Využití 3D tisku ve výuce
Rozhovor s Mgr. Kamilem Malinkou, Ph.D. a Ing. Zdeňkem Hodisem, Ph.D. o 3D tisku a 3D modelech
3D tisk ve výuce matematiky a fyziky
Využití 3D tisku ve výuce nabírá na popularitě – a není divu. Umožňuje žákům lépe porozumět složitým strukturám a procesům díky hmatatelným modelům. Jak může 3D tisk obohatit výuku matematiky a fyziky? Nejen na to jsme se zeptaly Mgr. Leni Lvovské, Ph.D. (matematika) a Mgr. Tomáše Miléře, Ph.D., Mgr. Lukáše Pawery, Ph.D. a doc. Mgr. Pavla Peciny, Ph.D. (fyzika).
3D tisk ve výuce matematiky
Rozhovor s Mgr. Leni Lvovskou, Ph.D.
„Nejlepší motivací k používání 3D modelů učiteli v matematice je vždy samotný model.“
Mgr. Leni Lvovská, Ph.D.
Jaká byla Vaše role/úloha v projektu „3D tisk a jeho uplatnění na základních a středních školách“?
Já osobně jsem přispívala do matematiky a vytvářela jsem návrh čtyř lekcí. Kromě toho jsem navíc byla v kontaktu se středoškolskými učiteli. Měla jsem na starosti gymnázium v Třebíči, kam jsem jezdila. Na začátku jsem s učiteli vedla rozhovory o tom, jaké oni mají očekávání od lekcí – aby potřeby vzešly ze strany středních škol a abychom jim nevnucovali něco, co bychom si představovali my na univerzitě. Později jsem tam jezdila s balíčky lekcí, které učitelé ověřovali a následně jsem opět díky rozhovorům sbírala zpětnou vazbu. Podle učitelských podnětů se některé lekce nakonec upravovaly.
V čem vidíte největší potenciál využití 3D modelů v matematice?
Nejvíce bych vyzdvihla práci s prostorem – všechny úlohy, které se týkají stereometrie – od těles a zpracování řezů na tělesech až po nějaké složitější úlohy (průniky těles). Právě proto se těchto témat hodně týkaly i vlastní lekce.
Máte tipy na zařazení 3D modelů do výuky konkrétních témat?
Já učím jak na Pedagogické fakultě MU, tak i na střední škole (na kombinovaném waldorfském lyceu), kde lekce s 3D modely používám, takže vám můžu říct příklady přímo z praxe. V první lekci je navržena „stavebnice“, kdy se kombinují dřevěné špejle a z 3D tiskárny vytvořené spojnice těchto špejlí pod různými úhly, které jsou připravené tak, aby z toho šla sestavit platónská tělesa (všech 5). Tohle konkrétně používám, když začínám práci s těmito tělesy. Než se pustíme do důkazů (kolik je tam stěn, kolik vrcholů, jaké jsou zde úhly), tak nejdřív nechávám studenty, aby si tělesa sami sestavili. Netřídím jim to, takže oni sami objevují, které spojnice patří ke kterému mnohostěnu. Dále například používám 3D model krychle ve stereometrii, když děláme řezy na krychli. Tím, že je model krychle v lekci vytvořený jako hranový model (není to těleso s plnými stěnami), tak si tam žáci mohou vkládat řezy – vystřihovat je z papíru či je lekce připravená i tak, aby se řezy daly tisknout na 3D tiskárně. Tolik času na to ale bohužel nemám, takže my je vystříháme z papíru a používáme pouze 3D model krychle, ale jinak by se s tím dalo jít určitě ještě dál.
Jak byste namotivovala učitele k používání 3D modelů v matematice?
Určitě bych jim to ukázala, protože tohle mi vždy fungovalo (když jsem přijela do Třebíče na gymnázium a měla jsem nějaký model s sebou) – jednoduše to učitelům přímo ukázat, moc kolem toho nemluvit. Například když jsem dovezla prostorovou mapu od kolegyně do zeměpisu nebo i pomůcky do jiných předmětů (nejenom do matematiky), tak pokaždé nejlépe fungovalo, když učitel viděl přímo ten konkrétní 3D model. Často sám hned přicházel s tím, jak by se dal ještě použít. Takže nejlepší motivací je vždy ten samotný model.
Moc děkujeme za rozhovor.
3D tisk ve výuce fyziky
Rozhovor s Mgr. Tomáše Miléřem, Ph.D., Mgr. Lukášem Pawerou, Ph.D. a doc. Mgr. Pavlem Pecinou, Ph.D.
Jaké jsou Vaše zkušenosti s 3D tiskem?
Na KFChO (Katedře fyziky, chemie a odborného vzdělávání) máme zkušenosti s návrhem a výrobou učebních pomůcek pro fyziku pomocí 3D tiskáren. Při návrhu využíváme software SolidWorks, SketchUp. Dále máme zkušenosti s vedením závěrečných prací zaměřených na využití 3D tisku ve výuce.
V čem vidíte největší potenciál využití 3D modelů ve fyzice?
Potenciál spočívá zejména v názornosti a lepším pochopení abstraktních fyzikálních jevů prostřednictvím materiálních modelů, ať už statických (model molekuly) nebo dynamických (model spalovacího motoru). Výrobky z 3D tiskárny však nemusejí sloužit jen jako fyzikální modely, ale vyrábět můžeme také předměty pro praktické použití (např. stojan na zkumavky).
Doporučujeme zapojit žáky do procesu návrhu a výroby učebních pomůcek, protože tím podpoříme jejich kreativitu a motivaci. Využití 3D tisku ve výuce propojuje teorii s praxí a uplatňuje mezipředmětové vztahy. Při výuce fyziky tak žáci získávají nejen přírodovědnou, ale i technickou a digitální gramotnost.
Pomocí 3D tisku mohou žáci realizovat své individuální nebo skupinové projekty. Žáci mohou také badatelsky zkoumat mechanické a tepelné vlastnosti plastu (ABS filament), který se pro 3D tisk používá, např. lze měřit pevnost vlákna v tahu; mohou také navrhovat různé konstrukce tak, aby co nejlépe odolávaly zatížení.
Další možností je výroba různých krabiček, např. pro uskladnění permanentních magnetů, pro umístění elektronických obvodů a různých mechanických konstrukcí. Tisknout lze krabičky pro problémovou metodu „černé schránky“ (black box), která spočívá v tom, že žák má určit, co je uvnitř, aniž by směl krabičku otevřít. Černá schránka může ukrývat elektronické součástky zapojené k vnějším svorkám, přičemž žák mění veličiny na vstupu a měří veličiny výstupní. Černá schránka může také obsahovat kuličku a různé přepážky, žák má pak za úkol na základě poslechu nakreslit uspořádání přepážek. Žáci mohou černé schránky sami navrhovat.
Máte tipy na zařazení 3D modelů do výuky konkrétních témat?
Mechanika: výroba kladkostroje, kuličkové dráhy nebo modelů pro výuku pohybových zákonů, sekundové kyvadlo, ozubené převody.
Optika: stojánky na zrcátka a čočky, pomůcky k demonstraci fyzikálních principů spojených s vlastnostmi světla.
Akustika: pasivní zesilovače zvuku, hudební nástroje.
Hydrostatika: spojené nádoby, nádoba s výtoky v různých výškách (demonstrace hydrostatického tlaku).
Astronomie: model Sluneční soustavy, sluneční hodiny.
Jak byste namotivovali učitele k používání 3D modelů ve fyzice?
Fyzika dlouhodobě patří mezi méně oblíbené předměty, proto by učitelé měli hledat způsoby, jak žákům fyziku zatraktivnit. Fyzika by se měla učit na základě vlastní zkušenosti žáků s fyzikálními jevy, tzn. prostřednictvím reálných experimentů. Pokusy se však nedají dělat bez pomůcek a v České republice je ve vybavenosti škol velký nepoměr. Pomocí 3D tisku si učitelé mohou poměrně levně vyrobit vhodné učební pomůcky v dostatečném množství, aby s nimi mohli provádět pokusy všichni žáci najednou. Není nutné, aby učitel každou pomůcku sám vymýšlel od nuly, protože existují online databáze 3D výrobků. Zkušenosti jsou takové, že 3D tisk žáky baví, a pokud je zapojíme do návrhu a výroby pomůcek, mnohé začne bavit i fyzika.
Děkujeme moc za Váš čas.
„3D tisk žáky baví, a pokud je zapojíme do návrhu a výroby pomůcek, mnohé začne bavit i fyzika.“
Mgr. Tomáš Miléř, Ph.D., Mgr. Lukáš Pawera, Ph.D. a doc. Mgr. Pavel Pecina, Ph.D.
