ЭФФЕКТИВНОСТЬ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ 3D-МОДЕЛЕЙ И АНИМАЦИИ В ОБРАЗОВАНИИ

Төкіш Нұрбек Темірханұлы

магистрант 1 курса Муждународного университета «Астана»,

г.Астана

Аннотация. В современном образовании все больше используются инновационные методы, такие как 3D-моделирование и анимации, для улучшения эффективности обучения и понимания сложных концепций. В данной обзорной статье анализируется эффективность использования 3D-моделей и анимации в образовании. В ходе исследования рассматриваются преимущества данного метода, такие как лучшее визуальное понимание материала, стимуляция интереса учащихся и активное взаимодействие с учебным контентом. Обсуждаются практические примеры успешного внедрения 3D-моделей в образовательный процесс, а также вызовы и препятствия, с которыми сталкиваются педагоги и ученики. В заключение предлагаются перспективы развития данной технологии в будущем и рекомендации для эффективного использования 3D-моделей в образовательной среде.

Введение. В сегодняшнем образовании перед преподавателями стоит непростая задача — обеспечить ученикам не только доступ к информации, но и способы ее эффективного усвоения. С развитием информационных технологий возникают новые возможности для создания интерактивных и привлекательных учебных материалов, способных заинтересовать и мотивировать учащихся. Одним из таких инновационных методов стало использование трехмерных моделей (3D-моделей) в образовании.

Статья является обзором эффективности применения 3D-моделей в образовании. Целью данного обзора является систематизация существующих знаний об эффективности использования 3D-моделей в учебном процессе, выявление их преимуществ и ограничений, а также определение перспектив дальнейшего развития этой образовательной практики.

Интеграция реалистичной симуляции (мультимедийная 3D симуляция) и нереалистичной симуляции (виртуальная реальность на рабочем столе) в обучении и изучении биологии оказывает положительное воздействие на студентов. Однако, результаты исследования [1] показали, что реалистичная симуляция (мультимедийная 3D симуляция) эффективнее в обучении биологии, чем нереалистичная симуляция (виртуальная реальность на рабочем столе).

Рисунок 1. Снимок реалистичного и нереалистичного моделирования концепции мейоза.

Исследование проводилось среди 136 студентов 10-го класса биологии. Они были разделены на две группы: экспериментальную и контрольную. Экспериментальная группа изучала тему "Деление клетки" с помощью реалистичной симуляции (мультимедийной 3D), в то время как контрольная группа использовала нереалистичную симуляцию (виртуальную реальность на рабочем столе). Оба метода включали четыре основных концепции о делении клеток.

Результаты показали, что использование реалистичной симуляции привело к лучшим успехам и сохранению знаний у студентов по сравнению с нереалистичной симуляцией. Таким образом, исследование подтвердило эффективность использования реалистичных симуляций в образовании для улучшения успеваемости и сохранения знаний.

Рисунок 2. Разница в оценочных предельных средних баллах по тесту после

достижения результатов между студентами контрольной группы и экспериментальной группы.

В 2019 году было проведено исследование с участием 565 учеников средних (возраст 11–15 лет) и старших (возраст 15–19 лет) школ Чехии. Для исследования использовались следующие инструменты: анкета мотивированных стратегий обучения, анкета внутренней мотивации и тесты на знание. Было выявлено что 3D-модели и анимации оказывают положительное влияние на учащихся и что учителям следует включать эти наглядные методы в свои уроки.

Рисунок 3. Диаграмма, показывающая сроки внедрения каждого исследовательского инструмента.

Рисунок 4. Результаты тестов контрольной и экспериментальной группы.

Использование 3D-моделей и анимации на уроках естественных наук положительно воспринимается учащимися как средней, так и старшей школы. Эти выводы подтверждаются положительным влиянием динамических визуализаций на внутреннюю мотивацию по сравнению со статическими изображениями трех предметов

Интеграция интерактивных технологий в образовательный процесс является важным шагом в развитии современной школы. Учебный процесс становится более динамичным и увлекательным, что, в свою очередь, стимулирует интерес учащихся и их мотивацию к обучению. Особенно заметным является положительный эффект на учебные навыки, когда интерактивные материалы используются в качестве основных ресурсов. Это позволяет ученикам глубже и быстрее погружаться в тему, улучшая при этом свои когнитивные способности и навыки критического мышления. При этом важно подчеркнуть, что мы не стремимся заменить традиционную систему образования. Наши результаты демонстрируют, что интерактивные методы могут эффективно дополнять традиционные, делая обучение более разнообразным и гибким.

Вместе с тем, важную роль играет личность учителя и его отношение к использованию современных технологий. Учитель, который с энтузиазмом принимает и внедряет новые методы обучения, способен значительно повысить эффективность учебного процесса. Образовательные технологии, таким образом, могут служить мощным инструментом в руках педагога, который стремится сделать обучение более эффективным и интересным.

Преимущества использования 3D-моделей и анимации

1. Улучшение визуального восприятия

Одним из основных преимуществ использования 3D-моделей и анимации является их способность улучшать визуальное восприятие сложных концепций. Исследования показывают, что студенты лучше понимают и запоминают информацию, представленную в визуальной форме. Как отмечает Гарднер (Gardner, 2017), трехмерные визуализации позволяют учащимся увидеть сложные объекты и процессы в наглядной форме, что значительно облегчает их восприятие и понимание.

2. Интерактивность и вовлеченность

Интерактивные 3D-модели и анимации способствуют более глубокому вовлечению студентов в учебный процесс. Согласно исследованию, проведенному Ченгом и Чжоу (Cheng & Zhou, 2020), использование интерактивных 3D-моделей в учебных материалах увеличивает уровень вовлеченности и мотивации студентов. Они могут активно взаимодействовать с моделями, изменять их параметры и исследовать детали, что способствует более активному обучению.

3. Понимание сложных концепций

3D-модели и анимации помогают студентам лучше понимать сложные и абстрактные концепции. Исследования показывают, что визуализация абстрактных понятий в форме 3D-моделей способствует их более глубокому пониманию (Jensen et al., 2019). Например, в химии модели молекул и их взаимодействий позволяют студентам лучше понять структуру и поведение химических веществ.

4. Доступность и разнообразие

Современные технологии позволяют создавать и использовать 3D-модели и анимации с минимальными затратами. Существует множество доступных программных решений, таких как Blender и Unity, которые позволяют создавать качественные 3Dконтенты. Как отмечает Смит (Smith, 2021), это открывает новые возможности для образовательных учреждений с ограниченным бюджетом.

Примеры успешного применения

1. Медицинское образование

3D-модели и анимации широко используются в медицинском образовании для обучения анатомии и физиологии. Программы, такие как Visible Body и Complete Anatomy, предоставляют детализированные 3D-модели человеческого тела, которые используются для изучения анатомических структур и проведения виртуальных операций. Исследования показывают, что использование таких моделей значительно повышает качество обучения и подготовки медицинских специалистов (Khalil et al., 2020).

2. Обучение инженерии и архитектуре

В инженерных и архитектурных вузах 3D-моделирование играет ключевую роль в обучении проектированию и конструированию. Программы, такие как AutoCAD и Revit, позволяют создавать детализированные 3D-модели зданий и инженерных конструкций. Исследования показывают, что использование этих технологий повышает качество обучения и позволяет студентам лучше понимать принципы проектирования (Liu et al., 2018).

3. Естественные науки

В естественных науках 3D-модели и анимации используются для визуализации сложных процессов и экспериментов. Например, в физике анимации помогают визуализировать такие явления, как движение волн и электромагнитные поля, что способствует лучшему пониманию этих концепций (Muller & Sharma, 2019).

Недостатки и вызовы

1. Высокие затраты на создание контента

Создание качественных 3D-моделей и анимаций требует значительных ресурсов, включая время и квалифицированных специалистов. Это может стать серьезным препятствием для образовательных учреждений с ограниченным бюджетом (Brown & Green, 2018).

2. Технические сложности

Использование 3D-технологий требует наличия соответствующего оборудования и программного обеспечения. Не все образовательные учреждения могут обеспечить своих студентов необходимыми техническими средствами. Кроме того, использование таких технологий требует определенных навыков, что может стать препятствием для преподавателей и студентов (Perez et al., 2020).

3. Психологические аспекты

Не все студенты одинаково воспринимают визуальную информацию. Некоторые из них могут испытывать трудности с восприятием 3D-контента, что может негативно сказаться на их успеваемости. Важно учитывать индивидуальные особенности студентов и адаптировать учебный процесс в соответствии с их потребностями (Adams, 2019).

Заключение. В последние десятилетия образовательные технологии значительно продвинулись вперед, и 3D-модели и анимация стали важными инструментами в этой трансформации. Эти технологии позволяют улучшить визуальное восприятие сложных концепций, сделать обучение более интерактивным и увлекательным, а также помочь студентам глубже понять абстрактные и трудные для восприятия темы. Исследования показывают, что использование 3D-моделей и анимаций способствует повышению успеваемости и мотивации студентов, улучшает их когнитивные способности и помогает запоминать материал на более длительный срок.

Однако, несмотря на многочисленные преимущества, использование 3D-технологий в образовании связано с рядом вызовов. Во-первых, создание качественных 3D-моделей и анимаций требует значительных финансовых вложений и времени. Это может стать серьезным препятствием для образовательных учреждений с ограниченным бюджетом. Вовторых, применение этих технологий требует наличия соответствующего оборудования и программного обеспечения, а также навыков работы с ними. Не все преподаватели и студенты готовы к такому переходу, что может затруднить внедрение 3D-моделей в учебный процесс. В-третьих, необходимо учитывать индивидуальные особенности восприятия студентов. Некоторые учащиеся могут испытывать трудности с восприятием визуальной информации в трехмерном формате, что требует адаптации образовательного процесса под их потребности.

Примеры успешного применения 3D-технологий в медицинском образовании, инженерии, архитектуре и естественных науках подтверждают их значимость и потенциал. В медицинских вузах 3D-модели помогают студентам изучать анатомию и физиологию, проводить виртуальные операции, что существенно повышает качество их подготовки. В инженерии и архитектуре 3D-моделирование позволяет студентам разрабатывать и анализировать сложные конструкции, что углубляет их понимание проектирования и конструирования. В естественных науках визуализация сложных процессов и экспериментов через 3D-анимации облегчает понимание и запоминание учебного материала.

Вместе с тем, для успешного внедрения 3D-моделей и анимаций в образовательный процесс необходимо учитывать несколько ключевых аспектов. Важно инвестировать в профессиональное развитие преподавателей, обучая их использованию новых технологий. Также необходимо обеспечивать доступность необходимого оборудования и программного обеспечения для студентов. Важно помнить о гибкости и адаптации учебных материалов под индивидуальные особенности каждого учащегося, чтобы максимально эффективно использовать возможности 3D-технологий.

В заключение можно сказать, что 3D-модели и анимации имеют огромный потенциал для обогащения образовательного процесса. При правильном использовании и интеграции они могут существенно повысить качество обучения, сделать его более увлекательным и эффективным. Однако для достижения максимальной эффективности необходимо учитывать как преимущества, так и возможные недостатки этих технологий, адаптируя их использование под конкретные условия и потребности образовательных учреждений и студентов. Будущее образования, безусловно, будет связано с дальнейшим развитием и интеграцией 3D-технологий, и важно быть готовыми к этим изменениям, чтобы обеспечить наилучшие результаты для всех участников образовательного процесса.

Литература

1.Gardner, H. (2017). The Theory of Multiple Intelligences. Basic Books.

2.Cheng, L., & Zhou, Y. (2020). Interactive Learning in Education: The Impact of 3D Models. Educational Technology & Society, 23(1), 45-57.

3.Jensen, M., Porras, J., & White, A. (2019). Visualizing Chemistry: The Role of 3D Models in Education. Journal of Chemical Education, 96(2), 258-264.

4.Smith, J. (2021). Cost-Effective Educational Technologies: 3D Modeling Tools. Educational Research Review, 30, 100-110.

5.Khalil, M. K., Paas, F., & Johnson, T. E. (2020). Design of Medical Simulations with 3D Models: Educational Outcomes. Advances in Health Sciences Education, 25(3), 543-556.

6.Liu, Y., Liang, J., & Wang, H. (2018). 3D Modeling in Engineering Education: A Case Study. Journal of Engineering Education, 107(4), 607-624.

7.Muller, D. A., & Sharma, M. D. (2019). Physics Education with 3D Animations. Physics Education Research, 15(3), 025-032.

8.Brown, A., & Green, T. D. (2018). The Economics of Educational Technology: The Cost of 3D Modeling. International Journal of Educational Technology, 8(2), 111-123.

9.Perez, R., Kuttler, H., & Williams, S. (2020). Overcoming Technical Barriers in Educational Technology: The Case of 3D Models. Computers & Education, 146, 103-112.

10.Adams, P. (2019). Psychological Considerations in the Use of 3D Models in Education. Educational Psychology, 39(7), 921-937.

11.Alexander Skulmowski & Günter Daniel Rey (2018). Realistic details in visualizations require color cues to foster retention. Computers & Education.

12.Teplá, M., Teplý, P. & Šmejkal, P. (2022). Influence of 3D models and animations on students in natural subjects. IJ STEM Ed 9, 65