Сетевое издание
Современные проблемы науки и образования
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,006

3D-МОДЕЛИРОВАНИЕ КАК ИНСТРУМЕНТ ГЕЙМИФИКАЦИИ ПРОЦЕССА ИЗУЧЕНИЯ ДИСЦИПЛИН ЕСТЕСТВЕННОНАУЧНОГО ЦИКЛА

Колчин И.С. 1 Мирошниченко А.С. 1 Кадеева О.Е. 1 Сырицына В.Н. 1
1 Дальневосточный федеральный университет
Работа посвящена исследованию потенциала использования трехмерного моделирования в средней и старшей школе как инструмента геймификации процесса изучения дисциплин естественно-научного цикла. Авторами выдвинута гипотеза о том, что 3D-моделирование является эффективным инструментом геймификации образования и может быть использовано при изучении естественных наук. В процессе исследования решены следующие задачи: изучено понятие «геймификация образования», перечислены основные методы и инструменты геймификации, дан краткий обзор возможных способов изучения 3D-моделирования, выполнена оценка эффективности 3D-моделирования как одного из инструментов геймификации образования, приведены примеры использования трехмерного моделирования в процессе изучения дисциплин естественно-научного цикла (физики, химии, биологии и т.д.), сделан вывод об эффективности использования 3D-моделирования как инструмента геймификации. Уникальность исследования заключается в изучении новых для современной школы технологий: с одной стороны, 3D-моделирование только начинает появляться в образовательных программах по информатике и технологии, с другой – геймификация образования – набирающий популярность метод обучения. Исследование является полезным для учителей общих образовательных учреждений, учителей дополнительного образования, преподавателей профессиональных образовательных учреждений, желающих использовать в своем рабочем процессе современные информационные и педагогические технологии. В процессе исследования авторы пришли к выводу о том, что изучение 3D-моделирования является эффективным инструментом геймификации образования.
3D-моделирование
геймификация образования
средняя школа
естественнонаучное образование
1. Области применения 3D-технологий в современном мире // Учебный центр вычислительной техники. [Электронный ресурс]. URL: https://ucvt.org/blog/oblasti-primeneniya-3d-tehnologij-v-sovremennom-mire (дата обращения: 11.11.2022).
2. Геймификация образования // Сколки - мысли о неформальном образовании. [Электронный ресурс]. URL: https://skolki-project.com/blog/gejmifikatsija-v-obrazovanii (дата обращения: 06.11.2022).
3. Лаврентьева Л.В., Деулина С.А., Ромашова И.А. Аспекты мотивации учебной деятельности школьников // Проблемы современного педагогического образования. 2019. № 62-4. С. 111-116.
4. Направления 3D графики – интерьеры, анимация, спецэффекты, гейм-дизайн, 3D печать // Renderart. [Электронный ресурс]. URL: https://renderart.ru/articles/napravleniya-3d-grafiki (дата обращения: 11.11.2022).
5. Карабанова О.А. Что такое универсальные учебные действия и зачем они нужны // Муниципальное образование: инновации и эксперимент. 2010. № 2. С. 11-12.
6. Рагозинникова Л.Н. Оценка качества образования глазами обучающихся, родителей и педагогов // Инновационные проекты и программы в образовании. 2012. № 1. С. 69-75.
7. Кевин Вербах, Дэн Хантер. Вовлекай и властвуй. Игровое мышление на службе бизнеса / пер. с англ. А. Кардаш. М.: Манн, Иванов и Фербер, 2015. 224 с.
8. Коренев А.А. Обратная связь в обучении и педагогическом общении // Rhema. Рема. 2018. № 2. С. 112-127.
9. Кулешова А.В., Овчаренко А.В. Особенности восприятия информации современными школьниками // Социальные отношения. 2018. № 2. С. 22-31.

Геймификация в тех или иных проявлениях известна на протяжении долгого времени, но, несмотря на это, сам термин «геймификация» как научное понятие появился относительно недавно, и его точного определения до сих пор нет. Будем понимать под геймификацией внедрение игровых механик и приемов в различные сферы деятельности человека. Исходя из этого, можно определить, что геймификация образования – это не что иное, как включение игровых элементов в процесс обучения.

Элементы геймификации уже давно присутствуют как в зарубежном, так и в отечественном образовании. Однако на данном этапе развития общества уже недостаточно существующих элементов – учащиеся постепенно теряют интерес к образованию. Это связано со стремительным развитием информационных технологий, психологическими особенностями современных детей и всего общества в целом. Именно поэтому разработка новых методов и инструментов геймификации является приоритетной задачей для современного образования, так как от успешности внедрения подобных технологий в образовательный процесс зависит качество образования.

Рассматривая проблему геймификации образования через призму изучения дисциплин естественно-научного цикла в средней и старшей школах, можно прийти к выводу о том, что существующих методов и инструментов геймификации становится недостаточно по явным причинам: с каждым годом как аппаратные, так и программные разработки постоянно совершенствуются, в то время как школьное оборудование не обновляется, а образовательные программы долгое время остаются неизменными. Помимо этого, у школьников формируется привыкание к используемым на данный момент методам и инструментам геймификации при их неизменности: оценки в некоторых случаях только подавляют мотивацию и интерес к учебе, графическое сопровождение учебников уже не привлекает внимание детей, использование презентаций также является малоэффективным. Поэтому в качестве нового способа представления учебной информации можно предложить использование технологий трехмерного моделирования.

На данный момент трехмерная графика широко распространена в различных сферах деятельности человека (от компьютерных игр до медицины и строительства), а инструменты для работы с ней постоянно упрощаются, что делает возможными изучение и эффективное использование этой технологии в образовательном процессе [1].

Таким образом, целью данного исследования является проверка гипотезы о том, что трехмерное моделирование удовлетворяет всем принципам геймификации образования и может являться его эффективным инструментом при изучении дисциплин естественно-научного цикла в средней и старшей школе.

В соответствии с целями исследования можно выделить следующие задачи: краткая характеристика понятия «геймификация образования», изучение основных принципов геймификации образования, изучение особенностей трехмерного моделирования, сопоставление изученных принципов геймификации и особенностей 3D-моделирования, изучение примеров использования трехмерного моделирования при освоении дисциплин естественно-научного цикла.

Материал и методы исследования

В данной работе использовались теоретические методы исследования: анализ и обобщение научной и художественной литературы, материалов сети Internet. В процессе анализа были выделены и изучены основные принципы геймификации образования, проведена оценка соответствия особенностей трехмерного моделирования принципам геймификации.

Результаты исследования и их обсуждение

Для точной оценки эффективности изучения 3D-моделирования как инструмента геймификации образования необходимо изучить основные принципы этого явления, а также изучить другие положительные стороны такого нововведения. Рассмотрим несколько принципов, которые являются наиболее важными в процессе геймификации, и проанализируем, насколько изучение 3D-моделирования им соответствует. К этим принципам относятся мотивация, безопасность, прогресс и обратная связь [2].

Первым принципом геймификации образования, подлежащим анализу, является мотивация. Развитие учебной мотивации представляется одной из важнейших задач, которые должен решить педагог. Это обусловлено потребностями и особенностями современного общества (выпускник школы должен быть готов к постоянной конкуренции и самосовершенствованию) [3]. Именно поэтому принцип мотивации является обязательным к соблюдению в процессе геймификации образования. Анализируя процесс 3D-моделирования с точки зрения увлекательности, рассмотрим некоторые его направления. В трехмерной графике существует огромное число ответвлений, в которые могут углубляться обучающиеся: непосредственно создание статичных 3D-моделей; создание 3D-анимации; предметная визуализация; архитектура; создание 3D-моделей для компьютерных игр и кино; 3D-печать; моделирование физических процессов, эффектов и т.д. [4]. С каждым из перечисленных направлений ребенок сталкивается ежедневно (просмотр фильмов, игра в видеоигры, просмотр видеороликов – везде используется 3D-графика), поэтому обучение 3D-моделированию дает школьнику возможность познакомиться с обратной стороной своей жизни, узнать, как работают используемые им технологии. Возможность самостоятельного создания аналогичных продуктов, которые будут использованы им или его одноклассниками, оказывает большое влияние на мотивацию к учебе и познанию мира. Помимо всевозможных направлений трехмерного моделирования, существует и бесконечное множество объектов, которые могут создавать школьники при помощи 3D-графики, причем эти объекты могут быть взяты из других учебных дисциплин, тем самым формируются познавательные метапредметные универсальные учебные действия (УУД) [5]. Таким образом, комбинируя различные учебные дисциплины и направления трехмерной графики, учитель получает огромный запас заданий, а значит, может поддерживать вовлеченность учеников в образовательный процесс.

Вторым рассматриваемым принципом является безопасность. Под безопасностью понимается возможность совершения ошибок без получения какого-либо урона (физического, морального, материального и т.д.). По результатам опросов, около 25% родителей считают безопасность одним из основных факторов качественного образования, поэтому при изучении возможностей для внедрения новых образовательных технологий в первую очередь дается оценка безопасности [6]. В контексте безопасности 3D-моделирование является идеальным инструментом геймификации. Обучающиеся могут создавать огромное число разнообразных моделей при помощи компьютера, а также всегда имеют возможность вернуть свои действия на несколько шагов назад или сделать работу заново, в то время как совершение ошибок при классическом создании поделок и рисунков чревато как материальными (не получится восстановить неправильно отрезанную часть поделки или удалить краску с листа), так и физическими (ребенок может порезаться ножницами, склеить пальцы клеем и т.д.) последствиями. Возможность возврата на предыдущий шаг и слабозаметные последствия способствуют развитию у ученика привычки к исправлению своих ошибок без чувства лени и страха. Именно поэтому 3D-моделирование обладает преимуществом по причине неограниченного пространства для реализации своих идей, причем реализации безопасной.

Следующий важный принцип геймификации – это прогресс. У игрока всегда существует потребность в оценке результатов своей работы. Например, в компьютерной игре ребенок в процессе своей деятельности улучшает свои вещи, оружие или предметы, открывает новые земли и технологии, а также может сравнивать достигнутый прогресс с прогрессом своих сверстников. В свою очередь, оценочная система в школе часто недостаточно точно показывает учащимся их учебный прогресс и не вызывает должного интереса. Лишь изредка можно встретить школьников, которые хвастаются друг перед другом оценками или выполненными заданиями. Это связано с тем, что ребенку сложно контролировать оценки в течение всей четверти, иногда оценки не соответствуют реальным знаниям обучающегося, а также ему могут быть неинтересны обычные цифры в журнале в связи с особенностями мышления, которые будут описаны далее. В этом контексте несомненным плюсом трехмерного моделирования является наглядная демонстрация прогресса, достигнутого учеником. Он может открыть свою первую работу и работу, которую он выполнил спустя год, – разница будет колоссальной. Именно постоянная возможность визуально сравнивать свои предыдущие и текущие навыки побуждает школьника продолжать свою деятельность, мотивирует его на новые достижения [7].

Последним анализируемым принципом геймификации образования является обратная связь, или же фидбэк (отангл. feedback). Этот принцип является одним из важнейших не только в геймификации, но и в процессе образования в целом. В отечественном образовании существует проблема с определением качественной педагогической обратной связи [8], в связи с чем у обучающихся наблюдаются заметные трудности в работе над ошибками и в совершенствовании своих навыков и умений. Именно поэтому обратная связь представляется неотъемлемой составляющей образования. Трехмерное моделирование, являясь отчасти творческой деятельностью, неразрывно связано с получением обратной связи и критики. Однако целесообразность использования 3D-моделирования с точки зрения получения фидбэка связана не только с творческой стороной этой сферы деятельности. Так, любой ученик может получить отзыв от учителя или одноклассников, просто отправив им скриншот своей работы или же всю работу целиком. При использовании информационно-коммуникационных технологий это не составит труда для ученика. Также преимущество работы с 3D-графикой заключается в универсальности используемых форматов файлов: 3D-модель в форматах fbx, obj, stl и иных можно использовать в огромном числе графических редакторов, что делает получение обратной связи не только простым, но и эффективным, так как учитель может не просто посмотреть на присланный учеником скриншот, но и изучить его 3D-модель с разных сторон в любой удобной для него программе. Таким образом, использование 3D-моделирования как инструмента геймификации образования способствует повышению качества и простоты получения обратной связи.

Изучив основные принципы геймификации образования и сравнив их с особенностями 3D-моделирования, можно прийти к выводу о том, что трехмерная графика способна являться полноценным инструментом геймификации. Однако соответствие принципам геймификации является хотя и необходимым, но отнюдь не достаточным условием для того, чтобы назвать 3D-моделирование эффективным инструментом, поэтому следует изучить и другие преимущества этой технологии с точки зрения образования. В качестве преимуществ приведем примеры эффективного использования технологий трехмерного моделирования в процессе изучения естественных наук.

В отличие от гуманитарных наук, дисциплины естественно-научного цикла часто вызывают трудности у обучаемых. Это может быть связано с так называемым клиповым мышлением. Одной из особенностей клипового мышления является трудность восприятия текстовой информации, не подкрепленной графическим сопровождением: учащиеся быстро устают от чтения, теряют интерес и мотивацию [9]. В связи с этими особенностями педагогу необходимо сочетать традиционные методы обучения с современными информационными технологиями. В контексте дисциплин естественно-научного цикла 3D-моделирование может использоваться как один из способов такого сочетания. Например, при изучении химии учащиеся могут создавать 3D-модели различных молекул (рис. 1).

Рис. 1. 3D-модель молекулы глицина (1 – атом кислорода, 2 – атом водорода, 3 – атом азота, 4 – атом углерода)

Преимущество такого метода заключается в том, что дети не изучают строение молекул по изображениям из учебника, а могут сами составить молекулу из базовых объектов (сфер), изучить ее с разных сторон, составить каскады молекул и т.д. Учитель, в свою очередь, сможет оперативно дать ребенку фидбэк, предоставить дополнительное задание, поставить оценку и т.д. Таким образом, меняя способ представления информации, педагог модифицирует процесс изучения химии в метапредметное обучение: обучающийся владеет навыками работы с трехмерной графикой и другими информационными технологиями, имеет четкое представление о строении молекул и материалов, а также свободно ориентируется в трехмерном пространстве.

Технологии трехмерной графики можно использовать и в процессе преподавания биологии. Учитель может создать модель клетки и продемонстрировать ее учащимся или же дать им задание по самостоятельному созданию 3D-модели клетки (рис. 2).

Рис. 2. Стилизованная 3D-модель животной клетки (1 – ядро клетки, 2 – митохондрия, 3 – лизосома, 4 – оболочка, 5 – рибосома, 6 – цитоплазма)

Во время моделирования, а не изучения изображений в учебнике, школьники подробно исследуют внутреннее строение клетки для того, чтобы точно передать его в виде модели. Для этого необходимо подробно изучить составные части клетки, их размеры, положение относительно друг друга, цвет, размер, форму и т.д. Такой процесс тщательного анализа, сравнения, обобщения и синтеза способствует обогащению и закреплению знаний учащихся, а также помогает развивать мотивацию, учебный интерес, глазомер, пространственное мышление и другие важные навыки. Также созданные модели могут быть распечатаны при помощи 3D-принтера, и уже не графические, а материальные модели будут использоваться педагогом в качестве наглядного пособия. Ученики же, в свою очередь, смогут наблюдать материальный прогресс и результат своей учебной деятельности, что является одним из основных принципов геймификации образования.

Аналогичные примеры можно привести и для других естественных наук: в процессе изучения физики школьники могут создавать модели различных схем, приборов, космических тел; в географии – модели достопримечательностей, элементов рельефа; при изучении геометрии – модели различных фигур, создавая сечения и проекции, изучая объемы и т.д. Существует огромное число вариаций 3D-моделей, которые могут быть использованы педагогами в процессе преподавания естественных наук, это обусловлено самой сутью 3D-моделирования – сделать можно все что угодно, перечень возможных вариантов ограничивается лишь квалификацией и желанием педагога, а также техническим обеспечением образовательного учреждения. Однако при использовании трехмерного моделирования в качестве инструмента геймификации важно помнить о том, что геймификация используется не для развлечения обучающихся, а для повышения эффективности обучения, поэтому педагогу необходимо корректировать выполняемые школьниками задания и следить, чтобы они не покидали образовательную область и придерживались своей образовательной программы.

Заключение

Изучив основные принципы геймификации образования и сравнив их с особенностями 3D-моделирования, можно прийти к выводу о том, что выдвинутая гипотеза является доказанной, т.е. трехмерное моделирование служит перспективным и эффективным инструментом геймификации образования. Помимо выполнения принципов геймификации, были рассмотрены и другие положительные характеристики 3D-моделирования, которые лишь подтверждают выдвинутую гипотезу.

Несмотря на большое количество положительных свойств 3D-моделирования как инструмента геймификации образования, существует и ряд препятствий, которые заключаются в техническом и программном обеспечении школ, квалификации и загруженности педагогов и т.д. Немаловажной является необходимость исследований и разработки программ, которые позволят установить возможность, целесообразность и способы изучения 3D-моделирования как учащимися, так и преподавателями, поскольку без подготовленной материально-методической базы будет невозможно использовать трехмерное моделирование в качестве инструмента геймификации. В связи с этим считаем необходимым проведение подробных исследований данной проблемы.


Библиографическая ссылка

Колчин И.С., Мирошниченко А.С., Кадеева О.Е., Сырицына В.Н. 3D-МОДЕЛИРОВАНИЕ КАК ИНСТРУМЕНТ ГЕЙМИФИКАЦИИ ПРОЦЕССА ИЗУЧЕНИЯ ДИСЦИПЛИН ЕСТЕСТВЕННОНАУЧНОГО ЦИКЛА // Современные проблемы науки и образования. – 2022. – № 6-1. ;
URL: https://science-education.ru/ru/article/view?id=32256 (дата обращения: 23.05.2024).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1,674