что такое аддитивные технологии в образовании
СОВРЕМЕННОЕ ОБРАЗОВАНИЕ: АКТУАЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ И ИННОВАЦИИ
Вы здесь
Аддитивные технологии в образовании
Аддитивные технологии в образовании
The additive technologies in education
Токарева Наталия Михайловна, Генеральный директор ООО «3Д комплекс», г. Воронеж
Natalia Tokareva, General Director of the limited liability company «33D Complex», Voronezh
Сегодняшние реалии заставляют по-новому оценивать возможности, предоставляемые нам разного рода техническими и научными достижениями. Есть необходимость посмотреть на данные вопросы не только взглядом обывателя и потребителя, но и взглядом педагога, с целью применить современные технические и технологические новинки в образовательном процессе школы.
Использования аддитивных технологий в образовательном процессе открывает новые возможности как для преподавателей, так и для учеников, хотя до сих пор идут бурные споры среди педагогов, теоретиков и практиков о необходимости этих технологий в образовании.
Применение 3D-технологий дает возможность не только изготовить и рассмотреть проектируемую деталь, но и оценить её характеристики. Кроме этого, ученики смогут увидеть полный цикл создания изделия: от проектирования до воплощения детали в конечном материале.
Использование 3D-принтеров поможет учащимся получить такие знания, которые позволят им в самостоятельной жизни решать реальные проблемы, используя нетривиальные методы. Это достигается изменением их мышления, в результате чего достигается понимание возможности свободной трансформации или точного воспроизводства любых физических объектов.
Рисунок 1. Работа 3D-принтера в гимназии им. Кольцова, г. Воронеж
Использование 3D-принтеров в образовательном процессе позволит:
Анализ современных целей общего образования, условий достижения новых образовательных результатов показывает, что одной из наиболее важных характеристик развития системы общего образования является изучение процесса внедрения инновационных технологий в образовательный процесс. Сегодня эти требования особенно актуальны, поскольку сфера человеческой деятельности в технологическом плане в настоящее время очень быстро меняется. На смену существующим технологиям быстро приходят новые, специалисту приходится их заново осваивать, и в этих условиях, несомненно, велика роль инженерно-технического образования, обеспечивающего профессиональную мобильность человека, готовность его к применению новых технологий, в том числе с использованием современных информационных средств.
В качестве пилотного проекта мы предлагаем включить в образовательную программу предметной области «Технология» использование 3D-принтеров как инструмента для ее реализации.
В связи с ростом высокотехнологичного промышленного производства, на рынке труда ощущается острый дефицит квалифицированных инженерно-технических кадров: инженеров-конструкторов, инженеров-проектировщиков, инженеров-механиков, программистов, дизайнеров, архитекторов. Данная проблема возникла в том числе из-за недофинансирования системы образования в 90-х годах ХХ века и в начале ХХI века. Это не позволило обеспечить систематическое обновление материально-технической базы учреждений, вследствие чего значительно снизилось качество освоения предметной области «Технология» и произошла потеря мотивации к ее изучению со стороны школьников. Еще большую актуальность проблеме придала ситуация тотального перехода на Федеральный государственный образовательный стандарт основного общего образования (ФГОС ООО). Стандарт задал высокую планку результатов освоения «Технологии» и качественно иной уровень материально-технического оснащения образовательного процесса, что для системы образования оказалось серьезным вызовом. Ответить на этот вызов с позиции одной школы практически невозможно, необходимы системные действия, направленные на модернизацию технологий и содержания образования.
Локальное и несистемное оснащение образовательных учреждений 3D-оборудованием не решает проблему в целом, а иногда, когда оборудование закупается «для галочки» и нет внятной программы его использования, дает обратный эффект.
Мы уверены, что технических специалистов необходимо готовить со школьной скамьи, мотивируя обучающихся к изучению предметов технической направленности и к выбору ими профессий инженерно-технического профиля.
Внедрение разработанной нами программы позволит воспитать специалистов, обладающих современным инженерным мышлением и способных решать сложнейшие задачи в высокотехнологичных отраслях.
Основным эффектом реализации проекта станет повышение мотивации обучающихся к изучению предметов технической направленности и последующий их выбор профессий инженерно-технического профиля, в том числе в системе среднего специального образования.
Содержательной основой реализации проекта является федеральный государственный образовательный стандарт основного общего образования, а также определенный теоретический и практический опыт, накопленный в Воронежской области в результате реализации образовательного проекта «Создание разноуровневой образовательной среды на основе информационно-коммуникационных и 3D-технологий – Индустриальная школа».
Примерная (базисная) учебная программа по технологии с применением 3D-принтеров разработана с учетом уже накопленного опыта использования 3D-технологий в дополнительном образовании и во внеурочной деятельности, с опорой на новую идеологию построения современного общего образования, ориентацию его на достижение значимых образовательных результатов. Без освоения этого уровня компетентность школьника не может быть признана достаточной для полноценного продолжения образования и последующего личностного развития.
В соответствии с требованиями ФГОС ООО к результатам предметной области «Технология» использование 3D-принтеров позволит:
Использование 3D-принтера позволит получить:
• Предметные результаты
• Личностные результаты
развития их образного, алгоритмического и логического мышления;
• Метапредметные результаты
Предлагаемые 3D-принтеры разработаны специально для детей школьного возраста и идеально подходят для желающих начать знакомство с аддитивными технологиями и изучать основы 3D-печати. Они просты в использовании, безопасны, надежны, доступны по цене.
Разработанная образовательная программа успешно работает в школах Белгородской, Воронежской, Липецкой и других областей Российской Федерации.
Рисунок 2. Участие компании «3Д-комплекс» в Образовательном салоне Вологодской области, август 2018 года
Наши специалисты совместно с Воронежским институтом развития образования разработали программу подготовки преподавателей образовательных организаций с целью формирования профессиональных компетенций в области аддитивных технологий.
Совместно с Воронежским государственным педагогическим университетом разработаны методические рекомендации, которые позволят качественно организовать учебный процесс по освоению аддитивных технологий и практическому моделированию с помощью 3D-оборудования.
Необходимо внедрять 3D-технологии в школы, чтобы наше образование было более конкурентоспособным, чтобы в будущем на рынке труда наши школьники стали востребованными специалистами, готовыми работать по новым мировым стандартам. За 3D-технологиями будущее, и этим будущим станут сегодняшние школьники.
» ТЕХНОЛОГИЯ» Применение аддитивных технологий в школьном образовании.
Аддитивные технологии в образовании
В недалеком прошлом (10-15 лет назад) аддитивные технологии использовались преимущественно в традиционно технологически продвинутых отраслях – аэрокосмической, авиационной и автомобильной промышленности, а также в приборостроении и медицине. В эпоху инновационной экономики время, затраченное на производство товара, является важнейшим фактором успеха бизнеса. Поэтому все больше направлений промышленности осваивают аддитивные технологии. Все чаще их используют научно-исследовательские организации, архитектурные и конструкторские бюро, дизайн-студии и просто частные лица для творчества или хобби. Во многих колледжах и университетах 3- d принтеры являются неотъемлемой частью учебного процесса для профессионального обучения инженерным специальностям.
Творчество – это процесс создания чего-то нового, нового интеллектуального продукта которого еще не было, который еще не был придуман. Техническое творчество – это сплав современных технологий, знаний и фантазии человека. Аддитивные технологии способствуют развитию данного направления.
Применение аддитивных технологий в школьном образовании.
Аддитивные технологии в образовательном процессе целесообразно применять в техническом творчестве обучающихся на стадии моделирования и прототипирования, инженерного решения какой либо задачи.
Таким образом, достигается главная цель технического творчества – создание чего-то нового, а именно нового интеллектуального продукта. Мысль и идея становятся материальными.
Образование и аддитивные технологии
Подпишитесь на автора
Подпишитесь на автора, если вам нравятся его публикации. Тогда вы будете получать уведомления о его новых статьях.
Отписаться от уведомлений вы всегда сможете в профиле автора.
Статья относится к принтерам:
Современные стандарты обучения формируются с учетом тенденций развивающегося мира. Сейчас многие школы активно внедряют в базовую программу дополнительные модули связанные с новыми технологиями. Так, ориентируясь на образовательный стандарт, где прописано, что дети должны ознакомиться со станками цифрового производства, которым является 3D принтер, в школе №151 города Красноярска решили внедрить обучение 3D моделированию и печати на уроках технологии. Расскажем, что из этого вышло.)
В 2017 году в школе №151 города Красноярска был открыт технологический класс, задачей которого было создать условия для обучения детей цифровым технологиям. 3D принтеры были в списке оборудования, которым школа хотела оснастить свой класс.
К нам за консультацией обратился Никита Данилюк, учитель технологии из этой школы, победитель конкурса «Учитель года грода Красноярск 2019». Основной вопрос был даже не в выборе 3D принтера, а в том, что на нем делают в школе, есть ли опыт работы со школами, разработаны ли какие-то программы обучения в других школах. Стоит отметить, что в Красноярске на тот период было не так много школ, оснащенных 3D принтерами, чтобы обменяться опытом. А наша компания была спонсором проведения WorldSkills в городе Красноярске, помогала в проведении Олимпиады 3D образование в городе Железногорске и плотно сотрудничала со школами, проводя обучение учителей работе на 3D принтерах.
Сейчас 3D принтеры Hercules гармонично вписывается в образовательную программу школы и помогает в реализации многих школьных проектов.
Знакомство с 3D печатью начинается с 5го класса. Под руководством преподавателя каждый ученик 5го класса пробует себя в этом деле: создает модель и распечатывает небольшой объект, например, маленькую букву, это формирует понимание технологии. В 7ом же классе ребята уже выбирают и печатают изделие, которое может быть использовано в жизни. Как правило, это проекты социальной направленности, например предметы для игр и обучения младших классов.
Ученики используют аддитивные технологии не только на уроках труда. Благодаря появлению 3D-принтеров, у детей появилась возможность воплощать свои уникальные идеи с помощью 3D-печати. Теперь доклады для конференций и проекты для олимпиад дополняются наглядными моделями, многие ребята становятся призерами и победителями конкурсов. Никита Данилюк поделился с нами успехом своего ученика из 11го класса, который едет на итоговый этап Всероссийской олимпиады школьников с проектом почти полностью выполненном на 3D принтере.
В другие предметы 3D принтеры тоже вносят свой полезный вклад. Современная программа образования развивается достаточно быстро, иногда дополнительных материалов по определенной теме еще нет в школе. Поэтому сами учителя печатают наглядные модели для демонстрации различных процессов и механизмов по темам уроков. Это помогает дополнительно вовлечь учеников в изучаемую тему, ведь в школе ученики постоянно находятся с учителем, особенно если он начинает какую-то деятельность. Таким образом, ученик не просто смотрит на демонстрационную модель, а сам участвует в процессе создания, разбирается в структуре, расположении элементов и принципах работы. Дети и самостоятельно стараются вносить свой вклад, так ученики 5го класса для своего доклада по биологии напечатали слона, доклад был более ярким и дети показывали как у модели шевелятся ноги и уши.»
И главное, это очень интересно детям, а там, где интересно там лучше запоминается и проще изучается.
Полное видео про опыт школы №151 на канале Аддитивная кухня:
Много полезного видео для пользователей 3D принтеров Hercules и не только на нашем Youtube канале
Следите за нашими новостями в социальных сетях vk, instagram, fb
Анонсы мероприятий, новости, акции пишем в telegram канале
Московский Политех: опыт внедрения 3D‑технологий в учебный процесс
Гость нашего блога – Павел Петров, кандидат технических наук, доцент, заведующий кафедрой «Обработка материалов давлением и аддитивные технологии» Московского политехнического университета.
Павел Александрович – руководитель образовательной программы «Аддитивные технологии» в своем вузе, и сегодня мы поговорим об опыте внедрения 3D-технологий в учебный процесс, в том числе о формировании образовательной программы по технологиям 3D-печати. Опыт этот тем более ценен, что Московский Политех, как многие отмечают, является флагманом проектного обучения.
В беседе были затронуты следующие темы:
профессиональные образовательные стандарты;
создание научной лаборатории в стенах вуза.
Хотите изучить тему глубже? Скачайте видеозапись онлайн-конференции iQB Technologies 3D-технологии в образовании и НИОКР: опыт и прогнозы экспертов – 2022
Профстандарты и программы обучения 3D-технологиям в России
– Павел Александрович, как давно в Московском Политехе действует образовательная программа по аддитивным технологиям?
– В 2014 году в образовательный процесс было запущено проектное обучение, и тогда же в стенах университета впервые был проведен набор на программу «Компьютерное моделирование и прототипирование». Это была первая версия образовательной программы, связанной с аддитивными технологиями.
Основная ее идея заключалась в том, чтобы за четыре года обучения сформировать у студентов бакалавриата универсальные технологические компетенции в сфере 3D-технологиий: и сканирования, и моделирования, и печати. Конечно же, на уровне инженера, специалиста, который относится не к среднему звену на предприятии. Далее мы посмотрели на процесс формирования образовательной программы, а также изучили, что происходит в мире профессиональных образовательных стандартов.
– Когда в России появился профессиональный стандарт подготовки специалистов по аддитивному производству?
– Первый такой стандарт появился где-то на рубеже 2014-2015 годов. Насколько мне известно, в 2020 году он был переутвержден, в нем появились многие интересные характеристики – например, квалификационные уровни, которые позволяют по данному стандарту принимать работы выпускников вузов с квалификацией бакалавр и магистр.
Отмечу, что в то время, когда мы начинали заниматься разработкой образовательной программы для бакалавриата, этот профстандарт охватывал только выпускников средних профессиональных заведений, колледжей. Собственно, от колледжей в то время был сформирован, образован, утвержден и выпущен первый образовательный стандарт, который регулирует подготовку техников-технологов по направлению 15.02.09 –«Аддитивные технологии».
Первый выпуск молодых специалистов по стандарту СПО был осуществлен в 2020 году, и некоторые из выпускников пришли в Московский Политех поступать на родственную программу «Аддитивные технологии».
Профстандарт №40.083 «Специалист по компьютерному проектированию технологических процессов»
Получаемые знания и навыки:
– Как реализуются программы подготовки по 3D-технологиям в вузах, в том числе в Вашем?
Если говорить о высших школах, то прямого образовательного стандарта на сегодняшний день нет. Насколько он проработан или прорабатывается, сказать не могу. Хочу отметить, что разные вузы, так или иначе занимающиеся аддитивными технологиями и внедряющие на своих площадках образовательные программы либо отдельные курсы по этой тематике, привязывают их к различным направлениям подготовки (если речь идет о полноценной программе бакалавра или магистра).
Так, в Московском политехническом университете программа по аддитивным технологиям привязана к направлению «Инноватика». Оно достаточно гибкое и позволяет реализовать универсальную образовательную программу, в которой уживаются технологии 3D-печати, работающие и с термопластичными, и с фотополимерными, и с порошковыми материалами. Здесь нет какого-то ущемления той или иной технологии с учетом того, что каждый из методов аддитивного производства основан на различных физических эффектах.
Некоторые вузы включают учебные программы в направление «Машиностроение» (15.03.01), есть примеры привязки программ магистратуры или бакалавриата к материаловедению и технологии материалов.
Реализация сложных проектов, проведение исследований – как прикладных, так и фундаментальных – и синтез этих знаний используются при реализации отдельно взятых дисциплин в образовательной программе
Конечно же, у каждого направления есть свои достоинства и недостатки. Но было бы очень кстати наличие специализированного образовательного стандарта, который бы целиком и полностью был посвящен аддитивным технологиям и подготовке соответствующего специалиста на ступени бакалавриата. Поскольку, с одной стороны, есть профстандарт «Специалист по аддитивным технологиям», который учитывает, что молодые профессионалы могут готовиться как в колледжах, так и в вузах на ступенях бакалавриата и магистратуры. И, с другой стороны, можно уверенно говорить, что уже идет подготовка молодых специалистов по стандарту «Техник-технолог» в колледжах.
Когда начинается специальность?
– Расскажите, пожалуйста, об образовательной программе бакалавриата «Аддитивные технологии» Вашего университета.
– Эта программа действует в Московском Политехе уже без малого шесть лет. Первый выпуск состоялся в 2018 году, в 2021-м мы выпускаем уже четвертый набор и готовимся к новой приемной кампании. Сейчас у нас студенты учатся на 4, 3, 2, и 1 курсе.
Бакалавриат по аддитивным технологиям рассчитан на 4 года обучения (8 семестров), специализация начинается с первого курса.
В середине обучения, где-то к 6-му семестру, студенты на 100% погружены в специализированные дисциплины. Начиная с 5-6 семестров предполагается, что студенты уже начинают прорабатывать материал для своей основной работы, которая так или иначе связана с аддитивными технологиями, с их практическим применением, с разработками каких-то новых концепций и интересных решений для усовершенствования существующих технологий или повышения их эффективности. Либо предлагают что-то новое и свежее.
– Какая концепция лежит в основе обучения будущих бакалавров?
– Основные смысловые блоки программы (см. рис. 2) связаны с изучением материалов, проектов, проектного управления и интеллектуальной собственности, обратным инжинирингом, аддитивными технологиями и инструментами, которые позволяют выйти на разработку новых концепций для существующих решений.
Здесь речь идет о методах и инструментах теории решения изобретательских задач, которой уделяется достаточно много внимания, поскольку в этом инструментарии видится достаточно много полезного в части анализа текущего состояния рынка (в частности, рынка патента) и уровня развития технологий.
Соответственно анализ, переходящий в синтез, позволяет привить студентам определенные навыки. А они, в свою очередь, дают возможность не только применять технологии для получения каких-то изделий, но также и размышлять о том, каким образом можно повысить эффективность существующих технологий.
На втором уровне можно выделить с большей детализацией те группы дисциплин, которые вложены в образовательную программу. Как видите, здесь появляются и базовые инженерные дисциплины, и экономические, и общекультурные, повышающие уровень коммуникабельности студентов.
Безусловно, только лишь реализацией образовательной программы мы не ограничиваемся. Все, что сейчас есть в дисциплинах программы «Аддитивные технологии», так или иначе связано с научно-исследовательскими и опытно-конструкторскими проектами, которые в разное время реализовывались в стенах Московского Политеха. Получается некий симбиоз. Реализация сложных проектов, проведение исследований – как прикладных, так и фундаментальных – и синтез этих знаний используются при реализации отдельно взятых дисциплин в образовательной программе.
Научная лаборатория в стенах вуза: с чего начать?
– Во многих российских вузах есть лаборатории аддитивных технологий. Московский Политех – не исключение.
– Да, у нас есть подразделения лабораторий, работающие с аддитивными технологиями. Одна из них специализируется на отработке и реализации студенческих проектов, а вторая занимается выполнением научно-исследовательских проектов. Соответственно, первая лаборатория укомплектована персональным, настольным оборудованием, вторая – оборудованием профессиональным и промышленным.
– Приступая к созданию лаборатории, что нужно учесть?
– Прежде всего следует задать себе три вопроса:
С какими материалами планируется работать?
Какая тематика НИР- и ОКР-проектов?
Есть ли в соседних лабораториях вспомогательное оборудование?
– Павел Александрович, интересно услышать рассказ о проектах Ваших студентов.
– Сейчас у нас выполняются несколько проектов, и я сделал попытку их классифицировать по смысловым блокам образовательной программы.
1. Устройство для определения свойств материала образцов, полученных с применением аддитивных технологий. Это в чистом виде изучение технологических свойств материалов.
2. 3D-печать низкотемпературным пластиком. Кейс связан с разработкой и коммерциализацией решений на основе FDM-подобной технологии. Проект исследует обработку низкотемпературного пластика, в частности, воскоподобного термопластика, позволяющего изготавливать восковки для последующего применения в технологиях литья по выплавляемым моделям. При этом технологический цикл литья по выплавляемым моделям не изменяется, и изделие, полученное на 3D-принтере, на 100% заменяет восковку, которая могла бы быть создана по классической технологии.
3. Постобработка поверхности изделия из пластика. С одной стороны, здесь акцент делан на технологии FDM. С другой, были выбраны материалы, которые могут быть напечатаны на FDM-принтере, но из них можно создавать изделия не только общего назначения, но и в первую очередь имеющие определенную функциональность. В чем «изюминка» этого проекта? Ребята работают над изучением свойств материала, изменения его свойств при воздействии разными реагентами, и конечная цель – научиться управлять свойствами термопластика, который уже прошел обработку по FDM-технологии.
4. Микрошнек для 3D-печати термопластичным материалом. Здесь упор делается на обработку высокотемпературного пластика. Данный кейс в большей степени направлен на разработку конструкции микрошнековой 3D-печатающей головки, которая позволяет работать не с филаментом, а с гранульным материалом.
Также я хотел бы представить фрагменты выпускных квалификационных работ, которые представлялись на защиту начиная с 2018 года.
Например, это проект «Оптические свойства прозрачных пластиков», который продолжает тему вышеупомянутого кейса №3. Студенты изучают не только механические свойства в рамках проекта постобработки поверхности пластика, прошедшего FDM-печать, но также и оптические свойства. Соответственно, одна из задач – научиться управлять оптическими свойствами, которые при определенных условиях или некотором стечении обстоятельств после 3D-печати на первоначально прозрачных пластиках могут ухудшаться.
На правой нижней фотографии (рис. 4) вы видите две группы образцов, напечатанных на FDM-принтере. В середине фото – образцы, которые прошли постобработку, и их прозрачность доведена до уровня 60-65%. Если говорить в принципе об оптически прозрачном пластике, который, например, используется при термоформовке, то его оптическая прозрачность достигает около 90%. Таким образом, можно сопоставить, до какого уровня сегодня научились устанавливать прозрачность студенты работающих проектов.
И в завершение – практико-ориентированный проект, связанный с изготовлением функционального инструмента по технологии FDM-печати для последующего применения в составе устройства, реализующего пространственную гибку металлических труб малого диаметра. На рис. 5 видны два инструмента (белый и красный), оба они изготовлены из функционального пластика и обеспечивают выполнение рабочего цикла при выполнении операции гибки трубы малого диаметра. Срок изготовления изделий – до 24 часов.
Фото в заставке © old.mospolytech.ru