CC BY
133ПРИМЕНЕНИЕ 3D-ТЕХНОЛОГИЙ ДЛЯ РЕШЕНИЯ СТЕРЕОМЕТРИЧЕСКИХ ЗАДАЧ Шаповалов Д.Н.1, Чернобабова К.В.2
1Шаповалов Дмитрий Николаевич - бакалавр, Институт международных транспортных коммуникаций Российский университет транспорта;
2Чернобабова Клавдия Владимировна - учитель математики, Муниципальное общеобразовательное автономное учреждение Гимназия № 8,
г. Сочи
Аннотация: в статье представлен проект, выполненный учащимся 10 класса, который с помощью SD-технологий изготовил на SD-принтере модели объемных геометрических фигур - пирамид, призм, конусов и др. для использования их на уроках стереометрии в помощь учащимся при подготовке к ЕГЭ (Единому Государственному экзамену).
Ключевые слова: SD-принтер, SD-печать объемных фигур, решение стереометрических задач, улучшение качества образования.
В Федеральном Государственном Образовательном Стандарте нового поколения четко обозначены требования к личностным, предметным и метапредметным результатам освоения обучающимися основной образовательной программы. Для достижения этих результатов в настоящее время существует немало способов инновационного обучения, например, таких, как активные методы обучения, модульное обучение, дистанционное обучение и т.д. Но особое место занимает метод проектов. Этот метод не новый, но в последнее время проектирование выделяется даже в отдельный школьный предмет.
Мне бы хотелось поделиться опытом проектной работы и представить один из проектов, который получил широкое практическое применение на уроках геометрии в нашей гимназии. Перед учащимися 10 инженерного класса мною была обозначена проблема: можно ли создать с помощью 3D-технологий пространственные фигуры, которые помогли бы ребятам решать стереометрические задачи. (Ученики этого класса были знакомы с 3D-технологиями на элективном курсе «Робототехники»). Ниже представлен проект, созданный учащимся 10 класса Шаповаловым Дмитрием Николаевичем.
Всех нас привлекает всё новое и необычное. А окружающий мир полон таких необычных и оригинальных вещей. Речь идёт о технологии объёмной печати, или 3D-принтерах. С начала нового тысячелетия понятие «3D» прочно вошло в нашу повседневную жизнь. В 1984 году компания "Charles Hull" впервые разработала технологию трёхмерной печати. В настоящее время круг возможностей и сфер применения 3D-печати постоянно расширяется. Этим технологиям оказалось подвластно всё - от мебели до кровеносных сосудов.
Данный проект носит практическое применение. Мы попытались создать 3D-модели объемных фигур - призм, цилиндров, пирамид и др., которые можно использовать на уроках геометрии.
- Актуальность проблемы: наглядность 3D-моделей позволит развивать пространственное воображение учащихся и избегать ошибок в решении стереометрических задач, улучшит качество подготовки выпускников к ЕГЭ по математике.
- Новизна: использование 3D-печати для создания моделей многогранников с их различными элементами и сечениями в помощь учащимся для решения стереометрических задач.
- Гипотеза: технология 3D-моделирования и печати позволит ученикам использовать при решении задач на нахождение расстояний и углов в пространстве объемные фигуры с данными элементами. Методика использования 3D-моделей должна помочь учащимся развить стереометрические представления путем эмпирического метода познания, что позволит им безошибочно выполнять построения на бумаге и верно решать задачи, а значит лучше подготовиться к ЕГЭ.
Что же представляет собой печать на 3D-принтере? Это создание реального объекта по образцу, созданному на компьютере по определенной программе. Цифровая трёхмерная модель сохраняется в формате STL-файла, после чего 3D-принтер, на который выводится файл для печати, формирует реальный объект. Сам процесс печати - это ряд повторяющихся циклов, связанных с созданием объекта путем нанесения на рабочий стол принтера слоя расходных материалов, перемещением рабочего стола вниз на уровень готового слоя и удалением с поверхности стола отходов. Циклы непрерывно следуют один за другим: на первый слой материала наносится следующий, элеватор снова опускается и так до тех пор, пока на рабочем столе не окажется готовое изделие. В 3D-принтере в качестве расходного материала могут использоваться фотополимерные смолы, различные виды пластиковой нити, керамический порошок, металлоглина и др. Это зависит от типа принтера.
В нашей школе (МОАУ Гимназия № 8, г. Сочи) 3D-принтеры действуют по технологии НРМ, которая использует термопластики производственного класса, обеспечивающие механическую, термическую и химическую прочность изделия. Изделие создается слой за слоем, разогревая материал (пластиковую нить) до полужидкого состояния и выдавливая ее в соответствии с созданными на компьютере путями, т.е. по заданной программе, которая выстраивает геометрический путь, учитывая три вектора движения, и создаёт стереометрическую фигуру послойно, шаг за шагом.
По мнению учителей математики, для ребят при сдаче ЕГЭ наиболее трудным является решение стереометрических задач. Задачи стереометрии «крепкий орешек» для учащихся 10-11 классов. Такая ситуация волнует учителей и подталкивает каждого из них на новые поиски. Так, наш учитель математики, Клавдия Владимировна Чернобабова, предложила нам создать 3D-модели к задачам, в которых учащиеся затрудняются сделать чертеж. Может, им было бы легче, когда построения, которые необходимо выполнить на бумаге, они увидели бы в виде реальной модели в пространстве. Это, наверняка, помогло бы им сделать точный рисунок и решить правильно задачу (ведь успех решения стереометрической задачи на 90% зависит от правильно выполненного чертежа). Умение видеть и вычислять расстояния, углы между прямыми и плоскостями является фундаментом для успешного изучения стереометрии, на котором основываются все вопросы пространственной геометрии. Поэтому необходимо научиться «видеть в пространстве» эти расстояния и углы, изображать их на рисунке.
Видеть реальный трехмерный объект перед собой с разных ракурсов, вращать его под разными углами - это очень важно для развития объемных представлений. 3D-модели окажут в этом неоценимую помощь.
Учитель математики, К.В. Чернобабова, отметила, что контроль знаний учащихся и умений решать задачи показал, что с использованием 3D-моделей качество обучения резко повысилось. Проведенный в ходе проектной работы социологический опрос среди учеников 10-ых классов и их учителей показал, что значительная часть (21 из 45 учащихся) считают, что 3D-технологии помогут им в решении задач. 7 из 10 учителей, считает, что использование 3D-технологий поможет ученикам в освоении курса стереометрии.
Один из преподавателей так отозвался о новых технологиях в образовании: «Инновации присутствуют в любой области профессиональной деятельности
современного человека. Образовательные технологии не являются исключением из правила. В частности, 3D-технологии - это будущее не только в образовательной сфере, но и во многих других. И мы, в школе, должны идти в ногу со временем».
Таким образом, 3D-моделирование может приобрести большое значение для поддержки школьного курса стереометрии. Применение 3D-принтеров позволит отечественным образовательным учреждениям перейти на самообеспечение: изготовление на имеющемся оборудовании 3D-печати наглядных пособий, разработанных самими учителями и учащимися. Кроме того, ознакомление с технологиями 3D-производства поможет школьникам в их предпрофессиональной подготовке.
Для создания моделей использованы: 3D printer PRISM; 3D-jet S-002/14, программа - 123D. На Рис. 1 представлены некоторые модели, а на Рис. 2 и Рис. 3 - их использование при решении задач.
Рис. 1. Печать моделей на SD-принтере
Рис. 2. Расстояние между прямыми
Рис. 3. Задача Список литературы
1. Галлямова С.Е. Обучение построению информационных моделей средствами компьютерных технологий. // Информатика и образование, 2008. № 9. С. 31-36.
2. Андерсен Бент Б., Ван Ден Бринк Катя. Мультимедиа в образовании: специализированный учебный курс. 2-е издание; исправлено и дополнено// М.: Дрофа, 2007. 221 с.
3. Новые педагогические и информационные технологии в системе образования: учеб. пособие для студентов педагогических вузов и системы повышения квалификации кадров // Под редакцией Е.С. Полат. 2-е издание. Академия, 2005. 265-272 с.
