Комплекс уроков по 3D-моделированию для школьников 10 класса

Стремительное развитие сферы технологий и повсеместное внедрение информационных и коммуникационных технологий привело к такому же колоссально быстрому росту в области компьютерной техники и программного обеспечения, как следствие, данное развитие и внедрение информационных технологий затронуло и образовательную сферу. Так одной из современных образовательных информационных технологий стало и 3D-моделирование.

Подготовка компетентных, творческих, высококвалифицированных, а главное востребованных специалистов, ориентирующихся в быстро изменяющихся условиях, способных применять современные информационные технологии – одна из главных задач образовательной системы.

Умение моделировать согласно Федеральным государственным образовательным стандартам относится к общим учебным умениям. Применение трехмерного моделирования в образовании позволяет повысить интерес к получению знаний, развивать воображение и пространственное мышление, а также позволяет повысить творческий потенциал ребенка как личности. Технология трёхмерного моделирования может использоваться в различных образовательных предметах: география – для визуализации каких-либо природных и атмосферных явлений, для 3D-моделирования местности и визуализации местности; астрономия – для моделирования небесных тел и космических явлений; биология – для моделирования ДНК клетки, внутренних органов; химия – для создания моделей молекул и атомов; для моделирования химических экспериментов; физика – для моделирования физических экспериментов и явлений; геометрия – для визуализации геометрических объектов и решения задач, таких как пересечение линий и плоскостей; информатика, где этой теме посвящен целый раздел «Моделирование и формализация».

Уроки, ориентированные на моделирование, должны выполнять развивающую и общеобразовательную функцию, поскольку при их изучении учащиеся продолжают знакомство еще с одним методом познания окружающей действительности – методом компьютерного моделирования [9.].

Актуальность обусловлена тем, что быстрые темпы развития техники и технологий производства выдвигают новые требования к уровню знаний специалистов, что немедленно находит свое отражение в содержании образования и средств обучения, начиная со школьной скамьи. В сети Интернет достаточно много ресурсов, где разработаны уроки по 3D-моделированию, но они ориентированы на более взрослую и продвинутую аудиторию.

Объект исследования: внеурочная деятельность школьников по информатике.

Предмет исследования: обучение школьников 3D-моделированию.

Цель исследования: разработать комплекс уроков по 3D-моделированию для школьников 10 класса.

Задачи исследования:

1. Провести анализ методического и практического опыта обучения школьников 3D-моделированию.
2. Провести сравнительный анализ и выбор программного обеспечения для обучения 3D-моделированию в старшей школе.
3. Разработать для учащихся 10 классов комплекс уроков по 3D-моделированию и провести апробацию разработанных уроков.

Рработа состоит из введения, двух глав, заключения, библиографического списка.

ГЛАВА 1. МЕТОДИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ОБУЧЕНИЯ 3D МОДЕЛИРОВАНИЮ ШКОЛЬНИКОВ

1.1  3D-моделирование в школе: методика и практика обучения

По официальным оценкам качества образовательных систем развитых стран, образование в России занимает двадцатое место в мировом рейтинге за 2021 год. В списке стран с лучшими системами образования Россия оказалась сразу после США [2.].

К 2022 году согласно рейтингу стран мира по индексу уровня образования Россия стоит на 33 месте [3]. Школьные методисты отмечают общее снижение уровня мотивации и интереса к обучению у современных школьников. Некоторые российские учителя объясняют этот факт технической отсталостью школ, в которых часть учащихся перестала считать учебную литературу единственным истинным источником знаний («учебники-пережитки прошлого») и перешла на поиск информации в интернете с помощью электронных гаджетов, компьютеров, мобильных телефонов, планшетов так далее [4].

Современные информационные технологии позволяют отображать различную визуальную информацию в трехмерном пространстве. Больше всего информация об окружающем мире воспринимается с помощью органов зрения. Для того чтобы достичь максимальной точности в восприятии информации, необходимо обеспечить зрительное восприятие, максимально приближенное к реальности [4].

Обучение моделированию имеет большое значение как для формирования ИКТ-компетентности, так и для достижения личностных результатов, в том числе развития творческих способностей. Дети подвергаются воздействию 3D с самого раннего возраста через модели и специальные эффекты, используемые в фильмах и телешоу с использованием компьютерной графики. А воссоздание своих героев в 3D представляет собой захватывающий творческий процесс для детей, ограниченный только их воображением.

Использование 3D-моделирования и анимации в образовании предоставляет учителям новые инструменты обучения. Эти инструменты помогают учащимся легче воспринимать учебный материал, повышают их мотивацию и способствуют ускорению усвоения больших объемов знаний. 3D-технологии могут изменить подход образовательных учреждений к обучению, позволяя объединить и применить современные подходы к обучению.

Благодаря 3D-технологиям в системе образования возможен прорыв, который может привести к тому, что детям и преподавателям больше не придётся работать с учебниками. 3D-технологии позволят разнообразить учебные занятия, а учебный процесс сделать эффективным и визуальнообъёмным. Фактически, 3D помогает получить опыт работы по нескольким дисциплинам, это обусловливает необходимость учета педагогами возникающих новых технологий с целью их последующего грамотного внедрения в образовательный процесс [7].

В процессе усвоения учебного материала, согласно операциональной концепции интеллекта Ж. Пиаже, любая информация, которая воспринимается человеком, проходит четыре стадии:

- сенсомоторное (чувственное восприятие);

- символический этап (образная свертка сенсорно-логической информации);

- логический этап (дискурсивно-логическое осмысление информации);

- лингвистический этап (аккомодация информации в сознании через слово-образ, выработанный на предыдущих этапах) [5].

В обычной лекционной форме урока, как и в традиционных печатных учебниках, физиологически необходимая сенсомоторная стадия восприятия информации практически отсутствует, так как учебный материал представлен на лексическом уровне. Это одна из причин сложности восприятия информации. Для того чтобы достичь максимальной точности в восприятии информации, необходимо обеспечить зрительное восприятие, максимально приближенное к реальности. Соблюдение естественного порядка восприятия и обработки информации приводит к экономии времени в учебном процессе.

Когда учебный материал преподносится с помощью зрительных образов, в процесс восприятия вовлекаются различные каналы: слух, зрение и др. Образное визуальное представление объекта может быть получено путем изучения самого объекта или его физической модели, а также их отображения, полученного мультимедийными средствами (электронные плакаты, видеоклипы, анимация и др.), в том числе компьютерными (виртуальными) 3D-изображениями.

Важной особенностью трехмерных моделей является возможность изменения свойств, как составных элементов модели, так и всей модели в целом в зависимости от потребностей разработчика. Благодаря этому можно менять расположение отдельных элементов в пространстве, менять их внешний вид, использовать дополнительные объекты и так далее. Можно показать не только статическую графику, но и сложную пространственную анимацию, а также процессы (в том числе скрытые), происходящие как с объектом, так и внутри него. А это приводит не только к значительному увеличению наглядности материала, но и к существенной экономии времени во время обучения. Кроме того, современные технологии позволяют получить фотореалистичную графику на основе такой модели, которая не уступает по качеству фото- и видеоматериалам.

Преимущества обучения с использованием информационных технологий в виде использования 3D-моделей очевидны. В отличие от плоских статических изображений, такие модели интерактивны: можно выбрать любую точку обзора, произвести любые преобразования, приложив минимум усилий. Компьютерные 3D-модели в процессе изучения могут быть либо разобраны на отдельные элементы, либо собраны в единое изделие [6].

Интерактивность 3D-компьютерных моделей означает, что обучающимся и преподавателям предоставляется возможность активно взаимодействовать с этими инструментами. Интерактивность означает наличие условий для образовательного диалога-взаимодействия, одним из участников которого является компьютерная модель. 3D-лаборатория оснащенная доступными, простыми и недорогими системами, позволит как преподавателям, так и обучающимся одним нажатием кнопки воспроизводить трехмерные модели с помощью компьютерных программ [8].

1.                Проблемы со временного учен ика в школе. // https://урок.рф/ URL: https://урок.рф/discussion/63407.html

2.                Пиаже, Ж. Психология инт еллекта — СПб.: Питер, 2020. — 192 с. — (Серия «Психология-классика»).

3.                Возможности 3D-технологий в об разовании [Электронный ре сурс]. – Режим до ступа: URL: https://cyberleninka.ru сво бодный.

4.                Цели и за дачи школьного курса инф орматики // https://lektsii.org URL: https://lektsii.org/6-9810.html

5.                Методическое письмо по  во просам об учения инф орматике в на чальной школе [Электронный ре сурс] // Министерство об разования и на уки России: офиц. сайт. – URL: мин обрнауки.рф

6.                Ермолаева А. А. Моделирование на  уроках в на чальной школе. – М.: Глобус; Волгоград: Панорама, 2019. – 140 с.

7.                Козлова Т. В., Чернопольская К. Н. Компьютерная графика и 3Dмоделирование в на чальном об щем об разовании // Научное со общество студентов XXI сто летия. Технические на уки: сб. ст. по  мат. XI Междунар. студ. на уч.-практ. конф . – 2020. – № 11. – C. 35–42.]

8.                Проектный Талант // http://en.wikipedia.org URL: http://en.wikipedia.org/wiki/Project_Talent

9.                Первин Ю.А., Дуванов А.А., Зайдельман Я.Н., Гольцман М.А. Учебник. — М.: НЦПСО: Бюро инт еллектуальных тех нологий, 1993. — 120 с.

10.           Лапчик, М.П. Методика пре подавания инф орматики [Текст]: Методическое по собие / М.П. Лапчик, И.Г. Семакин, Е.К. Хеннер. – М.: Академия, 2021. – 126 с.

11.           Бешенков, С.А. Информатика. Систематический курс [Текст]: Учебник для 10 класс а / С.А. Бешенков, Е.А. Ракитина. – М.: Лаборатория Базовых Знаний, 2020. – 432 с.

12.           Гейн, А.Г. Информатика и инф ормационные тех нологии: за дачник. Практикум [Текст]: Учеб. по собие для уча щихся 8 – 9 кл. об щеобразоват. Учреждений / А.Г. Гейн, Н.А. Юнерман. – М: Просвещение, 2018. – 127 с.: ил.

13.           Зубко, И.И. Изучение модел ей класс ификационного типа в про фильном курсе инф орматики [Текст] /Дис. кан. пед. на ук. - М., 2020.

14.           Информатика плюс 5,6 класс . [Текст]: Методическое по собие для учителя/ по д ре д. А.В. Горячева. – М.: Экспресс, 2018. – 144 с.

15.           Информатика [Текст]: Задачник прак тикум: В 2 т. /под ре д. И.Г. Семакина, Е.К. Хеннера. – М.: Лаборатория Базовых Знаний, 2021. – т 1. – 304 с., т 2. – 280 с.

16.           Козлова Т.В., Чернопольская К.Н. КОМПЬЮТЕРНАЯ ГРАФИКА И 3D МОДЕЛИРОВАНИЕ В НАЧАЛЬНОМ ОБЩЕМ ОБРАЗОВАНИИ // Научное со общество студентов XXI сто летия. ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ: сб. ст. по  мат. XI между нар. студ. на уч.- прак т. конф . № 11. URL: http://sibac.info/archive/technic/11.pdf

17.           Компьютерная графика в дизайне: Учебник для вузов [Текст] / Д.Ф. Миронов. - СПб.: Питер, 2020. - 224 с.

18.           Методика пре подавания инф орматики: Учеб. по собие для студ. пед. вузов [Текст] / М.П. Лапчик, И.Г. Семакин, Е.К. Хеннер; Под об щей ре д. М.П. Лапчика. - М.: Изд. цен тр Академия, 2021. - 624 с.

19.           Образовательный ре сурс Мультиурок. http://multiurok.ru/

20.           Педагогический энциклопедический слов арь [Текст] / гл. ре д. Б.М. Бим-Бад, М.М. Безруких, В.А. Болотов, Л.С. Глебова и др. Большая рос сийская энциклопедия, 2020 - 528 с.

21.           Программно-методические материалы: Информатика. 7-11 кл. [Текст] / со ст. Л.Е Самовольнова. – М.: Дрофа, 2021. - 96 с.

22.           Семакин, И.Г. Информатика. [Текст]: Базовый курс. 7-9 класс ы./И.Г.Семакин – М.: Лаборатория Базовых Знаний, 2021. – 384 с.

23.           Семакин, И.Г. Информатика. [Текст]: Базовый курс. 7-9 класс ы./И.Г.Семакин – М.: Лаборатория Базовых Знаний, 2021. – 384 с.