Podczas mojej wieloletniej praktyki nauczyciela matematyki w szkole średniej często stykałam się z trudnością opanowania przez uczniów zagadnień z geometrii przestrzennej. W trakcie rozwiązywania zadań wiele osób nie radziło sobie ze stworzeniem odpowiedniego rysunku.
Bryły rzutowane na płaszczyznę często miały ściany w nieodpowiednim miejscu, a niejednokrotnie zdarzało się, że uczniowie pomijali którąś z nich lub zmieniali długości w równoległych krawędziach. Miałam okazję przekonać się, że nie chodziło o zwykłe przeoczenie czy nieuwagę. Po prostu młodzież nie była w stanie „złożyć w głowie” bryły w całość. Zastanawiałam się wtedy, co może być przyczyną tak dużych problemów uczniów ze stereometrią i czy można by to było jakoś zmienić. Zmiana miejsca pracy na szkołę podstawową pozwoliła mi się bliżej przyjrzeć temu problemowi.
Na początek warto zauważyć, że ilość lekcji przeznaczona na geometrię przestrzenną w każdej klasie jest stosunkowo mała. Zagadnienie to jest zawsze umieszczane w podręcznikach na końcu, więc siłą rzeczy jego omawianie przypada na koniec roku. Niestety praktyka zawodowa pokazuje, że w tym okresie w szkole dużo się dzieje: wycieczki, rajdy, sprawdzian ósmoklasisty, zwrot podręczników do biblioteki itp. Ponadto pomoce dydaktyczne w postaci brył są często niewystarczalne, żeby rozwinąć w uczniach wyobraźnię przestrzenną. Nauczyciele rysują z uczniami siatki graniastosłupów czy ostrosłupów, ale jak pokazują późniejsze problemy z tym zagadnieniem w szkole średniej – jest to o wiele za mało. Metodycy zalecają zabawę z uczniami za pomocą środków dydaktycznych takich jak: tangramy, origami, geoplany i różnego rodzaju klocki przestrzenne. Wielu nauczycieli matematyki próbuje przekazać tę wiedzę swoim uczniom najlepiej jak potrafi, ale w dobie wszechobecnych smartfonów i gier komputerowych ta forma przekazu wydaje się dla nich mało atrakcyjna.
Jedną z ulubionych bajek mojego dzieciństwa był „Zaczarowany ołówek”. Główny bohater posługuje się w niej magicznym ołówkiem, dzięki któremu wszystkie narysowane przedmioty natychmiast się materializują. To, co kiedyś wydawało się realne tylko w animacji dla dzieci, w dzisiejszych czasach stało się możliwe za pomocą długopisów 3D. Dzięki nim każda narysowana linia błyskawicznie zastyga i staje się fizycznym przedmiotem. Kiedy pierwszy raz zobaczyłam, jakie możliwości dają długopisy 3D, natychmiast pomyślałam, że mogą stać się bardzo przydatnym narzędziem w procesie nauczania i być szansą na rozwijanie wśród uczniów wyobraźni przestrzennej. Dodatkowym atutem jest tutaj fakt, że model wydruku jest dostępny niemal w tej samej chwili, kiedy przestaniemy drukować. Filament zastyga w oka mgnieniu i daje niesamowity efekt WOW, który podoba się każdemu bez względu na wiek.
Pomysł na zajęcia z długopisami 3D udało mi się zrealizować w ramach dodatkowych zajęć lekcyjnych. Fundusze za zakup długopisów i filamentu pozyskałam z grantu mPotęga. Wymyślony przeze mnie projekt „Modelowanie, czyli brył oswajanie” miał na celu rozwijanie wśród uczniów umiejętności związanych z projektowaniem przestrzennym poprzez pracę z długopisami 3D. Program projektu zakładał, że uczniowie w pierwszej fazie nauczą się zasad obsługi długopisów, a następnie przejdą do modelowania prostych figur na wyrysowanym wcześniej szablonie. W końcowej fazie, pracując już w grupach, stworzą bardziej złożone modele przestrzenne, wykorzystując zdobyte wcześniej umiejętności. Rozpoczęciu projektu towarzyszył szereg wątpliwości. Nie miałam pewności, czy obsługa długopisów nie okaże się zbyt trudna albo czy uczniowie nie zrobią sobie krzywdy, pracując z urządzeniami, które nagrzewają się do wysokich temperatur. Nie miałam też rozeznania na dopiero tworzącym się rynku długopisów 3D, więc nie mogłam przewidzieć, czy zakupione długopisy nie okażą się awaryjne ani też ile filamentu zakupić.
Długopisy 3D a dzieci ze SPE
Obawiałam się o to, jak będą się zachowywać dzieci nadpobudliwe − czy wystarczy im cierpliwości do pracy. Okazały się jednak doskonałym narzędziem do pracy dla dzieci ze specjalnymi potrzebami edukacyjnymi.
Jak działa długopis 3D?
Obsługa długopisów okazała się bardzo łatwa. Po podłączeniu urządzenia do prądu wybieramy rodzaj filamentu, na którym pracujemy i naciskamy przycisk nagrzewania długopisu. Po uzyskaniu odpowiedniej temperatury wewnątrz urządzenia, z zakresu od 160 do 240 stopni, wprowadzamy przygotowany wcześniej filament i chwilę później możemy rozpocząć pracę. Na rynku dostępnych jest wiele rodzajów filamentów, ale najlepszy do użytku w warunkach szkolnych jest filament, który z jednej strony zapewni dobre parametry wydruku, a z drugiej – pozbawiony będzie „efektów ubocznych”, czyli np. intensywnego zapachu podczas drukowania 3D, szkodliwych oparów itp. Idealnym materiałem dla odbiorców takich jak my jest filament PLA, czyli polimer uzyskiwany ze sfermentowanej skrobi, której źródłem może być np. mączka kukurydziana albo maniok.
Uruchomienie jest naprawdę proste!
Pierwsze zajęcia z długopisami poświęcone zostały nauce obsługi urządzeń i wykonaniu początkowych prób drukowania. Celem tych zajęć było pokazanie uczniom możliwości związanych z drukowaniem i nabranie przez nich wprawy w operowaniu długopisem. Musieli oni przekonać się, jak zrobić wydruk, żeby był trwały i się nie połamał i jak połączyć ze sobą oddzielnie wydrukowane części. Kolejne zajęcia to już tworzenie pierwszych modeli w oparciu o rysowanie prostych kształtów na płaszczyźnie, a następnie spajanie ich w całość. W następnym etapie zadaniem uczniów było tworzenie szkieletów brył. Tutaj bardzo korzystna okazała się praca w grupie. Dzieci wzajemnie dzieliły się doświadczeniem, jak stworzyć solidny i niełamiący się bok prostopadłościanu i jak go potem połączyć z innymi bokami. Niejednokrotnie przydawała się też pomoc koleżanki lub kolegi z ławki.
Dlugopisy 3D a praca zespołowa
Zwieńczeniem zajęć był konkurs polegający na stworzeniu najciekawszego obiektu 3D. Pod uwagę przy ocenie były brane: pomysłowość, złożoność modelu oraz estetyka i staranność wykonania. Uczniowie pracowali w grupach dwuosobowych, opierając się na wcześniej naszkicowanych planach. Przed rozpoczęciem wydruku dyskutowano w grupach także o kolorystyce modeli, tak żeby potem wykonać z jednego filamentu wszystkie elementy w danym kolorze. Modele, które wykonali uczniowie, zaskakiwały niejednokrotnie pomysłowością wykonania i odtworzeniem detali. Zespoły musiały sobie także poradzić z problemem stabilności modelowanej konstrukcji − np. koło samochodu wyrysowane długopisem jest bardzo cienkie i trzeba zawczasu pomyśleć, jak połączyć je z resztą konstrukcji.
Jakie długopisy 3D wybrać do zajęć szkolnych?
Podczas pierwszego projektu bazowałam na popularnych i łatwo dostępnych długopisach 3D, które można nabyć w internecie. Do każdego urządzenia był dołączany w zestawie zasilacz, który należało podpiąć pod gniazdo z napięciem 220V, a końcówkę na drugim końcu przewodu wetknąć do długopisu. Jednakże to, co sprawdzało się świetnie podczas prób w domu, w klasie wiązało się z dodatkowym zorganizowaniem przedłużaczy i takiego ich zabezpieczenia, żeby żaden z uczestników warsztatów się nie potknął o zwisający przewód i miał swobodny dostęp do listwy zabezpieczającej. Podczas samego drukowania najwięcej kłopotów sprawiało dzieciom naciskanie przycisku spustowego i jednoczesne operowanie długopisem. O ile osoby dorosłe nie mają większych trudności z koordynacją tych dwóch prostych czynności, to już dla uczestników warsztatów było to nie lada wyzwanie, z którym musieli się zmierzyć na początku zajęć. Same długopisy też niestety nie okazały się bezawaryjne. Mimo wielokrotnego przypominania uczniom o zasadach użytkowania, kilka długopisów się zapchało, a pojedyncze egzemplarze po prostu odmówiły współpracy − prawdopodobnie z przegrzania. Odesłanie urządzeń w ramach reklamacji nie było możliwe ze względu na wąskie ramy czasowe projektu i jego dużą intensywność. Postanowiłam więc samodzielnie reperować zapchane urządzenia. Pomocne okazały się w tym poradniki znalezione na potralu Youtube, niewielki śrubokręt i dużo cierpliwości. Pod koniec projektu posiadałam już na zapleczu mały warsztat naprawczy z częściami zamiennymi pozyskanymi z popsutych długopisów.
Te nienajlepsze doświadczenia z urządzeniami do drukowania zdobyte przy pierwszym projekcie skłoniły mnie do poszukiwań bardziej wydajnych i mniej awaryjnych długopisów.
Projekt związany z długopisami 3D cieszył się tak dużą popularnością, że postanowiłam kontynuować prace w ramach koła zainteresowań. Zostały zakupione nowe długopisy Banach 3D które podniosły komfort pracy. Długopisy są zasilane z powerbanków dołączonych do zestawu, które rozwiązują problem plączących się pod nogami i rozciąganych po całej klasie zasilaczy. Zniknęła też największa zmora uczniów – czyli konieczność nieustannego naciskania przycisku podczas drukowania. Jakość wykonania urządzeń oraz ich bezawaryjność zrekompensowały poniesione wyższe koszty zakupu.
Więcej na temat ciekawych zastosowań długopisów 3D poznacie podczas webinarium:
Długopisy 3D – dlaczego uczniowie je uwielbiają?” – 14 grudnia 2021 r.
Anna Skrzypczak-Gniot,
nauczycielka matematyki i informatyki w Szkole Podstawowej nr 20 w Poznaniu.
Od wielu lat skutecznie wdraża druk 3D na zajęciach lekcyjnych w szkole.