Особливості формування проектно-технологічної компетентності засобами 3d-моделювання

Размещено на http://www.allbest.ru/

ОСОБЛИВОСТІ ФОРМУВАННЯ ПРОЕКТНО-ТЕХНОЛОГІЧНОЇ КОМПЕТЕНТНОСТІ ЗАСОБАМИ 3D-МОДЕЛЮВАННЯ

ХОМУТЕНКО Максим Володимирович - кандидат педагогічних наук, вчитель фізики та інформатики Добровеличківської загальноосвітньої школи I-III ступенів № 1 Добровеличківської селищної ради Кіровоградської області

САДОВИЙ Микола Ілліч - доктор педагогічних наук, професор, завідувач кафедри теорії та методики технологічної підготовки, охорони праці та безпеки життєдіяльності Центрально-українського державного педагогічного університету імені Володимира Винниченка

ТРИФОНОВА Олена Михайлівна - доктор педагогічних наук, доцент, доцент кафедри природничих наук та методик їхнього навчання Центрально-українського державного педагогічного університету імені Володимира Винниченка

Постановка та обґрунтування актуальності проблеми

Сучасне світове товариство стоїть на порозі тотальної цифровізації всіх сфер діяльності людства. У зв'язку з цим на початку ХХІ століття значного поширення отримав процес діджиталізації - «digitalization», що в перекладі з англійської означає «приведення до цифрової форми», «оцифровування», «цифровізація».

Україна не стоїть осторонь цих процесів. Вона долучилася до процесу цифрової трансформації. Розпорядженням Кабінету Міністрів України від 17 січня 2018 р. схвалено Концепцію розвитку цифрової економіки та суспільства України на 20182020 рр. та затверджено план заходів щодо її реалізації. Цей нормативний документ окреслює заходи, що передбачають стимулювання цифровізації економіки, суспільної та соціальної сфер, усвідомлення наявних викликів та інструментів розвитку цифрових інфраструктур, набуття громадянами цифрових компетенцій, а також визначає критичні сфери та проекти цифровізації, стимулювання внутрішнього ринку виробництва, використання та споживання цифрових технологій [4].

Цифровізація - насичення фізичного світу електронно-цифровими пристроями, засобами, системами та налагодження електронно-комунікаційного обміну між ними, що фактично уможливлює інтегральну взаємодію віртуального та фізичного, тобто створює кіберфізичний простір [4]. Основна мета цифровізації полягає у досягненні цифрової трансформації існуючих та створенні нових галузей економіки, а також трансформації сфер життєдіяльності у нові більш ефективні та сучасні. Тому в 2019 році було створено Міністерство цифрової трансформації України.

Окреслені тенденції діджиталізації визначають необхідність розвитку та формування в громадян відповідних компетентностей. Готовність до використання інформаційно-цифрових ресурсів у професійній діяльності з часом стає визначальною для галузей [4]. Кількість робочих місць в Україні, що потребують від працівників принаймні базового розуміння інформаційно-комунікаційних і цифрових технологій, стрімко збільшується, а вміння користуватися технологіями стає однією з основних вимог до персоналу. Постає проблема перегляду компетентностей, які повинні бути сформовані у здобувачів освіти у відповідності до вимог часу. Однією з таких компетентностей є проектно-технологічна.

Тому в статті ми зупинилися на проблемі формування в здобувачів освіти проектно-технологічної компетентності шляхом упровадження 3П-моделювання в освітній процес технічних, фізико-математичних і природничих дисциплін.

Аналіз останніх досліджень і публікацій

Аспекти впровадження цифрових технологій в освітній процес досліджувалися В. Биковим [8], М. Жалдаком [8], С. Литвиновою [8; 14], О. Мартинюком [1], Н. Морзе [2], М. Попель [14], Ю. Римським [5], О. Рєзіною [5], С. Семеріковим [9], О. Спіріним [8], О. Теплицьким [9], М. Шишкіною [8; 14] та ін., але разом із тим 3D-моделювання переважно залишалося поза увагою. Деякі питання 3D-моделювання висвітлені у працях О. Мартинюка [1], О. Мосіюка [3], С. Пойди [6], О. Романюка [6]. Проблемою формування проектно-технологічної компетентності займалися В. Сидоренко [7], А. Терещук [10] та інші.

Метою статті є окреслення особливостей розвитку проектно-технологічної компетентності здобувачів освіти під час виконання завдань з 3D- моделювання на прикладі роботи «Прозора ваза та симуляція тканини».

Методи дослідження. Розв'язання окреслених проблем і досягнення поставленої мети передбачає використання ряду методів: аналіз та узагальнення психолого-педагогічної та спеціальної літератури, моделювання.

Виклад основного матеріалу дослідження

Проектно-технологічна компетентність - це здатність здобувачів освіти застосовувати знання, уміння, навички в процесі проектно-технологічної діяльності для виготовлення виробу (або надання послуги) від творчого задуму до його втілення в готовий продукт (послугу) за обраною технологією [11].

Державним стандартом базової та повної загальної середньої освіти проектно-технологічна компетентність визначена як здатність здобувачів освіти застосовувати знання, уміння та особистий досвід у предметно-перетворювальній діяльності. Саме такий вид діяльності є одним із визначальних в умовах цифрової трансформації з використанням 3D- моделювання.

Програми для 3D-моделювання дають змогу трансформувати ідеї в моделі, що можуть бути використані в навчанні, дизайні, архітектурі, кіно та багатьох інших сферах життя людини. На сьогодні є чимала кількість програм, що використовуються для 3D-моделювання. Вони різняться за ступенем складності та необхідним для поставленого завдання функціоналом.

Для забезпечення формування проектно-технологічної компетентності в освітньому процесі ми пропонуємо використати програму Blender версії 2.82a. Blender (https://www.blender.org/) випускається під загальною публічною ліцензією GNU, тобто є вільним програмним забезпеченням. Моделювання, рігінг, анімація, рендеринг, композитування та відстеження руху, редагування відео та ін. забезпечує програма Blender.

Розглянемо приклад практичної роботи «Прозора ваза та симуляція тканини», що передбачає більш складний процес моделювання порівняно з запропонованою нами раніше практичною роботою «Прозора ваза» [13]. Виконання роботи «Прозора ваза та симуляція тканини» передбачає ряд етапів.

1. На початку, після запуску програми, слід видалити всі об'єкти зі сцени, для цього почергово натискаємо на клавіші A, X та Enter.

2. Додаємо в сцену сферу (Shift+A|Mesh|UV Sphere), перейдемо в режим редагування (Tab) та перемкнемось на режим відображення Wireframe (Z|Wireframe). Також переключимось на ортаграфічний вид та перейдемо на вид спереду (NumPad5 |NumPad 1).

3. Якщо сфера виділена слід зняти виділення, для цього натискаємо на клавішу A. Натиснувши клавішу B, виділяємо верхню частину сфери (рис. 1) та видаляємо виділені вершини (X|Vertices).

Рис. 1. Об'єкт сфера в режимі редагування

4. Виділяємо нижню частину сфери, залишаючи 4 лінії вершин від центру не виділеними.

5. Виділивши нижню частин, натискаємо S (масштабування), Z (масштабування вздовж осі Z), 0 і Enter. Виконавши ці дії повертаємось в режим відображення Solid (Z|Solid) та переключаємось із режиму редагування в об'єктний режим (Tab), результат побачимо на рис.2.

Рис. 2. Заготовка вази

6. Наступним кроком слід додати товщини для вази та згладити її. Переходимо на вкладку Modifier Properties та додаємо модифікатор Solidify і встановлюємо параметр Thickness рівним 0.07 та модифікатор Subdivision Surface і встановлюємо параметри Render та Viewport рівними 2. Також встановимо для об'єкта Shade Smooth, для цього клацнемо на нього лівою клавішею миші та виберемо Shade Smooth.

7. Щоб налаштувати матеріал для вази, переключимо Render Engine з Eevee на Cycles. Перейдем на вкладку матеріалів і створимо новий матеріал. Натиснувши на кнопку New і в Surface змінимо Principled BSDF на Glass BSDF. Значення властивості Roughness встановлюємо рівним 0.2.

8. Створимо поверхню, на котрій буде розміщено вазу (Shift+A|Mesh|Plane). Збільшимо розміри площини (S|20|Enter). В даний момент площина знаходиться посередині вази, за необхідності її можна опустити (G|Z|-0.913). На вкладці матеріалів створюємо новий матеріал для площини і залишаємо всі налаштування за замовчуванням.

9. Перейдемо до створення серветки. Для цього в сцену додаємо нову площину та збільшуємо її розміри в 3 рази. Після цього повернемо її за віссю Z та X: (R|Z|45), (R|X|70). Піднімемо її над вазою (G|Z|5) та змістимо її за віссю Y (G|Y|1).

10. Створимо для площини новий матеріал, змінимо Surface на Glossy BSDF, параметр Roughness встановимо рівним 1 та змінимо властивість Color довільний колір.

11. Наступним кроком потрібно підрозділити площину, для цього перейдемо в режим редагування клацаємо лівою клавішею миші виберімо пункт Subdivide та параметр NumberofCuts становим рівним 50 та повернемось до об'єктного режиму.

12. Далі додаємо наступні модифікатори: Cloth (залишаємо параметри по замовчуванню), Solidify (залишаємо параметри по замовчуванню), Subdivision Surface (Subdivisions=2). Також для об'єкта додаємо ShadeSmooth.

13. Перейдем на вкладку фізики (PhysicsProperties) та змінимо властивості наступних параметрів: Quality Steps=10, встановимо галочку Self Collision.

14. Виберемо вазу і на вкладці фізики натиснемо на кнопку Collision. Також це зробимо і площині, яка виступає в якості столу. Таким чином, тканина не буде проходити через ці об'єкти.

15. Натиснемо на пробіл, запуститься анімація, слід дочекатись, коли тканина впаде. Після чого вибираємо кадр, що сподобався, для фінальної візуалізації.

16. Додаємо в сцену камеру (Shift+A|Camera). На вкладці ObjectProperties для Location встановимо (X=4.1; Y=-4.6; Z=1.9), Rotation (X=70; Y=-0; Z=42).

17. Додаємо в сцену освітлення (Shift+A|Light|Point). На вкладці Object Data Properties для лампи властивість Power встановлюємо значення 2000, а Size рівним 5. Перемістимо лампу (G|Z|3|Enter) та (G|Y|3|Enter).

18. На вкладці Render Properties в групі Sampling для властивості Render значення змінимо на 2000.

19. Для того, щоб сформувати зображення слід натиснути меню програми Render|RenderImage або на клавіатурі F12. У новому вікні запуститься процес візуалізації та через деякий час відобразиться фінальне зображення (рис. 3).

Рис. 3. Фінальний результат

Як бачимо, процес реалізації 3D -моделювання передбачає досить складний процес виконання послідовних дій, що передбачають реалізацію запланованого проекту та формування проектно-технологічної компетентності.

Висновки з дослідження і перспективи подальших розробок

Упродовж останніх років вчені країн Європи та світу досліджують проблему формування особистості здатної до самореалізації, гармонійної взаємодії з сучасним техногенно- нформаційним суспільством, що швидко розвивається. Запропоновані нами елементи методики формування проектно-технологічної компетентності під час реалізації 3D -моделювання сприяють оновлення змісту освіти й навчальних технологій, що узгоджує їх із сучасними потребами суспільства.

Тотальне оцифрування всіх галузей діяльності людини окреслює перспективи подальший розробок у напрямку вдосконалення організації освітнього процесу.

моделювання інформатика комп'ютерний освітній

Список джерел

1. Мартинюк О.С. Тривимірне прототипування як складник STEM-технологій у конструктивно-технічній і науково-дослідній роботі студентів та учнів. Збірник наукових праць Кам'янець-Подільського національного університету імені Івана Огієнка. Серія педагогічна. Кам'янець-Подільський, 2019. № 25. С. 61-64.

2. Морзе Н.В., Вембер В.П., Гладун М.А. 3D картування цифрової компетентності в системі освіти в Україні. Інформаційні технології і засоби навчання: Теорія, методика і практика використання ІКТ в освіті. 2019. Т. 70, № 2. С. 28-42.

3. Мосіюк О.О. Особливості вивчення 3D моделювання у процесі професійної підготовки майбутніх учителів інформатики. Науковий вісник Ужгородського університету. Серія: «Педагогіка. Соціальна робота». Ужгород, 2018. № 2 (43). С.182-186.

4. Про схвалення Концепції розвитку цифрової економіки та суспільства України на 2018-2020 роки та затвердження плану заходів щодо її реалізації / Розпорядження Кабінету Міністрів України від 17.01.2018 р. № 67-р.

5. Рамський Ю.С., Рєзіна О.В. Формування інформаційно-пошукових та дослідницьких умінь майбутніх учителів інформатики та математики. Науковий часопис НПУ імені М.П. Драгоманова. Серія 2: Комп'ютерно-орієнтовані системи навчання. 2012. №. 12. С. 41-47.

6. Романюк О.Н., Пойда С.А. 3D моделювання в контексті STEM. Інформаційні технології в культурі, мистецтві, освіті, науці, економіці та бізнесі: матер. Міжнар. наук.-практ. конф. (18-19 квіт. 2019 р.). Київ, 2019. Ч. 2. С. 110-112.

7. Сидоренко В.К. Проектно-технологічний підхід як основа оновлення змісту трудового навчання школярів. Трудова підготовка в закладах освіти. 2007. № 1. С. 41-44.

8. Теоретико-методологічні засади інформатизації освіти та практична реалізація інформаційно-комунікаційних технологій в освітній сфері України: монографія / В.Ю. Биков, О.Ю. Буров, А.М. Гуржій, М.І. Жалдак, М.П. Лещенко, С.Г. Литвинова, І. Луговий, В.В. Олійник, О.М. Спірін, М.П. Шишкіна / наук. ред. В.Ю. Биков, С.Г. Литвинова, В.І. Луговий. Київ: Компринт, 2019. 214 с.

9. Теплицький О.І., Семеріков С.О., Соловйов В.М. Професійна підготовка учителів природничо-математичних дисциплін засобами комп'ютерного моделювання: соціально-конструктивістський підхід. Теорія та методика навчання фундаментальних дисциплін у вищій школі: монографія. Кривий Ріг: Вид.відділ ДВНЗ «Криворізький національний університет», 2015. Т. X, Вип. 1 (10): спецвипуск «Монографія в журналі». 278 с.

10. Терещук А.І. Проектна технологія в контексті особистісно-орієнтованого підходу в процесі трудового навчання. Наукові записки Тернопільського національного педагогічного університету імені Володимира Гнатюка. Серія: Педагогіка. 2010. № 1.

11. Трудове навчання 5-9 класи: програма для загальноосвітніх навчальних закладів / Наказ МОНУ від 07.06.2017 № 804. 28 с.

12. Хомутенко М.В., Садовий М.І., Трифонова О.М. Комп'ютерне моделювання процесів в атомному ядрі. Інформаційні технології і засоби навчання. 2015. № 1, т. 45. C. 78-92.

13. Хомутенко М.В., Садовий М.І., Трифонова О.М., Курнат Г.Л. Цифрове моделювання як метод розвитку творчих здібностей суб'єктів навчання. Моделювання в освітньому процесі: матер. Всеукр. наук.-практ. Інтернет-конф., м. Луцьк, 5-7 черв. 2020 р. Луцьк: Вежа-Друк, 2020. С. 141-146.

14. Цифрова трансформація відкритих освітніх середовищ: колективна монографія / Т.А. Вакалюк, Т.Б. Корнілова, С.Г. Литвинова, О.В. Овчарук, М.П. Шишкіна, О.В. Коротун, С.М. Кравченко, М.В. Мар'єнко, І.В. Новіцька, О.П. Пінчук, О.М. Соколюк, А.В. Яцишин; за ред. В.Ю. Бикова, О.П. Пінчук. К.: ФОП Ямчинський О.В., 2019. 186 с.

References

1. Martynyuk, O.S. (2019) Tryvymirne prototypuvannyayakskladnyk STEM-tekhnolohiy u konstruktyvno-tekhnichniy i naukovo-doslidniy robotistu dentivtauchniv. [Three-dimensional prototypingas a componentof STEM-technologiesin constructive-technicalandresearchworkofstudentsandpupils]. Kamiyanets-Podilskyi. Morze, N.V., Vember, V.P., Hladun, M.A. (2019)

2. 3D kartuvannya tsyfrovoyikom petentnosti v systemiosvity v Ukrayini. [3D mappingofdig italcompetenceinthe education systeminUkraine].

3. Mosiyuk, O.O. (2018) Osoblyvosti vyvchennya 3D modelyuvannya u protsesiprofes iynoyipidhotovkym aybutnikhuchyt elivinformatyky. [Featureso fstudying 3D modelin intheproce ssofprofessi onaltrainingoff utureteache rsofcomputers cience] Uzhhorod.

4. Proskhvalennya Kontseptsi yirozvytkutsyf rovoyiekonomiky tasuspil'stva Ukrayinyna 2018--2020 rokytaza tverdzhenn yaplanuzak hodivshchodo yiyirealizatsiyi [Onappro valofthe Con ceptofdevelop mentofthedigita leconomyands ocietyof Ukraine for 2018-2020 andap provaloft heactionplan foritsimplementat ion]. Rams'kyy, YU.S., Ryezina, O.V. (2012)

5. Formuvannya informatsiyno-poshukovykh ta doslidnyts'k ykhumin'mayb utnikhuchyteli vinformatyky tamatematyky. [Form ationofinfo rmationretrie valandresearch skil lsoffutureteac hersofc omputerscien ceandmath ematics]. Kyiv.

6. Romanyuk, O.N., Poyda, S.A. (2019) 3D modelyuvannya v konteksti STEM. [3D modeling inthecontextof STEM]. Kyiv.

7. Sydorenko, V.K. (2007) Proektno-tekhnolohichnyy pidkhidya kosnovaono vlennyazmistut rudovohon avchann yashkolyariv. [Project-technological approachas a basisforupda tingthec ontentoflabort rainingofsch oolchildren].

8. Bykov, V.YU., Burov, O.YU., Hurzhiy, A.M. and oth. (2019) Teoretyko-metodolohichni zasady informatyzat siyiosvityta praktychnareal izatsiya informatsiyno-komuni katsiynykh tekhnolohiy v osvitniysferi Ukrayiny. [The oreticalan dmethodolog icalprinciplesofin formatizationo feducationandpracti calimpleme ntationofinfor mationandcom municationtechno logiesintheeducationa lsphere of Ukraine]. Kyiv.

9. Khomutenko, M.V., Sadovyy, M.I., Tryfonova, O.M., Kurnat, H.L. (2020) Tsyfrove modelyu vannyayakm etodrozvytkut vorchykhzdibn osteysub"yektivnav channya. [Digitalmo delingas a methodo fdevelopin gthecreativeabi litiesofsubjects]. Lutsk.

10. Vakalyuk, T.A., Kornilova, T.B., Korotun, O.V. (2019) Tsyfrovatra nsformatsiyav idkrytykhosvitnik hseredovyshch. [Digitaltran sformationof openeducational environments]. Kyiv.

Размещено на Allbest.ru