Прототипирование это простыми словами для детей что
Прототипирование – это, если говорить кратко, упрощенная версия конечного продукта, которая позволяет выявить возможные недостатки, фактически даже не приступая к процессу его создания. Таким способом удается устранить возможные проблемы заранее, что в конечном счете сокращает затраты. Ведь переделывать с нуля конечный продукт значительно сложнее и дороже, чем использовать прототипирование. Это возможность с минимальными затратами создать образец.
Актуальность
Любая современная технология может оказаться полезной. Благодаря ее применению удается сократить расходы на производство и таким способом снизить конечную цену продукта. Прототипирование – это вовсе не исключение в списке современных технологий, открывающих потрясающие новые возможности. По сути, это визуализация готового продукта, позволяющая оценить дизайн, функциональность и другие основополагающие элементы.
Применяется в разных сферах деятельности, начиная с машиностроения и заканчивая разработкой интеллектуальных продуктов, в частности всевозможных программ и сайтов.
Некоторые разработчики уверены, что прототипирование – это важный этап в процессе разработки конечного продукта, которым не стоит пренебрегать. Ведь это позволяет на ранних стадиях выявить недостатки и при минимальных затратах на создание образца внести корректировки в проект. А затем протестировать его аналогичным способом. Создание прототипа обходится значительно дешевле, чем изготовление финальной версии продукта.
Особенности
Нужно понимать, что прототипирование изделий – это быстрая возможность получить образец конечного продукта. На его основе можно сделать обзор, выявить слабые места и, используя полученную информацию, вносить корректировки в техническое задание для специалистов.
Те, кто сталкивался с созданием прототипов, понимают, насколько это полезная и актуальная практика, которая сокращает сроки создания готового продукта, не имеющего недостатков. Ведь они должны быть выявлены и устранены еще на этапе тестирования. Именно с этой целью создают образцы еще до начала реализации проекта и получения готового продукта.
Виды прототипов
Услуга прототипирования в Москве пользуется популярностью, когда запускают в серийное производство новые детали, оборудование, инструменты и т. д. Кроме того, оно актуально при проведении выставок и презентаций, переговоров с инвесторами, согласовании концепции и т. д.
Итак, в каких сферах и какие виды прототипов наиболее востребованы?
На основании созданного прототипа принимают решения относительно дальнейшей возможности и целесообразности реализации проекта. Вот почему при создании образца особое внимание уделяют точности и реалистичности.
Требования
Чтобы эффект от прототипирования моделей был максимальным, образец должен соответствовать некоторым требованиям.
Таким образом, процесс создания и проверки прототипа должен быть максимально простым и ускоренным. Ведь конечная цель состоит в создании конечного продукта, лишенного недостатков. Создание образца – лишь промежуточный этап, направляющий к достижению этой цели. Эта особенность должна быть известна сотрудникам специализированных центров прототипирования. Привлекая потенциальных клиентов, нередко ставку делают именно на скорость выполнения заказов.
К кому обращаться?
Иногда создание прототипов доверяют дизайнерам. Талантливый человек, который умеет создавать рисунки, прекрасно справится с этой задачей. Конечно, ему не обойтись без помощника. Необходим также специалист, отвечающий за техническое решение графические задачи. Крайне редко дизайнеры владеют навыками непосредственно создания модели. Обычно они лишь предлагают варианты технического решения, воплощает его кто-то другой.
Однако, как правило, 3D-прототипирование – это задача для целой команды, которая должна включать не только дизайнера и изготовителя, но и других специалистов. В частности тех, кто будет в дальнейшем тестировать образец и отвечать за конечную реализацию проекта.
Варианты прототипов
По точности образцы можно разделить на те, которые имеют низкую, среднюю или высокую точность.
Существует классификация по способу реализации.
Этапы создания
Если речь идет о трехмерном образце, то процесс его создания будет включать несколько стадий.
При выявлении недостатков в исходную модель вносятся корректировки.
В результате всех вышеописанных действий получается визуализированный трехмерный объект. Далее его можно вытачивать на фрезерном станке или распечатать на 3Д-принтере с целью получить физический объект.
После того как прототип удалось согласовать и устранить недостатки, проект запускают в серийное производство.
Технология
Трехмерная печать позволяет использовать разнообразные материалы для создания объектов. Какой из них выбрать, обычно решает специалист. Ведь любое исходное сырье обладает преимуществами и недостатками. Их нужно учитывать, чтобы на выходе получить желаемый результат.
Изготовление прототипа – это комплексный процесс, в котором, как правило, задействуется целая команда специалистов. Именно таким способом удается решить важную задачу – протестировать объект еще до реализации проекта. Таким способом выявляются и сразу устраняются недостатки. Только после этого объект запускают в серийное производство, получая на выходе качественный продукт.
Роботы Образование Творчество
Чемпионат компетенций. Зачем школьникам прототипирование?
Сегодня с технологией прототипирования не знаком разве что ленивый. Если кратко, то это промежуточный этап между компьютерным проектированием и непосредственным изготовлением изделия. Опытный образец, своеобразная упрощенная версия конечного продукта, способная выявить недостатки на этапе создания. И не просто выявить, а избежать возможных ошибок при запуске в серийное производство.
Не зря прототипирование называют еще контролем качества. Согласитесь, произвести и переделать с нуля готовый продукт куда сложнее и дороже, чем его прототип! Умение качественно и правильно изготовить образец сегодня является необходимой компетенцией специалиста на любом производстве. Этим объясняется растущее число олимпиад и конкурсов по прототипированию, а также неподдельный интерес к направлению самих предприятий.
Как показывает практика, лучший специалист не тот, кто закончил школу и институт с красным дипломом. А тот, кто к 11 классу попробовал себя в разных сферах деятельности, и, обучаясь у профессионалов углубленно освоил и получил востребованную профессию, в том числе по программе ранней профориентации ЮниорПрофи.
Что это такое?
Появившись еще в 2014 году, программа быстро завоевала популярность в России, а спустя некоторое время и во всем мире. Сегодня соревнования по методике JuniorSkills проводятся по 17 компетенциям, среди которых Интернет вещей, Автоматизация сельскохозяйственных процессов, Инженерный проект, Прототипирование. Все они максимально приближены к производству.
Чего только стоят задания для школьников по 3Dмоделированию! Сконструировать и изготовить модель «нефтяной качалки», водометного двигателя, промышленного манипулятора, станка для рисования на шариках, стартовые фермы для удержания ракет и механизмов их раздвигания.
На соревнованиях ребята изготавливают макеты технологических узлов, деталей, элементов, корпусов. Например, чертеж зубчатого зацепления с указанием модуля зуба и межосевого расстояния. На фестивале PROFEST-2019 участникам необходимо было только лишь по одному описанию изготовить потерявшуюся деталь машины, которую невозможно ни найти, ни купить.
Так кто же такие прототиписты?
По наблюдениям специалистов, в это направление приходят ребята с базовой робототехнической подготовкой. Тот, кто отлично разбирается в платформах WeDo и Ev3, участвует в соревнованиях различного уровня и занимает призовые места. Тот, кто вырос из езды по линии, захотел большей свободы, возможности самореализации, изобретательства и творчества.
Ведь если вдуматься, чистой робототехники не бывает, в любых соревнованиях нужны какие-то знания производственных технологий. Например, корпус того же робота можно смоделировать и распечатать на 3D принтере, как, собственно, раму, колеса, соединительные элементы да и любые другие детали. Занимаясь робототехникой, ребята волей или неволей создают прототипы своих будущих и настоящих роботов. Просто один готовит вручную (режет, гнет, крутит), а другой моделирует и распечатывает на 3D принтере.
Благо, возможности сегодня позволяют. Например, многочисленные Кванториумы, Сириусы, да и просто центры детского творчества, руководители которых заинтересованы в развитии инженерно-технического творчества своего региона. Главное желание и участие в государственных программах и грантах, считает Елена Валерьевна Тюгаева, руководитель учебного центра «Униматик» из Екатеринбурга.
Физики или лирики?
Даже в такой, казалось бы, творческой категории как прототипирование, без инженерно-технического образования не обойтись. На PROFESTе будущие инженеры-дизайнеры за три дня (а это в общей сложности 12 часов) должны были выполнить пять заданий по пяти модулям:
А значит, необходимы знания физики – технологии материалов, температуры усадки для выбора режима работы и сочетания разных видов пластиков. Математики – для многочисленных расчетов, геометрии – для того, чтобы различать оси координат, распознавать и изображать геометрические фигуры. Необходимы базовые знания черчения – для чтения и выполнения чертежей, нанесения размеров на объект, расположения видов, обозначения материалов. Информатики – для работы в программе Компас, в том числе копирования, вставки, удаления, зеркального отображения данных.
Прототипирование – это направление будущего, доступное для изучения каждому ребенку старше 10 лет (а именно таков возраст участия в соревнованиях). Хотя, по мнению, специалистов, все зависит от индивидуальных особенностей и возможностей ребенка!
Урок 4. Прототипирование
В этом уроке мы с вами разберём основные принципы эффективного прототипирования в дизайн-мышлении. Они помогут вам максимально быстро протестировать сгенерированные ранее идеи, найти их плюсы и минусы.
Содержание:
Начать же этот урок лучше всего с определения центральных понятий.
Прототип и прототипирование
Для начала дадим определение понятию «прототип».
Простыми словами, прототип – это макет решения, который можно собрать из подручных материалов.
Он используется для того, чтобы не тратить время и деньги на создание полноценного продукта, а создать что-то похожее на него и отыскать ошибки, допущенные на этапе проектирования. Собственно говоря, процесс создания прототипа и называется прототипированием, и у него есть свои плюсы и минусы.
Преимущества прототипирования:
Недостатки прототипирования:
Прототипирование является первой стадией Product Evolution Canvas (на русский переводится как «канвас эволюции продукта»), и дальше речь пойдет о нем.
Product Evolution Canvas
Product Evolution Canvas (PEC) – это инструмент для компаний, создающих различные продукты, отлично подходящий для мозговых штурмов. Он состоит из двух компонентов – это:
Временные рамки – это, как понятно из названия, время. А что такое эволюция продукта? Давайте рассмотрим подробнее.
3 этапа эволюции продукта
Эволюция продукта – это весь процесс от создания прототипа до готового товара.
Он делится на три этапа:
Образно говоря, минимально-жизнеспособный продукт – это скейтборд. Основной продукт – велосипед. Полнофункциональный продукт – автомобиль. Скейтборд даёт возможность передвигаться, но не позволяет делать это достаточно быстро. С помощью велосипеда можно ездить довольно быстро и на большие расстояния. А автомобиль перекрывает все потребности, т.к. проезжает расстояния в сотни километров в считанные часы.
Канвас эволюции продукта помогает ответить на вопросы коллег, клиентов и инвесторов о функционале продукта. Например:
Кроме того, Product Evolution Canvas упрощает:
Но чтобы получить от PEC максимальную пользу, с ним нужно научиться работать. Давайте поговорим об этом подробнее.
Как работать с PEC
Работа с PEC предполагает прохождение трех этапов:
На первом этапе спрашивайте себя: «Что делает мой продукт функциональным?»
Канвас можно применять для разработки продуктов и услуг практически в каждой сфере деятельности человека. Нужно выполнить всего лишь четыре простых шага:
А чтобы было понятнее, что все это значит, приведем небольшой практический пример. Представьте, что вы разрабатываете банковское приложение и заполняете канвас. На первом этапе ваш продукт будет обладать лишь самыми необходимыми функциями, без которых невозможно представить банковское приложение – это открытие личного счёта, перевод денег и оплата различных услуг.
На втором этапе вы добавляете счета для индивидуальных предпринимателей, все виды транзакций и возможность оформлять кредиты онлайн. И на третьем – копилки, списки желаний и интеграцию с чат-ботами. Конечно, система выглядит уж очень упрощенно, но суть этот пример передает хорошо.
Прототипировать можно:
В зависимости от того, что мы прототипируем, технологии прототипирования будут различаться.
Моделирование физических объектов
Физические объекты моделируют:
| A | С помощью подручных средств – бумаги, картона, пластилина, скотча, ножниц. |
| B | С помощью «Лего». |
| C | С помощью 3D принтеров. |
| D | С помощью программ для 3D моделирования. |
Давайте подробнее разберём каждую технологию.
Моделирование подручными средствам
При моделировании подручными средствами нужно всего лишь следовать простому алгоритму:
К плюсам данного вида моделирования можно отнести:
Среди минусов есть следующие:
Поэтому при моделировании подручными средствами избегайте перфеционизма, не тратьте много времени на каждый прототип, при создании модели постоянно думайте о том, как люди будут пользоваться продуктом.
Лего-моделирование
Моделипрование с помощью «Лего» выполняется не менее просто:
Для получения наилучшего результата советуем вам прочитать книгу Тима Брауна «Дизайн-мышление в бизнесе», где рассказывается о том, как компания IDEO создавала из конструктора прототипы устройств для введения в кровь инсулиновых инъекций. Каждый раз создавая прототип, представляйте, что вы рассказываете историю.
Моделирование с использованием 3D печати
Для создания 3D моделей используются следующие технологии:
FDM (Fused Deposition Modeling). Материал выдавливается слой за слоем на поверхность. Эта технология применяется в биомедицине, кулинарии и промышленном производстве.
3D-печать – это достаточно сложная технология, поэтому для ее применения лучше всего привлекать квалифицированных специалистов.
Моделирование с использованием программ
То же самое моделирование, что и в случае с 3D, только здесь не надо «марать» руки, ведь весь процесс происходит на экране компьютера. Вот список 10 лучших бесплатных программ, которые помогут вам прототипировать, не выходя из зоны комфорта:
Руководство пользователя для каждой из программ можно найти в свободном доступе в Интернете.
Прототипирование сайтов и интерфейсов программ и приложений
Прототипирование сайта, главным образом, означает проектирование его интерфейса. Оно помогает облегчить задачу программистам, дизайнерам и верстальщикам. Поэтому мы объединили эти два пункта в один.
Например, когда вы заходите на любой сайт, то, скорее всего, ожидаете, что справа или сбоку будет меню и название проекта. Чуть-чуть правее или левее центра – контент (статьи, фотографии, видео). А снизу – надпись «Все права защищены» и правовые документы.
Если же вы зайдёте и увидите совсем другую картину (к примеру, меню будет расположено где-то снизу, контентная часть будет слишком узкой и т.п.), вероятно, вы просто уйдёте на другой сайт – более привычный.
Однако не нужно потакать пользователям во всём, ведь сайт должен решать и ваши задачи. К примеру, человек задал в поиске такой вопрос: «С чего начать саморазвитие?» Увидел ссылку на наш сайт и перешёл на него. Задача человека – получить информацию. Наша задача – не только помочь ему, но и реализовать собственные цели, в том числе и финансовые.
Если мы просто расскажем пользователю о саморазвитии, он прочитает и уйдёт. Чтобы такого не происходило, мы во всех статьях делаем ссылки на тематические материалы, бесплатные курсы и платные тренинги. При этом мы не пишем призывы каждые три абзаца, не мешаем пользователю найти ответ на вопрос и удовлетворить любопытство, не ставим никаких скриптов, которые не дают человеку уйти с сайта, если ему что-то не понравилось.
Как создать прототип
Прототип можно создать в любой программе, где можно рисовать. Если вы новичок, используйте Photoshop, Paint, Adobe Illustrator или даже Google Docs. Профессионалам рекомендуем программу Axure. И вот что нужно сделать дальше (в упрощенной форме):
| 1 | Отрисовать основные элементы шапки – форму поиска, логотип, кнопку обратной связи, описание проекта, кнопку действия («заказать услугу», «купить курс», «совершить звонок»), а если сайт информационный, то либо кнопку «Блог», либо меню с рубриками. |
| 2 | Нарисовать контентную часть и сайдбар (то, что находится сбоку). Как будет располагаться текст, кнопки социальных сетей, комментарии и т.д. |
| 3 | Обрисовать подвал сайта – дополнительные ссылки, значок копирайта и прочее. |
Стиль сайта должен прослеживаться на всех его страницах. Не должно быть так, чтобы на главной странице преобладал минимализм (чёрно-белый дизайн и полное отсутствие лишнего), а в статьях – «рог изобилия», когда кажется, что попал совсем в другую реальность. Элементы нужно делать симметричными по размерам и расположению.
Не заставляйте человека ощущать себя неуютно, т.е. если пользователи мобильных устройств привыкли, что при нажатии на значок «гамбургера» (три горизонтальных черты) открывается меню, не надо выдумывать что-то новое. Если люди привыкли, что курсор мыши меняется на указательный палец, когда на блок можно нажать, делайте на своём сайте (или в приложении) точно так же.
И еще несколько советов о том, чего нужно избегать при создании сайтов и приложений:
Подробнее читайте в материале, подготовленном крупнейшим маркетинговым агентством России Texterra. Там очень хорошо и понятно изложено, что стоит внедрить на своём сайте/приложении, а что – убрать. Однако не старайтесь всё время следовать нашим советам: экспериментируйте и пробуйте выяснить самостоятельно, что хотят видеть потенциальные клиенты на вашем сайте или в приложении.
Прототипирование опыта
Прототипирование опыта – это тип прототипирование, которое представляет собой воссоздание ситуаций для тестирования решений. Чтобы смоделировать опыт, нужно правильно подобрать место и создать обстоятельства, при которых человеку может понадобиться ваш продукт или услуга. С помощью прототипирования опыта можно разыгрывать целые ситуации, объёмные опыты и нахождение в пространствах, где трудно обойтись одним предметом.
Прототипирование опыта проводится так:
3D-моделирование и прототипирование во внеурочной деятельности учащихся в школе
| Фаритов Анатолий Тависович |
Аспирант, ФГБОУ ВО «Ульяновский государственный педагогический университет имени И. Н. Ульянова»
432071, Россия, г. Ульяновск, площадь Ленина, 4/5, ауд. 309
Faritov Anatolii Tavisovich
Postgraduate student, the department of Pedagogy and Social Work, Ulyanovsk State Pedagogical University named after I. N. Ulyanov
432071, Russia, g. Ul’yanovsk, ploshchad’ Lenina, 4/5, aud. 309
Просмотров статьи: 5201 c 5.5.2015
Дата направления статьи в редакцию:
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
Abstract: This article examines the application of 3D prototyping in educational process. The technology of 3D printing is currently available for most educational establishments. Its use in extracurricular activity contributes to switching students from virtual environment to the real world, creation of the own tangible items, formation of engineering competence, development of creative skills, mathematical thinking, and early professional orientation. New standards demand from the state education system the development of the principles of mastering the fundamentals of project activities, namely engineering skills. A new way of project-based learning, aimed at acquisition of communication skills, creative thinking, interest to learning, command of spatial thinking and understanding of conversion 2D and 3D, independence and self-organization in completion of tasks, becomes possible due to application of 3D prototyping in extracurricular activity. The object of this research is the 3D modeling and prototyping. The scientific novelty consists in description of the stages of implementation of 3D printing technologies into educational process. The author examines the possibility of application of 3D printing technologies in extracurricular activity of students in compulsory education.
extracurricular activity, GEF, project activity, spatial thinking, modeling, prototyping, 3D printer, engineering education, general education, engineering competence
Формулировка цели исследования
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.
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.
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.
2 этап. Ознакомление с принципами работы 3D-принтера.
Опыт автора по ведению 3D-печати во внеурочную деятельность в МБОУ «Гимназия №1» города Ульяновска показыв ает, 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 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;
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.
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.
Использование 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;
При работе над инженерным проектом учащиеся выступают в роли субъекта педагогического деятельности: осуществляют самостоятельный поиск знаний и применяют их на практике; развивают творческие способности и коммуникативные 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.
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 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).
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 cтать основой для разработки учебных программ внеурочной деятельности с целью успешной интеграции инновационной технологии 3D-прототипирования в школе.
Выводы
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 том, что 3D-прототипирование 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.
В связи с политикой двойного слепого рецензирования личность рецензента не раскрывается.
Со списком рецензентов издательства можно ознакомиться здесь.
Предмет исследования – методика применения 3D-моделирования и прототипирования во внеурочной деятельности учащихся 5–7 классов общеобразовательной школы.
Методология исследования основана на сочетании теоретического и эмпирического подходов с применением методов анализа, педагогического эксперимента, обобщения, сравнения, синтеза.
Актуальность исследования определяется важностью инженерного (в том числе технического) образования и, соответственно, необходимостью изучения и проектирования условий повышения его качества, в том числе методики применения 3D-моделирования и прототипирования во внеурочной деятельности учащихся основной ступени общеобразовательной школы.
Научная новизна связана с полученными автором выводами о том, что внеурочная деятельность с применением 3D-технологии формирует инженерную компетенцию, развивает творческие способности учащихся, позволяет применить широкий спектр возможностей проектного подхода в обучении. Учащиеся применяют знания, умения и навыки на практике при проектировании объектов, изучают их физические свойства, функционирование и действие в различных сферах деятельности. Внедрение новой технологии 3D-моделирования и прототипирования популяризует инженерную профессию, позволяет школьникам сделать шаг к выбору своего будущего. К сожалению, эмпирические подтверждения указанных выводов практически отсутствуют.
Статья написана русским литературным языком. Стиль изложения научный. Текст имеет в целом реферативно-описательный характер.
Структура рукописи включает следующие разделы: Постановка проблемы (исследование ВЦИОМ 2018 г. по определению профессий, которые граждане России считают наиболее престижными, потребность в получении инженерного образования, инженерное образование в профильных классах, проблемы профессиональной ориентации, важность профориентационной функции инженерной деятельности), Формулировка цели исследования (необходимость формирования инженерной компетенции у учащихся основного общего образования с целью ранней профориентационной работы), Анализ последних исследований и публикаций (технология 3D-прототипирования, исследование проблемы применения 3D-печати в образовательном процессе – Лейбов А. М, Каменев Р. В., Салахов Р. Ф., Филиппова О. А., Гриц М. А., использование 3D принтера во внеурочной деятельности учащихся – Головко И. С., Рытов А. М., Игонина Е. В., Липницкий Л. А., Зеленцов В. В., Заседатель В. С., Сябренко А. П. и др.), Изложение основного материала исследования (создание в школе условий для выявления и поддержки одарённых детей, федеральный государственный образовательный стандарт основного общего образования, внеурочная деятельность, цель занятий, развитие образования в технологическом направлении, требования к новым образовательным технологиям, процесс работы над проектом, интеграция 3D-прототипирования в проектную деятельность, проекты с применением 3D-прототипирования, внедрение 3D-прототипирования в образовательный процесс – базовое обучение работе в среде программ 3D-моделирования, ознакомление с принципами работы 3D-принтера, инженерная проектная деятельность, процесс работы над инженерным проектом, работа в группе, разработка 3D-модели, экономическое обоснование, целесообразность и значимость готового продукта, использование интерактивных форм внеурочной деятельности), Выводы (заключение), Библиография.
Точки в заголовках разделов следует удалить.
Содержание в целом соответствует названию. В то же время формулировку заголовка, возможно, следует скорректировать (например, «3D-моделирование и прототипирование во внеурочной деятельности учащихся основного общего образования»), поскольку словосочетание «учащихся основного общего образования» представляется не вполне удачным. В разделе «Формулировка цели исследования» приводится обоснование актуальности, а не цель исследования. В целом педагогическую (наряду с технической) специфику применения 3D-моделирования и прототипирования во внеурочной деятельности учащихся нужно раскрыть более подробно, не ограничиваясь утверждениями типа: «Сложность применения 3D-принтера во внеурочной деятельности состоит в том, что на учебных занятиях устройство и принцип работы 3D-печати не изучается. Поэтому, при формировании учебной группы, необходимо рассмотреть принцип работы 3D-принтера». Необходимо привести эмпирические подтверждения выдвигаемых автором теоретических положений, эффективности профориентационной работы, описать полученные учащимися продукты 3D-моделирования и прототипирования. В чём заключается суть блочно-модульной программы, реализуемой в МБОУ «Гимназия № 1» г. Ульяновска, а также смысл фразы «Новизна полученного предмета (программы, технологии) с точки зрения педагогики не на столько имеет большое значение», – не ясно. Не следует также путать проектную и исследовательскую деятельность.
Библиография включает 20 источников отечественных авторов – монографии, научные статьи, материалы научных мероприятий, Интернет-ресурсы. Библиографические описания некоторых источников нуждаются в корректировке в соответствии с ГОСТ и требованиями редакции, например:
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).
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.
6. Заседатель В. С. Образовательный потенциал технологий быстрого прототипирования // Интернет-журнал «Науковедение». – 2015. – № 5. – С. 193.
8. Канесса Э., Фонда К., Зеннаро М. Доступная 3D-печать для науки, образования и устойчивого развития. – М. : МЦТФ, 2013. – 192 с.
20. Филиппова О. А. Применение технологии трехмерной печати в учебном процессе по дисциплине «Инженерная графика» // Наука, Техника и Образование. – 2015. – № 10. – С. 126–13.
Библиографические описания завершаются точкой.
Апелляция к оппонентам (Андюсев Б. Е., Головко И. С., Гриц М. А., Дегтярева А. В., Чеботарева Д. А., Елизарова Е. А., Заседатель В. С., Каменев Р. В., Лейбов А. М., Осокина О. М., Канесса Э., Фонда К., Зеннаро М., Каниболоцкая О. А., Калашник Л. В., Краснопольский В. Е., Липницкий Л. А., Пильгун Т. В., Меренков А. В., Артем О. Я., Игонина Е. В., Дружинина О. В., Осипова И. В., Рытов А. М., Салахов Р. Ф., Салахова Р. И., Гаптраупова З. Н., Сябренко А. П., Тынченко В. С., Скапцов Е. В., Филиппова О. А.) имеет место в ограниченном объёме. Обсуждение результатов, их сопоставление с данными иных авторов (в том числе зарубежных) необходимо усилить.
Замечен ряд опечаток: Исследованию проблемы применения 3D-печати в образовательном процессе посвящены работы учёных Лейбов А.М, Каменев Р.В., Салахов Р.Ф., Филиппова О.А., Гриц М.А. и др. Использование 3D принтера во внеурочной деятельности учащихся рассмотрено в трудах Головко И.С., Рытов А.М., Игонина Е.В., Липницкий Л.А., Зеленцов В.В., Заседатель В.С., Сябренко А.П. и др. – Исследованию проблемы применения 3D-печати в образовательном процессе посвящены работы учёных Лейбова А. М, Каменева Р. В., Салахова Р. Ф., Филипповой О. А., Гриц М. А. и др. Использование 3D-принтера во внеурочной деятельности учащихся рассмотрено в трудах Головко И. С., Рытова А. М., Игониной Е. В., Липницкого Л. А., Зеленцова В. В., Заседателя В. С., Сябренко А. П. и др.; [3, с.267][7, с.84][16, с.3] – [3, с. 267; 7, с. 84; 16, с. 3]; [4, с.925][11, с.94][17, с.197][19, с.53][20, с.186] – [4, с. 925; 11, с. 94; 17, с. 197; 19, с. 53; 20, с. 186]. Номера конкретных страниц следует указывать при цитировании, в остальных случаях достаточно привести номер источника.
В целом материал представляет интерес для читательской аудитории, однако нуждается в доработке, после которой может быть рассмотрен на предмет опубликования в журнале «Педагогика и просвещение».
В связи с политикой двойного слепого рецензирования личность рецензента не раскрывается.
Со списком рецензентов издательства можно ознакомиться здесь.
Статья посвящена актуальному вопросу повышения престижности инженерного образования среди школьников и осознанности выбора будущей профессии. Авторы акцентируют внимание на необходимости формирования инженерных компетенций и кругозора интегрируя современные технологии (быстрое прототипирование и 3D моделирование) в учебный процесс в школе.
Проведен анализ востребованности 3D-печати в различных областях, результатов внедрения технологии другими авторами, способов повышения наглядности результатов компьютерного моделирования. Предлагаемые авторами формы внеучебной деятельности способствуют развитию творческих способностей и одновременно получению навыков работы со специализированными программными пакетами. Получая на выходе не компьютерный чертеж, а физический объект, школьники учатся ценить результаты труда.
Предлагаемая авторами методика реализована в учебном процессе для учащихся средних классов и разделена на 3 этапа, постепенно развивая навыки создания готового продукта, от этапа идеи, до физической реализации. Авторы подробно описывают каждый этап, используемое оборудование и программное обеспечение. Однако вряд ли стоит в данной статье подробно рассматривать суть технологии 3D печати (раздел «этап 2», абзац 2), достаточно привести собственный опыт. Авторы отражают различие методики преподавания в зависимости от подготовки школьника, приводят основное содержание программы для разных классов.
Оценка результатов выполнена по выделенным критериям качества, обоснован их выбор, аргументирован выбор участников эксперимента. Приведенные оценки (рис.3) показывают положительную динамику.
Замечания. Необходимо отметить единицы измерения по оси Y рис. 3, количество участников эксперимента, продолжительность исследования. В ряде разделов статьи стоит сократить общие сведения.
Статья интересна для широкой аудитории, данный опыт может быть применен к дисциплинам естественно-научного профиля.
Библиография достаточна (20 позиций), содержит публикации за последние 7 лет, зарубежные источники отсутствуют.
—
Статья рекомендована к публикации, готовность 95%.
Просто выделите и скопируйте ссылку на эту статью в буфер обмена. Вы можете также попробовать найти похожие статьи