3D – технологии - технологии будущего в системе профориентации школьников

Высоцкая   Елена   Владимировна,   учитель   математики   и   черчения,   педагог дополнительного   образования   Муниципального   общеобразовательного   учреждения «Лаголовская   общеобразовательная   школа»   д.Лаголово   Ломоносовского   района Ленинградской области. 3D – технологии ­ технологии будущего в системе профориентации школьников Современная наука и техника развиваются не просто стремительно, а по некоторым меркам   просто   семимильными   шагами.   Несколько   десятилетий   назад   с   трудом воспринимались   возможности   создания   объемных   изображений,   их   демонстрацию   для широкого   зрителя,   теперь   же   3D  и   даже   7D­технологии   можно   встретить   не   только   на телеэкране, но и в живописи, и даже в печати на тканях. Объемными   предметами,   безусловно,   никого   не   удивишь,   но   вот   печать   таких предметов на принтерах до недавнего времени казалась фантастикой, а сейчас можно часто слышать о 3D­печати и созданных при ее помощи моделях. Не каждый, конечно же, видел это чудо техники наяву, но слышали, безусловно, многие.    следовательно, Столь   стремительно   развивающаяся   наука   и   техника   не   дает   возможности   растить кадры   десятилетиями,   встает   вопрос   о   максимально   ранней профориентационной   работе   школ   и   подготовке   студенческих   кадров   для   организаций высшего профессионального образования уже с возраста 13­14 лет. Смело говорю об этом на том основании, что получающее в последнее  время развитие направление  3D­образования призвано   отвечать   именно   этим   запросам.   Объясню.   3D­технологии   и   их   развитие предполагают   овладение   обучающимися   достаточно   широким   спектром   научных   знаний математики, механики, теории относительности, материаловедения и др. при этом не всегда на уровне школьной программы. Наиболее активно развивающиеся группы школьников или образовательные центры берут под свое покровительство или шефствуют высшие учебные заведения или предприятия, заинтересованные в развитии учащихся в выбранном направлении и   получении   высококлассный   специалистов   в   нужной   производственной   сфере.   Если оценивать   развитие   шефской   помощи   в   недавнем   прошлом   и   настоящем,   то   суть   этой поддержки поменялась в соответствии со стремительным изменением производства в целом. Работодатели   заинтересованы   не   просто   в   поддержке   образовательных   структур,   а   в поддержке   и   сопровождении   кадрового   потенциала,   способного   в   недалеком   будущем реализовать   самые   смелые   идеи   для   развития   производства   конкретного   объединения   и промышленности в целом. Развитие  3D­технологий  в недалеком будущем, по словам  ученых, в самых  разных отраслях человеческой жизни станет ведущим в сфере науки и производства. Уже сегодня на 3D­принтерах печатают продукты, органы и органоиды, предметы быта и искусства и др. 3D­ моделирование   уже   сегодня   работает   в   сотрудничестве   с   медициной   и   биомеханикой, автопромышленностью   и   самолетостроением,   строительством   и   космосом.   Любая   сфера науки   и   промышленности   берет   для   себя   то   новое   и   перспективное,   что   позволяет усовершенствовать ее существование и развитие. Современные космические экспедиции также проводят исследования в области 3D­ технологий. Достаточно сказать, что эти исследования позволят в не в очень отдаленном будущем   использовать   для   трансплантации   органы   или   части   органов,   полученные   с применением 3D­печати. Не   успели   3D­технологии   получить   внедрение   в   школьную   практику,   как   уже становятся не столь новыми в перспективе развития. 3D­технологии сегодня – это проекты по непосредственному проектированию и созданию технических новинок и усовершенствование имеющихся   предметов   в   различных   сферах,   так   называемое   прототипирование.   На предприятиях   трудно   представить   современного   слесаря,   работающего   на   лазерных   или фрезерных станках без использования программ по 3D – моделированию. Несколько лет назад была создана ассоциация 3D­Образование, которая сегодня при поддержке Санкт­Петербургского политехнического университета Петра Великого (СПбПУ) реализует   в   Ленинградской   области   программу   подготовки   педагогических   кадров   для работы в сфере дополнительного образования по программам, связанным с 3D­технологиями. Профильным   начальным   образованием,   если   говорить   о   педагогах   общего   образования, служит, безусловно, педагогическое образование по преподаванию черчения или технологии. Мое основное образование по преподаваемым предметам – учитель математики. Кроме того, я получила профессиональную переподготовку как учитель черчения и технологии. В этом учебном   году   прошла   курсы   повышения   квалификации   по   программам   основ   проектной деятельности, аддитивным технологиям и основам технологий «Фабрик будущего». С нового учебного   года   включилась   в   реализацию   этого   не   только   интересного,   но   и   достаточно сложного проекта. Безусловное просветительское значение имеют семинары, мастер­классы, учебно­тренировочные сборы для педагогов, начинающих свою работу в этой сфере, новой и очень   интересной,   проводимые   опытными   преподавателями   информационных   центров   и университета.  На   практике   реализации   этого   проекта   все   еще   сложнее.   Школьник   перегружен количеством изучаемых предметов, а тут еще необходимо заинтересовать его в ситуации, когда конечный результат не всегда виден в обозримом будущем. Кроме того, педагоги в достаточной   мере   не   обеспечены   необходимыми   методическими   материалами.   Учителю приходится в большей степени заниматься самообразованием. Трудно, но интересно. Первичным увлечением для моих учеников было создание 3D­моделей при помощи 3D­ручек. Эта работа позволяет дать представление  ученикам  об особенностях объемных моделей,   их   создания   плоскостными   деталями   или   сразу   создание   единого   объемного контура. Второй вид работы больше ценится на различных этапах олимпиад. Немаловажно помнить   и   о   технике   безопасности   при   работе   с   3D­ручками.   Причем   при   выполнении олимпиадных   заданий   невозможна   индивидуальная   реализация   задуманного   проекта. Сложность  задания и временные  ограничения  заставляют  ребят распределять  обязанности внутри команды. Одним из критериев оценивания коллективной работы как раз и является умение коллектива самостоятельно распределить и контролировать как отдельные этапы, так и работу в целом. Данное направление получило широкое распространение среди учеников разного   возраста,   даже   младших   школьников.   Достаточно   быстрое   создание   моделей   и видимый   конечный   результат,   а   также   возможность   практики   на   дому   становится привлекательной   для   ребят   любого   возраста.   Тем   более,   что   возможность   приобретения оборудования и расходных материалов для данного вида работы доступно каждому. Меньшее   количество   ребят   заняты   в   реализации   второго   направления   ­   3D­ проектирования и прототипирования. Сложность этого направления заключается в огромном диапазоне   сфер   знаний,   необходимых   для   успешной   реализации   заданий   по   основам   3D­ моделирования и прототипирования. Начальными знаниями считаю основы черчения, физики, механики.   Следовательно,   оптимальным   для   начала   работы   в   этом   направлении   считаю возраст   13­15   лет.   Причем   девочки   или   мальчики   это   будут   –   неважно.   В   нашей   школе работают две группы. Так сложилось, что одна из них полностью состоит из мальчиков, а во второй из 15 человек только два мальчика. Ребятам так комфортно работать, что о переходе из   группы   в   группу   не   думают.   В   смешанной   группе   девочкам   по   обоюдному   согласию отводится роль «технических сотрудников»: выполнение чертежей в ручном режиме, оценка физико­математических   возможностей   модели,   а   мальчики,   преимущественно,   переводят чертежи в компьютерный вариант, подают идеи по созданию и усовершенствованию изделий. В одних школах наиболее активно развивается направление 3D­проектирования на основе программы Компас­3D. В других школах или районных Центрах информационных технологий используется программа «Creo Parametric».  Начинала работу с курса черчения, изучение которого в нашей школе с этого учебного года вновь вошло в учебный план 8­9 классов. Причем, интерес обучающихся прогрессировал так, что за два месяца они научились выполнять чертежи не только в трех проекциях, но и в аксонометрии,   что   позволило   быстрее   перейти   к   созданию   чертежей   и   деталей   в   3­D  – программах. Обучающиеся с интересом вникают в сложности проектирования, представления моделей  в их различных  формах и  составных частях. На занятиях  возникают  интересные обсуждения   по   вопросам   оптимальности   использования   деталей   механизма   в   целом   или усовершенствования   механизма   для   расширения   функциональных   возможностей   или производительности в целом. Поскольку   работаем   только   первый   год,   то   в   олимпиадном   движении   пока   не участвуем, но следим за направлением заданий, их уровнем, необходимой тематикой знаний, параметрами   оценивания   созданных   работ   и   процесса   его   реализации.   В   следующем   году предполагаем   подключение   в   рамках   внеурочной   деятельности       дополнительного   курса механики   для   возможностей   физико­механического   проектирования,   так   как   выполнение некоторых видов  заданий  доступно только с использованием  дополнительных  предметных знаний курса механики и физики. На   занятиях   по   3D  –   моделированию   практикуем   различные   виды   работы   в компьютерной программе Компас 3D:  Индивидуальная работа в программе на персональном компьютере.  Индивидуальная  работа на компьютере с демонстрацией выполняемых операций на единый экран.  Коллективная работа в единой программе с демонстрацией выполняемых операций на единый экран.  Последний   вид   работы   достаточно   сложный   для   коллектива   ребят,   но   очень интересный и позволяет научить детей терпению, уважению чужого мнения, умения работать в команде. Заключается он в том, что ребята одновременно по очереди создают одну и ту же модель.   Происходит   это   так:   у   каждого   из   учеников   есть   «мышка»   с   дистанционным управлением.   Следовательно,   каждый   из   учеников   может   в   любой   момент   включиться   в работу   в   программе:   откорректировать   изображение,   добавить   новое,   выполнить   иные операции.   Это   и   возможность   практикоприменительного   обсуждения,   и   взаимовыручки. Сложно, но интересно. Скажу сразу, что подобный вид работы я практикую и на уроках алгебры   или   геометрии,   поэтому   его   усложнение   на   занятиях   по   3D­проектированию   не вызывает   особых   дополнительных   проблем.   При   этом   формируется   отличное   командное взаимодействие, корректность во взаимоотношениях при решении сложных командных задач. Используем такой вид работы при создании единой модели по заданным параметрам. Иногда такое командное сопровождение выполнение работы позволяет находить оптимальные шаги по реализации персональных заданий в будущем. Реализация проекта по 3D­моделированию включает в себя еще и работу по основам прототипирования, где ведущим выступаем также знание основ материаловедения. Именно в этом направлении на сегодняшний день работают специалисты в области 3D­моделирования в промышленности, решая вопросы оптимизации деталей и связочных узлов и компонентов для облегчения моделей по весовым характеристикам (без снижения основных производительных характеристик) или усовершенствование технических возможностей в целом. С учениками мы пока практикуем создание чертежей по заданному образцу детали и рассматриваем вопросы возможностей   использования   иных   материалов   для   ее   производства   и   влияние   этих материалов на технические возможности измененной модели.  Не только я, но и мои коллеги обратили внимание на то, что ученики, с интересом включившиеся в работу над новым проектом по реализации программы «3D­моделирования и основ прототипирования» с большим интересом принимают участие в обсуждении учебных проблем на других уроках: в частности, физики, биологии, обществознания. Преподаватели отмечают также повышение ответственности и разумную оценку своего труда в реализуемых предметных проектах. Смею надеяться, что для кого­то из них столь смелое внедрение и раннее   знакомство   с   современными   промышленными   технологиями   позволит   осознанно выбрать направление будущей профессиональной деятельности. Список использованных источников: 1. Головко И.С. Инженерное 3D моделирование и прототипирование в школе: материалы IV  научно­практической   конференции   «Наука   и   образование:   векторы   развития». [Электронный   ресурс]  https://emc21.ru/wp­content/uploads/2016/10/Statya­ Golovko.pdf (дата обращения 3.10.2018)  URL: 2. Корнилова Е. А., Трапезникова И. В., Раевская М. В., Инютина Т. С. Методические рекомендации  по изучению  технологии  3D– моделирования  в общеобразовательных учреждениях   Белгородской   области.   Белгород,   2016.   [Электронный   ресурс]  URL: http://new.beliro.ru/wp­content/uploads/2015/07/metod_rek_3d.pdf  (дата   обращения 20.09.2018)   процессов.   Харин   К.В. 3. Кувшинов   С.В.,   Методические   рекомендации   для   центров прототипирования,   мастерских   школ   и   лицеев   в   области   применения   цифровых производственных  URL: http://inot.rsuh.ru/binary/2632754_76.1414068135.43168.pdf (дата обращения 12.08.2018) 4. Лейбов   А.М.   Каменев   Р.В.   Осокина   О.М.   Применение   технологий   3D­ прототипирования   в   образовательном   процессе   //   Электронный   научный   журнал «Современные проблемы науки и образования». №5, 2014. [Электронный ресурс] URL: https://science­education.ru/ru/article/view?id=14933 (дата обращения 13.10.2018)    [Электронный   ресурс] 5. Методические   рекомендации   для   педагогов   по   изучению   робототехники,   3D моделирования, прототипирования в рамках предмета «Технология» (на основе опыта образовательных учреждений общего образования Санкт – Петербурга). [Электронный ресурс]  ГБУ ДПО  СПб АППО. Санкт­Петербург, 2017.  URL:  https://spbappo.ru/wp­ content/uploads/2018/04/predmet_texn_3.pdf (дата обращения 23.09.2018) 6. 3D­технологии в каждую школу: Методические материалы по организации обучения 3D­технологиям в общеобразовательных учреждениях и учреждениях дополнительного образования//   Сборник.   ГБУ   ДО   ЦДЮТТ   Московского   района   Санкт­Петербурга. Санкт­Петербург, 2016.