Онищенко С. В.

Бердянський державний педагогічний університет, Україна

ОСОБЛИВОСТІ ВИКОРИСТАННЯ ТЕХНОЛОГІЙ 3D-ДРУКУ В ОСВІТНЬОМУ ПРОЦЕСІ ВИЩОЇ ШКОЛИ

Розвиток програмного забезпечення і зокрема систем автоматизованого проектування за останні двадцять років дозволяє по-новому застосувати ці програми в освіті: не тільки їх вивчати, що роблять в технічних ВНЗ, а й застосовувати для освоєння різних технічних дисциплін.

Можливість застосування різних комп’ютерно-комунікаційних і високих технологій, графічних систем досліджувалася в роботах [1-5], де була показана ефективність їх застосування в навчальному процесі підготовки вчителів технології, особливо при освоєнні тих дисциплін, в яких була потрібна візуалізація об’ємних об’єктів. Сьогодні тривимірне моделювання (або 3D-моделювання) вже не є новинкою, як ще 5-7 років тому, коли йшли суперечки серед педагогів-теоретиків і практиків: чи потрібна ця технологія, і як її застосовувати. Час вирішив все сам і показав потрібність і ефективність даного напрямку візуалізації. Тепер педагогам-методистам доводиться розробляти і придумувати різні технології застосування 3D-моделей і об’єктів в освітньому процесі, і ніхто не задає питання: «Навіщо це потрібно?».

Виходить на новий виток технологія швидкого прототипування (RP – rapid prototype), яка почала розвиватися близько років 10 назад, але через дороге обладнання, яке застосовується, залишалася долею великих комерційних підприємств [6]. Сьогодні ці технології створення прототипу виробу значно подешевшали і «зробили крок» за рамки підприємств в повсякденне використання і, що закономірно, в освітній заклад. З впровадженням і застосуванням пристроїв швидкого прототипування стало можливим промоделювати повний цикл створення виробу, проілюструвати його життєвий цикл від етапу проектування до етапу виготовлення. Побачити майбутню модель, а в деяких випадках і реальну не тільки на екрані монітора, а й у твердій копії – це безцінне підмога для викладача як в області розвитку наочності навчального процесу, так і в області мотивації і в процесі матеріалізації продуктів праці.

Розглядати застосування технології швидкого прототипування в освіті можна з різних точок зору: педагогічної, методичної та технологічної. Разом з тим постає питання про створення технології використання в навчальному процесі, які з’явилися на виробництві та в науці високотехнологічних засобів. Для відповіді на це питання були проведені дослідження з метою вивчення особливостей технологій швидкого прототипування і можливостей їх використання в освітньому процесі.

Говорячи про технології швидкого прототипування, можна сказати, що вона практично не відрізняється від друку на папері, це і є друкування, тільки об’ємних моделей шляхом пошарового створення майбутнього виробу. Швидке прототипування – це технологія швидкого «макетування», швидкого створення дослідних зразків або працюючої моделі системи для демонстрації замовнику або перевірки можливості реалізації. Прототип пізніше уточняється для отримання кінцевого продукту. Таким чином, прототип виходить за допомогою спеціальних апаратів – 3D-принтерів, зі спеціального матеріалу – пластика. Технології створення прототипу виробу різні, і їх можна розділити на основні типи: стереолітографія; лазерне спікання порошкових матеріалів; пошаровий друк розплавленою полімерною ниткою; технологія струменевого моделювання; технологія склеювання порошків; ламінування листових матеріалів; опромінення ультрафіолетом через фотомаску. Дана класифікація не є усталеною, але відображає майже всі технології, що застосовуються на сьогоднішній день [6].

Розглянемо більш докладно варіанти використання технології 3D-друку в освітньому процесі, що саме по собі відкриває нові можливості, як для викладачів, так і для учнів. Раніше можливості сучасних технологій дозволяли при навчанні графічним і технічних дисциплін змоделювати об’єкт на екрані монітора, оцінити отриману одиничну модель або збірку віртуально, що, в принципі, було досить великим проривом в порівнянні з традиційними «паперовими» технологіями.

Застосування 3D-друку дає можливість створити матеріальну копію об’єкту моделювання, що дозволяє не тільки розглянути проектовану деталь, а й оцінити інші її характеристики. Крім цього, студентам може бути продемонстрований повний цикл створення виробу: від етапу проектування, до етапу втілення деталі в кінцевому матеріалі. Наприклад, на заняттях з інженерної графіки студенти, найбільш правильно змоделювати деталь в 3D, зможуть оцінити її правильність, відтворивши виріб в реальному матеріалі. На заняттях з дисципліни «Деталі машин» у студентів буде можливість не тільки розрахувати редуктор і змоделювати його на екрані монітора, а й зібрати його в реальному розмірі або у відповідному масштабі. А мотивація студентів при роботі на заняттях залежить від викладача: наприклад, можна роздрукувати кращі проекти, проекти найбільш складні або найбільш економічні.

У процесі досліджень для з’ясування ступеня впливу 3D-моделювання та 3D-прототипування на рівень професійної підготовки бакалаврів було проведено анкетування студентів з виявлення знань і навичок в області 3D-моделювання та 3D-прототипування. Аналіз відповідей на розроблену анкету дозволив зробити наступні висновки: більшість студентів знають про існування основних програмних продуктів зі створення тривимірних моделей і апаратів прототипування – 3D-принтерах, 93% студентів знають кілька моделей 3D-принтерів, але не мають знань і навичок у роботі з ними; 95% студентів вважають, що необхідні знання та вміння, щоб застосовувати на практиці технології прототипування: для успішного освоєння дисциплін професійного блоку; для більш швидкого освоєння нових, ще невідомих студентам моделей апаратів прототипування; для подальшої професійної діяльності.

Було зроблено припущення про те, що впровадження в освітній процес технологій 3D-моделювання та 3D-прототипування підвищує ефективність навчання, збагачує їх знаннями в галузі технічних дисциплін, а також розвиває технічне мислення і формує технологічні вміння.

Результати тестування показали, що перед вивченням курсу студенти всіх груп мають приблизно однакові показники за всіма критеріями професійної підготовки. По завершенні вивчення курсу із застосуванням технологій 3D-моделювання та 3D-прототипування і традиційного були знову проаналізовано рівні мотиваційного, когнітивного та креативного компонентів професійної підготовки.

Результати дослідження показали, що зростання мотиваційного критерію в контрольних і експериментальних групах приблизно однаковий, зростання когнітивного критерію в експериментальній групі на 7% вище, ніж у контрольній, а найбільше зростання спостерігалося при формуванні креативного компонента професійної підготовки в експериментальній групі (на 24,5%).

Аналізуючи результати експерименту, можна зробити висновок про підтвердження припущення про те, що впровадження технологій 3D-моделювання та 3D-прототипування в освітній процес сприяє більш ефективному формуванню рівня професійної підготовки.

Література:

1. Вольхин К. Анализ использования Компас-3D в инженерном графическом образовании по итогам конкурсов в г. Новосибирске / К. Вольхин, А. Лейбов, Т. Астахова // САПР и графика. –2010. – №5 (163). – С. 97–100.

2. Каменев Р. Технологии дистанционного обучения при изучении прикладных библиотек Компас-3D / Р. Каменев, А. Лейбов // САПР и графика. – 2010. – №12 (170). – С. 86–88.

3. Крашенинников В. В., Лейбов А. М. Применение в преподавании графических дисциплин технологий быстрого прототипирования / В. В. Крашенинников, А. М. Лейбов // Технолого-экономическое образование в XXI веке. Материалы II Международной научно-практической конференции. Том 1. – Новокузнецк: Изд-во КузГПА, 2005. – С. 58-61.

4. Крашенинников В. В. Современные аспекты использования систем автоматизированного проектирования в образовании / В. В. Крашенинников, А. М. Лейбов // Философия образования. – 2006. – Специальный выпуск. – С. 272–276.

5. Крашенинников В. В. Теоретико-методологическое обоснование использования интерактивных средств обучения в системе профессионального обучения / В. В. Крашенинников, Р. В. Каменев // Философия образования. – 2012. – №4 (43). – С. 160–166.