Инновационная деятельность учащихся в области экологии через 3D-моделирование

Автор: Зикунова Екатерина Алексеевна

Организация: МАУ ДО «Детский эколого-биологический центр»

Населенный пункт: Хабаровский край, г. Хабаровск

Аннотация

В статье описывается методика интеграции инновационных технологий в учебный процесс с целью повышения интереса к предмету и развития экологического сознания среди учащихся. В статье рассматривается опыт организации проектной деятельности учащихся, направленной на создание 3D-моделей экологических объектов, а также анализ влияния данного подхода на обучающий процесс. Результаты исследования позволяют сделать вывод о положительной динамике восприятия и понимания экологических знаний учащимися при использовании 3D-моделирования. Автор подчеркивают перспективность данного метода и рекомендуют его использование в образовательной практике для создания более эффективной и увлекательной обучающей среды в области экологии.

Введение

3D-моделирование – это увлекательный и креативный процесс создания трехмерных изображений, объектов и всего, что может прийти в голову. А как же это может быть связано с экологией? Мы разберемся вместе в этой статье!

Инновационная деятельность учащихся в области экологии через 3D-моделирование может стать эффективным инструментом для изучения и понимания окружающего мира.

Одним из самых важных аспектов экологии является забота об окружающей среде и сохранение природы. С помощью 3D-моделирования можно создавать виртуальные модели экосистем, животных, растений, а также изучать воздействие человеческой деятельности на окружающую природу.

Обсуждение и результаты

Как и любое занятие на стыке высоких технологий, точных наук и творчества, 3D-моделирование способствует разностороннему развитию личности ребенка. В частности, 3D-моделирование:

- развивает креативное, пространственное, аналитическое мышление;

-повышает интерес к геометрии, алгебре, черчению, помогает улучшить успеваемость по школьным предметам;

- учит усидчивости, целеустремленности, правильному целеполаганию.

Также IT для детей помогает определиться с будущей профессией и повышает шансы на поступление в выбранное учебное заведение.

Дети, которые занимаются 3D-моделированием, имеют уникальную возможность познакомиться с различными аспектами экологии. Они могут создавать свои собственные виртуальные леса, океаны, джунгли, а затем анализировать, как изменения в экосистеме могут повлиять на животный и растительный мир.

В течении всего курса биологии в школе и многих программ в организациях дополнительного образования учащиеся изучают живые организмы. Использование твёрдых пластмассовых материалов означает, что 3D-модель прослужит дольше.

Основные шаги по созданию 3D-модели с использованием программы и принтера следующие:

Шаг 1: Выбор программы для моделирования - Существует множество программ для создания моделей 3D-принтера, таких как Blender, Autodesk Fusion 360, Tinkercad и другие. Мы выбрали программу, которая наиболее соответствует вашим потребностям и навыкам, а именно программу для создания 3д-моделей Blender.

Шаг 2: Создание модели - Модель создаётся с использованием инструментов моделирования программы без импорта из внешних источников. Этот этап считается самым длительным, т. к. включает моделирование каждой детали, где в основном, используется работа с сеткой и модификаторами. Перед самим моделированием, желательно, сделать чертёж и зарисовку для ускорения процессе блокинга.

Шаг 3: Экспорт модели в формат печати - После того, как модель в программе готова, ее необходимо экспортировать в соответствующий формат, который поддерживается вашим 3D-принтером. Мы использовали формат файла .STL для экспорта

Шаг 4: Подготовка модели для печати - После того, как модель создана, необходимо провести некоторые дополнительные шаги, чтобы подготовить ее для печати. К ним относятся масштабирование модели до нужного размера, проверка, что модель легко печатается без ошибок и проведение дополнительных настроек, таких как настройка поддержек. Для этого объект редактировался в программе Cura и переносился на накопительный носитель в формате .gcode для дальнейшей установки в 3д-принтер.

Шаг 5: Подготовка принтера - Перед тем как начать печатать модель, нужно подготовить 3D-принтер, что включает установку и калибровку платформы печати, загрузку и настройку материала для печати и другие необходимые настройки.

Шаг 6: Печать модели – Для начала печати необходимо загрузить файл модели в программу управления вашим 3D-принтером и начать процесс печати. Нужно убедиться, что все настройки правильно установлены и следите за процессом печати. В случае сбоя или ошибок, необходимо заново настроить принтер и начать печать.

Шаг 7: Постобработка модели - После завершения печати модель удаляется с платформы печати и проводится необходимая постобработка, что включает в себя удаление поддержек, шлифовку с помощью наждачной бумаги и бор-машинки и раскраску частей модели (органоидов растительной клетки) в различные цветовые оттенки.

Шаг 8: Итоговая проверка и коррекция - После завершения постобработки проводится итоговая проверка модели. Убедились, что все детали распечатаны правильно и соответствуют вашим ожиданиям. Если требуется, можно провести дополнительные шлифовку или коррекцию модели.

Шаг 9: Готовая модель - Теперь наша 3D-модель готова! Ее можно использовать в образовательных и других в любых целях, будь то прототипирование, дизайн, хобби или другие проекты.

Важно помнить, что каждый 3D-принтер и программа имеют свои особенности и специфические шаги, так что руководствуйтесь инструкциями и рекомендациями, соответствующими вашему оборудованию и программному обеспечению.

Учащимися на занятиях по 3D-моделированию в МАУ ДО «Детском эколого-биологическом центре» создаются различные объекты, связанные с экологическими аспектами. Связь между экологией и 3д-моделированием может прослеживаться, например, при создании 3D-модели растительной клетки как образовательного конструктора. Для того чтобы разобраться в сложных процессах жизнедеятельности живых существ необходимо изучить структурную единицу жизни - клетку! И в этом поможет прочная 3D -модель. Так после изучении основ клеточного строения и 3д-моделирования и, благодаря пошагово проделанной работе, учеником Каплиевым Леонидом под моим руководством была создана сборно-разборная модель растительной клетки (рис.1 и рис.2) - структурной единицы живого, которая формирует растительные одноклеточные или многоклеточные организмы. На данной модели все органоиды обозначены разными цветами, некоторые из них разбираются.

 

Рисунок 1. 3D-модель растительной клетки в сборном и разборном виде

Себестоимость готовой 3д-модели клетки оценивается в 301 рубль 89 копеек. В основном были траты на материал без затрат на электроэнергию (Таблица 1).

Таблица 1. «Трата денежных средств на материал»

№	Материал	Средняя цена (руб.)	Использовалось (%)	Итого (руб.)
1	Катушка PLA-пластика	2100	12,5	262,5
2	Акриловые краски	500	5	25
3	Наждачная бумага	60	16,6	10
Итого:				297,5

 

За 5 часов обычный 3д-принтер потребляет 462 Вт, что в денежном выражении, при текущем тарифе на эл. энергии, составило 1 рубль 43 копейки. Наша модель печаталась 15 часов, поэтому за это время в среднем потратилось 4 рубля 29 копеек. Себестоимость напечатанной детали в основном определяется стоимостью материала, т.е. пластика. Затратами на электроэнергию можно пренебречь. Итого себестоимость данной модели даже с учетом затрат на электроэнергию при печати в 15 часов составила 301 рубль 89 копеек, что в значительной степени ниже стоимости покупных моделей на различных маркетплейсах.

Организация проектной деятельности учащихся при метапредметном подходе, направленная на создание 3D-моделей, положительно влияет на творческие, инженерные способности при наглядно-действенном и логическом мышлении, что способствует умственному развитию ребят в различных областях.

3D-модели могут быть использованs на занятиях как дидактический инструмент. Проект был успешно апробирован на занятиях у школьников 10-11 лет. Ребята проявляли интерес к модели-конструктору и с удовольствием изучали строение растительной клетки (рис. 2).

Рисунок 2. Модель-конструктор на занятиях

Заключение

В целом, 3D-модели представляют собой мощный инструмент для визуализации и изучения структуры и функций объектов, а также для применения в научных исследованиях, образовании, медицине и других сферах деятельности.

Таким образом, 3D-моделирование становится не только увлекательным занятием для детей, но и мощным инструментом для изучения экологии, формирования экологического мышления и воспитания ответственного отношения к окружающей среде. Пусть каждая созданная трехмерная модель станет маленьким шагом к более зеленому и устойчивому будущему нашей планеты.

Благодаря 3D-моделированию дети могут лучше понять, как важно сохранять биоразнообразие, бороться с загрязнением окружающей среды и беречь нашу планету для будущих поколений. Они могут создавать проекты по охране природы, а также исследовать новые способы использования экологически чистых материалов в своих моделях. Также создание 3D-моделей позволяет учащимся визуализировать сложные экологические объекты и процессы. Также рекомендую использовать данный метод в образовательной практике для создания более эффективной и увлекательной обучающей среды в области экологии.

Список литературы и использованных источников

1. Учебная сфера https://uchebnaya-sfera.ru/product/model-stroenie-kletki-rasteniya/

2. Сколько электроэнергии расходует 3д-принтер https://vladikoms.livejournal.com/125289.html

3. Леонтьев А.Н. Деятельность. Сознание. Личность. - М., 1982.

1. file0.docx (1,5 МБ)

Опубликовано: 24.06.2024