Обзор применения 3D-принтеров в образовании

Здравствуйте! С вами Top 3D Shop и в очередном обзоре мы рассказываем о применении 3D-принтеров и 3D-печати в образовании. Узнайте больше из этой статьи.

Содержание

Использование 3D-печати в образовании

Источник: lpfrg.com

3D-принтеры уже давно перестали быть дорогим инструментом, доступным только для крупных компаний и ведущих исследовательских центров. Сегодня пользователем устройства 3D-печати может быть даже ребенок, а их цена начинается всего от нескольких сот долларов. Использование технологий 3D-печати революционно меняет методы обучения и выводит образовательный процесс на совершенно новый уровень развития творческих способностей учащихся.

3D-технологии могут применяться на всех уровнях образования, от начальных школ до университетов, не говоря уже о том, что практически любой предмет гораздо легче преподавать с помощью 3D-печати. Например, учитель физики при изучении принципов работы реактивного двигателя может попросить учеников создать действующую 3D-модель ракеты, а учитель географии – напечатать 3D-модель любой точки мира, чтобы помочь детям лучше понять изучаемый регион. Это делает процесс обучения более интересным, а знания, полученные с помощью такого опыта, гораздо более устойчивыми.

Источник: ultimaker.com

Можно назвать пять основных достоинств использования 3D-печати в образовании:

1. Обучение наукам и технологии (STEM)

Технология 3D-печати воспитывает в учениках созидателей. Вместо того, чтобы покупать или потреблять готовые изделия, они становятся изобретателями, определяющими свои потребности и находящими решения, творчески сочетая получаемые знания и навыки обращения с техникой.

3D-печать – технология, которую используют ученые и инженеры чтобы изменить мир. Передав эту технологию ученикам, можно познакомить их с проблемами, стоящими перед всем обществом и привить навыки, которые будут полезны в дальнейшем обучении и получении профессии.

2. Развитие воображения и творческого подхода

С 3D-печатью искусство постепенно возвращается в технику, а учащиеся становятся дизайнерами и художниками, используя передовые технологии для визуализации плодов собственного воображения. В процессе обучения развиваются пространственное мышление, умение проектировать и воплощать новое.

3. Привлечение «ленивых» учеников

3D-печать – все еще очень новая технология, которая не всегда доступна обычному потребителю. Поэтому у неё есть «вау-фактор», привлекающий учащихся, прохладно относящихся к своему обучению. Доступ к 3D-технологиям – отличный способ мотивировать учеников, отстающих и по другим предметам.

4. Воспитание социальных навыков

Использование 3D-печати в классе позволит ученикам стать частью растущего интернет-сообщества, посвященного 3D-печати, оценивать и комментировать изделия своих сверстников, быть терпимыми к их ошибкам и учиться на лучших примерах.

Связи между классными уровнями в школе, объединение учеников младшего и старшего возраста для совместной работы над 3D-проектом, позволяет старшим ученикам проявить себя хорошими учителями и научиться ценить то уважение, которым их награждают младшие товарищи.

5. Культивирование целеустремленности

С помощью 3D-печати все может быть реализовано практически. Для погружения в атмосферу древних обществ – дизайн и печать макета мумии или пирамиды. Ученик мечтает о путешествиях – печать острова сокровищ или горной вершины. Ребенок хочет защитить город от стихийных бедствий – разработка и печать дамбы от наводнений, которую можно немедленно испытать. У этого списка нет конца, важно только не останавливаться на стадии идеи, а воплощать ее.

Ученики узнают, что вполне допустимо потерпеть неудачу с первого раза, а затем повторить попытку, чтобы улучшить результат. Когда дети начинают понимать, что неудача является частью процесса, они все меньше боятся пытаться воплощать в жизнь новые и разные идеи. Это укрепляет уверенность учеников, и учителя получают удовольствие от того, что ученики мотивированы и уверены в себе.

Выбор 3D-принтера для использования в образовательном процессе

Вне зависимости от уровня обучения, приобретая 3D-принтер в образовательное учреждение следует учитывать несколько ключевых моментов:

Безопасность. Нужно помнить о том, что с устройствами будут работать очень неопытные пользователи, испытывающие непреодолимое желание все потрогать. 3D-принтеры, работающие по технологии FDM/FFF, имеют головку печати с температурой от 100 до 500 OC, а фотополимерная смола очень плохо отмывается. Поэтому разумным выбором будет 3D-принтер с закрытой камерой печати. Обратите внимание, что при печати принтеры выделяют далеко не всегда безвредные пары материала печати, поэтому для образовательных учреждений необходимо, чтобы они были оснащены улавливающими фильтрами.
Стоимость устройства. Какие бы меры предосторожности не предпринимал учитель, при обучении достаточно высока вероятность поломки устройства, а затраты на его ремонт могут быть высоки. В случае недорогого устройства, его можно будет заменить целиком или крупными узлами.
Простота конструкции. Чем проще, жестче и надежнее конструкция, тем меньше вероятность того, что дорогое устройство будет выведено из строя какими-то неправильными манипуляциями.
Доступность расходных материалов. Как бы не хотелось использовать очень дорогие фирменные материалы для получения идеальных изделий, следует помнить основную цель приобретения 3D-принтера – обучение. Поэтому брака всегда будет много, расход материалов будет всегда большим, а принтер должен уметь печатать самыми дешевыми и распространенными из них.
Сервис. Удобство ремонта и замены вышедших из строя деталей. Обучение – непрерывный процесс, а расположенные неподалеку официальное представительство и сервисный центр производителя сэкономят немало времени и денег при ремонте.
Использование бесплатного ПО. Начальное обучение не ставит своей целью превратить пользователя в профессионала. Учитель должен дать ученику начальные знания о 3D-технологиях и желание развивать их дальше. Использование сложных профессиональных программных пакетов, помимо их высокой стоимости, зачастую способно поселить в неопытном пользователе неуверенность в своих силах.
Фирменные курсы обучения. Многие производители 3D-устройств, заинтересованные в рекламе своих продуктов, выпускают специальные обучающие курсы по работе со своими устройствами, как для учащихся, так и для преподавателей. Наличие такого курса позволит избежать многих ошибок и повысить эффективность обучения.
Фирменные программы мотивации. Некоторые компании имеют собственные грантовые программы для мотивации наиболее талантливых преподавателей и учеников.

Подробнее о выборе 3D-оборудования для сферы образования можно прочесть в нашей статье.

3D-печать в школе

Источник: ultimaker.com

С какого возраста можно начинать обучение 3D-технологиям? С того самого момента, когда молодой человек будет способен осознать связь между своим действием и получаемым результатом. Большинство слышало об коэффициенте интеллекта (IQ) и эмоциональном коэффициенте (EQ), как о способах измерения умственных и эмоциональных способностей человека.

Источник: ultimaker.com

3D-технологии позволяют развить еще одну грань – пространственный интеллект или способность умственного манипулирования двумерными и трехмерными объектами, формирующуюся в самом раннем возрасте. Исследование группы ученых под руководством Дэвида Любински из Университета Вандербильта, проводившееся в течение нескольких десятков лет, показало, что пространственный интеллект является предиктором способности усвоения новых знаний, особенно в областях науки, техники, инженерии и математики.

Любински и его коллеги обнаружили, что этот вид интеллекта упускается из виду в современных системах обучения и тестирования. Они считают, что помощь учащимся в развитии пространственных способностей является ключом к созданию более интеллектуально развитых людей. Фактически, Любински отметил, что пространственные способности «могут быть самым большим из известных неиспользованных источников человеческого потенциала».

3D-печать в университете

Источник: lpfrg.com

Университеты и институты совершенствуют знания студентов, приобретенные в школах, и дают специальные знания при освоении профессии. Кроме того, они являются центрами научных исследований и разработки новых технологий. Использование 3D-печати ускоряет эти процессы. Используя 3D-печать, студенты-медики могут печатать человеческие органы, чтобы улучшить знание анатомии, студенты-технологи – быстро прототипировать новые продукты, студенты, изучающие архитектуру и дизайн – печатать свои макеты и модели.

Примеры использования

3D-печать в международной школе имени М. В. Ломоносова

Международная школа им. М. В. Ломоносова в Нижнем Новгороде – одна из немногих в России, обучающая детей по программе Международного Бакалавриата для начального и среднего образования (International Baccalaureate — Primary Years Programme, Middle Years Programme). Выпускники школы получают, в дополнение к аттестату государственного образца, сертификат, дающий право поступления в высшие учебные заведения по всему миру.

Для обучения детей современным технологиям школа приобрела в Top 3D Shop 3D-принтер Hercules российского производства. Устройство отвечает всем требованиям безопасности, позволяет учащимся наблюдать за процессом печати и понимать принципы технологии 3D-печати.

3D-печать в инженерно-технологической школе в Санкт-Петербурге

Это школа для учеников, проявляющих выдающиеся способности в технологических областях и творчестве, обучающая по специальным программам с использованием современного оборудования, дающая учащимся не только общие школьные знания, но и набор начальных навыков и компетенций для взаимодействия с современным производством.

Компания Top 3D Shop установила в школе настольные 3D-принтеры PICASO 3D Designer XPRO (FDM), фотополимерный Formlabs Form 2 (в настоящий момент принтер снят с производства, улучшенный аналог - Formlabs Form 3), полноцветный ProJet 260Plus и другое дополнительное оборудование. Появление современных технологий в школе позволило учителям не только изготавливать учебные пособия, но и создать класс моделирования и прототипирования, в котором дети могут проявлять свои инженерные и творческие способности.

Курс «Манипулятивное исчисление», Гарвардский Университет

Источник: manipulativecalculus.com

Многофакторное исчисление является крупнейшим в Гарварде математическим курсом и служит предпосылкой для курсов по всем дисциплинам STEM. Это первый курс по математике для большинства студентов, включающий трехмерные пространственные вычисления и визуализацию. Команда разработчиков учебных программ в Гарвардском университете пришла к выводу, что лучший метод преподавания этой дисциплины – передать предметы в руки студентов. Буквально.

Источник: manipulativecalculus.com

В 2017 году в учебный план был добавлен новый элемент — активное взаимодействие с 3D-моделями объектов. С 2018 года этот курс больше не преподается в лекционном формате, вместо этого занятия проводятся в секциях из тридцати и менее студентов, чтобы можно было изготовить достаточное количество копий различных 3D-моделей. Новый курс получил название «Манипулятивное исчисление». Все модели курса были изготовлены с помощью 3D-печати.

Как показала практика, студенты не только лучше понимают материал с помощью 3D-моделей, но и преподаватели могут лучше оценивать знания учащихся, объясняющих свои расчеты с использованием физических 3D-моделей.

3D-печать макетов космической техники для МАИ

Московский авиационный институт — крупнейший в России вуз, готовящий ученых и инженеров для авиакосмической отрасли. В 2018 году МАИ занял достойное место в рейтинге лучших вузов мира по версии Times Higher Education.

Коллективу ученых и студентов института понадобилось создать точные стендовые копии пилотируемых космических кораблей «Союз ТМА-М» и «Союз ФГ» для использования в качестве учебных пособий. Для этого было решено использовать технологию 3D-печати и проектирование в ПО SolidWorks.

С помощью специалистов компании Top 3D Shop и 3D-принтеров Anycubic Photon S, Phrozen Shuffle 2019, Formlabs Form 3, Picaso3D Designer XPRO и Hercules Strong макеты были изготовлены с идеальной точностью.

Помимо космических аппаратов, также мы изготовили для Московского авиационного макет космодрома. Подробнее — в статье.

Заключение

Источник: edtechmagazine.com

Преимущества применения 3D-печати, 3D-принтеров и 3D-моделирования в образовании очевидны — они не только помогают усвоению знаний по традиционным дисциплинам, но и дают свои специфические знания и навыки, которые так востребованы в наше время и пригодятся для дальнейшего обучения и применения на практике. Понимая это, все больше учебных заведений обращает свое внимание на цифровые и аддитивные технологии, как имеющие решающее значение в подготовке учащегося к взрослой жизни. Видя эту тенденцию, производящие 3D-оборудование компании предлагают все больше продуктов и программ именно для образовательной сферы.

В ближайших статьях мы расскажем о федеральной государственной программе повышения качества образования «Точки роста» и ее связи с новейшими технологиями. Следите за обновлениями!