DEVELOPMENT OF ANALYTICAL AND SPATIAL THINKING THROUGH 3D MODELING

DOI: https://doi.org/10.23670/IRJ.2022.120.6.133

ФОРМИРОВАНИЕ АНАЛИТИЧЕСКОГО И ПРОСТРАНСТВЕННОГО МЫШЛЕНИЯ ПОСРЕДСТВОМ 3D МОДЕЛИРОВАНИЯ

Научная статья

Быкова К.И.¹, Кузьмичева Е.А.^2, *, Попова Д.Е.³, Шахбазян Я.А.⁴

^{1, 2} Воронежский государственный педагогический университет, Воронеж, Россия;

³ Лицей «МОК №2, Воронеж, Россия;

⁴ Региональный центр «Орион», Воронеж, Россия

* Корреспондирующий автор (elenadegt2010[at]mail.ru)

Аннотация

В данной статье рассматривается компьютерное моделирование как способ формирования аналитического и пространственного мышления учащихся. Определены последовательности и условия для формирования пространственного и аналитического мышления. Определены понятия модель и моделирование, структура создания модели. Приведены некоторые причины использования моделирования на уроках в общеобразовательных учреждениях. Выявлены основные компетенции, развивающиеся при изучении и использовании моделирования. Изучение моделирования имеет практическую значимость, т.к. большинство сфер деятельности используют трехмерные технологии, знание которых является все более актуальным для развития личности. Ускоренное внедрение новейшего оборудования в школы дает возможность учащимся изучать моделирование на новом уровне.

Ключевые слова: мышление, моделирование, развитие, формирование, компетенции, аналитическое мышление, пространственное мышление.

DEVELOPMENT OF ANALYTICAL AND SPATIAL THINKING THROUGH 3D MODELING

Research article

Bykova K.I.¹, Kuz'micheva E.A.^2, *, Popova D.E.³, SHahbazyan YA.A.⁴

¹ Voronezh State Pedagogical University, Voronezh, Russia;

³  Lyceum №2, Voronezh, Russia;

⁴ Orion Regional Center, Voronezh, Russia

* Corresponding author (elenadegt2010[at]mail.ru)

Abstract

This article studies computer modeling as a method of forming analytical and spatial thinking of students. The sequences and conditions for the spatial and analytical thinking forming were determined. The concepts of model and modeling, structure of its creation were defined. Some justifications for the use of modeling in classes in general education institutions were given.  The main competencies developed in the study and use of modeling were established. The study of modeling has practical significance since three-dimensional technologies are used in most areas of activity, the knowledge of them becomes increasingly relevant for personal development. The expedited implementation of the latest equipment into schools allows the students to study modeling at a new level.

Keywords: thinking, modeling, development, forming, competencies, analytical thinking, spatial thinking.

Моделирование является наиболее распространенным средством для развития современного общества, оно используется во всех отраслях. Моделирование существует так же давно, как и существует мышление. Особую популярность оно получило в XX веке. Стоит задуматься о, использовании моделирования как средства для формирования аналитического мышления.

Цель статьи – анализ изучения 3D-моделирования и его влияния на формирование аналитическое и пространственное мышление у учащихся.

Вопросами развития аналитического мышления занимались выдающиеся ученые, такие как: Л. С. Выготский, И. А. Зимняя, С. Л. Рубинштейн, Р. Н. Акиньшин и другие.

Пространственное мышление – один из основных видов умственной деятельности человека, которое создает пространственные образы и позволяет мыслить в терминах изображений и использовать их в процессе решения различных задач. Оно может быть сформировано в раннем детстве и существовать отдельно от речевого понятийного интеллекта, не создавая при этом помех для его развития. Ребенок с раннего возраста играющий с конструкторами, кубиками, строительными наборами, становясь старше, начинает проявлять интерес к моделированию. Его пространственное мышление развивается на высоком уровне, в школе он с легкостью выполняет схемы, чертежи, рисунки в задачах на построение в геометрии, физике, черчении [1, С. 52].

Проанализировав работы известных исследователей, можно выделить последовательность формирования пространственного мышления:

1. Предметно-практические действия, манипуляции предметом;
2. Создание пространственного представления;
3. Оперирование пространственным образом;
4. Овладение методами изображения пространственных объектов.

Аналитическое мышление тесно связанно с логическим типом мышления. Здесь приравниваются понятия логического анализа и синтезирования информации [10, С. 97].

Принцип работы аналитического мышления основывается на двух базовых процессах:

• Творческий процесс, сопровождаемый поиском новых знаний и информации;
• Формальный процесс, сопровождаемый анализом и синтезом данных, а также выводами и закреплением итогового результата в сознании [4, С. 187].

Процесс моделирование своего рода процесс созидания. Это способ познавательной деятельности, который реализуется как процесс создания чего-либо.

Говоря о моделировании, нужно отметить, какие качества и навыки развиваются у учащихся.

Во-первых, у учащегося развивается абстрактное мышление. Развитие этого вида мышления крайне важно, т.к. он заключается в создании абстрактных понятий и их использовании. При абстрактном мышлении человек пытается соединить в логическую цепочку общие свойства различных явлений и предметов.

Во-вторых, появляется возможность использования полученных знаний в области черчения, физики и геометрии для создания полноценных трехмерных предметов. Знание свойств и характеристик различных предметов является основой для создания правильного трехмерного объекта [11, С. 393].

Процесс создания модели объединяет в себе элементы логического и чувственного, абстрактного и конкретного, общего и единичного, наглядного и ненаглядного. Для создания модели следует объединение теории и практики о форме геометрической фигуры и способах ее материального воплощения, используя расчеты, построение, изготовление развертки и т.д.

Используя 3D-моделирование существует множество способов и идей воплощения одной и той же фигуры или её деталей. Модель показывает наличие главных признаков и особенностей объекта оригинала. Изготовление моделей синтезирует в себе практически все виды учебной деятельности. Применение моделирования на уроках позволяет развивать:

• умение организовыватьучебное сотрудничество и совместную деятельность с учителем и сверстниками;работать индивидуально и в группе, находить общее решение и разрешать конфликты на основе согласования позиций и учёта интересов; формулировать, аргументировать и отстаивать своё мнение;
• умение осознанно использовать речевые средства в соответствии с задачей коммуникации для выражения своих чувств, мыслей и потребностей; планирования и регуляции своей деятельности;владение устной и письменной речью, монологической контекстной речью;
• формировать и развивать компетентности в области использования информационно-коммуникационных технологий;
• а также другие универсальные учебные действия [7, С. 55].

Внедрение 3D моделирования в учебный процесс необходимо для достижения следующих целей:

• изучение знаний о важнейших методах геометрического моделирования, их плюсах и минусах, областях применения, способах задания и представления геометрической информации на персональном компьютере;
• овладение умением строить трехмерные модели, иллюстрировать полученные результаты;
• формирование познавательной активности учащихся;
• формирование творческого, логического, абстрактного и аналитического форм мышления [9, С. 284].

Говоря об использовании 3D моделирования в рамках школьного курса информатики, стоит обратить внимание на то, в какой содержательной линии и на каком этапе обучения следует рассмотреть данную тему. 3D- моделирование возможно рассмотреть при изучении технологий обработки графической информации. Также, это можно сделать при формировании понятия «алгоритм». В некоторых авторских программах к учебникам понятию «моделирование» выделен отдельный раздел. Данная тема, помимо формирования различных видов мышления, включает в себя серьезную профориентационную направленность [3, С. 15]. Начиная с 8 класса, ученики задумываются над будущей профессией, в самоопределении им поможет любая школьная дисциплина и даже отдельная тема в ней. Информатика не является исключением. В современном компьютерном мире такая творческо-инженерная профессия, как создатель 3D-моделей, визуализатор или аниматор, набирает популярность. Рисование мультипликационных фильмов, создание дополненной реальности, разработка приложений и создание макетов, все это - востребованные и актуальные навыки.

3D-моделирование и конструирование в последние годы быстро развивается и широко используется. Можно сказать, что это новая сфера искусства [2, С. 102].

Для развития креативного мышления человека огромное значение имеет использование компьютерных технологий, в том числе и 3D- моделирования [5, С. 93].

Говоря о 3D-моделировании, следует упомянуть о его средствах и инструментах.

В зависимости от поставленных целей и задач можно классифицировать инструментарий [8, С. 281].

Если речь идет о знакомстве с моделированием (начальная школа, среднее звено) уместнее использовать простой инструментарий – 3D-ручку. Говоря о программном обеспечении, то для знакомства и понимания принципа работы трехмерного пространства, вполне подойдет стандартная программа Paint 3D. Здесь можно провести параллель со стандартной программой Paint с целью сравнения разности результатов. Это может быть как классическая лабораторная работа из учебника информатики, так и собственный проект, в котором учащийся раскроет свой творческий потенциал и проявит фантазию [6, С. 26].

Рассматривая основную и среднюю школу (базовый уровень), вполне уместно знакомство с более сложным оборудованием – 3D-принтер, и такими программами творческой направленности как ZBrush, CoreMini, SketchUp, Vectary.

Говоря о профильных, инженерных классах, речь идет о более серьезной профориентационной работе. Здесь в качестве инструментария следует познакомить учащихся с 3D-сканером, более сложными моделями и разновидностями 3D-принтеров, подробнее остановиться на аддитивных технологиях и принципах работы.

Тенденция развития моделирования еще долгое время будет оставаться актуальным и использование метода моделирования на уроках являться одним из наиболее эффективных. Таким образом, моделирование является инструментом для развития и формирования аналитического и пространственного мышления.

Конфликт интересов Не указан.

Conflict of Interest None declared.

Список литературы / References

1. Акиньшин, Р. Н. Развитие пространственного мышления школьников / Р. Н. Акиньшин // Молодой ученый. –2016.–№ 30.– С. 51-55.
2. Бочков, А. Основы 3D-моделирования. Изучаем работу в AutoCAD, КОМПАС-3D, SolidWorks, Inventor / А. Бочков, В. Большаков. – Спб. : Питер. 2013.–304 с.
3. Винсберг, Э. Наука в эпоху компьютерного моделирования / Э. Винсберг. – Чикаго: University of Chicago Press. 2018. – 152 с.
4. Землянов, Г. С. 3D моделирование / Г. С. Землянов, В. В. Ермолаева // Молодой ученый.– 2015.– № 11 (91). – С. 186-189.
5. Кашапов, М. М. Психология креативного мышления. Учебное пособие / М. М. Кашапов. – М. : ИНФРА-М. 2017. – 269 c.
6. Малева, 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.
7. Меженин, А. В. Технология разработки 3Dмоделей.: учебное пособие / А. В. Меженин. – Спб. : Университет ИТМО. 2018.– 100 с.
8. Нурмукан, Д. С. Развитие креативного мышления через 3Dмоделирование / Д. С. Нурмукан // Молодой ученый.– 2019. – № 26 (264). – С. 280-283.
9. Оазис Я. Компьютерное моделирование / Я. Оазис. – Бока-Ратон: CRCPress. 2017. – 313 с.
10. Психология: учебное пособие / Т. Ф. Пушкина и др.; под ред. Н.Б. Трофимовой. – Воронеж: ВГПУ. 2012. – 192 с.
11. Шахбазян, Я.А. Моделирование как средство обучения / Я.А. Шахбазян, Е.А. Кузьмичева, К. В. Кравченко; Воронежский гос. ун-т. // Информационные технологии в образовательном процессе вуза и школы:15-я Всерос. научн.-практ. конф., Воронеж, 25 марта 2021 г. :материалы конф. – Воронеж, 2021. – С. 392-397.

Список литературы на английском языке / References in English

1. Akinshin, R. N. Razvitie prostranstvennogo myshlenija shkol'nikov [Development of spatial thinking of schoolchildren] / R. N. Akinshin // Molodoj uchenyj [Young scientist]. - 2016. - No. 30. - p. 51-55. [in Russian]
2. Bochkov, A. Osnovy 3D-modelirovanija. Izuchaem rabotu v AutoCAD, KOMPAS-3D, SolidWorks, Inventor [Fundamentals of 3D modeling. We study work in AutoCAD, COMPASS-3D, SolidWorks, Inventor] / A. Bochkov, V. Bolshakov. - St. Petersburg : Peter. 2013-304 p. [in Russian]
3. Vinsberg, E. Nauka v jepohu komp'juternogo modelirovanija [Science in the era of computer modeling] / E. Vinsberg. - Chicago: University of Chicago Press. 2018–152 p. [in Russian]
4. Zemlyanov, G. S. 3D modelirovanie [3D modeling] / G. S. Zemlyanov, V. V. Ermolaeva // Molodoj uchenyj [Young scientist]. – 2015. – № 11 (91). – p. 186-189. [in Russian]
5. Kashapov, M. M. Psihologija kreativnogo myshlenija [Psychology of creative thinking]. Textbook / M. M. Kashapov. - M. : INFRA-M. 2017– 269 p. [in Russian]
6. Maleva, A. A. Prakticheskaja rabota po 3D modelirovaniju v «KOMPAS-3D» [Practical work on 3D modeling in COMPASS-3D] / A. A. Maleva, A. A. Tretyakova // Informatika v shkole [Informatics at school]. – 2018. – № 10 (143). – p. 25-30. [in Russian]
7. Mezhenin, A.V. Tehnologija razrabotki 3Dmodelej [3D model development technology]: textbook / A.V. Mezhenin. - St. Petersburg : ITMO University. 2018– 100 p. [in Russian]
8. Nurmukan, D. S. Razvitie kreativnogo myshlenija cherez 3Dmodelirovanie [Development of creative thinking through 3D modeling] / D. S. Nurmukan // Molodoj uchenyj [Young scientist]. – 2019. – № 26 (264). – p. 280-283. [in Russian]
9. Oasis Ya. Komp'juternoe modelirovanie [Computer modeling] / Ya. Oasis.-Boca Raton: CRC Press. 2017- 313p. [in Russian]
10. Psihologija [Psychology]: textbook / T. F. Pushkin [et al.]; edited by N. B. Trofimova. - Voronezh: VSPU. 2012-192 p. [in Russian]
11. Shakhbazyan, Ya. A. Modelirovanie kak sredstvo obuchenija [Modeling as a means of learning] / Ya. A. Shakhbazyan, E. A. Kuzmicheva, K. V. Kravchenko; Voronezh State University. // Informacionnye tehnologii v obrazovatel'nom processe vuza i shkoly [Information technologies in the educational process of the university and school]: 15th All-Russian Scientific-Practical conference, Voronezh, March 25, 2021 : materials of the conference - Voronezh, 2021. - p. 392-397. [in Russian]