ФОРМИРОВАНИЕ ПРОСТРАНСТВЕННОГО МЫШЛЕНИЯ ОБУЧАЮЩИХСЯ ПОСРЕДСТВОМ 3D-МОДЕЛИРОВАНИЯ

FORMATION OF SPATIAL THINKING OF STUDENTS THROUGH 3D-MODELING

Boris Chyudyuk

master's student, Department of Computer Science, Tuvan State University,

Russia, Kyzyl

Aldynsai Taryma

scientific supervisor, Candidate of Pedagogical Sciences, Tuvan State University,

Russia, Kyzyl

АННОТАЦИЯ

В статье рассматриваются существующие исследования в области 3D-моделирования и пространственного мышления, а также будет проведен эксперимент на базе обучающихся для определения эффективности использования 3D-моделирования для развития пространственного мышления. Для того чтобы оценить эффективность формирования пространственного мышления посредством 3D-моделирование у учеников в общеобразовательных школах Республики Тыва, был проведен педагогический эксперимент. Он реализовывался на базе Муниципального автономного общеобразовательного учреждения «Лицей № 15 имени Героя Советского Союза Н.Н. Макаренко г. Кызыла Республики Тыва».

ABSTRACT

The article reviews the existing research in the field of 3D-modeling and spatial thinking, and will also conduct an experiment on the basis of students to determine the effectiveness of using 3D-modeling for the development of spatial thinking. In order to assess the effectiveness of spatial thinking formation through 3D-modeling in pupils in general education schools of the Tyva Republic, a pedagogical experiment was conducted. It was implemented on the basis of the Municipal Autonomous Educational Institution Lyceum No. 15 named after Hero of the Soviet Union N.N. Makarenko in Kyzyl, Republic of Tyva.

Ключевые слова: 3D-моделирование, пространственное мышление, обучение, когнитивные способности, инженерия, развитие.

Keywords: 3D modeling, spatial thinking, learning, cognitive ability, engineering, development.

Современное образование находится в постоянном развитии, стремясь адаптироваться к быстро меняющимся условиям и потребностям общества. В свете этого в учебном процессе, возникла необходимость в переосмыслении традиционных методов обучения, особенно для учеников в области естественных и инженерных наук. Одной из инноваций, привлекающим решением к себе внимание любого исследователя и педагога, является процесс внедрения 3D-моделирования в учебный процесс [1].

Актуальность темы объясняется тем, что при использовании современных технологий в обучении, среди которых занимает важное место 3D-моделирование, возникает необходимость формирования у обучающихся пространственного мышления, которое является ключевым элементом для понимания и создания трехмерных объектов. При этом учитывается модель формирования основных типов мышления, которые можно условно разделить на объективное и субъективное мышление. 3D-моделирование способствует активизации визуального восприятия и позволяет учащимся взаимодействовать с изучаемыми объектами на новом уровне. Благодаря этим технологиям становится возможным создание более увлекательных и интерактивных образовательных материалов. Учителя могут моделировать сложные трехмерные объекты и явления, объясняя учащимся их структуру и функциональность. Например, при изучении анатомии, студентам доступно моделирование человеческих органов в трехмерном пространстве, что значительно облегчит понимание их физических характеристик и взаимосвязей органов в теле человека. Способность обучающихся к пространственному мышлению играет важную роль в процессе их обучения, поэтому разработка новых методов и средств, способствующих развитию этого типа мышления, является актуальной задачей [2].

Для успешной реализации программ по 3D-моделированию образовательным учреждениям рекомендуется начать с адаптации учебных планов и повышения квалификации преподавателей. Важно также учитывать возможность сотрудничества с IT-компаниями, которые могут предоставить необходимую техническую базу и поддержку. Не менее важным является создание сообщества учащихся, увлеченных 3D-моделированием, для обмена опытом и совместной реализации проектов [4].

Исследования показывают, что использование 3D-моделирования положительно влияет на развитие пространственного мышления. Обучающиеся, работающие с трёхмерными моделями, демонстрируют более высокие показатели в выполнении задач, требующих визуального представления информации. Они легче ориентируются в сложных концепциях и лучше понимают пространственные отношения между различными элементами дисциплин. Более того, 3D-моделирование стимулирует творческое мышление и способствует интеграции знаний из различных областей [5].

Для того чтобы оценить уровень развития пространственного мышления учеников в общеобразовательных школах Республики Тыва, был проведен педагогический эксперимент. Он реализовывался на базе Муниципального автономного общеобразовательного учреждения «Лицей № 15 имени Героя Советского Союза Н.Н. Макаренко г. Кызыла Республики Тыва». Основной его целью является проверка эффективности 3D-моделирования на формирование пространственного мышления у обучающихся [3].

В МАОУ «Лицей № 15» г. Кызыла информатика усваивается на базовом уровне в 3-4 классах и с 7 по 11 классы по линейке учебников Босовой Л.Л. При этом в них не изучается 3D-моделирования. Однако в связи с ситуацией, которая сложилась в современном мире в рамках развития информационных технологий, это стало недостаточным, так как внедрение 3D-моделирования в образовательный процесс открывает широкие перспективы для формирования пространственного мышления. Этот инновационный инструмент способен углублению знаний и развитию когнитивных способностей обучающихся. Дальнейшие исследования в этой области смогут определить наилучшие практики и подходы к интеграции данных технологий в различные учебные программы.

Таким образом, отметим, что при изучении 3D-моделирования в школе должен применяться комплексный межпредметный подход, с включением только в информатику, но и математику (расчёт размера модели в реальности), физики (физически правильное построение 3D-модели) и другие дисциплины. Это позволит современным детям лучше ориентироваться в современном информационном обществе, а также учебные заведения могут интегрировать данные инструменты в общий учебный процесс через проектные работы, специализированные курсы и внеклассные мероприятия.

Для педагогического эксперимента был проведен инструктаж. Были изучены навыки по копированию и созданию 3D-объектов с применением ПО «Blender». Основная задача заключалось в выстраивании трехмерной модели буквенных символов «Ө ң ү» из тувинской алфавитной системы за 20-минутный интервал с подставкой (рис.1).

Рисунок 1. Образец для создания 3d-модели

Пространственное мышление можно разделить на определенные уровни развития.

Низкий уровень подразумевает, что 3D-модель создана неправильно или расположена не так, как нужно. Также может отмечаться недостаточное соблюдение правил редактирования. Например, такая модель может быть выполнена за 15-20 минут, но при этом не будет соответствовать пропорциям.

Средний уровень — это когда 3D-модель создана частично верно: пропорции соблюдены, и расположение в пространстве тоже приемлемое. Время на такую модель составляет от 8 до 14 минут.

Высокий уровень означает, что модель выполнена правильно или с незначительными ошибками: соблюдены все пропорции и правильно расположена как в пространстве, так и в плоскости 3D-редактора. На создание такой модели уходит менее 7 минут. Эти критерии помогают четко оценить навыки студентов и их умение работать с 3D-моделированием.

Эти критерии помогают четко оценить навыки студентов и их умение работать с 3D-моделированием [5].

В результате начала эксперимента учениками был получен следующий результат (Диагр. 1)

Диаграмма 1. Результаты выявления уровня развития пространственного мышления обучающихся с помощью 3d-моделирования в начале эксперимента.

По результатам, полученному в результате начала эксперимента нами замечено, что большая часть учащихся (77 %) из общего числа обладают низким уровнем пространственного мышления, 23 % средним уровнем, а 0% учащихся показали высокий уровень. Эти данные обусловлены тем, что ученики в первый раз используют 3D-моделирование.

В конце эксперимента ученикам = был получен следующий результат (Диагр. 2).

Диаграмма 1. Результаты выявления уровня развития пространственного мышления обучающихся с помощью 3d-моделирования текущий момент.

Исходя из вышеизложенного из исследования можно сделать вывод о положительном влиянии 3D-моделирования на обучающихся в образовательном учреждении, как и на навыки самого 3D-моделирования, так и формирование пространственного мышления в целом.

Для проверки эффективности метода, который предоставляются учащимся при применении вышеуказанной методики, можно дополнительно провести сравнение результатов между экспериментальной группой и группой, обучавшихся по стандартному плану обучения. После обучения основ 3D-моделирования было проведено сравнение работ учеников. В результате тестирования группа, которая изучала 3D-моделирование показала более высокий результат в процентном соотношении.

Список литературы:

1. Нурмукан, Д. С. Развитие творческого мышления через 3D-моделирование.    // Молодой ученый. — 2019. — № 26 (264). — С. 280-283. — URL: https://moluch.ru/archive/264/61229/ (дата обращения: 18.01.2025).
2. Винсберг, Э. Наука в эпоху компьютерного моделирования / Э. Винсберг. - Чикаго: University of Chicago Press. 2018. - 152 с.
3. Малева, А.А., Третьякова А.А. ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА ПО 3D-МОДЕЛИРОВАНИЮ В «КОМПАС-3D» / А. А. Малева, А. А. Третьякова // Информатика в школе. - 2018.- № 10 (143). - С. 25-30.
4. Кравченко К.В. Компьютерное моделирование как средство обучения в среднем и общем образовании / К.В. Кравченко, Е.А. Кузьмичева, Я.А. Шахбазян // Информационные технологии в образовательном процессе вуза и школы: материалы XV Всероссийской научно-практической конференции / Воронежский государственный педагогический университет. — Воронеж, 2021. — С. 227-230.
5. Быкова К.И. Развитие творческого мышления посредством обучения 3D-моделированию / К.И. Быкова, Н. А. Зверков, Е.А. Кузьмичева и др. // Информационные технологии в образовательном процессе вуза и школы: материалы XV Всероссийской научно-практической конференции / Воронежский государственный педагогический университет. — Воронеж, 2021. — С. 68-72.
6. Уровни развития пространственного мышления учащихся на уроках геометрии // "КиберЛенинка" URL: https://cyberleninka.ru/article/n/urovni-razvitiya-prostranstvennogo-myshleniya-uchaschihsya-na-urokah-geometrii (дата обращения: 10.01.2025).