 35–42.
- Коллингс Е. Опыт работы американской школы по методу проектов. — М.: Новая Москва, 1926. — 288 с.
- Локалов В. А. Организация дистанционного обучения трехмерному моделированию в системе дополнительного образования детей // Общество: социология, психология, педагогика. 2020. № 1.
- Матвеев В. В., Грибков Д. Н. Возможности 3D-модели-рования для развития исследовательских умений школьников в условиях дополнительного образования // Научно-методический электронный журнал «Концепт». — 2024. — № 01. — С. 56–77.
- Михайлова А. А. Приемы использования информационно-коммуникационных технологий в обучении детей 3d-моделированию. URL: https://www.pedopyt.ru/categories/4/articles/4003?ysclid=m7086ldynb237703846 (дата обращения: 11.02.2025)
- Петров Е. Е. Зарубежный опыт обучения биологии с применением технологий 3D-моделирования и виртуальной реальности // Образование. Наука. Научные кадры. — 2023. — № 2. — С. 233–238.
- Проектный Талант // http://en.wikipedia.org URL: http://en.wikipedia.org/wiki/Project_Talent (дата обращения: 11.02.2025)
- Суворова Т. Н., Михлякова Е. А. Применение технологий 3D-моделирования для персонализации обучения // Научно-методический электронный журнал «Концепт». — 2020. — № 5 (май). — С. 110–129.
- Фаритов А. Т. — 3D-моделирование и прототипирование во внеурочной деятельности учащихся в школе // Педагогика и просвещение. — 2019. — № 4.
- LTI® v1.3 and LTI Advantage [Электронный ресурс] // IMS Global Learning Consortium. URL: http://www.imsglobal.org/ac-tivity/learning-tools-interoperability (дата обращения: 11.02.2025)
- Pearson H., Dube A. 3D printing as an educational technology: theoretical perspectives, learning outcomes, and recommendations for practice // Education and Information Technologies. — 2022. — P. 27.
