Применение технологий 3D-прототипирования в образовательном процессе во внеурочной деятельности (7-9 класс)

Аннотация
Стремительное развитие информационных технологий увеличивает потребность в появлении высококвалифицированных специалистов в различных сферах деятельности. Новые стандарты требуют от государственной образовательной системы разработки принципов освоения основ проектно-исследовательской деятельности, в частности, обретения навыков 3D-моделирования и 3D-прототипирования [3, стр. 6]. Разработка и внедрение программ внеурочной деятельности ориентируют учащихся на развитие творческих способностей, креативного мышления, интереса к обучению, навыками пространственного мышления и понимания конверсии 2D в 3D, проявлению самостоятельности в выполнении заданий и самоорганизации. В процессе обучения школьники достигают определенного уровня владения компьютерными технологиями, которые соответствуют мировым стандартам, а также получают практические знания о принципах работы с программами для создания трехмерной графики и осваивают навыки управления устройствами, моделирующими 3D-объекты [2, стр.19-24].
Большинству российских школ эта инновационная технология недоступна ввиду необходимости использования значительных материальных и кадровых ресурсов. На данный момент существует взаимосвязь между осознанием важности внедрения современных технологий в образовательный процесс и недостаточностью проведенных научных исследований по этой теме [5, стр.286-290]. В нашей статье мы постарались выделить основные плюсы интеграции технологии 3D-моделирования в программы внеурочной деятельности, а также, на основе проведенного нами исследования, выявить основные сложности этого процесса.
Ключевые слова: 3D-печать, прототипирование, преподавание, образование, обучение, инновационные технологии
За последние несколько лет 3D-печать приобрела большую значимость в образовательном секторе, помогая учащимся понять сложные концепции, развивать воображение и творчество, а преподавателям – увеличить вовлеченность в процесс обучения, тем самым повышая его эффективность. Актуальность исследования педагогических условий внедрения технологий 3D-прототипирования в общеобразовательный процесс обусловлена необходимостью формирования различных методологических подходов к разработке учебных программ в данной сфере образования. Согласно федеральному государственному образовательному стандарту внеурочная деятельность интегрирована в образовательный процесс и, являясь его неотъемлемой частью, направлена на развитие различных способностей учащихся, их познавательного интереса, ориентацию на будущее профессиональное самоопределение [6, стр.29-31]. Обучение может быть организовано в виде внеклассных мероприятий, курсов, проектной или конкурсной деятельности. Учащиеся объединяются в группы с учетом их возрастных и познавательных особенностей развития. В зависимости от возможностей материально-технической базы учебного заведения, внеурочная деятельность может проводиться как в рамках образовательного учреждения, так и за его пределами, с учетом уровня профессиональной подготовки преподавателей [7, стр.10].
Внедрение 3D-технологий в образовательные программы является дополнительным преимуществом. Учащиеся получают тактильную обратную связь по учебным концепциям, которые трудно представить, используя только стандартные учебные материалы. Подготовка профессиональной ориентации и обучение их ценным навыкам 3D-печати - это высокоэффективный путь, который сегодня может быть доступен в рамках школы[13, стр. 321-324]. Он служит дополнительным революционным инструментом для оказания помощи во многих областях образования и предоставляет учителям новые способы донести свои идеи. Все, что учитель рисует на доске, может быть наглядно представлено с помощью моделей, к которым ученики могут прикоснуться и исследовать под любым углом [8, стр. 1184–1193].
При использовании 3D-принтера как инструмента для обучения в школах можно выделить следующие преимущества:
понимание сложных форм и структур;
выражения творческого потенциала детей;
осознание всего процесса разработки продукта, от дизайна до конечной версии.
В рамках рассматриваемого вопроса нами было проведено исследование, направленное на сбор и изучение статистических данных по вопросу целесообразности внедрения технологий 3D-прототипирования в школьный образовательный процесс, поскольку на данный момент, подобной технологией обладают лишь некоторые образовательные учреждения крупных городов РФ ввиду достаточного финансирования[12, стр

. 321-324].
В качестве экспериментальной группы были отобраны учащиеся нескольких столичных и подмосковных школ в возрасте 11-14 лет. В учебный процесс в рамках внеклассных занятий была внедрена технология трехмерного проектирования и печати. Учителям предоставлялась возможность консультирования с представителями компании-разработчика программного обеспечения с целью обучения и дальнейшего использования оборудования на своих занятиях. Тематика внеклассных мероприятий выбиралась преподавателями самостоятельно. Занятия были разделены на фазу ориентации, в ходе которой дети учились работать с различными программами, управляющими принтером и генерирующими файлы для 3D-печати и этап передачи, в котором дети применяли свои навыки.
Первоначально преподавателям было трудно использовать программное обеспечение для проектирования, а также было сложно представить, какие проекты, связанные с учебной программой, можно было бы создать. Однако они пришли к выводу, что наличие доступа к контенту и технической поддержке в ходе реализации проекта было полезным.
На первом этапе нами были собраны исходные данные, необходимые для проведения исследования. На основе скрининговых записей, журналов для учителей, опросников, интервью с учащимися и преподавателями, а также наблюдений исследователей за процессом обучения и преподавания в творческих группах[15, стр. 33-35], была выявлена взаимосвязь между четким инструктажем по проведению открытого исследования, применяемыми педагогическими стратегиями, видами, последовательностью поставленных задач, особенностями технологических ресурсов, структурой используемых пространств и базовыми знаниями учащихся, их возможностями сотрудничества. Было отмечено, что каждый из этих факторов приводит к продуктивному или неэффективному обучению, в зависимости от того, как они были сконфигурированы. Занимаясь творчеством с использованием 3D-технологий, увеличились показатели вовлеченности учащихся в процесс обучения, а также был повышен уровень уверенности в своих способностях учеников, показатели которых на предварительном этапе были невысокими. Одна из заметных проблем, связанных с проведением этих занятий, заключалась в различном уровне технической грамотности учащихся; эта неоднородность создавала неравномерность в классе и требовала от преподавателей адаптации к различным потребностям учащихся.
По итогам внедрения технологии 3D-прототипирования в 24 проанализированных классах было выявлено, что в рамках проектной работы учащиеся развили креативность, способность быстро ориентироваться в решении сложных задач; критическое и творческое мышление, сотрудничество, самостоятельность, цифровую грамотность, коммуникацию, способность к рефлективному обучению; освоили различные методы исследования. Анализ записей скрининга для 24 пар школьников выявил значительный уровень навыков дизайнерского мышления, в частности, проведения экспериментов и интерпретации полученной информации. Выявленные сложности в работе с компьютерными технологиям наблюдались у тех учащихся, которым данный вид деятельности ранее был недоступен и тех, кто испытывал трудности при работе в группе.
Тем не менее, по результатам проведенного исследования мы сделали вывод о том, что существует очень большой спрос на дополнительные занятия, связанные с 3D-моделированием и печатью, и многие школьники выразили желание заниматься 3D-прототипированием во внеурочное время, а также в своей будущей профессии. Учителя отметили, что хорошо структурированное, педагогически обоснованное, практическое и локализованное профессиональное обучение позволило им лучше понять преимущества интеграции 3D-технологий в процесс обучения; необходимость получения дополнительных знаний и навыков для внедрения инноваций в образовательную среду школы. Возможность профессионального обучения также значительно повысила желание некоторых специалистов преподавать в учреждениях дополнительного образования. Учителя также высказали мнение о том, что для развития своих способностей и эффективного преподавания необходимы надежные технологии, коллегиальная поддержка, учебные ресурсы, соответствующие технологичные пространства и время для развития своих способностей и создания уроков. Непредвиденным результатом этого исследования стала широкомасштабная трансформация преподавательского состава