Управление формированием метапредметных компетенций учащихся посредством проектной деятельности в ходе изучения 3D-моделирования на уроках технологии

Сенцов Максим Николаевич, учитель математики и технологии, МАОУ лицей №34 города Тюмени

УДК 372.862

Аннотация. Статья посвящена рассмотрению управлению процессом формированием метапредметных компетенций школьников в ходе проектной деятельности на уроках технологии, при освоении модуля «3D-моделирование.

Поскольку 3D-моделирование, прототипирование, аддитивные технологии являются одними из основных направлений реализации концепции преподавания предметной области «Технология» и основой новой трудовой компетенции, входящей в каталог WorldSkills International и JuniorSkills, а также эффективным средством в изучении предметов естественнонаучной и технической сфер, позволяющим достигать высоких результатов в обучении и мотивации школьников к выбору профессий инженерно-технического профиля, данная тема становится сегодня весьма актуальной.

Цель приведенного исследования – анализ управления процессом формирования метапредметных компетенций, через выстроенную проектную деятельность в модуле «3D-моделирование» на уроках технологии в средней школе. Анализируется данный процесс и делается вывод о межпредметных связях 3D-моделирования и о формировании метапредметных компетенций школьников в ходе его освоения.

Ключевые слова: метапредметные компетенции, 3D-моделирование, трехмерная графика, проектная деятельность, предмет технология, управление процессом формирования, модуль, межпредметные связи.

В современном мире 3D-моделирование активно входит во все сферы человеческой деятельности. Оно применяется практически везде, начиная от отраслей, связанных с наукой и заканчивая искусством. Будь это широкая промышленность или узконаправленная отрасль всегда имеет большое значение наглядное и простое восприятия их продуктов. Визуализация - главное преимущество использования компьютерных и информационных технологий, и современного технологического оборудования. 3D-моделирование является одним из примеров эффектной визуализации, которое динамично развивается, становится все более доступным и не перестает удивлять своими возможностями.

Продукт получаемый в результате трехмерного моделирования всегда восхищает. Процесс прорисовывания изображения по 3D-модели приводит к получению качественной двухмерной картинки. 3D-моделирование является основой к созданию анимационных роликов, фильмов, трехмерных компьютерных игр, проектированию технических изделий, объемных макетов интерьера и экстерьера. Это далеко не весь список сфер применения трехмерной графики, ведь 3D-моделирование присутствует сейчас практически везде, но одним из самых перспективных направлений является 3D-печать.

В конце декабря 2018 года была утверждена Концепция преподавания предметной области «Технология» в образовательных организациях Российской Федерации, реализующих основные общеобразовательные программы.

В средней школе основными направлениями реализации стали: компьютерное черчение, промышленный дизайн, 3D-моделирование, прототипирование, технологии цифрового производства в области обработки материалов, аддитивные технологии (3D-печать).

Ведущей формой учебной деятельности предметной области «Технология» становится проектная деятельность в полном цикле: «от выделения проблемы до внедрения результата». Ведь именно проектная деятельность устанавливает неотъемлемые связи между образовательным и жизненным пространством, имеющие для обучающегося ценность и личностный смысл. [1]

С 2018 года в МАОУ лицей №34 города Тюмени реализуется программа по технологии, содержащая модуль «3D-моделирование». Занятия по этой программе проводятся в 5-6 классах. Программа направлена на формирование у обучающихся познавательных, коммуникативных универсальных учебных действий, приобщение их к научно-технической информации, воспитание познавательной активности, творческой инициативы и интереса к техническому творчеству.

В ходе реализации программы, осваивая модуль 3D-моделирования обучающиеся учатся создавать 3D-модели в программе Autodesk 123D Design. Изучают инструментарий программы, ее возможности, принципы создания модели и постепенно выстраивают алгоритм работы. Это один из главных этапов обучения, так как в дальнейшем именно создание виртуальной 3D-модели и становится основой любого проекта. При создании трехмерной модели, учащиеся погружаются в реальный производственный процесс, учатся быть самостоятельными рабочими единицами. Также в ходе создания 3D-моделей развивается и творческий подход к выполняемой задаче, ведь с помощью современного программного обеспечения и мощности современных компьютеров практически любую задумку можно реализовать виртуально. Сам процесс 3D-моделирования является наглядным, что позволяет ученикам в ходе создания своего проекта постоянно отслеживать качество работы.

Освоение построения трехмерных моделей начинается с использования примитивных геометрических тел (куб, цилиндр, шар, конус, полусфера, тор) и действиями с ними (создание, изменение размеров, трансформация, вращение, склеивание, разрезание, удаление, изменение свойств, материала и т.д.), создания геометрических тел, произвольной формы, построение произвольных моделей из этих геометрических тел. Дальше изучаются чертежи простых деталей: значение видов, разметок, размеров нанесенных на чертеж. Построение 3D-модели детали по чертежу, соблюдая размерность (единицы измерения миллиметры).

Изучив эти основы, учащиеся переходят к более сложным проектам, которые выполняют в команде. Например, это могут быть проекты построения архитектурных сооружений и комплекса зданий, при создании 3D-модели которых, необходимо было изучать и соответствовать плану здания, оформление фасада этих зданий выполнялось по фотографиям. Процесс построения таких моделей осуществлялся примерно одинаково: строится фундамент по чертежу, возводятся стены, в которые вписываются окна, изготавливается крыша. Также могут быть проекты по созданию механизмов – в них рассматривается взаимодействие конструкционных объектов, шестерен, строятся трехмерные тела, составляющие цельный объект по размерам. Чертежи для таких моделей берутся из инженерной литературы и свободных источников.

Правильные STL детали экспортируются из 123D и загружаются в программу подготовки к печати, в нашем случае это программа MakerBot Print, разработанная для 3D-принтера производителем. В этой программе происходит разбивка трехмерной модели на слои для печати, а также изменяется расположение модели на печатном столе, ее масштабирование, настройка печати (высота слоя, параметры принтера и материал). Эта процедура также является важной, так как верное расположение объекта на печатном столе 3D-принтера приводит в последствии к меньшим ошибкам, например, призмы, конические и цилиндрические тела лучше устанавливать на основанием. При неправильном расположении модели будут построены дополнительные поддерживающие элементы конструкции и затрачены дополнительные материалы при печати. Обращается внимание на то, что для печати цельная модель разбивается на множество хорошо печатаемых деталей, которые после печати, будут собраны в одну модель путем склеивания или с использованием подвижных соединений.

Материал модуля «3D-моделирования» усложняется постепенно, что не вызывает у учащихся затруднений при его усвоении и практическом применении.

Полученные навыки ребята могут легко применять в работе с любой средой 3D-моделирования, и демонстрировать их участвуя в различных конкурсах, олимпиадах и соревнованиях.

Например, трехмерное моделирование и трехмерная печать являются основой новой трудовой компетенции «Прототипирование», входящей в каталог WorldSkills International и JuniorSkills.

Школьники 5-8 классов могут создавать в средах 3D-моделирования детали, с последующей печатью на 3D-принтере. При этом изготавливая детали необходимо понимать чертежи, осуществлять разбивку объектов на печатаемые детали, проектировать модель в среде 3D-моделирования или проектировать недостающую деталь, проводить экспорт детали в формат STL с последующим переводом в программу-слайсер. Далее после осуществления печати, детали отделяются от печатного стола, собирается модель и выполняется ее покраска. При этом все указанные операции ведутся командой из двух человек.

Следовательно, трехмерная графика включает в себя не только «рисование» в пространстве и на плоскости. 3D-моделирование взаимодействует с техникой (для построения правильных моделей механизмов), при сборе сведений для построения модели используются данные об объектах (работа с архивами и источниками), используются знания из истории и теории архитектуры. Для верной разработки моделей механизмов, необходимо учитывать, что при взаимодействии тел используются законы из физики. При работе в среде 3D-моделирования не обойтись без основ черчения и геометрии при построении плоских и пространственных тел. Работа с 3D-принтером ведется с помощью компьютерной техники, а печать осуществляется с последующей обработкой материала инструментом.

Таким образом, работа над проектом в среде 3D-моделирования – это не только предметная область «Технология», но и информационные технологии, компьютерная техника, черчение, геометрия, иностранный язык, теория архитектуры, история, физика, основы технологии машин и механизмов и т.д. Все это позволяет сделать вывод, что изучение 3D-моделирования, этой высокотехнологичной современной отрасли, на уроках технологии в средней школе посредством проектной деятельности формирует у учащихся метапредметные компетенции.

Список использованной литературы

• Концепция преподавания предметной области «Технология» в образовательных организациях Российской Федерации, реализующих основные общеобразовательные программы [Электронный ресурс] : (утверждена решением Коллегии Министерства просвещения и науки РФ от 24.12.2018 года). URL: https://docs.edu.gov.ru/document/c4d7feb359d9563f114aea8106c9a2aa/(дата обращения: 04.10.2021).