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
