Kā 3D drukāšanu var izmantot izglītībā?

Skolas atrod jaunus veidus, kā mācīt, izmantojot 3D printerus. Sākumskolas skolēni tagad var pētīt cilvēka ķermeņa drukātus modeļus, savukārt koledžas studenti veido inženiertehniskos prototipus. Skolotāji izgatavo mācību līdzekļus, kas palīdz izskaidrot sarežģītus jēdzienus, un skolēni mācās, radot fiziskus objektus, kurus viņi var turēt rokās un izpētīt. Darbs ar 3D printeriem palīdz skolēniem saglabāt interesi un attīstīt praktiskas iemaņas. Tā kā šie printeri kļūst arvien izplatītāki skolās, tie palīdz skolēniem labāk sasaistīt stundas klasē ar reālās pasaules pielietojumiem.

3D drukāšanas izglītojošie ieguvumi

Uzlabota izpratne par sarežģītām tēmām

Studenti iegūst praktiskas zināšanas, paši projektējot un radot objektus. Tā vietā, lai tikai lasītu par koncepcijām, viņi var pārbaudīt savas idejas un redzēt tūlītējus rezultātus. Kad students izdrukā zobratu sistēmu vai ģeometrisku formu, viņš mācās, izmantojot izmēģinājumu un kļūdu metodi, veicot korekcijas, līdz sasniedz vēlamo rezultātu.

Labāka atmiņas saglabāšana

Fiziskie modeļi ir noderīgi skolēniem, kuri labāk mācās, redzot un taustot. Skolēns, kuram ķīmijas stundā ir grūtības ar molekulārajām struktūrām, var aplūkot 3D drukātu modeli no visiem leņķiem. Sarežģīti matemātiski jēdzieni kļūst skaidrāki, kad skolēni tur rokās izdrukātas ģeometriskas formas. Šī praktiskā pieeja īpaši palīdz vizuālajiem un taustes iemaņām apguvējiem aptvert sarežģītas idejas.

Uzlabotas komandas darba un komunikācijas prasmes

3D drukāšanas projekti dabiski veicina komandas darbu un problēmu risināšanas spējas. Studenti strādā kopā, lai:

• Plānošanas un projektēšanas projekti
• Dalieties atbildībā un resursos
• Sniedziet atsauksmes par viens otra darbu
• Atrisiniet tehniskas problēmas
• Uzlabojiet dizainu, pamatojoties uz testa rezultātiem

Ar šo grupu aktivitāšu palīdzību skolēni attīsta vērtīgas komunikācijas, kritiskās domāšanas un projektu vadības prasmes. Kad druka neizdodas vai dizains ir jāuzlabo, komandas iemācās analizēt problēmas un kopīgi rast risinājumus.

Pielietojumi dažādos izglītības līmeņos

Pamatskolas un vidusskolas vajadzībām

Sākumskolas skolotāji izmanto 3D printeri mācīt fizikas pamatus, izmantojot vienkāršas mašīnas, piemēram, skriemeļus un sviras. Skolēni vēstures stundās izdrukā vēsturiskus artefaktus, piemēram, senus instrumentus vai arhitektūras elementus. Pamatskolas dabaszinībās drukātas šūnu struktūras un DNS modeļi padara bioloģijas stundas konkrētākas. Vidusskolas skolēni veido topogrāfiskās kartes ģeogrāfijas stundās un drukā molekulārās struktūras ķīmijas stundās.

Pieteikumi koledžām un universitātēm

Inženierzinātņu studenti saviem vecāko kursu projektiem ražo funkcionējošus prototipus, sākot no robotu detaļām līdz ilgtspējīgas enerģijas ierīcēm. Arhitektūras studenti drukā savu ēku projektu mēroga modeļus. Medicīnas studenti veido pielāgotus anatomiskos modeļus ķirurģiskajai praksei. Pētniecības laboratorijas izmanto 3D drukāšanu specializētam aprīkojumam un eksperimentālām ierīcēm, kas nav komerciāli pieejamas.

Karjeras apmācības programmas

Tehniskās skolas sagatavo studentus mūsdienīgiem ražošanas darbiem, mācot rūpnieciskās 3D drukāšanas prasmes. Studenti apgūst:

• Darbiniet dažāda veida rūpnieciskie printeri
• Izmantojiet profesionālu dizaina programmatūru
• Apkopt un remontēt drukas iekārtas
• Ievērojiet nozares kvalitātes standartus

Vietējie uzņēmumi sadarbojas ar šīm programmām, lai piedāvātu prakses vietas, kurās studenti strādā pie reāliem ražošanas projektiem. Šī tiešā pieredze palīdz studentiem pēc absolvēšanas vienmērīgi pāriet uz rūpniecisko darbu.

3D drukāšanas pielietojumi dažādās jomās

Zinātnes nodarbības

Fizikas studenti drukā viļņu modeļus, lai pētītu skaņas un gaismas uzvedību.Ķīmijas stundās tiek veidoti elektronu orbitāļu modeļi, lai tos saprastu atomu struktūraZemes zinātnēs skolēni veido vulkānu un tektonisko plātņu šķērsgriezumus. Vides zinātņu stundās lauka pētījumiem tiek drukātas savvaļas dzīvnieku izsekošanas ierīces un laika apstākļu novērošanas rīki.

Matemātikas un inženierzinātņu projekti

Studenti vizualizē matemātikas koncepcijas, izdrukājot sarežģītu funkciju 3D grafikus. Padziļināta ģeometrija kļūst skaidrāka ar izdrukātiem modeļiem, kas attēlo četrdimensiju formu šķērsgriezumus. Inženierzinātņu studenti pārbauda konstrukcijas integritāti, izdrukājot un veicot tiltu konstrukciju sprieguma pārbaudes. Datorzinātņu nodarbībās programmēšana tiek apvienota ar 3D drukāšanu, lai izveidotu automatizētas sistēmas un robotus.

Mākslas un dizaina nodarbības

Mākslas studenti apvieno tradicionālās tehnikas ar 3D drukāšanu, lai radītu unikālas skulptūras. Modes dizaina nodarbībās tiek drukāti pielāgoti aksesuāri un eksperimentālas tekstila struktūras. Arhitektūras studenti pēta jaunas formas, izmantojot drukātus modeļus ar sarežģītām ģeometrijām. Digitālās mākslas kursi māca studentiem:

• Izveidojiet ģeneratīvo mākslu, izmantojot kodu un 3D drukāšanu
• Dizains interaktīvas instalācijas
• Radīt kinētiskas skulptūras
• Eksperimentējiet ar jauniem materiāliem un tekstūrām

Šie projekti palīdz studentiem izprast saikni starp digitālo dizainu un fizisko radīšanu, vienlaikus attīstot savu māksliniecisko redzējumu.

3D drukāšanas ieviešanas rokasgrāmata skolām

Nepieciešamais aprīkojums un telpas prasības

Budžets 2–3 personām iesācējiem piemēroti printeri (piemēram, QIDI Q1 Pro vai Max3) pamata nodarbībām un 1-2 profesionāli modeļi (QIDI Plus4) padziļinātiem projektiem. Atvēliet 40-50㎡ lielu telpu ar:

• 4 ventilācijas ventilatori (katrs vismaz 200 CFM)
• Ugunsdroši uzglabāšanas skapji materiāli
• 6–8 datoru darbstacijas ar 3D modelēšanas programmatūra
• Atsevišķas zonas drukāšanai, pēcapstrādei un projektu glabāšanai
• Avārijas duša un acu skalošanas stacija

Mācību programmas plānošana soli pa solim

Sāciet ar šiem pārbaudītajiem iesācēju projektiem:

• 1.–2. nedēļaVienkāršas ģeometriskas formas (drukāšanas laiks 2–3 stundas)
• 3.–4. nedēļaPamata mehāniskās detaļas (4–5 stundu drukāšanas laiks)
• 5.–6. nedēļaDaudzdaļīgas montāžas (kopā 6–8 stundas)
• 7.–8. nedēļaIndividuāli dizaina projekti (kopā 10–12 stundas)

Sekojiet līdzi studentu progresam, izmantojot standartizētas rubrikas, kas mēra dizaina prasmes, tehnisko izpratni un projektu pabeigšanu.

Strukturēta skolotāju attīstības programma

Ieviest trīsfāžu apmācības sistēmu:

Pamatapmācība (16 stundas)

• Printera darbība un apkope
• Programmatūras pamati (Tinkercad, Fusion 360)
• Drošības protokoli
• Pamata problēmu novēršana

Padziļināta darbnīca (24 stundas)

• Sarežģīts modeļa dizains
• Daudzmateriālu drukāšana
• Uzlabotas programmatūras funkcijas
• Projektu vadība

Pastāvīgs atbalsts

• Ikmēneša prasmju apmaiņas sesijas
• Tiešsaistes forums ātrai problēmu risināšanai
• Ceturkšņa padziļināto tehniku ​​semināri
• Sadarbība ar vietējiem 3D drukas uzņēmumiem tehniskā atbalsta sniegšanai

Skolas 3D drukāšanas programmas panākumi ir atkarīgi no pastāvīgas iekārtu apkopes un regulāras mācību materiālu atjaunināšanas. Skolām katru semestri jāpārskata un jāpielāgo savas ieviešanas stratēģijas, pamatojoties uz skolotāju atsauksmēm un skolēnu snieguma datiem.

3D drukāšanas izaicinājumi izglītībā

3D drukāšanas ieviešana skolās rada dažādus izaicinājumus, kas prasa rūpīgu plānošanu un radošus risinājumus. Skolām šie izaicinājumi ir jārisina sistemātiski, lai nodrošinātu veiksmīgu 3D drukāšanas tehnoloģijas integrāciju savās izglītības programmās.

Finansiālas problēmas

• Ierobežots finansējums vairākiem printeriem dažādās klasēs
• Pastāvīgas materiālu izmaksas dažādos priekšmetos
• Tehniskā atbalsta personāla algu prasības
• Programmatūras licences maksa par visām nodarbībām
• Iekārtu apkopes un nomaiņas izmaksas

Praktiski mācīšanas izaicinājumi

• Ilgs drukāšanas laiks ir pretrunā ar nodarbību grafikiem
• Ierobežota piekļuve printerim lielām klasēm
• Neizdevušās izdrukas izjauc stundu plānus
• Dažādi mācīšanās līknes studentu vidū
• Studentu projektu glabāšanas vieta
• Laika pārvaldība starp dizaina un drukāšanas fāzēm

Mācību programmas integrācijas problēmas

• 3D drukāšanas projektu saskaņošana ar standarta mācību programmām
• Godīgu vērtēšanas standartu izveide visos mācību priekšmetos
• Nodarbību atbilstība straujo tehnoloģiju pārmaiņu laikā
• Saglabājot nemainīgu kvalitāti dažādās klasēs
• Jauno skolotāju apmācība aprīkojuma lietošanā
• Rezerves plānu izstrāde tehnisku kļūmju gadījumā

Risinājumi un stratēģijas

• Koplietojiet printerus starp nodaļām pēc grafika
• Sadarbojieties ar vietējiem uzņēmumiem materiālās sponsorēšanas jomā
• Apmācīt atlasītos skolotājus par tehniskajiem koordinatoriem
• Izmantojiet bezmaksas izglītības programmatūras versijas
• Plānojiet sarežģītas izdrukas ārpus nodarbību laika
• Izveidojiet studentu grupas efektīvai printera lietošanai
• Regulāri rīkot mācību programmas pārskatīšanas sanāksmes
• Izstrādājiet skaidras projekta vadlīnijas un kritērijus

Regulāra šo izaicinājumu novērtēšana un risinājumu pielāgošana palīdzēs skolām uzturēt efektīvu 3D drukāšanas programmu. Panākumu atslēga ir elastīgas sistēmas izveide, kas var pielāgoties gan tehniskajiem sasniegumiem, gan mainīgajām izglītības vajadzībām.

Liec 3D drukāšanai darboties savā skolā!

3D drukāšana sniedz lieliskas mācību iespējas skolēniem visos mācību priekšmetos un klašu līmeņos. Lai gan skolas drukāšanas programmas izveide prasa rūpīgu plānošanu un resursus, izglītojošie ieguvumi ir ievērojami. Skolēni iegūst dziļāku izpratni, praktiski mācoties, attīsta tehniskās prasmes un labāk sagatavojas turpmākajai karjerai. Skolas, kas pārdomāti īsteno 3D drukāšanas programmas, palīdz saviem skolēniem savienot klasē apgūtās koncepcijas ar reālās pasaules pielietojumiem.