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 zeměpisu, biologie a geologie
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 zeměpisu, biologie a geologie? Nejen na to jsme se zeptaly Mgr. Bc. Dariny Mísařové, Ph.D. a s Mgr. Libuší Vodové, Ph.D.
3D tisk ve výuce zeměpisu
Rozhovor s Mgr. Bc. Darinou Mísařovou, Ph.D.
Jaká byla Vaše role/úloha v projektu „3D tisk a jeho uplatnění na základních a středních školách“?
V projektu jsem pracovala za Katedru geografie PdF na modelech a lekcích týkající se oboru geografie, které jsou dostupné na webu BE3D Academy. Dále jsem se spolupodílela jako autorka na publikaci Integrace technologie 3D tisku do výuky na základních a středních školách.
V rámci projektu jsem úžeji spolupracovala se ZŠ Kamínky v Brně, což byli jedni z našich aplikačních garantů. Zde jsem opakovaně vyzpovídala ředitele školy, ICT koordinátora a učitele, kteří byli do projektu zapojeni, ověřovali metodiku a testovali se žáky naše lekce 3D tisku. Samozřejmě jsem se v průběhu projektu spolupodílela na uspořádávání workshopů pro učitele i pro žáky a účastnila jsem se řady konferencí, kde jsme prezentovali výstupy projektu. Opakovaně jsem prezentovala výstupy projektu také na univerzitní akci „Business Research Forum Masarykovy univerzity“. Fáze popularizace výstupů projektu trvá dodnes.
V čem vidíte největší potenciál využití 3D modelů v zeměpise?
Stejně jako i v jiných oborech je obecným přínosem použití modelů ve výuce především podpora názornosti u žáků. Pro učitelevidím přínos v tom, že pokud mají 3D tiskárnu k dispozici, mohou si snadno (a levně) tyto 3D pomůcky vytisknout.
Z vlastní zkušenosti jako praktikující učitelky na ZŠ však vidím důležitý přínos využití 3D modelů především v motivaci žáků. Není to tak běžné, že žáci dostanou ve výuce prostor s něčím manipulovat, něco tvořit atd., proto je tato aktivita většinou zaujme. Uvedu příklad na konkrétní hodinu. Při probírání tématu týkající se obyvatelstva Česka dám žákům k dispozici vytištěné 3D kraje, kde sestrojují podle dat ze statistického úřadu kartogram na určité demografické téma týkající se krajů Česka. Touto aktivitou s využitím 3D modelů nejen že žáci vyhledávají a třídí data, ale především rozvíjí také své kartografické dovednosti – tvoří mapu, analyzují a interpretují jevy v mapě a osvojují si tak geografické znalosti o jednotlivých regionech Česka. Ukázka lekce, kterou jsem navrhla je dostupná zde.
Uvedená ukázka je o využití již hotových a vytištěných 3D modelů. Samozřejmě je zde žádoucí zmínit potenciální přínos v rozvoji digitálních kompetencí. Pokud by si žáci sami vyhledali digitální zdroje dat, vymodelovali by si kraje s určitou tématikou v aplikaci pro 3D modelování (např. TinkerCADu), nastavili by si vše potřebné v programu pro 3D tisk (např. PrusaSliceru) můžeme mluvit o přínosu jednak v tolik žádané mezioborovosti (oborů Geografie a Informatika a Člověk a svět práce) a samozřejmě v rozvoji digitálních kompetencí žáků.
Máte tipy na zařazení 3D modelů do výuky konkrétních témat?
Určitě. Jeden příklad je uveden již výše. Další příklady jsou uvedeny v naší metodice, z které příklady dále vyberu. Častěji využijeme modely, které svým tématem spadají do části fyzické geografie – model sopky, model vnitřní stavby Země, model krasové jeskyně, model zeměkoule znázorňující rozdělení pevnin a souší apod. Z oblasti humánní geografie můžeme znázorňovat určité administrativní jednotky či modelovat různé sociální povrchy. Atraktivní především pro mladší děti jsou 3D modely ve formě puzzle (puzzle krajů ČR, státy Evropy apod.). S pomocí modelu je možné vizualizovat také řadu map s konkrétní tematikou.
Za přínosné se jeví také modely dokumentující určité dynamicky se měnící jevy a procesy. Příkladem může být modelace záplavových území – povodní, modelace pohybu ledovce apod. Ve výuce najdou uplatnění také 3D modely, které mohou žákům usnadnit naučit se správně číst vrstevnice.
Své místo v geografii mají určitě 3D modely reliéfu a povrchu. Hotové modely terénu se dají nalézt například na stránkách Thingiverse.com. Existuje i několik nástrojů, které umožňují vytvořit si vlastní 3D model terénu za použití pouze webového prohlížeče. Například webová aplikace Terrain2STL nabízí možnost využít pro tvorbu reliéfu podklady Google Maps. Dalšími bezplatnými a dostupnými aplikacemi jsou To u c hTe r r a i n nebo Map2stl.
Nezapomeňme zmínit také využitelnost tyflomap neboli hmatových map, které můžeme tisknout na 3D tiskárnách a své uplatnění najdou především u žáků se zrakovým postižením, kteří pomocí těchto 3D map mají možnost vytvořit si lepší představu o okolním světě, o konkrétní oblasti či místu.
V rámci projektu jsme navrhli kompletní lekce, které obsahují také metodickou podporu včetně konkrétního zařazení lekce do tématu a výukové cíle, které stanovují, co by měl žák po absolvování hodiny/lekce s 3D modelem umět.
Zpracovaná témata za obor geografie se týkají tvorby:
Řada dalších modelů využitelných do geografie je dostupných ke stažení zde.
Jak byste namotivovala učitele k používání 3D modelů v zeměpise?
Jistou motivací pro učitele zeměpisu, který o 3D tisku neví prozatím téměř nic, by mohla být v první řadě návštěva nějakého kurzu, který se věnuje základům 3D tisku. Tyto kurzy pořádají různé organizace. Já na PdF MU vypisuji kurz, jehož první kolo proběhlo letos v lednu (2025) s názvem „Využití 3D tisku v přírodovědném vzdělávání na 1. a 2. stupni ZŠ“ a další kurz s názvem „Využití informačních technologií při výuce vlastivědného a zeměpisného učiva“ je plánován na duben 2025. Součástí tohoto kurzu nejsou pouze základy 3D tisku, ale rovněž využití robotiky či mobilních aplikací.
Další motivací pro učitele zeměpisu, kteří má ve škole dostupnou 3D tiskárnu, by mohla být prohlídka některých z databází 3D modelů na internetu:
Zde si vyučující může vyhledat žádoucí model a oslovit kolegu, který má 3D tiskárnu na škole na starosti a domluvit se na vytisknutí modelu. Je však již na učiteli, jak konkrétní 3D model v hodině využije tak, aby splnil očekávaný cíl hodiny či učební úlohy. Na závěr bych pro motivaci učitelů sdílela své zkušenosti z praxe na ZŠ, kde jsem si ověřila, že výuka s využitím 3D modelů má smysl, žáky baví, zaujme a čas, který vynaložíte na přípravu pomůcek, se vám v podobě zaujetí žáků vrátí. Modely, které si vytvoříte (vytisknete) se jen tak nezničí a lze je opakovaně ve výuce využívat. Ze zkušeností s vedením kurzů pro učitele vyplývá, že přestože se na kurzu setkávají učitelé s touto technologií poprvé, odchází příjemně překvapeni, že práce s 3D tiskárnou není nic složitého a jsou nabití zdroji a odkazy na dostupné modely využitelné nejen ve výuce geografie.
Moc děkujeme za rozhovor.
3D tisk ve výuce biologie a geologie
Rozhovor s Mgr. Libuší Vodovou, Ph.D.
Jaká byla Vaše role/úloha v projektu „3D tisk a jeho uplatnění na základních a středních školách“?
V projektu jsem participovala jako oborová didaktička se zaměřením na biologické a geologické učivo. Práce všech oborových didaktiků prostupovala celým procesem řešení projektu.
Na začátku se jednalo o vstupní analýzu problému, v mém případě využití 3D modelů ve výuce biologie a geologie, odbornou správnost a didaktické využití stávajících návodů na tisk 3D modelů pro výuku těchto předmětů a také vytipování vhodných objektů pro tvorbu nových modelů. V této fázi jsem komunikovala i s dalšími členy katedry biologie PdF, protože jsme se chtěli soustředit na ty modely, které ve výuce chybějí, typicky šlo o výuku abstraktních a didakticky obtížně transformovatelných témat. Vybrané hotové modely byly následně ověřovány v praxi ve výuce na ZŠ a gymnáziích. Spolupracovala jsem na tvorbě učebních úloh pro ověřování 3D modelů v praxi a také na tvorbě dotazníků pro učitele a žáky. Další část mé práce spočívala ve vytváření komplexních výukových lekcí, které jsou zveřejněny na portálu Be3D Academy partnera projektu firmy Y-soft. Pro výukové lekce bylo třeba vytvořit řadu dílčích materiálů (např. prezentace, pracovní list, návody na 3D tisk atd.). Návrhy materiálů byly vytvářeny v souladu s koncepcí firmy Y-soft. Komunikovala jsem se zpracovateli jednotlivých materiálů, poskytovala jim zpětnou vazbu. Anglickou verzi materiálů jsem pak revidovala a navrhovala jejich českou obdobu. Kromě pomůcek, a výukových lekcí jsem se také podílela na tvorbě metodiky "Integrace technologie 3D tisku do výuky na základních a středních školách". Garantovala jsem zpracování výukové části metodiky a několik podkapitol jsem do této části také napsala.
V čem vidíte největší potenciál využití 3D modelů v biologii a geologii?
Osobně jsem zastáncem, co největšího používání přírodnin ve výuce, ale ne vždy to jde a učitel musí hledat cesty, jak žákům učivo znázornit jinak. 3D modely mají díky své prostorovosti v tomto zásadní výhodu. U těch vytištěných technologií 3D tisku je navíc dalším benefitem možnost zapojit žáky do samotného procesu jejich tvorby. Finanční stránka věci je pro školy také důležitá. Z hlediska biologického a geologického učiva vidím největší potenciál ve znázornění objektů a jevů, které nemůžeme žákům z různých důvodů ukázat jejich přímým pozorováním. Typicky se jedná o malé, nebo naopak velké přírodniny, případně přírodniny, které si nemůžeme obstarat, protože jsou již vymřelé, nebo zákonem chráněné, nebo se u nás vůbec nevyskytují.
3D modely se hodí pro výuku učiva, které je pro žáky abstraktní, a tudíž ho často vnímají jako obtížné. Také je třeba zmínit, že pokud učitel vytiskne tentýž 3D model ve více kusech je možné realizovat výuku jinou formou (skupinová práce nebo samostatná práce) či metodou. Vlastní práce žáků s modely znamená jejich aktivizaci, intenzivnější smyslové vnímání a potenciálně také efektivnější výuku.
Máte tipy na zařazení 3D modelů do výuky konkrétních témat?
Témat, ve kterých lze využít 3D modely je mnoho. Pokusím se nastínit, jak jsme uvažovali při řešení projektu. Šlo nám o to, znázornit pomocí 3D modelů učivo, které je pro žáky abstraktní a začínající pro učitele didakticky náročně transformovatelné. Například jde o „buňku“, ale také „sinice“ a „řasy“ - ty sice můžeme pozorovat pod mikroskopem, ale pro získání představy o tom, že schránka rozsivek je ze dvou část, je rozkládací model názornější. 3D modely lze využít při výuce genetiky, kdy pomocí nich znázorníme nejen chromozóm, ale také Mendelovy zákony. 3D modely najdou uplatnění i ve výuce antropologického učiva, např. při výuce vývoje člověka se uplatní modely lebek předchůdců anatomicky moderního člověka.
V geologii jsou pak příkladem abstraktního a obtížně didakticky transformovatelného tématu krystalové soustavy. Pokud pro jejich výuku využijeme modely tvarů jednotlivých krystalů a budeme žáky učit určovat prvky symetrie, pak je to mnohem účelnější, než je učit, jak vypadají osní kříže jednotlivých krystalových. Na tomto tématu lze ukázat propojení poznatků z různých věd (v tomto případě geologie a matematiky).
„Z hlediska biologického a geologického učiva vidím největší potenciál ve znázornění objektů a jevů, které nemůžeme žákům z různých důvodů ukázat jejich přímým pozorováním.“
Mgr. Libuše Vodová, Ph.D.
Jak byste namotivovala učitele k používání 3D modelů v biologii a geologii?
3D modely obecně učitelé ve výuce biologie využívají, ale je třeba rozlišit, zda jde o 3D modely, které si někde koupí (většinou je jejich pořízení finančně nákladné), nebo si je sami vyrobí.
U těch vyráběných často volí tradiční materiály, jako je papír, nebo plastelína. Modelování je oblíbené i mezi žáky.
Pokud jde o modely vytištěné technologií 3D tisku, pak je moje zkušenost taková, že někteří učitelé ještě mají z 3D tisku obavy. Z technické stránky věci, časové náročnosti, finančních nákladů na filament apod. S kolegyní Mgr. Bc. Darinou Mísařovou, Ph.D z Katedry geografie jsme na toto téma měly před měsícem workshop a bylo vidět, že učitelé ocení, když jim někdo ukáže cestu krok za krokem. Další věcí, kterou kvitují jsou dostupné a odborně správné návody na 3D tisk. Mnozí zkoušeli sami hledat návod na internetu, ale výsledný model neodpovídal jejich představám. V tomto vidím naprosto zásadní dopad našeho projektu, že jsme pro ně nejen vytvořili nové návody pro výuku, ale také otestovali a někdy i upravili ty návody stávající.
Moc děkujeme za rozhovor.
