В послании президента РФ Федеральному собранию отмечается необходимость увеличения бюджетных мест региональных технических вузов для решения проблемы дефицита высококвалифицированных инженерных кадров. Таким образом, актуальна подготовка широкого круга школьников к получению инженерных профессий силами общеобразовательных школ [1].
Выбор молодежью инженерных профессий зависит в том числе от их базовой подготовки в школах, целенаправленного развития их инженерного мышления. Как показывает практика, школьники сельских школ имеют меньше шансов поступить на инженерные специальности. Это связано с низкой мотивацией обучающихся (отсутствие перспективы престижной высокооплачиваемой работы, самостоятельно проще изучать предметы гуманитарного цикла); нехваткой учителей-предметников научно-технического цикла; недостаточным качеством учебного оборудования, которое необходимо обучающимся для знакомства с новыми современными технологиями; удаленностью от вузов и промышленных предприятий, которые проводят профориентационные мероприятия. Обозначенная проблема имеет массовый характер, поскольку только в пригороде Нижнего Тагила работают 13 школ с общей численностью 2860 учеников. Таким образом, актуальной становится проблема профориентации обучающихся в сельских школах и их мотивации к выбору инженерных профессий. Решению обозначенной проблемы может способствовать изучение комплексных дисциплин, предполагающих тесное взаимодействие обучающихся с новыми методами и технологиями, а также применение полученного образовательного продукта в практической деятельности – программирование, робототехника, черчение, 3D-моделирование и др.
Целью исследования является определение условий для подготовки к освоению инженерных профессий сельскими школьниками средством мобильной школы 3D-моделирования.
Материалы и методы исследования
Теоретической базой исследования стали работы в области мобильного обучения [2; 3], обучения 3D-моделированию [4; 5], а также опыт Нижнетагильского государственного социально-педагогического института (филиала) ФГАОУ ВО «Российский государственный профессионально-педагогический университет» в организации мобильной школы 3D-моделирования для обучающихся в сельских школах.
Результаты исследования и их обсуждение
В данной статье под понятием «мобильная школа» понимается гибкая, адаптирующаяся организация, в которой сочетаются очное и дистанционное обучение в зависимости от потребностей обучающихся. Мобильная школа 3D-моделирования реализуется кафедрой информационных технологий филиала Российского государственного профессионально-педагогического университета в городе Нижний Тагил (2018–2020 гг.). Для организации и проведения всех видов занятий мобильной школы 3D-моделирования используется лаборатория робототехники и цифровых образовательных ресурсов, оснащенная современными компьютерами, системой видеосвязи, 3D-принтером, лазерным гравером с числовым программным управлением. В основном проект направлен на сельских школьников, которые подключаются к работе площадки дистанционно, а также участвуют в выездных мероприятиях школы, проводимых на территории Горноуральского городского округа и соревнованиях, проводимых на территории вуза.
В качестве профориентационных мероприятий, основная цель которых заинтересовать обучающихся и мотивировать их изучать 3D-моделирование на более глубоком уровне, предлагаются четыре выездных мастер-класса. Это вводный мастер-класс, где ученики знакомятся со сферой 3D-моделирования и актуальными профессиями в этой области; и три мастер-класса по обучению школьников методам и средствам 3D-моделирования, где ученики создают объемную модель объекта на практике разными способами. В качестве основной платформы, предназначенной для реализации проектов курса 3D-моделирования, выбрана бесплатная современная программа «Компас-3D», предназначенная для разработки 3D-проектов. Для полноценной работы необходим персональный компьютер (ноутбук) с установленным программным обеспечением. Краткое описание выездных мастер-классов приведено в табл. 1.
Таблица 1
Краткое содержание профориентационных мастер-классов по 3D-моделированию
|
Мастер-класс |
Краткое содержание |
Формы проведения |
Образовательный продукт |
|
Вводный мастер-класс |
Знакомство обучающихся со сферой 3D-моделирования, средой моделирования «Компас-3D» и информирование школьников о новых актуальных инженерных профессиях |
Очная, дистанционная с трансляцией мастер-класса, дистанционная с прохождением профориентационного веб-квеста |
Составление обучающимися интеллект-карты перспективных профессий, связанных с 3D-моделированием; буклет с описанием профессии |
|
Создание развертки 3D-объекта |
Изучение обучающимися построения развертки поверхности для создания 3D-моделей, продолжение освоения среды 3D-моделирования Компас-3D, знакомство с работой лазерного гравера |
Очная, очная с использованием возможностей удаленной лаборатории |
Макет для лазерной резки в формате *.cdr, вырезанная на лазерном гравере 3D-модель |
|
Создание 3D-объекта с помощью сплайнов |
Изучение обучающимися метода создания объемной модели при помощи сплайнов, продолжение освоения среды 3D- моделирования TinkerCAD, продолжение знакомства с работой 3D-принтера |
Очная, очная с использованием возможностей удаленной лаборатории, технология «аватар» |
3D-модель объекта в формате *.stl, напечатанная 3D-модель |
|
Работа с 3D-сканером |
Изучение обучающимися принципов работы с 3D-сканером, сканирование объемного объекта на практике, редактирование полученной 3D-модели объекта |
Очная |
3D-модель объекта в формате *.stl |
В содержание вводного мастер-класса включается обзор таких профессий, связанных с 3D-моделированием, как инженер-конструктор, архитектор, 3D-аниматор и 3D-моделлер. Ведущий показывает обучающимся презентацию с кратким описанием особенностей профессий, видеоинтервью со специалистами, проводит обзор сред 3D-моделирования для разных сфер деятельности. Итоговым образовательным продуктом обучающихся может быть интеллект-карта перспективных профессий, связанных с 3D-моделированием (рис. 1).
Рис. 1. Фрагмент интеллект-карты «Профессии в сфере 3D-моделирования»
В дистанционной форме вводный мастер-класс может быть проведен в форме веб-квеста (табл. 2), где обучающимся необходимо самостоятельно найти информацию о тех или иных профессиях, связанных с 3D-моделированием.
Таблица 2
Содержание веб-квеста
|
Шаг |
Содержание |
|
Краткие сведения |
Название веб-квеста «Профессии в сфере 3D-моделирования». Описание: веб-квест посвящен профессиям в области 3D-моделирования. Вам предстоит познакомиться с четырьмя популярными профессиями: архитектор, инженер-конструктор, 3D-моделлер и 3D-визуализатор. Вы узнаете требования, предъявляемые к работникам этих профессий, особенности профессий и оцените, подходит ли та или иная профессия именно вам. Возрастная категория: 9–11 классы. Предмет: выбор профессии. Ключевые слова: 3D-моделирование, выбор профессии, архитектор, инженер-конструктор, 3D-моделлер, 3D-визуализатор |
|
Введение |
Представьте, что вам дана роль рекрутера: вам нужно подобрать сотрудников для компании «Объемный мир» на вакантные места архитектора, инженера-конструктора, 3D-моделлера и 3D-визуализатора. Главное, что просит вас компания, – это составить «портреты» идеальных кандидатов на должности |
|
Задания |
Пользуясь ресурсами сети Интернет, ответьте на следующие вопросы о специалистах каждой профессии. Чем занимается специалист? Каковы важные качества специалиста? Каковы необходимые навыки и знания? Какими компьютерными программами должен владеть специалист? Оформите полученные результаты в виде буклета с описанием вакансии |
|
Описание процедуры работы |
С помощью онлайн-сервиса создания интеллект-карт MindMap (https://www.mindmup.com/) постройте карты, которые описывают специалистов: архитектора, инженера-конструктора, 3D-моделлера и 3D-визуализатора. Поделитесь своими картами с одноклассниками и попросите их дополнить ваши карты. Подумайте, есть ли общее у характеризуемых вами специалистов? Изобразите общие и различные черты специалистов с помощью диаграммы Венна. Выберите наиболее понравившегося вам специалиста и оформите полученные сведения о нем в виде буклета или листовки с описанием вакансии с помощью онлайн-редактора буклетов «Макетрон» http://maketron.ru. Готовый буклет отправьте на электронный ящик преподавателю |
|
Вложения, ссылки на источники |
https://www.profguide.io/professions – справочник профессий; https://www.mindmup.com – онлайн-сервис создания интеллект-карт; http://maketron.ru – онлайн-сервис создания буклетов |
|
Оценивание |
Работа будет оцениваться по итоговому заданию – буклету (листовке). Критерии оценки: – полнота информации о профессии; – наглядность представления информации; – наличие подходящих иллюстраций; – читабельность; – цветовое оформление |
|
Заключение |
В современном информационном обществе появляется все больше профессий, связанных с высокими технологиями, в том числе 3D-моделирование. В этом веб-квесте вы познакомились с такими специальностями, как архитектор, инженер-конструктор, 3D-моделлер и 3D-визуализатор, а также создали буклет по одному из наиболее понравившихся вам специалистов. Подумайте, почему вы выбрали именно этого специалиста? Хотели бы вы в будущем работать по такой специальности? Напишите свои впечатления об участии в веб-квесте на странице «Обратная связь» |
Прохождение профориентационных веб-квестов обучающимися может способствовать их самоопределению, расширять кругозор, знакомить с разными средствами IT-технологий.
При прохождении мастер-класса «Создание развертки 3D-объекта» обучающиеся учатся строить соотношение между координатами на поверхности трехмерного объекта (X, Y, Z) и координатами на текстуре (U, V). Для начала следует подобрать несложные объекты, например домик, скворечник, кузов машины и т.п. Для лучшего понимания ведущий мастер-класса показывает процесс создания развертки двумя способами: с помощью бумаги и чертежного набора и средствами компьютерной программы «Компас-3D». Созданные обучающимися модели сохраняются в векторном формате и могут быть вырезаны с помощью лазерного гравера. При отсутствии необходимого оборудования в школе используются возможности удаленной лаборатории.
На мастер-классе «Создание 3D-объекта с помощью сплайнов» ведущий показывает обучающимся несколько методов получения объемного изображения (вращение вокруг оси, выдавливание, выдавливание со скосом) из трехмерных кривых. Для того чтобы заинтересовать обучающихся, ведущий мастер-класса может попросить их назвать объекты с осевой симметрией, которые есть в классной комнате, спросить, какие объекты легко можно получить методом выдавливания. Затем в компьютерной программе «Компас-3D» обучающиеся создают объемный объект с помощью сплайнов, например вазу, тарелку, плафон люстры, лодку. Полученная модель сохраняется в формате *.stl для последующей печати на 3D-принтере.
На заключительном мастер-классе обучающиеся знакомятся с процессом преобразования реальных объектов в компьютерную 3D-модель с помощью 3D-сканера. С помощью этого средства можно сделать информационную копию практически любого предмета. Но отсканированная копия – это ещё не 3D-модель, её нужно доработать с помощью специальных программных средств, после чего возможен её экспорт в «Компас-3D». Обучающимся полезно сравнить процесс ручного создания 3D-модели с частично автоматизированным (посредством 3D-сканера). Полученные школьниками объемные модели различных предметов могут использоваться в дальнейшем для создания конкурсной работы на выставку технического творчества.
Как было отмечено выше, мастер-классы по 3D-моделированию могут проводиться в разных формах: очно, дистанционно, очно с использованием удаленной лаборатории. Обобщенная модель действия удаленной лаборатории представлена на рис. 2.
Рис. 2. Модель действия удаленной лаборатории
Удаленная лаборатория дает возможность транслировать процесс 3D-печати и резки в режиме реального времени [6]. При этом печатаются реальные модели, созданные учениками под руководством ведущего мастер-класса, и ученики могут задавать вопросы или действовать по технологии «аватар», то есть просить специалиста удаленной лаборатории выполнить те или иные действия.
После проведения серии мастер-классов проводится тематическая выставка 3D-моделей, которые самостоятельно создают обучающиеся, при необходимости обращаясь к дистанционным консультациям организаторов. Подготовка обучающимися работ на выставку способствует развитию их навыков самостоятельной работы, умению воплощать идею в проект.
Обучающиеся, которые в ходе прохождения мастер-классов и участия в выставке технического творчества заинтересовались 3D-моделированием, могут продолжить его изучение на более глубоком уровне на базе вуза очно или дистанционно. В углубленном курсе 3D-моде- лирования подробно изучается процесс создания, подготовки, печати и обработки 3D-модели и идет подготовка к конкурсу в формате Junior Skills по компетенции «Прототипирование».
В результате функционирования мобильной школы 3D-моделирования для учащихся сельских школ была отмечена положительная динамика следующих критериев.
1. Повышение конкурентоспособности обучающихся в сельских школах.
2. Повышение мотивации обучающихся к выбору инженерных профессий.
3. Повышение качества информированности обучающихся о современных перспективных инженерных профессиях.
Заключение
Профориентационные мастер-классы, тематические выставки технического творчества, проведенные в рамках мобильной школы 3D-моделирования, позволяют повышать мотивацию обучающихся в сельских школах к выбору инженерных профессий. Также реализация проекта способствует обеспечению равных условий для учащихся сельских школ для получения знаний, навыков инженерных видов деятельности и поступления на инженерные специальности вузов.