3D-принтер в образовании: печатаем орнаменты, скворечники и школы

17 марта 2021 г.

3D-печать стала прорывом во многих производственных процессах: благодаря ей можно визуализировать различные объекты, а также ускорить выпуск продукции. Эта технология не обошла стороной и сферу образования: теперь ученики могут принимать участие в защите окружающей среды, создавая устройства на солнечных батареях, видеть и трогать что-то очень редкое и даже учиться в школе, напечатанной на 3D-принтере.

Прочное здание с солнечными батареями и резервуарами для сбора дождевой воды, которое возможно построить за три недели с помощью 3D-принтера, – звучит как фантастический рассказ. Тем не менее это не экологический дом будущего, а проект школы, строительство которой начнется уже через несколько месяцев.

Летом 2021 года на острове Мадагаскар некоммерческая организация Thinking Huts и ее партнеры намерены начать строительство первой в мире школы, созданной с помощью 3D-принтера. Главная цель проекта – решить проблему нехватки образовательной инфраструктуры, которая приводит к недоступности образования во многих странах, где не хватает квалифицированной рабочей силы и ресурсов для строительства. По словам представителей Thinking Huts, строительство таких школ позволит расширить доступ к образованию, что особенно важно после пандемии COVID-19, когда дети и подростки массово вернутся в школы. Внешне здание напоминает улей, состоящий из блоков, что позволяет при необходимости расширять конструкцию. «Такие блоки ценны тем, что мы можем бесконечно достраивать их к кампусу», – рассказывает Амир Мортазави, основатель Studio Mortazavi, архитектурного бюро и партнера Thinking Huts. «Поскольку диаметр печати на 3D-принтере ограничен в размерах, добавление блоков – самый эффективный и гибкий способ строительства». Вместе с тем процесс строительства, связанный с 3D-печатью, намного экологичнее традиционного строительства: специалисты Thinking Huts утверждают, что в зданиях, напечатанных на 3D-принтере, используется меньше бетона и при строительстве выделяется меньше углекислого газа. 3D-печать будет применяться для строительства стен, а двери, крыши и окна будут сделаны из местных материалов.

Простота и экологичность 3D-печати открывает широкие возможности для использования этой технологии в образовании. В октябре 2018 года Центр поддержки и развития точных наук Айдахо запустил конкурс, в рамках которого команды школьников с помощью цифрового производства и 3D-печати разработали продукт, направленный на решение проблем использования природных ресурсов штата. Предварительно Центр обучил кураторов команд – педагогов из 19 школ и библиотек штата. Финальным этапом конкурса стала выставка FabSLAM, где участники представили свои изобретения. По итогам выставки первое место заняла команда, использовавшая 3D-принтер для создания датчика движения на солнечных батареях, предназначенного для того, чтобы не пускать оленей и лосей на поля. Ученики создали сайт, где отмечали стадии разработки датчика ‒ начиная от обсуждения идеи и создания пробной модели из картона до презентации готового продукта. Всего у них на это ушло 18 недель. Второе и третье место в конкурсе заняли разработки набора инструментов пожарных и скворечника на солнечных батареях с системой регулирования температуры.

3D-принтер может использоваться и для помощи самим детям: так, разработка компании Yahoo Japan «Sawareru Kensaku», что в переводе с японского означает «поиск, которого можно коснуться», предназначена для использования слепыми и слабовидящими детьми в школах. Продукт представляет собой 3D-принтер, печатающий модели различных объектов на основании голосового поиска. Устройство призвано расширить представление детей с ограниченными возможностями об окружающем мире, в первую очередь о тех объектах, которые редко можно потрогать руками. Использовать устройство очень легко: на его корпусе расположено всего две кнопки – для активации голосового поиска и запуска процесса печати. Готовая модель желаемого объекта выходит из окошка ниже.

Разумеется, внедрение 3D-технологий может не только улучшать условия образования, но и расширять его содержание, развивая в детях творческие навыки и даже критическое мышление. Об этом свидетельствует исследование Университета Маккуори (Сидней, Австралия). В исследовании, в котором приняли участие 27 учителей и более 500 обучающихся, на занятиях с использованием 3D-принтера наблюдалась почти стопроцентная вовлеченность учеников, а 94% признались, что хотели бы продолжить использовать 3D-печать вне занятий. Также на 71% уроков, проведенных в ходе исследования, отмечен рост креативности учеников, на 64% уроков – рост проектного мышления, на 58% уроков – рост критического мышления.

Частные случаи использования 3D-принтера также показывают положительное влияние такой практики на процесс обучения. Одна из школ Петербурга поделилась опытом использования 3D-принтера. Устройство ученики и учителя собирали сами: «Это было познавательно: сборка была нелегким испытанием, но мы узнали о 3D-печати и принтерах столько, что дальше было уже вообще не страшно». В процессе использования устройства наметились два вектора применения 3D-печати: внеучебная проектная деятельность и учебная, когда 3D-принтер используется в качестве прикладного инструмента при освоении материала. Учителя отмечают, что это значительно повышает интерес и мотивацию детей, а также оживляет уроки. Например, тема по изучению орнаментов на уроках технологии, помимо поиска информации и подготовки докладов, теперь включает рисование в векторном редакторе, программирование и печать орнамента на 3D-принтере. Более того, в школе открыты к сотрудничеству с другими образовательными учреждениями ‒ от обсуждения возможных идей и проектов до обмена устройствами. «Как же нам нравится идея открытости и сотрудничества между школами, да и не только школами. Вместе можно делать намного больше».

Возможно, именно в открытости и сотрудничестве кроется секрет успеха рассмотренных проектов. К сожалению, на данный момент 3D-принтеры –достаточно дорогая техника, которую не все школы могут себе позволить, однако есть возможность сотрудничества с производителями или другими школами, у которых уже имеется такое оборудование. В конце концов цель у всех одна ‒ расширить доступ к образованию и одновременно улучшить его качество. Принимая во внимание наметившиеся тенденции, можно говорить о том, что в будущем нас ждет еще больше креативных и эффективных способов применения устройств 3D-печати в школах.