Прототипирование и 3D моделирование в школе

На данном этапе развития образования специалисты отмечают тенденцию к падению интереса у абитуриентов к инженерным специальностям. При этом  потребность в специалистах данного профиля увеличивается. Необходимо обеспечить преемственность инженерного образования на разных этапах обучения, и повышать престижность профиля путем внедрения обучения на современных системах оборудования.

Обеспечение нового качества образования — одно из приоритетных направлений при его модернизации. Повышенное внимание к робототехнике и компьютерному моделированию закреплено на государственном уровне в соответствии с приказом Президента РФ от 16.12.2015 года №623.

Новые ФГОС, которые вступают в силу 1 сентября 2022 года, в том числе направлены на решение данной проблемы. В рамках урока технологии дети будут изучать основы робототехники, прототипирования и 3D печати.

Одними из главных показателей профпригодности старшеклассников, которые претендуют на получение инженерно-технического образования, являются:

• Умение пользоваться языком САПР.
• Знания 3D моделирования.
  
• Конструирования.
  
• Понимание основ робототехники.
  
• Навыки работы с электроникой.
  

Прототипирование и для чего оно нужно?

При создании чего-то нового всегда возникают определенные проблемы, в том числе технологические, конструкторские, дизайнерские и организационные. И, если проверить работоспособность, оценить возможности сборки, разборки маленького изделия, можно путем изучения чертежей, то при оценке более сложного изделия – это трудозатратный процесс, который не исключает ошибки. Проверить профпригодность изделия, найти решения проблем, провести демонстрацию помогает создание прототипа.

Прототипирование — создание «черновой» модели для проверки базовой функциональности, работоспособности в целом, испытания взаимодействий и работы по различным сценариям. Составление прототипа занимает мало времени и требует меньше ресурсов, нежели создание реальной модели объекта.

Прототипирование дает возможность в комплексе оценить все нюансы разрабатываемой модели, а также провести демонстрацию изделия заказчику. Так, например, при создании сайта программы прототипирования помогут дизайнеру оценить качество визуальных элементов и их сочетаемость с элементами навигации и взаимодействия. Неотъемлемой частью прототипирования является 3D моделирование. Это процесс создания объемной модели. Главная задача создать визуальный объемный образ желаемого устройства. Еще один важный результат, который достигается при работе прототипами — это возможность развивать и улучшать собственные навыки робототехники с каждым разом.

Робототехника — прикладная наука, которая занимается разработкой автоматизированных технических систем и опирается на такие дисциплины как: электроника, механика, телемеханика, мехатроника, информатика, радиотехника, электротехника.

Все три вышеуказанных процесса не могут развиваться отдельно друг от друга и являют собой при разработке единое целое. При изучении этих областей школьник может работать не только с готовыми моделями, но и создает что-то свое, развивая таким образом инженерные навыки через творчество.

Прототипирование и 3D печать

Создание прототипа возможно несколькими способами. Один из них 3D прототипирование. Это технология послойной печати физического объекта на основе виртуальной модели (аддитивные технологии). 3D прототипирование достаточно распространено, а материалы, которые используются в работе, экологичные и биоразлагаемые, что отлично подходит для применения в школе. Точность воспроизведения объекта, проработанные визуальные элементы зависят от настроек печати, используемых материалов и экструдера.

Время печати одной небольшой модели составляет несколько часов. Вот почему важно также введение дополнительных занятий в школе по прототипированию. На уроке, длиною в 45 минут, ученики не успеют в полной мере освоить предлагаемый материал, а также будут ограничены по времени в экспериментах и творчестве. Между тем, воплощение своей идеи в реальный объект представляет интерес для учеников разного возраста и облегчает их вовлечение в процесс обучения.

Технология 3D печати позволяет освоить быстрое прототипирование — составление прототипа уже на этапе планирования. Печать осуществляется по чертежам и схемам учеников.

Преимущества 3D прототипирования:

• Экономия времени.
• Сокращение расходов.
  
• Неограниченное количество попыток (отличное качество для обучения школьников: при обнаружении ошибки можно попробовать снова).
  
• Точность прототипа.
  

Занятия по 3D прототипированию это отличная возможность совместить моделирование, конструирование, программирование, а также ряд общеобразовательных дисциплин в одном предмете. Комплексный подход к обучению вырабатывает у школьников умение разносторонне смотреть на проблему, находить несколько путей решения, а также работать в команде. Цель подобных занятий — это ранняя профориентация, расширение кругозора, раскрытие творческих и индивидуальных особенностей, приобретение практического опыта работы с техническими устройствами.

Rotrics Dexarm — универсальный вариант для создания прототипов и 3D печати

Rotrics DexArm — уникальный настольный модульный робот, который может выполнять различные функции, в том числе прототипирование и 3D моделирование.

Возможности роботизированной руки:

• Осуществление 3Д печати, печатать можно одновременно несколько объектов.
• Выполнение лазерной гравировки. Для работы подойдут самые разные материалы: кожа, дерево, ткань, бумага, бамбук, акрил, алюминий и другое.
  
• Возможность писать и рисовать. С модулями совместимы карандаши, ручки, маркеры и кисти.
  
• Играть с вами в игры: робот станет достойным противником при игре в шахматы и тд.
  

Роборука от Rotrics отлично подходит как для самостоятельных занятий, так и для работы на уроках. Благодаря компактным размерам и модульной системе сборки она не занимает много места. Дети могут заниматься не только прототипированием, но и изучать робототехнику и программирования, экспериментируя с режимами работы робота.

В комплекте с роботом находится бесплатное ПО, управлять роборукой можно как с компьютера, так и с контроллера, оснащенного сенсорным экраном. Чтобы сделать Rotrics DexArm более простым в использовании, производитель интегрировал библиотеку Blockly в программное обеспечение, которая позволяет перетаскивать и размещать блоки кода для управления роботом.