STEM лаборатория “Дизайн и 3D прототипиране”

Какви уроци могат да научат учениците с помощта на 3D принтер и как да го използваме с учебна цел? 3D принтирането е една от новите теми, които се изследват от много образователни институции по света.

Ако и на вас ви предстои да провеждате занимания в STEM лаборатория “Дизайн и 3D прототипиране’’, продължавайте да четете! В тази статия ще ви дадем някои основни насоки за организирането на работата в лабораторията и идеи за проекти, които да осъществите с вашите ученици.

Цели на STEM проектите по дизайн и 3D прототипиране

Работата в STEM лабораторията “Дизайн и 3D прототипиране’’ включва занимания, свързани с получаването на базови познания и умения в областта на инженерния дизайн и 3D моделирането. 

  • Изграждане на базови ИТ умения и подготовка за предизвикателствата на 21-ви век  

3D дизайнът е процес на използване на софтуер за компютърно моделиране за създаване на обект в триизмерно пространство. Но 3D принтерът е отличен инструмент и за развиване на креативност, комуникация, сътрудничество и критично мислене. Най-добрият начин да научите учениците как да използват 3D принтери е да им възложите проблем, за който да измислят решение, да създадат модел и да го отпечатат 3D. Ученето в STEM лаборатория “Дизайн и 3D прототипиране” насърчава съвместната работа и сътрудничеството, като дава възможност за използване на индивидуалните силни страни на всеки от екипа.

  • Физическа форма на теоретичните концепции 

3D моделите могат да помогнат на учениците да разберат по-сложни и абстрактни идеи по-добре, тъй като им позволяват да се докоснат до действителен, осезаем обект. С помощта на 3D принтирането може да се визуализират също процеси като образуването на различните земни форми, които иначе се случват в мащаби, трудни за осмисляне.

  • Създаване с цел

3D принтирането е един от най-бързите начини за превръщането на идеите в реалност. Учениците се ангажират по-лесно, когато знаят, че създават проекти, които имат определена цел. Не е необходимо тази цел да е грандиозна – напротив, може да бъде нещо съвсем просто, например кутия за инструменти, калъф за телефони и държач за визитки. Уменията, които учениците придобиват от тези по-прости проекти, могат да бъдат основата за проекти от по-високо ниво, като например изработени по поръчка протези, съоръжения за предотвратяване на бедствия, изграждане на инфраструктура или дори пособия за изследване на космоса.

Всичко изброено подкрепя идеята, че изследвания учебен материал, изработените дизайни и прототипи не са безцелни, а обслужват конкретна реална нужда за решаване на реален проблем. Когато имат цел, учениците се самомотивират и често измислят нови идеи за проекти, без да бъдат подтиквани. По този начин те могат да създават 3D отпечатани проекти, които могат да бъдат от полза за училището или общността.

  • Запознаване със съвременните технологии и тестване на иновативни решения

Освен запознаване с устройството и принципа на работа на 3D принтерите, работата в лабораторията за “Дизайн и 3D прототипиране’’ включва използването на специфичен софтуер за създаване на дизайн на 3D модели, а понякога също кодиране и електроника. Използването на компютърни инструменти значително улеснява процеса на моделиране на сложни машини или сгради, но и на предмети, които използваме ежедневно. Иновацията тук може да е свързана с изпробване на нови възможности и проверка дали те решават даден проблем по по-добър начин. В тази връзка, 3D дизайнът и прототипирането дават възможност за бързо итериране на процеса на проектиране на прототип и тестване.

Учебни предмети 

Лабораторията за изследване за “Дизайн и 3D прототипиране’’ предлага условия за провеждане на експерименти по дисциплините: 

  • Математика;
  • Физика;
  • Биология;
  • Химия;
  • Информационни технологии;
  • Технологии и предприемачество.

Какво е нужно?

1. Пространство

В STEM лабораторията за “Дизайн и 3D прототипиране’’ трябва да предвидите работни места за дискусия и планиране, проектиране и принтиране, зони за тестове и демонстрации на прототипи. Освен това трябва да предвидите достатъчно място за съхранението на консумативите, необходими за работата на избрания модел 3D принтер, както и на вече отпечатаните артикули.

2. Оборудване

Първата стъпка към организирането на вашата лаборатория за дизайн и 3D прототипиране е изборът на правилното оборудване. Трябва да вземете предвид възрастта, знанията и възможностите на вашите ученици, както и възможностите на различните 3D принтери, предлагани на пазара, техните размери и цена. 3D Принтерите варират от големи производствени машини, които произвеждат части от метал, до експериментални принтери, които правят храна. Материалите за 3D печат са разделени на два основни класа – полимерна смола и пластмасова нишка. Принтерите, които използват нишки, работят слой по слой, докато принтерите, които работят със смола, имат лазер, който втвърдява различните части на обекта. Някои от най-популярните 3D принтери използват пластмаса, обикновено ABS или PLA; други печатат с течна пластмасова смола или различни видове метали.

3. Дигитални инструменти

3D принтерите обикновено не включват софтуер за 3D дизайн като част от пакета, а само софтуер за подготовка на 3D модели за процеса на 3D печат. Има много различни интересни и забавни безплатни програми, от които можете да се възползвате, за да проектирате свой собствен модел. Tinkercad, SketchUp Free и 3DSlash са отлични опции за начинаещи, които искат да научат 3D моделиране. И двете са лесни за употреба, имат много учебни ресурси, предлагат гъвкавост по отношение на файловите формати и са безплатни за използване. За по-напредналите потребители Blender и Fusion360 разполагат с доста изчерпателен каталог от инструменти за моделиране, напълно достатъчен за нуждите на училищна лаборатория за дизайн и 3D прототипиране. Множеството функционалности ги правят по-трудни за усвояване, но пък след овладяване на основите след това можете да постигнете почти всичко. Важно е да прецените дали безплатният софтуер за моделиране на 3D принтер е съвместим с вашето устройство – Mac, Linux, Windows, смартфон, таблет, Android, iOS. Ако търсите широко разпространена съвместимост, потърсете web-базиран софтуер.

Примерни големи въпроси за изследване

  • За какви професии на бъдещето дават подготовка уменията за работа със софтуер за 3D дизайн и с 3D принтери?
  • Могат ли да намерят приложение 3D принтираните артикули в реалния живот?
  • Можем ли с помощта на 3D дизайн и прототипиране да решим някои от водещите проблеми в общността?

Примерни теми за проекти:

  • Направете диспенсър за дезинфектант;
  • Принтирайте аудио плоча;
  • Създайте компоненти за робот;
  • Направете защитна Ковид маска;
  • Принтирайте защитен кейс за телефон;
  • Оборудваме кабинета по биология с 3D модели на различни органи или системи;
  • Разходете се с принтирани обувки;
  • Направете саксия за сукуленти;
  • Измислете дизайн за настолна игра и принтирайте необходимите елементи;
  • Споделете лакомства с автоматичен дозатор за шоколад;
  • Създайте 3D отпечатана литофанова лампа;
  • Управлявайте 3D принтиран хуманоиден робот от смартфон;
  • Проектирайте и 3D отпечатайте своя собствена тъкан;
  • Тествайте невъзможната илюзия със стрелка;
  • Създайте коледна украса за класната стая;
  • Прогнозирайте как биха изглеждали животните от Земята, ако са адаптирани към условията за живот на Марс;
  • Разрешете проблеми, създадени от природни бедствия;
  • Направете ултразвуков 3D скенер;
  • Проектирайте космически ровър;
  • Изпратете робот на мисия през лабиринт;
  • Създайте макети на подходящи мостове за определени локации.

За статията са използвани следните ресурси, които са допълнени с личния опит на автора:

Laboratory-Design – Национален STEM център (mon.bg)

https://www.makersempire.com/top-10-stem-3dprinting-education/

STEM, Coding, AI, ML, IoT and Robotics Projects by STEMpedia (thestempedia.com)

The Value of 3D Printing in STEM Education – 3D Insider

Top 10 STEM Designs for Your 3D Printer – S&S Blog (ssww.com)

8 3D Printers For Schools That Will Surely Blow Your Mind – Teaching Expertise

3D Printing STEM Activities for Kids (sciencebuddies.org)

How to Create your Own 3D Printing Lab – Step By Step – Pick 3D Printer

Best Free CAD Software for 3D Printing in 2023 (All Skill Levels) – 3DSourced

Още полезни статии:

Научна десетка за месеца
Научна грамотност

Научна десетка за месеца

В рамките на раздела отправяме предизвикателство към учениците да генерират научни въпроса по темата на раздела. Избираме ден, в който гласуваме за десетте най-добри въпроса.

Получите достъп до още повече ресурси и практични материали