кандидат исторических наук, доцент департамента методики обучения Института педагогики и психологии Московского городского педагогического университета, г. Москва. Е-mail: marinyukaa@mgpu.ru
Материалы Всероссийской научно-практической конференции «РЕБЕНОК В СОВРЕМЕННОМ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОМ ПРОСТРАНСТВЕ МЕГАПОЛИСА»
Обучение работе с трехмерными объектами, моделированию, основам цифрового черчения, освоения STEM технологий, основам конструирования, в быстро развивающимся, техногенном мире является важной задачей образовательных организаций. Оборудование специализированных лабораторий для подобных занятий является дорогостоящим, а для работы учеников в таких лабораториях требуется большое количество расходных материалов, что делает недоступным использование высокотехнологичных средств моделирования и STEM технологий в обычных общеобразовательных школах, только в специализированных школах и образовательных центрах крупных мегаполисов.
В настоящее время развитие облачных интернет технологий, создание специализированных ресурсов позволяет переносить рабочее пространство в облачную интерактивную трехмерную цифровую среду, основанную на мощной серверной организации с применением «Тонкого клиента» а иногда и браузерного облачного решения.
Так, например, разработанный компанией Autocad облачный сервер для поддержки детских проектов формата Kid’s Skills – Tinkercad, содержит несколько универсальных решений для математического, геометрического и цифрового компьютерного моделирования. В предметно пространственную среду школ во всем мире, как творческая составляющая проектной деятельности, вошли 3D ручки, принтеры для моделирования из пластика, плоттеры и cutter tool для бумажного моделирования, однако все эти технические средства обеспечивают конечный этап математического, геометрического или цифрового компьютерного моделирования. [1, с. 211] Процесс подготовки 3D объекта и его компиляция осуществляется в специализированных инженерных 3D приложениях, интерфейс которых построен по промышленным стандартам и сложен для освоения детьми. В состав облачного сервиса tinkercad входит редактор 3D проектов оптимизированный для реализации школьных проектов. Рабочий стол данного редактора представляет собой смоделированную в оригинальном масштабе рабочую площадку 3D принтера, разметка рабочей площадки, алгоритм размещения и математического расчета 3D объекта, осуществляется по принятым, для образовательных организаций, стандартам и требованиям. [2, с. 20]
Работа с 3D объектам осуществляется в выборе объемной геометрической фигуры из библиотеки редактора, после размещения фигуры на рабочую плоскость, осуществляется ее калибровка, поворот на любой градус в любой плоскости, изменение ее размера. Переход от визуального геометрического к математическому моделированию позволяет точно настроить объект, а также, применять математические расчеты на практике. Облачный доступ к проекту осуществляется на любой компьютерной платформе посредствам браузера, проекты сохраняются автоматически, доступ к ним возможен в любое время. В связи с чем производя математические или геометрические расчеты, можно оперативно перейти в редактор 3D проектов Tinkercad и проиллюстрировать решение задачи внеся полученные результаты в режиме цифрового ввода, после чего произведя моделирование переключив из режима ввода в графический режим отображения. Модель для 3D печати сохраняется в международном формате *.obj содержащем команды для 3D принтера совместимые с компилятором языка Питон, но порядок печати основан на передовых алгоритмах запатентованных компанией Autocad, в связи с чем даже на бюджетном школьном принтере можно добиться высокоточной детализации трехмерных объектов, прочности узлов, легкого веса готовой 3D модели. Помимо вывода проекта на 3D печать можно конвертировать готовую модель в два популярных конструктивных 3D формата, Minecraft Classic и Lego. Это позволяет произвести автоматические расчеты количества и формы Lego блоков и кубиков Minecraft при моделировании конечного продукта проекта с применением этих доступных в наборах школьных конструкторов — материалов. Так же, для решения подобных задач в проектной деятельности образовательной организации по математическому, геометрическому а так же цифровому компьютерному моделированию можно использовать облачный сервис app.sketchup.com/app отличительной чертой которого является то, что объекты не выбираются из обширной библиотеки перед установкой на рабочей плоскости, объекты создаются элементами рисования в любой из выбранных плоскостей и переводятся в 3D формат с использованием алгоритма запатентованного компанией Trimble инструмента Push который одним движением манипулятора преобразовывает плоскостной объект в трехмерный. В среде математического и геометрического школьного моделирования данный облачный сервис не так распространен, поскольку затруднено производить прямую трансформацию объектов на рабочей плоскости вводя их величины. Вместо инструментов прямого ввода величин в данном облачном редакторе используются виртуальные линейки, рулетки, лекала и транспортиры, измерения которыми производятся после визуального моделирования художественными инструментами в плоскости. [3, с. 361] При использовании художественных инструментов в информационном окошке отображаются координаты пера в соответствующей плоскости. Кроме того, данный облачный ресурс хотя и является условно кроссплатформенным для нормального функционирования во время создания 3D объектов требует подключенного манипулятора «мышь» и прямого клавиатурного ввода, а так же нажатия сочетаний служебных клавиш, что трудно реализовать на сенсорной доске, планшете или смартфоне.
Следующим инструментом моделирования в пакете Tinkercad является инструмент-редактор Цепи. Он так же связан с библиотекой объектов и промышленных деталей Autocad, содержит в своем составе радиодетали и инновационные робототехнические элементы. Отличительной особенностью данного редактора является интеграция с редактором прямого ввода цифровых данных и программных кодов базовых языков программирования с одной стороны и визуальных блоков ввода данных системе Scratch принятых за мировой стандарт в обучении дошкольников и школьников программированию, математическому и геометрическому моделированию.
При моделировании, путем расчета и ввода данных деталей, датчиков, устройств ввода, цепи можно наглядно увидеть влияние изменений внесенных в параметры цепи на индикаторах, моделях манипуляторов и устройств вывода. Редактор позволяет наглядно, в графической форме выявить ошибки математических расчетов. Написать программу для микроконтроллера и смоделировать результат ее исполнения в режиме реального времени. Кроме того в редакторе можно включить режим, при котором формируется сводная таблица всех деталей формирующих сегменты сети, указан их номинал и количество, что упрощает экспорт математических данных для проведения дополнительных расчётов например в табличном процессоре MS Excel.
Интересным редактором в составе облачного сервиса Tinkercad является Редактор кода, он позволяет выводить одновременно, в табличном отображении код программы на базовом языке программирования в одном столбце и командными блоками Scratсh в другом столбце, кроме того в редакторе имеется рабочая плоскость и если программа связана с базовыми формами 3D объектов редактора, на рабочей плоскости отображается исполнение создаваемой программы. Наряду с базовыми 3D формами редактор позволяет работать с классическими программными блоками управления, математическими данными, включающими переменные, плоскости, оси алгебраические и геометрические выражения, случайные числа. Так же редактор позволяет использовать данные любых форматов и пометки. При моделировании базовые блоки отображаются на рабочей плоскости в режиме реального времени исполняя созданную программу, если программа не содержит базовых исполняемых блоков Tinkercad ее можно скомпилировать для использование во внешней программной среде или экспортировать в формате базового языка или модулей Scratch.
Список литературы
- Алексанян, Г.А. Об эффективности использования новых информационных технологий в обучении математике / Г. А. Алексанян // Новые технологии. — №2. — 2019 — С. 209-220.
- Гербеков Х.А., Башкаева О.П. Место математического и компьютерного моделирования в системе современного общего образования // Вестник Российского университета дружбы народов. Серия «Информатизация образования». 2017. Т. 14. № 1. С. 17—23.
- Дубова, А. А. Взаимосвязь функциональных особенностей и объемно пространственной структуры в дизайне объектов робототехники / А. А. Дубова // Научно аналитический журнал по вопросам искусствоведения «Декоративное искусство и предметно-пространственная среда. Вестник МГХПА» / Московская государственная художественно-промышленная академия имени С. Г. Строганова. МГХПА. 2017. № 1. 490 с. С. 357-368
http://izvestia-ippo.ru/marinyuk-a-a-interaktivnaya-oblachnaya-pl/