Аддитивные технологии. Области применения трёхмерного сканирования
Цели и задачи
- Цель по SMART: к концу урока учащиеся объяснят различия между трёхмерным сканированием и 3D-печатью, назовут не менее пяти областей применения сканирования и обоснуют выбор технологии для предложенной практической ситуации.
- Сформировать представление об аддитивных технологиях и роли трёхмерного сканирования в создании цифровой модели объекта.
- Научить анализировать реальные ситуации и выбирать область применения 3D-сканирования, аргументируя решение не менее чем двумя признаками.
- Развивать навыки парной работы, смыслового чтения, классификации информации и подготовки краткого ответа в формате заданий ОГЭ по информатике.
- Воспитывать ответственное отношение к цифровым технологиям, понимание их возможностей, ограничений и значения для будущего профессионального выбора.
Планируемые результаты
Личностные
- Проявляют интерес к современным технологиям и связывают содержание урока с возможными профессиями в инженерии, медицине, дизайне и цифровом производстве.
- Осознают, что цифровая модель объекта создаётся для решения конкретной практической задачи, а не только ради технологической новизны.
- Понимают необходимость ответственного использования изображений, моделей людей и объектов культурного наследия.
- Снижают тревожность перед ОГЭ благодаря тренировке анализа условия и выбора правильного ответа по признакам.
Метапредметные
- Извлекают информацию из краткого технического текста, выделяют ключевые признаки и преобразуют их в таблицу.
- Сравнивают трёхмерное сканирование, моделирование и 3D-печать по цели, результату и применяемому оборудованию.
- Планируют решение практической задачи, распределяют роли в паре и формулируют аргументированный вывод.
- Используют цифровые средства для просмотра трёхмерных моделей и представления результата анализа.
Предметные
- Знать, что трёхмерное сканирование — это получение цифровой 3D-модели физического объекта по данным о его форме и поверхности.
- Различать этапы цепочки «физический объект — сканирование — цифровая модель — обработка — 3D-печать».
- Уметь называть и объяснять области применения трёхмерного сканирования: промышленность, медицина, строительство, археология, дизайн, образование и контроль качества.
- Уметь выбирать подходящую область применения технологии по описанию ситуации и приводить не менее двух аргументов.
- Уметь распознавать в учебной задаче исходные данные, действие и результат, что необходимо для решения типичных заданий ОГЭ.
Универсальные учебные действия (УУД)
Личностные УУД
- Определяют личную значимость аддитивных технологий для будущего обучения и профессионального самоопределения.
- Проявляют готовность оценивать не только преимущества, но и ограничения цифровых технологий.
- Формулируют собственный интерес к одной из областей применения трёхмерного сканирования.
- Соблюдают этические нормы при обсуждении сканирования человека, медицинских данных и культурных объектов.
Регулятивные УУД
- Принимают учебную цель и составляют последовательность действий для анализа практической ситуации.
- Распределяют время при выполнении парной карточки и проверяют соответствие ответа критериям.
- Сопоставляют собственный ответ с эталоном, находят неточность и исправляют её.
- Оценивают степень освоения понятий с помощью светофора и билета на выход.
Познавательные УУД
- Выделяют существенные признаки трёхмерного сканирования в информационном тексте.
- Классифицируют области применения по назначению цифровой модели.
- Строят простую информационную модель технологического процесса.
- Анализируют условие задачи, устанавливают связь между объектом, технологией и результатом.
- Преобразуют текстовую информацию в таблицу и краткую схему.
Коммуникативные УУД
- Работают в парах с распределением ролей «аналитик» и «докладчик».
- Задают уточняющие вопросы по условию практической задачи.
- Аргументируют выбор технологии, используя формулировки «потому что» и «следовательно».
- Слушают ответ другой пары и корректно дополняют или уточняют его.
- Достигают согласованного решения при ограниченном времени.
Подготовка учителя к уроку
- Подготовить презентацию с изображениями 3D-сканера, цифровой модели, 3D-принтера и примерами применения технологии в медицине, промышленности, археологии и дизайне.
- Подготовить короткое видео или последовательность изображений: физический объект, процесс сканирования, облако точек, обработанная 3D-модель.
- Распечатать карточки с четырьмя практическими ситуациями — по одной на пару, всего по числу пар в классе.
- Распечатать индивидуальный лист с таблицей «Объект — технология — цифровой результат — область применения» — по одному на каждого ученика.
- Вывести на доску схему «объект → сканирование → цифровая модель → обработка → производство или анализ».
- Подготовить карточку с памяткой анализа задачи ОГЭ: «Что дано? Какой процесс описан? Каков результат? Какой ответ подтверждается признаками?» — по одной на парту.
- Проверить работу компьютера, проектора, интерактивной доски и демонстрационного 3D-просмотрщика; заранее открыть локальные изображения или модели без необходимости подключения к интернету.
- Подготовить стикеры трёх цветов для самооценки и лист выхода с двумя вопросами.
- Организовать посадку по парам и заранее назначить в каждой паре роли аналитика и докладчика.
Ход урока
Этап 1. Организационный момент и мотивация (4 мин)
Цель этапа: создать положительный настрой, связать тему с профессиональным самоопределением и вызвать познавательное затруднение.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
1 мин | Учитель приветствует класс: "Здравствуйте, ребята. Проверьте, пожалуйста, наличие тетради, ручки и телефона или компьютера только по разрешению учителя. Сегодня мы будем разбираться с технологией, которая превращает реальный предмет в цифровую модель. Работать будем как исследователи: наблюдать, сравнивать и доказывать." | Проверяют готовность к уроку, убирают лишние предметы, открывают тетради. |
2 мин | Учитель показывает на экране фотографию старинной статуи, её цифровой модели и напечатанной копии: "Представьте, что оригинал нельзя перевозить и к нему нельзя прикасаться. Как получить его точную цифровую копию? Можно ли просто сфотографировать объект? Что будет отличать обычную фотографию от трёхмерной модели?" Учитель фиксирует гипотезы на доске. | Рассматривают изображения, формулируют предположения: "Фотография плоская", "нужны данные о глубине и форме", "по модели можно изготовить копию". |
1 мин | Учитель сообщает: "Сегодня мы выясним, как работает трёхмерное сканирование, где оно применяется и почему эта тема связана не только с информатикой, но и с медициной, инженерией, историей и искусством. В конце урока вы решите короткую задачу, похожую по логике на задание ОГЭ." | Записывают тему урока и формулируют ожидаемый результат: "Научиться распознавать применение 3D-сканирования и объяснять его выбор". |
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Мы увидели, что фотографии недостаточно, если требуется информация о форме и глубине объекта. Теперь вспомним, какие цифровые технологии и модели уже знакомы нам и на что будем опираться."
Этап 2. Актуализация знаний и выявление затруднения (6 мин)
Цель этапа: актуализировать понятия «модель», «данные», «3D-модель» и выявить различие между сканированием и созданием модели.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
2 мин | Учитель проводит приём «Подумай — обсуди в паре — поделись»: "Сначала 30 секунд запишите, что такое информационная модель. Затем обсудите с соседом и выберите одну точную формулировку. В ответе обязательно назовите, что модель описывает и для чего нужна." | Индивидуально записывают определение, затем обсуждают его в паре и формулируют: "Информационная модель — описание объекта, процесса или явления в форме, удобной для хранения и изучения". |
2 мин | Учитель показывает три подписи: «3D-моделирование», «3D-сканирование», «3D-печать» и спрашивает: "Какое действие выполняет человек или устройство в каждом случае? Что является результатом?" Учитель не исправляет сразу все ответы, а выделяет спорные места. | Распределяют подписи и объясняют: "При моделировании объект создают в цифровой среде; при сканировании получают цифровую модель с физического объекта; при печати создают физический объект по цифровой модели". |
2 мин | Учитель демонстрирует на экране простую схему и задаёт вопрос: "Если у нас есть старый механизм, но нет его чертежа, какое звено цепочки поможет получить цифровую форму? Почему простого текста о механизме недостаточно?" | Отвечают: "Нужно сканирование, потому что оно фиксирует размеры, форму и поверхность; текст не содержит полной пространственной информации". |
Посмотрите план целиком
Зарегистрируйтесь — и откройте план урока по этой теме полностью: цели, ход урока и рефлексия по ФГОС.
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Мы различили три процесса, но пока не ответили, в каких жизненных ситуациях сканирование действительно необходимо. Сформулируем проблему и план её решения."
Этап 3. Постановка проблемы и целеполагание (4 мин)
Цель этапа: сформулировать учебную проблему и критерии успешного ответа.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
2 мин | Учитель показывает четыре объекта: деталь двигателя, фрагмент лица пациента, археологический артефакт и комнату после ремонта: "Во всех случаях можно использовать цифровые технологии, но одинаковая ли цель у сканирования? Что нужно узнать, чтобы правильно выбрать область применения?" | Сравнивают объекты, называют признаки: назначение модели, точность, сохранение оригинала, возможность анализа или изготовления копии. |
2 мин | Учитель формулирует проблемный вопрос: "Как по описанию ситуации определить, что в ней уместно трёхмерное сканирование, и обосновать выбор?" Затем предлагает план: "Сначала выделим признаки технологии, затем рассмотрим области применения, после этого решим парную задачу и проверим себя по критериям." | Записывают проблемный вопрос и план урока, принимают критерии: названа область, указана цель сканирования, приведены два аргумента. |
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Цель определена: не просто перечислить области, а научиться узнавать их по условию и объяснять выбор. Переходим к открытию нового знания."
Этап 4. Открытие нового знания. Работа с ИКТ и межпредметными связями (10 мин)
Цель этапа: сформировать целостное представление о процессе трёхмерного сканирования и его межпредметных применениях.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
3 мин | Учитель демонстрирует последовательность изображений: "Посмотрите на экран. Сначала существует физический объект. Сканер получает данные о расстояниях, форме и поверхности. Затем программа формирует облако точек или полигональную сетку, а специалист очищает и уточняет модель. Запишите цепочку: объект → сканирование → цифровая модель → обработка → анализ или производство." | Рассматривают изображения, записывают цепочку в тетрадь, формулируют: "Сканер не печатает объект, а собирает данные для цифрового представления". |
4 мин | Учитель организует работу с таблицей: "Заполните четыре строки: промышленность, медицина, культурное наследие, строительство и дизайн. Для каждой строки укажите объект, зачем его сканируют и какой результат получают. Подсказка: задайте вопрос «что нужно сохранить, измерить или изменить?»." Учитель выводит на экран изображения и помогает уточняющими вопросами. | Заполняют таблицу: деталь — контроль размеров и поиск дефектов — цифровая модель; тело или ортопедическая форма — индивидуальное изделие — модель пациента; статуя — сохранение и виртуальный доступ — цифровой архив; помещение — измерение пространства и проектирование — точный план или 3D-модель. |
3 мин | Учитель проводит мини-диалог: "Почему в медицине важна индивидуальная форма? Почему археолог может выбрать сканирование вместо перевозки находки? Почему инженер сравнивает модель с эталоном?" Учитель подчёркивает межпредметные связи с биологией, технологией, историей, изобразительным искусством и математикой. | Отвечают: "У людей разные параметры тела"; "оригинал можно повредить или потерять"; "так находят отклонения размеров и дефекты". Формулируют вывод о точности и сохранности объекта. |
Запись в тетрадях
Трёхмерное сканирование — получение цифровой модели физического объекта по данным о его форме, размерах и поверхности. Основные области применения: промышленность и контроль качества; медицина и протезирование; строительство и дизайн; археология и сохранение культурного наследия; образование и виртуальные лаборатории. Отличие от 3D-печати: сканирование получает цифровую модель, а печать создаёт физический объект.
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Теперь у нас есть признаки технологии и карта областей применения. Следующий шаг — проверить, умеем ли мы использовать эти признаки в конкретной ситуации, а не только воспроизводить определение."
Этап 5. Первичное закрепление в парах (7 мин)
Цель этапа: применить новое знание к практическим ситуациям и научиться аргументировать ответ.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
1 мин | Учитель раздаёт парам карточки и объясняет: "В каждой карточке описана реальная ситуация. Аналитик выделяет ключевые слова, докладчик готовит ответ. Через три минуты вы должны назвать область применения, цель сканирования и два аргумента. Пользуйтесь формулой: «Это трёхмерное сканирование применяют в ..., потому что ... и ...»." | Распределяют роли, читают условие, подчёркивают ключевые слова. |
3 мин | Учитель предлагает ситуации: "Первая пара: изготовление индивидуального корсета по форме тела. Вторая: проверка новой детали двигателя на соответствие чертежу. Третья: создание цифрового архива музейного предмета. Четвёртая: разработка виртуальной модели квартиры после обмера помещения." Учитель наблюдает и задаёт вопросы: "Что именно получает специалист? Почему фотография не решает задачу?" | В парах определяют область и аргументы. Примеры ответов: "Медицина, потому что модель учитывает форму тела и помогает создать индивидуальное изделие"; "Промышленность, потому что можно сравнить размеры детали с эталоном". |
3 мин | Учитель приглашает по одному докладчику от нескольких пар: "Слушающие пары проверяют ответ по трём критериям: названа область, указана цель, есть два аргумента. Если нужно, начинайте дополнение словами «Мы согласны, потому что...» или «Мы уточним, что...»." | Докладчики представляют решения, остальные отмечают критерии и задают уточняющие вопросы. |
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Вы научились переходить от слов в условии к области применения. Сейчас проверим каждый себя индивидуально и потренируем алгоритм, близкий к формату ОГЭ."
Этап 6. Самостоятельная работа с самопроверкой в формате ОГЭ (8 мин)
Цель этапа: проверить индивидуальное понимание понятий, процесса и областей применения.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
5 мин | Учитель раздаёт индивидуальный лист: "Выполните три задания. Первое: установите соответствие между действием и результатом — сканирование, моделирование, печать. Второе: выберите две ситуации, где нужна цифровая модель формы объекта. Третье: объясните одним предложением, почему археологу важно сканировать хрупкий предмет. Работайте самостоятельно, сначала подчеркните ключевые слова." | Решают задания индивидуально. В первом задании соотносят «получение данных о поверхности» со сканированием, «создание виртуального объекта» с моделированием, «изготовление физического изделия» с печатью. |
3 мин | Учитель выводит эталон: "Проверьте не только буквы или номера, но и ход рассуждения. Верный ответ должен подтверждаться условием. Если ошибка есть, зачеркните её одной линией и рядом запишите правильный вариант." Учитель кратко комментирует типичную ошибку: путать сканирование с печатью. | Сверяют ответы, исправляют ошибки, подсчитывают результат и отмечают в листе: «могу объяснить», «нужна тренировка», «пока затрудняюсь». |
Эталон решения
1. Получение данных о форме и поверхности физического объекта — трёхмерное сканирование. 2. Создание цифрового объекта в программе по замыслу — трёхмерное моделирование. 3. Получение физической детали по цифровой модели — 3D-печать. Археологическое сканирование нужно для сохранения цифровой копии хрупкого предмета, его изучения и демонстрации без постоянного контакта с оригиналом.
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Самостоятельная проверка показала, что главный ориентир — результат действия: цифровые данные, цифровая модель или физическое изделие. Осталось обобщить знания и сформулировать личный вывод о пользе технологии."
Этап 7. Рефлексия, обобщение и домашнее задание (6 мин)
Цель этапа: обобщить материал, оценить собственное продвижение и объяснить практическую ценность трёхмерного сканирования.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
2 мин | Учитель возвращается к проблемному вопросу: "Как по описанию ситуации определить применение трёхмерного сканирования? Назовите алгоритм из трёх шагов." Учитель записывает на доске ответы: объект, цель, результат. | Формулируют алгоритм: "Определить объект; понять, что нужно сохранить, измерить или получить; назвать область и доказать выбор признаками". |
2 мин | Учитель проводит рефлексию «Светофор»: "Поднимите зелёную карточку, если можете отличить сканирование от моделирования и печати; жёлтую — если понимаете в целом, но путаетесь в отдельных областях; красную — если нужна помощь. Одним предложением объясните свой цвет соседу." | Поднимают карточки, объясняют выбор: "Мне нужна тренировка в различении результата" или "Я могу определить область по цели сканирования". |
2 мин | Учитель раздаёт билет на выход: "Ответьте письменно на два вопроса: «Назовите одну область применения и объясните её пользу»; «Какой признак поможет не спутать сканирование с 3D-печатью?». Затем запишите домашнее задание и задайте вопросы." | Заполняют билет на выход, сдают его учителю, записывают домашнее задание. |
Критерии оценивания практической работы
- «5» — правильно выполнены все три индивидуальных задания, верно различены сканирование, моделирование и 3D-печать, область применения названа и обоснована двумя аргументами.
- «4» — выполнены не менее двух заданий из трёх, область применения определена верно, но в объяснении допущена одна неточность или приведён только один развёрнутый аргумент.
- «3» — правильно выполнено одно-два задания, ученик узнаёт технологию по отдельным признакам, но путает результат сканирования с результатом 3D-печати или нуждается в подсказке.
- «2» — ответ не связан с условием, области применения определены случайно, различия между сканированием и печатью не объяснены.
Рефлексия
Вопрос для ученика | Цель вопроса |
|---|---|
Что такое трёхмерное сканирование и какой результат оно даёт? | Проверка осознания ключевого предметного понятия и различения цифрового результата. |
Какую область применения технологии вы считаете наиболее полезной и почему? | Выявление личной значимости темы и умения аргументировать оценку. |
Что помогло решить практическую ситуацию: объект, цель или результат? | Определение эффективности алгоритма анализа условия. |
Какой признак ещё нужно повторить перед следующей проверочной работой или ОГЭ? | Выявление индивидуальных затруднений и снижение тревожности перед контролем. |
Завершающее слово учителя
"Сегодня мы увидели, что трёхмерное сканирование связывает реальный объект с цифровым миром: оно помогает измерять, сохранять, анализировать и проектировать. Важно не путать сканирование с 3D-печатью: первое создаёт цифровую модель, а вторая может создать физическое изделие. При решении заданий ОГЭ сначала ищите в условии объект, действие и результат. На следующем уроке мы рассмотрим этапы обработки 3D-модели и обсудим, какие данные необходимо проверять перед её использованием."
Домашнее задание
Уровень | Что задать | Зачем |
|---|---|---|
Базовый (обязательный) | Составить в тетради сравнительную таблицу «трёхмерное сканирование — трёхмерное моделирование — 3D-печать» по трём признакам: исходный объект, действие, результат. Привести по одному примеру применения каждой технологии. | Закрепляет основные понятия и позволяет проверить, не перепутаны ли процессы и их результаты. |
Средний (повышающий) | Решить 4 практические ситуации на выбор технологии: медицинское изделие, промышленная деталь, музейный экспонат и интерьер помещения. Для каждой указать область применения, цель и два аргумента. | Тренирует анализ условия, функциональную грамотность и аргументированный ответ в формате, близком к заданиям ОГЭ. |
Продвинутый (дополнительный) | Подготовить мини-сообщение объёмом 8–10 предложений об одной современной профессии, связанной с 3D-сканированием. Указать, какие знания информатики, математики, технологии или биологии нужны специалисту. | Развивает профессиональное самоопределение, межпредметные связи и умение оценивать практическую ценность технологии. |
Контрольные вопросы перед выходом: «Какой цифровой результат даёт трёхмерное сканирование?», «Чем оно отличается от 3D-печати?», «Назовите две области применения и цель сканирования в каждой», «Какой шаг алгоритма анализа условия помогает выбрать технологию?»
