Изучение 3D-моделирования во внеурочной деятельности и школьном курсе информатики в контексте реализации ФГОС ООО

Технологии 3D-печати позволяют превратить любое цифровое изображение в объёмный физический предмет, который можно воспроизводить «в домашних условиях». Если задуматься, со временем эти технологии должны кардинально изменить поведение среднестатистического пользователя: вместо пассивного потребления того, что даёт ему массовое производство предметов, он может создавать необходимые ему предметы самостоятельно и именно в том виде, в котором они полностью его удовлетворяют. Материальный мир, который окружает человека, имеет все шансы стать уникальным и авторским.

На самом деле, 3D-печать – не такая уж новая технология. Её история началась в 1984году. Американец Чарльз Халл разработал технологию «стереолитографии» (SLA) для печати 3D-объектов по данным цифровых моделей из фото-полимеризующихся композитных материалов (ФПК). 1985 г. Михаило Фейген предложил послойно формировать объемные модели из листового материала: пленок, полиэстера, композитов, пластика, бумаги и т.д., скрепляя между собой слои при помощи разогретого валика [3]. Такая технология получила название «производство объектов ламинированием» (LOM). По сути, листы приклеиваются друг к другу, а лазер вырезает контур.Чуть позже объёмные модели научились формировать из слоёв различных материалов. Затем появились и другие методы 3D-печати, вот только использовались они преимущественно в промышленном и узкоспециализированном производстве.

Моделирование методом послойного наплавления (FDM) было изобретено в конце 1980-х, а уже в 1995 году появились понятия «3D-принтер» и «3D-печать». Дело в том, что именно этот метод сделал возможным использования быстрого прототипирования в «домашних условиях»: появились устройства относительно небольшого размера, которые создавали таким образом модели из полимерной нити.

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.

Актуальность методики обучения «3D- моделирования» обусловлена целым рядом факторов, важнейшими среди которых является следующие:

• ■    во-первых, в условиях развития модельноинформационной 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 модели- рованием на начальном уровне. Эти пособия уже переведены на русский язык.

Основные задачи исследования:

– Освоение знаний, составляющих основу научных представлений о компьютерном моделировании .

– Овладение умениями работать с различными видами информации с помощью компьютера и других средств информационных и коммуникационных технологий (ИКТ) .

– Развитие познавательных интересов, интеллектуальных и творческих способностей средствами ИКТ .

– Воспитание ответственного отношения к информации с учетом правовых и этических аспектов ее распространения; избирательного отношения к полученной информации .

– Выработка навыков применения средств ИКТ в повседневной жизни, при выполнении индивидуальных и коллективных проектов, в учебной деятельности, дальнейшем освоении профессий, востребованных на рынке труда.

Перечисленные цели можно сгруппировать в три основные общие цели: образовательная, практическая и воспитательная. Эти общие цели обучения определяются с учетом места компьютерного моделирования в системе наук и жизни современного общества.

Образовательная цель обучения компьютерного моделирования – дать каждому школьнику начальные фундаментальные знания основ компьютерного моделирования, включая представления о процессах преобразования, передачи и использования информации, и на этой основе информационных процессов в формировании научной картины мира, роль информационных технологий и компьютеров в развитии современного общества. Необходимо вооружить учащихся базовыми умениями и навыками для прочного усвоения этих знаний и основ других наук. Реализация образовательной цели в соответствии с законами дидактики способствует общему умственному развитию учащихся. Развитию их мышления и творческих способностей [1].

Практическая цель обучения компьютерного моделирования-предполагает вклад в трудовую и технологическую подготовку учащихся, вооружение их знаниями, умениями и навыками. Необходимыми для последующей трудовой деятельности. Учащихся следует не только знакомить с теоретическими основами компьютерного моделирования, но и обучить работе на компьютере и использованию средств современных информационных технологий; знакомить с профессиями, непосредственно связанных с компьютерным моделированием.

Воспитательная цель реализуется мировоззренческими воздействием на ученика путем осознания им значения вычислительной техники и информационных технологий для развития цивилизации и общества. Важным является формирование представления о моделировании как одного из трех фундаментальных понятий наука: материи, энергии и информации [2]. Использование в обучении современных информационных технологий формирует культуру умственного труда. Изучение компьютерного моделирования требует от учащихся определенных умственных и волевых усилий, концентрации внимания, логики и воображения.

Научная новизна исследования состоит в том, что бы:

– разработать решение специальным образом подобранных практических задач из различных сфер человеческой деятельности с применением конкретных средств моделирования;

– с позиций нового подхода разобрать систему решения учебно-методических задач, ориентированных на компьютерное моделирование, в процессе организации учебно - исследовательской деятельности учащихся в условиях интегрированной информационной образовательной среды школы.

Целесообразно:

– обосновать выбор соответствующего инструментального средства (языки программирования, специализированные библиотеки, СУБД, системы автоматизированного проектирования и моделирования, системы класса CASE и д.р.);

– определить цель моделирования рациональной внутримашинной технологии обработки на основе выбранных инструментальных средств (например, сокращение времени обработки по сравнению с тем, что существует в настоящий момент за счёт улучшения механизма поиска и сортировок, которые обеспечивает выбранный инструментарий);

– определить функции управляющей программы;

– обосновать присутствие, каких режимов обработки данных целесообразно в моделируемой системе.

В процессе работы, кроме качественного обоснования применения средств вычислительной техники, технологии моделирования, технологии обработки данных и т.д., целесообразно провести количественную оценку потребительских свойств модельно-информационной среды.

Кроме того, у учащихся есть возможность участвовать в увлекательных, связанных с жизнью, проектах, охватывающих области науки, технологии, проектирования. Автотрассовое мо- делирование – 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.