Открытый доклад на XXXI конференции ИТО-2020 "Создание учебных моделей на 3D принтере, используемых на уроках в ГБОУ ТРОЦ «Солнышко»
учебно-методический материал

ОТКРЫТЫЙ ДОКЛАД НА МЕЖДУНАРОДНОЙ КОНФЕРЕНЦИИ «ИТО-2020»

СОЗДАНИЕ УЧЕБНЫХ МОДЕЛЕЙ НА 3D ПРИНТЕРЕ, ИСПОЛЬЗУЕМЫХ НА УРОКАХ В ГБОУ ТРОЦ «СОЛНЫШКО»

Кандалова Вера Павловна, Учитель-дефектолог (kandvera@narod.ru )

Кольченко Елена Анатольевна, Учитель-дефектолог (kolchenko@inbox.ru ),

Константиниду Мария Владимирос, Учитель-дефектолог (Mary_konst@mail.ru),

Государственное бюджетное общеобразовательное учреждение Троицкий реабилитационно-образовательный центр «Солнышко» г. Москва, г. Троицк

Современная школа – это не просто набор школьных предметов. Она должна не просто давать знания, но и формировать компетенции высокотехнологичной цифровой экономики будущего.

Мой доклад о том, как мы организовали моделирование в школе, какие существовали для нас решения, и какие открытия открылись для нас в области моделирования для детей с интеллектуальными нарушениями.

3D принтер – это область уже инженерного образования, и ты приобщаешь детей! Это обеспечивает доступность цифрового контента для детей с ОВЗ

В 2017 году ГБОУ ТРОЦ «Солнышко» оснастили новейшим оборудованием: в школе появился 3D принтер. В 2018-2019 учебном году учащиеся 7-9 классов активно приступили к освоению новой технологии с использованием 3D принтера Picaso Designer 250Pro. Когда ребенок создает реально, то, что нафантазировал и держит в руках, это дает мощную мотивацию к его саморазвитию. Где же мы используем свои модели?

Использование моделей на уроках биологии, ОСЖ, Внеурочной деятельности

Биология

Модели биологических объектов, созданные при помощи технологии 3D моделирования на принтере используются на различных уроках при обучении учащихся с ИН или ЗПР.  Именно такие приемы необходимы для учащихся в ОВЗ. Обедненное восприятие контингента учащихся с ОВЗ восполняется тактильными ощущениями, что важно для детей любого возраста и любого состояния здоровья.

 Модели цветков позволяют наглядно изучать строение околоцветника в 5, 6, 7 классах при изучении строения покрытосеменных, их признаков, генеративных органов, систематики растений. Напечатанные модели листьев позволяют подключить тактильные ощущения в уроки, посвященные изучению строения цветковых растений, значении листьев в фотосинтезе, дыхании, размножении.

ОСЖ

Элементы столовых сервизов включаются в уроки Основ социальной жизни при изучении темы «сервировки стола» с 5 по 9 класс. Учащиеся учатся самостоятельно накрывать стол к завтраку, обеду или ужину.  Продумывают расстановку посуды, начинают мыслить самостоятельно, у детей совершенствуется оптико-пространственное восприятие, корректируется наглядно-действенное мышление, создаются предпосылки для развития логического мышления.

География

Модели географических объектов, таких как гора Костюшко, вулканы используются на уроках географии с появлением в учебном плане предмета «География».  Модели гор позволяют познакомить учащихся с понятием «Склон, вершина, подошва» на уровне тактильных ощущений, позволяют организовать игровые моменты на уроке, формируют необходимые геометрические понятия, создают предпосылки для развития математических представлений.

Алгебра:

С помощью 3D моделирования и печати можно создать макеты разнообразных фигур, которые помогут сделать новый материал более понятным;

История:

Воссоздание сцен из истории (например, тактика ведения боя в 1812 году на Бородинском поле) и солдатиков времен 1812 года (наш будущий проект);

 Технология: создание конкретных деталей, частей или механизмов (наш проект «техника времен ВОВ);

Химия: Создание молекул при изучении химии.

Внеурочная деятельность

С помощью 3D принтера учащиеся создают элементы творческих работ. Так, например, ученик 9 класса Гаврилюк Роман напечатал колеса для декоративной тележки к конкурсу работ, учащихся с ОВЗ по ТиНАО «Весь мир букетами украсим». Учащиеся создали серию моделей к празднику Нового года: Пряничные домики Лизы Мазеевой, Дмитрия Баженова, елочный шар Широковой Дарьи, дракончик Иры Мальковой и т.д. Небольшие модели учащиеся создают за короткий период времени (20-30 мин). Это приносит много положительных эмоций учащимся, создает мотивацию к познавательной деятельности, способствует привлечению к изучению компьютерных технологий, развитию актуальных компетенций.

 Важным моментом в работе по моделированию для учащихся с интеллектуальными нарушениями является получение результата работы. Отсроченный результат важен для развития и коррекции личности ребенка с ОВЗ, для которых характерно быстро терять интерес к любому длительному процессу. Наиболее удачным в этом плане был проект по созданию модели мотоцикла. (рассмотрим ниже)

Весь процесс деятельности разбивался на несколько этапов:

1. Поиск необходимой модели в Интернете (используя суженный запрос, например, найти модели для 3D с *.stl расширением (данный тип подходит для распечатки на модели принтера PICASO 250Pro)
2. Подготовка принтера к работе: ребята активно помогали заправлять экструдер в картридж, замена сопла, изучая параллельно принципы работы принтера.
3. Работа через встроенный редактор (Polygon), выполнение необходимых операций. (масштабирование, изменение формы, процесс печатания модели)

Существует несколько технологий 3D печати: стереолитография, выборочное лазерное спекание, метод многоструйного моделирования, послойное склеивание пленок, послойное наплавление. В нашем случае принтер 3D Designer Picaso 250Pro использует технику послойного наплавления. Производственный цикл начинается с обработки трехмерной цифровой модели.  Модель в формате STL делится на слои и ориентируется наиболее подходящим образом для печати. Изделие, производится выдавливанием («экструзией») и нанесением микрокапель расплавленного термопластика с формированием последовательных слоев, застывающих сразу после экструдирования. Экструдер перемещается в горизонтальной плоскости под контролем алгоритмов, аналогичных используемым в станках с числовым программным управлением. Сопло перемещается по траектории, заданной системой автоматизированного проектирования. Модель строится слой за слоем, снизу вверх. В качестве расходных материалов доступны всевозможные термопластики и композиты, включая ABS, PLA, поликарбонаты, полиамиды, полистирол, лигнин и многие другие. Как правило, различные материалы предоставляют выбор баланса между определенными прочностными и температурными характеристиками.

Для получения 3D моделей мы использовали моделирование в программе Blender (в 8-9 классах) и готовые модели из интернета, которые редактировали (для младших классов). Эта программа распространяется бесплатно, она относительно проста в освоении, а также имеет поддержку в интернете в виде обширных коллекций готовых моделей и возможности обмена ими. Ее можно использовать как для реализации представленных идей, так и для экспериментов с 3D объектами. Работая в программе, учащиеся рисовали предметы столового сервиза (для занятий по сервировке повседневного и праздничного стола на уроках ОСЖ), смоделировать биологические или географических объекты (вегетативные и генеративные органы растений, формы рельефа).

Работа по созданию моделей предусматривает поэтапную работу от замысла до реализации идеи. Освоение моделирования - процесс трудоемкий, кропотливый. Интерфейс программы англофицированный, что создавало дополнительные сложности, т.к. у ребят данного вида не предусмотрена программа английского языка. Многие учащиеся испытывают трудности в реализации долгосрочных проектов, поэтому работа проводится дифференцированно

Были смоделированы сначала чашки, череп, молекула ДНК, 3D модели для учебных пособий. Затем мы делали распечатку моделей на 3D принтере Picaso Designer 250Pro и производили дальнейшую ее обработку: шлифовка, раскрашивание их на уроках ИЗО.

При работе мы лишний раз убедились, что любая школа может создавать индивидуальные технические средства, методические материалы, учебные пособия для обучающихся с ОВЗ. Таким образом, обеспечивая необходимые условия обучения для всех учеников.

Моделирование объектов проходило на кружковых занятиях по моделированию на 3D принтере с учащимися 8- 9 классов, а также в 2019-2020 учебном году к работе были привлечены ученики 4 «А» класса

Учащиеся младших классов привлекались для создания наиболее простых моделей по шаблону с предварительным поиском информации в интернете в рамках предмета «Мир природы и человека».  Тему проекта подсказали книги Альбера Барилле «Как устроено тело человека».

Учащиеся 8-9 классов начинали с моделирования простых моделей: стакан, чашка, ваза, затем, переходили к более сложным задачам, поставленным перед ними, разрабатывали свои уникальные модели, что позволило вывести учебу детей с ОВЗ на новый уровень. Для ребят также были интересны модели, которые можно было собрать, как пазлы. Наиболее интересным, сложным и технологичным проектом было создание модели мотоцикла. С сентября по февраль учащиеся напечатали более 50 деталей модели мотоцикла. Склеивание частей мотоцикла проходило с участием 4-5 ребят. Мальчики собрали реалистичную модель.

На данных занятиях ребята активно осваивали как язык, так и правила работы в прикладной программе Blender. Учитывались разные нюансы технической стороны: каким экструдером лучше пользоваться для той или иной модели, в чем разница экструдеров (ABS, PLA).  

В результате работы учащиеся получили огромный практический опыт в создании как собственных моделей, так и моделей-заготовок из открытых источников, научились редактировать и распечатывать на 3D принтере, а также приобрели необходимые навыки в поиске нужных моделей в Интернете. У них выявлялась творческая потребность и организаторские способности, сплоченность и совместная работа в коллективе. Были смоделированы гора Косцюшко (Австралия), Сфера Земли с нанесенными на нее материками, листья различной формы), цветки, вулкан (извержение), дракончик. Сейчас данные модели активно используются на различных уроках по биологии, географии, ОСЖ. Были созданы поделки на конкурсы творческих работ.

 В результате проделанной работы В 2019-2020 учебном году команда учащихся представила свою работу на конкурсе проектно-исследовательских работ для учащихся с ОВЗ «Совенок-2020», где заняла первое место.

Одним из результатов работы по моделированию стало желание учащихся продолжить обучение в области компьютерных технологий.

Учителя и дети в нашем случае стали одной командой, реализующей цифровое образование

Большая часть выпускников 2020 года собираются получить образование после окончания ГБОУ ТРОЦ «Солнышко» на оператора ЭВМ, на базе колледжа «Столица» в микрорайоне «В» г. Троицка.

Совершенно неожиданно был сделан потрясающий вывод: несмотря на облегченную учебную программу (АООП для УО (ИН)) у некоторых ребят проявились и развились уникальные способности к абстрагированию, умению мыслить конструктивно, что позволило реализовать их идеи от замысла до воплощения

Наш проект можно применять во всех образовательных учреждениях. Это локальная история успеха наших детей. Таким образом, мы планируем в будущем освоение 3D ручки

Используемые источники и литература:

1. https://3dtoday.ru - Сообщество владельцев 3D-принтеров
2. https://docs.blender.org/manual/ru/dev/ - Blender 2.83 Руководство Пользователя
3. https://top3dshop.ru/files/instructions/picaso_designer_pro_250.pdf инструкция по эксплуатации
4. Техническая документация по Picaso Desinger pro 250 http://picaso-3d.com/ru/techsupport/manual/designer-pro-250/
5. Принципы работы 3D принтера https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9C%D0%BE%D0%B4%D0%B5%D0%BB%D0%B8%D1%80%D0%BE%D0%B2%D0%B0%D0%BD%D0%B8%D0%B5_%D0%BC%D0%B5%D1%82%D0%BE%D0%B4%D0%BE%D0%BC_%D0%BD%D0%B0%D0%BF%D0%BB%D0%B0%D0%B2%D0%BB%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D1%8F