Необходимость использования 3D-технологий в школьной учебной деятельности



Сегодня стремительно набирает обороты новое тысячелетие. Что же нам принес ушедший век? Первый пассажирский самолет, атомные электростанции, полет в космос… Наконец в каждой семье появился холодильник, телевизор, автомобиль, стиральная машинка и многое другое, о чем думали люди с незапамятных времен, рассказывая детям о том, что им казалось невозможным: о ковре-самолете, скатерти-самобранке, сапогах-скороходах… Теперь все эти мечты воплотились в реальность. Но человек, видно, так устроен: ему всегда чего-то не хватает. И сейчас счастливый обладатель благ цивилизации часто бывает озадачен тем, как же размесить в своем доме все чудеса техники и причем так, чтобы стало уютней. Как это сделать? Можно, конечно, опытным путем: двигать каждый день мебель и бытовую технику, перемещая ее с места на место, и подыскивая вариант, который будет удобен и придется по душе. Но возникает проблема: где взять столько времени на бесконечную перестановку и как при том не повредить свой дом и имущество? И тут-то, оказывается, и приходят нам на помощь незаменимые для современного человека 3D-технологии

Началом развития 3D-графики считают обычное 2D-изображение. За несколько десятков лет графика достигла огромного развития. Благодаря многолетним разработкам человечество узнало, что такое видеодизайн и трехмерные изображения.

Появлению 3D предшествовало двухмерное изображение, которое имело две оси координат, формирующих ширину и высоту рисунков. И только в 90-х годах XX века стало известно о возможности создания третьего измерения — объема. Такое открытие было по силам лишь человеку, с хорошим пространственным представлением, где его предметная визуализация смогла бы отражать все характеристики объекта. Поэтому две существующие оси координат пополнились третьим критерием, глубиной, соответственно осью «Z». В XX веке первые компьютеры, на которых приходилось работать, были очень громоздкими, но это нисколько не смущало людей, для которых электроника была истинным смыслом жизни.

Одним из гениальнейших исследователей был Иван Сазерленд. Он, будучи всего лишь аспирантом, разработал программу, с помощью которой можно было конструировать простейшие трёхмерные изображения. Именно он впервые создал кафедру компьютерной графики в родном университете. Эти события открыли миру путь в 3D-моделирование, без которого сейчас жизнь даже невозможно представить. Помогали аспиранту его лучшие студенты Эд Катмулл и Джим Блинн. Катмулл, под руководством своего руководителя Ивана Сазерленда, смоделировал первый объемный объект, которым была его собственная рука. [1]

Другой студент ввел в оборот понятие 3D-анимация, «научив» объемные фигуры двигаться. Как ни странно, но первый мультфильм такого типа зародился еще в СССР и шел всего лишь 40 секунд. Его создатель — советский ученый-математик Константинов. В основе такой работы лежала 3D-иллюстрация кошки, которая ходила по комнате. Постепенное развитие техники привело к созданию новейших технологий не только в сфере кинематографа, но и усовершенствований в компьютерных играх. Сейчас уже современная игровая компьютерная графика, в которой 3D-персонажи заменяют привычные двухмерные картинки, никого не удивит. [2]

В настоящее время трехмерная графика достигла необычайных высот. Появляется возможность просматривать экстерьеры зданий и домов. Это понятие обратно термину интерьеры, оно старается как можно ярче и наиболее полно представить и обсудить детали будущей постройки или создать уникальный и эффектный проект. [2]

И знакомить с ними ребенка надо еще в детстве, ведь это самая великолепная пора в жизни, когда воображение еще просто не имеет границ. Для этого нужно особое внимание уделять уроку технологии, ведь именно данный предмет оказывается едва ли не самым нужным, когда мы выходим во взрослую жизни. От того, как человек справляется с домашним трудом и насколько умеет сделать его максимально комфортным, во многом зависит семейное счастье. Только задумываемся мы об этом, к сожалению, поздно, когда нельзя вернуться на урок технологии, и научиться у своего педагога житейской премудрости. Но только ли знания этого предмета приблизят к нам 3д-технологии?

Исследование 3D-технологий обосновано буквально повсеместным внедрением трехмерной графики во всевозможных сферах. С интенсивным внедрением передового оснащения в средние учебные заведения у подростков явно прослеживается повышение усваиваемости материалов.

Использование 3D (трёхмерных) моделей реальных предметов — это важное средство для передачи информации, которое может существенно повысить эффективность обучения, кроме этого, может служить отличной иллюстрацией при проведении докладов и презентаций. Трехмерные модели — это обязательный элемент проектирования современных транспортных средств, интерьеров, архитектурных моделей и т. д. Для того, чтобы научиться изготовлять трёхмерные модели, мы начали с оригами, так как сборка моделей в оригами — первый шаг в обучении 3D-моделированию. [3]

С появлением 3D-моделирования люди практически полностью позабыли о бумаге и циркулях. На смену этим, традиционным ресурсам, пришли новые, более эффективные и совершенные, открывающие перед человеком максимально широкие возможности и перспективы. [4]

В качестве образовательных технологий 3D-моделирование можно применить в следующих случаях:

— проведение 3D-уроков и 3D-лабораторных;

— 3D-моделирование наиболее сложного физического или химического эксперимента учителем;

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

Так что же такое 3D-моделирование?

Каждый человек в нашем быстро развивающемся мире сталкивался с таким видом моделирования и думаю, четко может дать ответ на этот вопрос. 3D-моделирование — это процесс создания и использования трехмерной модели объекта. 3D-графика — достаточно сложная сфера, которая связана с множеством отраслей, от производства игр и фильмов до архитектуры и инженерных проектов. В современном обществе 3D-моделирование занимает значительное место даже в повседневной жизни человека. Самым ярким примером являются Google-карты, где есть возможность в прямом смысле «пройтись» по улицам любого города. [5]

Огромное влияние на 3D-технологию оказало изобретение и популяризация 3D-печати, благодаря ей трехмерная графика перешла на новую ступень развития и стала востребована как никогда. У каждого человека появилась возможность напечатать нарисованный им самим или загруженный из интернета 3D-объект, будь то модель архитектурного дизайна или герой из любимого мультфильма. [6]

Информационные технологии достаточно прочно вошли в сферу образования, что является естественным следствием развитием современного общества. 3D-технологии с каждым годом набирают все большую популярность. На сегодняшний день 3D-технологии очень популярны и распространены, мы можем столкнуться с ними просто пойдя в кино. С появлением новейших методов киноиндустрии есть возможность снимать 3D-фильмы, и с недавнего времени 4d- и 5d-видео. [6]

Благодаря этим разработкам мы имеем возможность применять эти технологии в учебной деятельности, для самостоятельного построения 3D-моделей.

Почему 3D-технологии в учебе — это хорошо?

Ответ прост: эти технологии вызывают живейший интерес у школьников. Ведь что может быть интереснее, чем в живую увидеть процессы и явления, о которых они раньше знали только со слов взрослых. А ведь давно известно, что качество усвоения зависит от степени заинтересованности. И именно возможность визуализировать пространственные и абстрактные понятия даст возможность повысить интерес обучающихся к образовательному процессу.

К современным 3D-технологиям на данный момент относят:

1. 3D-печать. Создает твердые объекты любого уровня сложности из большого выбора материалов, причем перечень применяемых материалов непрерывно возрастает;
2. Биопечать. Это печать биологическими материалами, например, пищевыми, создание имплантатов для замены поврежденных костей, хрящей и тканей, а также создание живых органов, пригодных к трансплантации;
3. 3D-моделирование. Позволяет сканировать трехмерные объекты, подразумевает использование различных методов создания точной цифровой копии реального предмета. 3D-печать или «аддитивное производство» — процесс создания цельных трехмерных объектов практически любой геометрической формы на основе цифровой модели.

Что именно можно использовать в учебной деятельности?

1. 3D-изображения

Трехмерное представление о предмете можно получить при изучении непосредственно самого предмета, его модели, и изображения, полученного специальными устройствами, к которым можно отнести электронные плакаты, видеосюжеты, анимация, а также благодаря современным технологиям 3D-изображения. Показывая вместо статических картинок сложные трехмерные анимации, явления, происходящие внутри изучаемого объекта, мы значительно повышаем наглядность учебного материала, вследствие чего существенно сокращается время на обучение. Новые устройства и программное обеспечение позволяет при создании 3D-модели использовать графику высокой четкости и высоким качеством. Создается впечатление, будто ты смотришь на фотографию или видео реального предмета. Но тут есть еще одно преимущество: эту модель можно разобрать по слоям и частям, что делает учебный процесс более наглядным и понятным. [6]

2. 3D-ручка

3D-ручка — это инструмент, способный рисовать не на бумаге, а в пространстве. Эта ручка имеет небольшой вес (примерно как обычная ручка), что не напрягает руку. Она не требует никаких специальных программ и дополнительного оборудования. Научится ей пользоваться можно за очень короткий период, в среднем один-два часа. Принцип действия не сложный. Вместо чернил заправляется такая ручка специальными пластиковыми стержнями, такие же использует 3D-принтер. Точно также мы создаем модель по слоям. 3D-ручка безопасна в использовании, так как пластик сразу же затвердевает при взаимодействии с воздухом. Ручка можно применить для создания моделей в любой сфере. Например, на уроках геометрии, черчения, биологии, физики. Кроме того, развивает у подростков пространственное мышление и моторику рук. Данную технологию можно использовать на таких дисциплинах, как:

— география — для 3D-моделирования и визуализации местности;

— история — для создания трехмерных моделей археологических находок и древних ископаемых, исторических событий и т. п.;

— анатомия — для имитации отдельных частей тела и органов;

— биология и химия — можно создать полноцветные модели молекул, визуально показывать цепочки ДНК, электрический заряд или устройство атома;

— геометрия, где можно создать модели геометрических фигур [7].

3. 3D-принтеры

Создание трехмерной модели от ее создания на компьютере до печати реального объекта позволяет школьникам на конкретных примерах освоить первоначальные навыки моделирования, познакомить с технологией печати. Любому человеку сложно сразу заметить изъяны и недостатки в созданном в голове объекте, а, распечатав этот предмет, ученик всегда может подкорректировать, продумать и улучшить свою работу до идеала. Также сами модели тоже всегда можно использовать в учебном процессе, как средства обучения и изучения. Это дает возможность обучающемуся получить наглядное представление о том, что написано в учебнике или в тетради. [6]

3D-принтеры могут стать хорошими помощниками в учебе. Вот их основные достоинства:

1) печать геометрических объектов;

2) печать прототипов изделий;

3) печать довольно крупных моделей любых форм и любой сложности.

Подводя итог всего вышесказанного, хотелось бы еще раз подчеркнуть важность и преимущество 3D-технологий.

Сферы, где можно использовать технологии 3D-моделирования только школьными общими дисциплинами. Повторюсь, что основным достоинством использования этой технологии в учебе можно считать повышение интереса учащихся к изучаемому материалу и дисциплине в целом. Школьники имеют возможность на тактильном уровне ощутить результат проделанной работы, провести анализ и вынести урок. 3D-технологии делают процесс образования более интересным. Это развивает творческое мышление у подростков.

В образовательном процессе 3D-технологии дают уникальную возможность внести изменения в уроки и лабораторные занятия, делают учебный процесс результативным, интересным и наглядным. Использование 3D-моделирования содействует «погружению» в изучаемую тему предмета в ходе урока, ведь так намного понятнее и демонстративнее можно изучить тему, если есть возможность увидеть и потрогать объект изучения. [8]

3D-технология существенно упрощает, а главное развивает процесс обучения по многим дисциплинам. Например, такие непростые предметы, как архитектура, черчение, робототехника, химия, биология, астрология, география и биология.

Самое главное, по моему мнению, в использовании 3D-технологий в учебной деятельности является то, что у обучающихся есть возможность обнаружить и воплотить свои творческие способности, а также улучшить навыки пользования современными технологиями и устройствами. Школьники уже на уроках могут получать необходимые умения и навыки, которые пригодятся в будущей профессии. Сейчас уже 3D-технологии — это не так дорого, как было раньше. Модель для учебы можно скачать из интернета или поставить задачу перед учениками. Самое сложное для преподавателя здесь это, к сожалению, оснащенность специальной техникой. Особенно на периферии. Поэтому хочется надеяться, что в ближайшее время этот вопрос станет вопросом стратегического развития. Ведь вывод из всего вышесказанного только один: 3D-технологии — это будущее наших детей. Это тот новый уровень образования, к которому стремится всё человечество. И первое место, куда их стоит внедрять это школы. Важно только не останавливаться на стадии идеи, а воплощать ее.

Литература:

1. http://web-lance.net/istoriya-3d-grafiki.html
2. https://blogdom.ru/short-story-evolution-of-the-pixel-littleknown-facts-about-the-history-of-computer-graphics/
3. https://school-science.ru/3/4/33149
4. https://infourok.ru/prezentaciya-preimuschestva-primeneniya-tehnologiy-dmodelirovaniya-v-obrazovatelnoy-deyatelnosti-2039403.html
5. https://ru.wikipedia.org/wiki/ %D0 %A2 %D1 %80 %D1 %91 %
6. http://dspace.bsu.edu.ru/bitstream/123456789/37767/1/Mosina_Ispolzovanie_19.pdf
7. https://cyberleninka.ru/article/n/vozmozhnosti-3d-tehnologiy-v-obrazovanii
8. https://www.avclub.pro/articles/3d-tekhnologii-v-obrazovanii/