3D-моделирование и прототипирование во внеурочной деятельности учащихся в школе

Педагогика и просвещение

Правильная ссылка на статью:

Фаритов А.Т. — 3D-моделирование и прототипирование во внеурочной деятельности учащихся в школе // Педагогика и просвещение. - 2019. - № 4. DOI: 10.7256/2454-0676.2019.4.31700 URL: https;//nbpublish.com'library_read_article.php?id=31700

3D-моделирование и прототипирование во внеурочной деятельности учащихся в школе

Фаритов Анатолий Тависович

Аспирант, ФГБОУ ВО «Ульяновский государственный педагогический университет имени И. Н.

Ульянова»

432012, Россия, г. Ульяновск, ул. Клубая, 8а, кв. 78 И anatolij-faritov@yandex.ru

Статья из рубрики "Новые методики и технологии"

Аннотация.

В статье автором рассмотрен вопрос применения 3D-прототипирования в образовательном процессе. Сегодня технология 3D-печати стала доступной для большинства образовательных учреждений. Использование во внеурочной деятельности способствует переориентации учащихся с виртуальной среды на исследование реального мира, разработки собственных материальных предметов, формированию инженерной компетенции, развитию творческих способностей, математического мышления, ранней профориентации. Новые стандарты требуют от государственной образовательной системы разработки принципов освоения основ проектной деятельности, в частности, обретения инженерных навыков. 3D-прототипирование позволяет по-новому применить технологию проектного обучения во внеурочной деятельности. Разработка и внедрение программ внеурочной деятельности в форме проекта ориентируют учащихся на развитие коммуникативных навыков, креативного мышления, интереса к обучению, приобретение навыков пространственного мышления и понимания конверсии 2D в 3D, проявлению самостоятельности в выполнении заданий и самоорганизации. В качестве объекта исследования выступает 3D-моделирование и прототипирование. Представленные результаты получены посредством первичного содержательного контент-анализа тематической научной литературы, обобщения и структурирования собранной информации в единую систему. Основные методы исследования представлены совокупностью общенаучных (описание, сравнение, обобщение) и частно-научных (описательный контент-анализ) методов. Научная новизна заключается в описании этапов введения технологии 3D-печати в образовательный процесс. Автором рассмотрена возможность применения технологий объёмной печати во внеурочной деятельности учащихся основного общего образования. По итогам проведенного исследования определено содержание педагогического обеспечения процесса применения технологии 3D-прототипирования в общеобразовательный процесс во внеурочной деятельности.

Ключевые слова: инженерное образование, 3D-принтер, прототипирование, моделирование, пространственное мышление, проектная деятельность, ФГОС,

внеурочная деятельность, общее образование, инженерная компетенция

DOI:

10.7256/2454-0676.2019.4.31700

Дата направления в редакцию:

16-12-2019

Дата рецензирования:

17-12-2019

Постановка проблемы

Всероссийский центр изучения общественного мнения (ВЦИОМ) в 2018 году провёл исследование по определению профессий, которые граждане России считают наиболее престижными. Так наиболее привлекательной является профессия врача - 26% респондентов, тогда как только 8% респондентов предпочли профессию инженера. Стоит отметить, что в 2006 году инженерную деятельность считали привлекательной всего лишь 2%. Сегодня более четверти россиян (28% респондентов) утверждают, что на их выбор профессии повлияли «собственные интересы и увлечения», однако, 23% респондентов (в возрасте 18-24 года) признались, что так «сложились обстоятельства»

По данным исследования, проведенного А. В. Меренковым и др., только у 43% абитуриентов имеется возникшая в школе потребность в получении инженерного образования (при этом, указанная потребность возникла в последние 1-2 года обучения), у 40% абитуриентов выявлено желание получить любое техническое образования. По другим данным, предоставленным авторами, лишь порядка 14% абитуриентов определились со своей будущей инженерной специальностью до 8-9

класса школы Приведенные сведения наглядно свидетельствуют о том, что

инженерное образование, осуществляемое в профильных классах, не решает проблем с профессиональной ориентацией. Здесь затронут значимый вопрос о гранях профориентационной работы, которая предусматривает как раннее выявление способностей обучающихся с рекомендацией получения соответствующих им специальностей, так и раннюю работу по развитию выявленных качеств и свойств личности. В этой связи, следует подчеркнуть важность профориентационной функции инженерной деятельности.

Формулировка цели исследования

Современная российская образовательная система, находясь в процессе модернизации, обусловленном введением нового Федерального государственного образовательного стандарта основного общего образования (ФГОС) второго поколения, ориентирована на развитие у учащихся креативного и критического мышления, мотивации на творчество и инновационную деятельность, способность к проектной деятельности. Сегодня достаточно актуальной представляется необходимость формирования инженерной

компетенции у учащихся основного общего образования с целью ранней профориентационной работы. За последние несколько лет технология трёхмерной (3D) печати, обеспечивающая повышение эффективности учебной деятельности, приобрела

большую значимость в образовательном секторе ^^ Однако отсутствуют исследования, позволяющие комплексно рассмотреть вопросы, связанные с применением инновационных 3D-технологий во внеурочной деятельности в школе. В связи с этим необходимо выявить, обосновать и экспериментально проверить внешние обстоятельства, влияющие на эффективность интегрирования 3D-технологий в образовательную среду школы. Данное исследование проведено с целью изучения особенностей технологии быстрого прототипирования и возможностей их использования в образовательном процессе.

Анализ последних исследований и публикаций

Технология 3D-прототипирования на сегодняшний день является одной из актуальных. Исследованию проблемы применения 3D-печати в образовательном процессе посвящены работы учёных Лейбова А.М, Каменева Р.В., Салахова Р.Ф., Филиппова О.А., Гриц М.А. и др. Использование 3D принтера во внеурочной деятельности учащихся рассмотрено в трудах Головко И.С., Рытова А.М., Игонина Е.В., Липницкого Л.А., Зеленцова В.В. Заседателя В.С., Сябренко А.П. и др.

Так Филиппова О.А. рассматривает 3D-печать в качестве вспомогательного инструмента в процессе обучения профильным дисциплинам. Учащиеся распечатывают недостающие детали к конструируемому изделию, состоящему из различных материалов (метал, дерево и т.д), изготавливают компоненты для электрических схем, цепей и процессоров. В работе учащихся прототипирование автор отводит на второй план

Исследователь Салахов Р.Ф. в своей работе определяет роль 3D-печати при выполнении практической части лабораторных работ. Обучающиеся переносят свои идеи с чертежа в трёхмерную графическую программу для дальнейшей печати. Так студенты инженерных специальностей могут получить прототип реактивного двигателя или автомобиля, студенты дизайнеры смоделировать исторический артефакт

Гриц М.А. отмечает достоинства применения технологии 3D-печати, такие как наглядность обучения, развитие творческих способностей, мотивации учащихся. 3D-принтер можно использовать для печати: уменьшенной копии реальных объектов; больших моделей сложных форм; геометрических фигур. 3D-технологию автор относит к активным методам обучения, направленным на активизацию исследовательской деятельности учащихся

По мнению Липницкого Л.А., 3D-печать в образовательном процессе развивает у учащихся мышление, способствует возрастающему интересу к обучению и профессии инженера. Школьники не просто моделируют объект на компьютере, но и воочию видят результат своего труда у себя в руках, производят различные манипуляции и приходят к выводу, правильно построена модель, необходима ли доработка. Появляется

возможность сопроводить свой проект наглядным материалом

Согласимся с мнением Головко И.С. в том что, применение 3D-печати во внеурочной деятельности активизирует творческие способности, повышает познавательный интерес,

направлено на раннюю профориентацию учащихся

В работах выше перечисленных авторов представлен ответ на вопрос о

целесообразности и пользы применения 3D-печати в обучении, но не даётся конкретная последовательность действий применения 3D-принтера во внеурочной деятельности учащихся основного общего образования.

Изложение основного материала исследования

Одним из главных направлений современной школы является создание условий для выявления и поддержки одарённых детей. В Федеральном государственном образовательном стандарте основного общего образования второго поколения внеурочная деятельность определяется в качестве одной из обязательных форм организации свободного времени обучающихся направленной на создания условий развития творческих способностей, коммуникативных навыков, индивидуализации образовательного процесса, формирования универсальных учебных действий. Занятия по внеурочной деятельности открывают для детей новые возможности для исследования, проявления своих творческих способностей, инициативы, лидерских качеств. Здесь учащиеся делают первые шаги в работе с программами трехмерной графики, конструировании инженерных объектов, разработке собственных инновационных технологичных продуктов. Цель занятий заключается в ранней профориентации, помощи в профессиональном самоопределении, популяризации инженерных специальностей, расширения мировоззрения, раскрытие творческих и индивидуальных способностей учащихся, в приобретении опыта работы с новыми техническими устройствами.

Развитие образования в технологическом направлении отражены в Федеральном государственном образовательном стандарте основного общего образования второго поколения. Определены требования к новым образовательным технологиям, такие как предметные, метапредметные и личностные результаты, внедрение проектной деятельности, интеграция образования с наукой и производством, обеспечение профессионального самоопределения учащихся. Предметные результаты достигаются традиционными методами и педагогическими технологиями. Согласно ФГОС реализация проектной деятельности обучающихся в области инженерии, информационных технологий и творчества в рамках внеурочной деятельности обеспечивает достижение метапредметных и личностных образовательных результатов.

В процессе работы над проектом формируются умственные действия, развивается мышление. Происходит приобретений навыков и умений, таких как: поиск оригинального способа решения проблемных задач, целеполагание, выдвижение и проверка гипотез, объективно оценивать собственный результат, коммуникативная работа в коллективе, самостоятельность при выполнении этапов работы.

Интеграция 3D-прототипирования в проектную деятельность позволяет решить следующие задачи:

- повышение интереса учащихся к учебному процессу;

- исследование окружающего мира с помощью методов развития творческого воображения;

- изучение прототипов сложных процессов и объектов при отсутствии возможности исследования реальных;

- визуально и тактильно оценить результат проделанной работы;

- приобретение профессиональных компетенций;

- развитие инженерного мышления;

- реализация принципа преемственности в подготовке инженерных и научных кадров.

Проекты с применением 3D-прототипирования должны предусматривать разработку учащимися собственных уникальных моделей, обладающих определенной практической или эстетической пользой. Необходимо не просто произвести печать, но и выявить потребность, определиться с параметрами, разработать модель и получить готовый продукт.

С января 2019 года на базе муниципального бюджетного общеобразовательного учреждения «гимназии №1» организована лаборатория 3D-моделирования и прототипирования. Приобретено высокотехнологичное оборудование: 3D-принтеры и сканеры, современные компьютеры, а также трёхмерное графическое программное обеспечение. Занятия проводятся в рамках внеурочной деятельности для учащихся 5-9 классов. Обучение строится в три этапа, рассмотрим их подробно.

1 этап. Базовое обучение работе в среде программ трехмерного моделирования.

3D-моделирование мы будем трактовать как процесс создания виртуального трёхмерного объекта в графической компьютерной программе или системе автоматизированного

проектирования [3,7,16]. Программное обеспечение включает в себя несколько функций: создание объекта и сцены; визуализация модели; анимация объекта; передача данных для печати на 3D-принтер.

В 5 классе школьники стремятся создать что-то новое, моделируют примитивные объекты в трёхмерных графических программах по приведённым в инструкциях схемам и чертежам, разрабатывают собственные элементарные объекты. Учащиеся могут протестировать на компьютере полученную модель, внимательно изучить её. При необходимости всегда есть возможность отредактировать объект, что-то изменить, дополнить, сделать заново. Просмотр объекта в разных проекциях, режим «вращения сцены» делает процесс наглядным, интересным и познавательным. Дети видят технологию 3D-моделирования своими глазами, проявляют интерес, развивают творческие способности.

Н а наш взгляд начинать изучение инженерного дела необходимо с программного комплекса 123D Design, которое отличается интуитивно понятным интерфейсом. Учащиеся 5 классов с легкостью освоят работу с примитивами (базовыми фигурами) и модификаторами над ними Для проектирования сложных моделей в дальнейшем возможно применять программу Blender 3D. Бесплатный продукт для создания и редактирования трёхмерных объектов, который практически не уступают платным пакетам трёхмерной графики, таким как 3Ds MAX, Maya. Учащимся предстоит работать с полигонами, сплайнами или кривыми Безье, а булевы операции помогут облегчить решение поставленных задач. Большое количество модификаторов позволяют смоделировать любой по сложности объект. Создание анимационных роликов предоставит возможность детям почувствовать себя настоящим аниматором, учувствовать со своей работой в различных конкурсах, повышая уровень самооценки.

2 этап. Ознакомление с принципами работы 3D-принтера.

Под 3D-прототипированием мы понимаем технологию послойной печати (тонкой полимерной нитью, склеивание порошков, ламинирование листовых материалов и др.) физического объекта на основе компьютерной модели, с целью изучения свойств,

анализа работы, проведения эксперимента [4'11,17'19'20].

Другое название данной технологии - аддитивное производство, представляющее собой процесс создания объектов из полимеров по цифровому файлу. Одним из типов данной технологии является послойная печать расплавленной полимерной нитью - Fused

Deposition Modeling (FDM)^. Изделие получается путём последовательного наслаивания слоёв материала. Каждый из слоёв является тонким поперечным сечением объекта. Печать происходит с помощью экструдера, который под высокой температурой выплавляет пластиковую нить. В зависимости от принтера толщина нити может варьироваться от 15 до 50 микрон li^l. Точность и качество конечного продукта зависит от запрограммированной скорости печати, используемого материала и типа экструдера. Время печати одной небольшой модели составляет несколько часов. В последние десять лет технология 3D-печати стала более доступной. Принтеры с высоким разрешением

возможно приобрести для работы в общеобразовательные учреждения В качестве материала применяют термопласты. Наиболее распространенными является полилактид (PLA), который относится к биоразлагаемым веществам, в основе которых сахарный

тростник и кукуруза При 3D-печати данный материал не нуждается в охлаждении, нет необходимости в подогреваемой рабочей области со специальным покрытием, отсутствие

вредных испарений и химического запаха

Опыт автора по ведению 3D-печати во внеурочную деятельность в МБОУ «Гимназия №1» города Ульяновска показывает, что учащиеся проявляют неподдельный интерес к 3D-печати. Изучив основы работы с трёхмерной графической программой, учащиеся могут приступить к работе с 3D-оборудованием под присмотром преподавателя. Создают рисунки (чертежи) на бумаге, которые затем переносят в графическую программу, корректируют и дорабатывают, прибегая к помощи учителя. Предварительный рисунок необходим для более глубокого понимания конечного результата прототипирования. Программные средства позволяют редактировать модель, исправлять недочеты и видеть результат непосредственно на экране монитора компьютера. Затем определяется оптимальный размер объекта и печатается на 3D-принтере. Воплощения своей идеи в материальный объект вызывает у учащихся интерес и желание продолжать работу с 3D-технологиями дальше, совершенствовать свои навыки, создавать всё более сложные модели. Получить задуманную модель не просто на экране монитора, но и в пластмассовой копии - это прекрасный способ разнообразить учебный процесс, придать ему наглядность, а также мотивировать детей к инженерному делу.

Для демонстрации возможности применения технологии 3D-печати в различных областях науки целесообразным представляется использование тем из общеобразовательной программы по предметам математика и физика.

Рассматривая темы: взаиморасположение фигур в пространстве, симметрия, понятия поворот и движение при изучении курса геометрии, учащиеся могут придумать и изобразить объекты, части которых поддаются симметрии относительно прямой или при вращении. Выбирают наиболее интересные из них для печати на 3D-принтере. В качестве примера можно привести мозаику Эшера (рис. 1). Дети создают шаблоны для печати, как для игры головоломка. При поиске подходящих элементов развивается математическое мышление.

Рис.1. Пример модели для печати. Элементы мозаики Эшера.

Рис.2. Пример модели для печати. Доказательство теорема Пифагора.

Теорема Пифагора сложная для понимания геометрического смысл. Представляется возможным придумать трёхмерную версию теоремы Пифагора, это позволит учащимся увидеть, как квадраты сторон соотносятся друг с другом. Один прямоугольный треугольник, на сторонах которого построено три квадрата (рис. 2). Два меньших квадрата заполняются маленькими элементами, далее из этого количества элементов заполняется большой квадрат, что и демонстрирует теорему Пифагора в реальности.

Данные работы позволяет детям посредством кинестетического обучения почувствовать и понять взаиморасположение объектов, их свойства и функциональные возможности. Как результат, учащиеся 5-6 классов не только обретают необходимые навыки по работе с программой и оборудованием, но и развивают логическое и креативное мышление, пробуждают интерес к точным наукам, активизируется творческая деятельность.

3 этап. Инженерная проектная деятельность.

Проектную деятельность можно воспринимать как проблемное или развивающее обучение, так как при решении проблемной задачи учащийся получает новый опыт или навык, заранее определённый учителем. Непосредственное руководство учителя делает обучающихся объектом педагогического воздействия, однако, активное участие в деятельном процессе, самостоятельная организация и творческое осуществление проектной работы, саморазвитие и самореализация переводит их в субъект педагогической деятельности. Конечный продукт проектирования представляет собой материализацию субъективного опыта учащегося.

В седьмом классе у учащихся одним из главных мотивов обучения становится самоутверждение. Опыт проб и сшибок, поддержка со стороны учителя, является необходимыми условиями для поднятия самооценки и дальнейшей учебной мотивации подростка. С приобретением всё больших навыков и умений учащиеся могут продумывать собственный алгоритм работы над проектом, выдвигать гипотезы, разрабатывать план испытаний полученного объекта. Со стороны учителя целесообразно определить тему инженерного проекта и требования к конечному результату, акцентировав внимание детей на поиск способа решения поставленной задачи, проявлению инициативы. Учащиеся самостоятельно знакомятся с необходимой литературой, подбирают информацию, проводят эксперимент, сопоставляют результаты с первоначальными требованиями, оформляют итоги в виде таблиц, графиков, диаграмм.

В отличие от традиционных методов обучения метод проектов направлен не на получение готовых знаний, умений и навыков, а на приобретение их самостоятельно в процессе равноправного общения со сверстниками II5!.

В начале учителю предстоит решить ряд непростых задач:

определить актуальную на сегодняшний день тему инженерного проекта;

- прописать план действий всех участников работы;

- определить конечный результат исследования;

- разработать критерии и систему оценивания;

- организовать обсуждение результатов;

- подобрать экспертную группу из высшего учебного заведения -Ш.

В 9 классе проекты можно условно назвать «меняющие жизнь». Необходимо предоставить школьникам практически полную свободу действий. Создание кого-либо объекта не является целью проектирования, необходимо ответить на вопрос «для чего нужен?» или «как способен повлиять?» разработанный прототип при решении реальной проблемы социального или экономического характера. Учащимися самостоятельно разрабатывают план проектирования, техническое задание, требования к результату, при этом учитывают важное условие: инновационность конечного продукта и оригинальность инженерного решения.

Инженерный проект учащихся должен быть основан на анализе конкретной реальной ситуации, которая разрабатывается по определённым правилам. Так она должна содержать определённый набор противоречий, которые необходимо разрешить с помощью технологии 3D-печати.

Процесс работы над инженерным проектом содержит следующие этапы:

- анализ ситуации (знакомство, осмысление);

- обсуждение проблемы в группе (поиск решения);

- выдвижение гипотезы, новой идеи решение поставленной проблемы;

- постановка конструкторских задач;

- анализ требований для разработки технического задания;

- конструирование изделия с применением 2D-программных средств;

- разработка 3D-модели прототипа;

- изготовление прототипа на 3D-принтере;

- тестирование готового изделия;

- оформление презентационных материалов, рефлексия.

Проектная деятельность предоставляет возможность учащимся: проявить себя в решении совместных задач; приобрести необходимый опыт отстаивания своей точки зрения и анализе позиции оппонента; повысить самооценку и уверенность в своих силах; совершенствовать умения формулировать и высказывать свою точку зрения, дискутировать; получить опыт командной работы и определения совместного решения

В процессе проектной работы учащиеся работают в группе по три человека. На каждом этапе участники проекта самостоятельно выполняют поставленные задачи, при необходимости прибегая к помощи учителя. В конце каждого этапа заслушивается выступление каждого участника о проделанной работе в группе. Выносятся вопросы для

обсуждения, озвучиваются проблемы и возможные способы их решения. Подводится итог о полученных результатах на данном этапе, что было выполнено, какой вклад внесла проделанная работа в целый проект.

Инженерный проект включает не только разработку 3D-модели, но экономическое обоснование, целесообразность и значимость готового продукта. Группа анализирует дальнейший план производства продукта и вывод его на потребительский рынок. В презентации все цифровые показатели иллюстрируются в графиках и диаграммах. В качестве экспертов приглашаются заведующие или представители кафедр университетов, по социальной работе или информационным технологиям.

И спользование интерактивных форм внеурочной деятельности, повысит интерес к самостоятельному получению знаний. Так проектная деятельность является универсальной для:

- формирования новых знаний;

- моделирования различных ситуаций;

- развития творческих, коммуникативных и практических навыков;

- с помощью полученных знаний решить проблемную задачу;

- освоения новых способов решения задач;

- стимулирования на успех, создаёт «ситуацию успеха» -Ц0!.

При работе над инженерным проектом учащиеся выступают педагогического деятельности: осуществляют самостоятельный применяют их на практике; развивают творческие способности качества личности; приобретают новые знания и компетенции.

Возможно предложить следующие темы проектов: архитектура будущего, альтернативная энергия, беспилотные летательные аппараты, освоение космического пространства, система умного города и т.п.

Исследование

В рамках рассматриваемого вопроса нами было проведено исследование по вопросу целесообразности внедрения технологий 3D-прототипирования в школьный образовательный процесс, поскольку на данный момент подобной технологией обладают лишь некоторые образовательные учреждения крупных городов России ввиду достаточного финансирования. В качестве основополагающих критериев оценки нами были выделены: положительная динамика сформированности мотивации учащихся пятых классов к обучению и вовлеченности в образовательный процесс, а также формирование ключевых учебных компетенций у школьников в рамках внеурочной деятельности согласно Федеральному государственному образовательному стандарту (овладение методами учебно-исследовательской и проектной деятельности, решения творческих задач, моделирования, конструирования и эстетического оформления изделий с использованием 3D-принтера; умением работать в группе; развитием креативности, критического и творческого мышления, сотрудничества, самостоятельности и т.д.). В качестве экспериментальной группы были отобраны учащиеся пятых классов, посещающие лабораторию 3D-моделирования и прототипирования гимназии №1 города Ульяновска. При выборе экспериментальной группы мы руководствовались тем, что

в ро ли с уб ъе кта поиск знаний и и коммуникативные

учащиеся пятых классов мало знакомы с современными аддитивными технологиями, полученные раннее знания и умения не существенно отразятся на результатах эксперимента.

Внеурочные занятия были разделены на фазу ориентации, в ходе которой дети учились работать с графическими программами, управляющими принтером и генерирующими файлы для 3D-печати, и этап передачи, в котором дети применяли свои навыки.

Первоначально учителям было трудно использовать программное обеспечение для проектирования, а также было сложно представить, какие проекты, соответствующие возрасту учащихся, можно было бы создать. Однако они пришли к выводу, что наличие доступа к сети Интернет было полезным для поиска недостающей информации.

На первом этапе нами были собраны исходные данные, необходимые для проведения исследования. На основе скрининговых записей (по итогам диагностики уровня сформированности общеучебных умений и навыков учащихся М. Ступницкой), журналов для учителей, опросников (модифицированный вариант анкеты школьной мотивации Н.Г. Лускановой; адаптированная методика для диагностики учебной мотивации школьников М.В. Матюхиной в переработке Н.Ц. Бадмаевой), интервью с учащимися и преподавателями (в рамках недирективного подхода К.Роджерса), а также наблюдений исследователей за процессом обучения и преподавания в творческих группах (по методике Э.М. Александровской, Ст. Громбах), 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 учителей адаптации к различным потребностям учащихся.

По итогам внедрения технологии 3D-прототипирования было выявлено, что в рамках проектной работы школьники 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 школьников выявил значительный уровень навыков дизайнерского мышления, в частности, проведения экспериментов и интерпретации полученной информации. Выявленные сложности в работе с компьютерными технологиями наблюдались у тех учащихся, которым данный вид деятельности ранее был недоступен и тех, кто испытывал трудности при работе в группе (рисунок 3).

ю

Улдалез ьор*нност|.

П'Ч П ИЛ',- -1

БОБЛе'ЯПКП

Фан орцехсашш !>|ай а^кичм Хппро^ишА

Рис.3. Динамика сформированности мотивации учащихся к обучению и вовлеченности в

образовательный процесс

По результатам проведенного исследования мы сделали вывод о том, что существует очень большой спрос на внеурочные занятия, связанные с 3D-моделированием и печатью, и многие школьники выразили желание заниматься 3D-прототипированием в школе, а также в своей будущей профессии. Учителя отметили, что для них необходимы курсы повышения квалификации. Профессиональное обучение позволило бы им лучше понять преимущества интеграции 3D-технологий в процесс обучения. Необходимы дополнительные знания и навыки для внедрения инноваций в образовательную среду школы. 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 планов внеурочных занятий.

Теоретическая значимость проведенного исследования состоит в том, что его результаты доказывают целесообразность внедрения технологии 3D-прототипирования в общеобразовательный процесс, результативно использован комплекс существующих базовых методов исследования; выявлены критерии и показатели эффективности процесса интеграции 3D-технологий во внеурочной деятельности.

Практическая значимость заключается в том, что содержащийся в статье теоретический материал может стать основой для разработки учебных программ внеурочной деятельности с целью успешной интеграции инновационной технологии 3D-прототипирования в школе.

В результате проведенного исследования нами изучены особенности технологии быстрого прототипирования, а также возможности их использования в образовательном процессе. Мы выяснили, что на современном этапе российского школьного образования инновационные технологии 3D-печати находятся на ранней стадии внедрения. Тем не менее, их интегрирование в школьный образовательный процесс побуждает интерес учащихся к дальнейшему изучению компьютерных технологий, что может стать решающим фактором в выборе будущей профессиональной деятельности. К внешним обстоятельствам, влияющим на эффективность применения 3D-технологий в образовательную среду школы, является решение вопросов, связанных с повышением технологической грамотности учащихся; подготовку педагогических кадров; разработка учебных программ внеурочной деятельности, ориентированной на применение 3D-технологий; оснащение образовательного пространства оборудованием для 3D-печати и его техническое обслуживание; поддержка педагогов в процессе интеграции технологий в их учебные программы. Реализация таких инициатив имеет смысл, так как положительное влияние использования 3D-принтера в жизнедеятельности человека постепенно становится все более очевидным. На современном этапе можно говорить о

Выводы

том, что 3D-np0T0TMnMp0BaHMe является перспективной инновацией, которая, несомненно, будет способствовать получению продуктивного образовательного опыта.

3D-моделирование и прототипирование может быть прекрасным средством для повышения творческой активности учащихся и понимания учебного материала. Но только при правильном методологическом подходе может принести пользу. Правильное планирование внеурочной деятельности в соответствии с возвратом школьников может внести креативную линию в обучение. Приобретение результатов и опыта, которые будут необходимы в дальнейшей профессиональной деятельности после окончания обучения.

Библиография

1. Андюсев Б. Е. Кейс-метод как инструмент формирования компетентностей // Директор школы. - 2010. - № 4. - С. 61-69.

2. ВЦИОМ. Данные опроса (№ 3799 от 24 октября 2018 г.): Престиж и доход: какие профессии выбирают россияне? - URL: http://wciom.ru/index.php?id = 236&.uid = 9387 (дата обращения: 23.11.2019).

3. Головко И.С. Инженерное 3D моделирование и прототипирование в школе // Наука и образование: векторы развития. Современные тенденции развития школ-интернатов и коррекционных образовательных учреждений России : тезисы докл. Всерос. конф. (Чебоксары, 24-24 октября 2016 г.). - Чебоксары, 2016. - С. 266-271.

4. Гриц М. А., Дегтярева А. В., Чеботарева Д. А. Возможности 3D-технологий в образовании // Актуальные проблемы авиации и космонавтики. - 2015. - Т. 2. - № 11. - С. 925-927.

5. Елизарова Е.А. Сущностный анализ проектной деятельности // Вестник Самарского государственного технического университета. Серия: Психолого-педагогические науки. - 2012.-№ 1. - С. 66-71.

6. Заседатель В. С. Образовательный потенциал технологий быстрого прототипирования // Интернет-журнал «Науковедение». - 2015. - № 5. - С. 193.

7. Каменев Р. В., Лейбов А. М., Осокина О. М. Применение 3D-принтеров в образовании // Решетневские чтения. - 2014. - Т. 3. - С. 83-87.

8. Канесса Э., Фонда К., Зеннаро М. Доступная 3D-печать для науки, образования и устойчивого развития. - Триест: МЦТФ, 2013. - 192 с.

9. Каниболоцкая О.А., Калашник Л.В. Метод case-study как современная интерактивная технология обучения иностранным языкам студентов высшей школы // International scientific and practical conference world science. Дубай: РОСТ. -2016.-№6(10). - С.14-16.

10. Краснопольский В.Е. Применение WEB-технологий в кейс-методе // Вестник ЛНУ им. Тараса Шевченка. - 2012. - № 20 . - С.12-21.

11. Лейбов А. М., Каменев Р. В., Осокина О. М. Применение технологий 3D-прототипирования в образовательном процессе // Современные проблемы науки и образования. - 2014.-№5. - С. 93-101.

12. Липницкий Л. А., Пильгун Т. В. Аддитивные технологии и их перспективы в образовательном процессе // Системный анализ и прикладная информатика. -2018.-№3. - С. 76-82.

13. Меренков А. В., Артем О. Я. Потребность в техническом образовании у выпускников школ // Дискуссия. - 2015.-№3 (55).-С. 85-90.

14. Игонина Е.В., Дружинина О. В. Особенности разработки и применения FDM технологий при создании и прототипировании // Современные информационные

технологии и ИТ-образование. - 2017. - Т.13.-№2. - С. 185-193.

15. Осипова И.В. Об использовании кейс-метода в системе образования // Наука и образование: новое время. научно-методический журнал. - 2017.-№ 2(3). - С.42-45.

16. Рытов А. М. Из опыта обучения детей 6-9 классов основам инженерного 3D-моделирования и прототипирования-и^:

http://cttit.пJ/metod/Опыт%20обучения%203D%20-%20статья%20-%20Рытов.pdf (дата обращения 23.11.2019).

17. Салахов Р. Ф., Салахова Р. И., Гаптраупова З. Н. Возможности 3D-печати в образовательном процессе // Филологические науки. Вопросы теории и практики. -2017. - №6-2 (72). - С. 196-198.

18. Сябренко А. П., Тынченко В. С. Использование технологии 3D-печати в образовательном процессе ВУЗа // Развитие современного образования: теория, методика и практика. — 2016.-№1 (6). - С. 244-247.

19. Скапцов Е. В. Использование технологий 3d-моделирования в учебном процессе военно-инженерных ВУЗов // Национальная ассоциация ученых. - М.: ООО «Евразийское Научное Содружество». - 2015.-№ 15-1 (15). - С. 52-54.

20. Филиппова О. А. Применение технологии трехмерной печати в учебном процессе по дисциплине «Инженерная графика» // Наука, Техника и Образование. - 2015. - № 10. - С. 126-130