U ovom blog postu usredotočit ćemo se na „Potencijal i izazove korištenja 3D ispisa u matematičkom obrazovanju za slabovidne osobe“.
Pregled 3D ispisa
3D ispis je tehnologija koja gradi fizičke objekte - koje se može dodirnuti rukom - slaganjem računalno dizajniranih 3D modela sloj po sloj. Ova se tehnologija smatra ključnim pokretačem Treće industrijske revolucije, jer drastično smanjuje proizvodne procese i omogućuje stvaranje proizvoda koje je prije bilo nemoguće proizvesti konvencionalnim metodama. Očekuje se da će se 3D ispis koristiti u širokom rasponu područja, uključujući ne samo proizvodnju, već i umjetnost, arhitekturu, vojsku i medicinu. Nadalje, istaknut je i njegov potencijal za korištenje u obrazovanju slabovidnih osoba. Konkretno, može se koristiti za izradu taktilnih nastavnih materijala potrebnih za obrazovanje slabovidnih osoba.
3D ispis sastoji se od tri glavna procesa: modeliranja, rezanja i ispisa. Prvo, proces modeliranja uključuje generiranje 3D podataka potrebnih za ispis. Postoje dvije metode za modeliranje: skeniranje objekta pomoću 3D skenera ili izravno stvaranje modela pomoću 3D softvera. Kreator mora generirati STL datoteku kroz ovaj proces. STL (Surface Tessellation Language) je format datoteke stvoren za standardizaciju postojećih 3D formata podataka; karakterizira ga predstavljanje površine 3D objekta pomoću brojnih trokutastih strana.
Međutim, 3D pisači ne mogu izravno prepoznati STL datoteke generirane na ovaj način. Stoga je potreban proces za pretvaranje STL datoteke u format koji 3D pisač može prepoznati. Softver koji obavlja tu ulogu naziva se softver za rezanje, a izlaz koji generira naziva se G-kod. 3D pisač koristi ovaj G-kod za izradu stvarnog ispisanog objekta.
Najznačajnija značajka 3D ispisa je da je to aditivni proces; za razliku od tradicionalnih metoda proizvodnje, proizvod se gradi nanošenjem materijala sloj po sloj. Najreprezentativnije tehnike aditivne proizvodnje uključuju metodu SLS (Selective Laser Sintering), koju je uspješno razvila tvrtka 3D Systems, koju je 1986. godine osnovao Chuck Hull u Sjedinjenim Državama, i metodu FDM (Fused Deposition Modeling), koju je 1989. godine patentirao Scott Crump, osnivač tvrtke Stratasys. SLS i FDM su dvije metode proizvodnje koje trenutno koristi većina komercijalno dostupnih 3D pisača.
Prvo, SLS 3D printer selektivno ispaljuje laser na prah raspršen po radnoj ploči kako bi sinterirao ili spojio čestice. SLS je proces koji stvara slojeve ponovljenim izvođenjem ovog koraka. FDM metoda se još šire koristi; uključuje uvođenje termoplastičnog materijala (materijala koji omekšava kada se zagrije, obično plastike) kroz mlaznicu u obliku tanke niti i istiskivanje sloj po sloj, slično kao predenje pređe. SLS i FDM već su najčešće prihvaćene metode u 3D ispisu, a s nedavnim istekom povezanih patenata očekuje se da će u budućnosti osvojiti još veći tržišni udio.
Primjena u matematičkom obrazovanju za slabovidne osobe
3D ispis, koji je otvorio nove horizonte u proizvodnom sektoru primjenom metoda aditivne proizvodnje, ima veliki potencijal za primjenu u raznim područjima. Iako se čini primjenjivim u većini postojećih industrija, ovaj odjeljak će se usredotočiti na njegovu upotrebu u relativno nedovoljno istraženom području obrazovanja: posebno u matematici za slabovidne osobe.
Općenito, matematičko obrazovanje za slabovidne osobe često se suočava sa značajnim izazovima. Poteškoće u učionici posebno su izražene u matematičkim područjima koja se uvelike oslanjaju na vizualne elemente, poput grafičkog prikaza. Međutim, postoji argument da, pod uvjetom da su prisutni odgovarajući obrazovni uvjeti, oštećenje vida zapravo može poslužiti kao prednost u matematičkim istraživanjima, posebno u područjima poput geometrije i topologije. Bernard Morin, francuski diferencijalni geometričar, postigao je značajna postignuća u geometriji i topologiji unatoč oštećenju vida. Navodeći ovaj primjer, ruski znanstvenik Aleksej Sosinski tvrdi da slabovidne osobe izvrsno funkcioniraju u određenim područjima geometrije u usporedbi s videćim osobama. Razlog tome je što, iako mozgovi videćih osoba percipiraju trodimenzionalne oblike kao slike projicirane na dvodimenzionalnu mrežnicu - što neizbježno nameće ograničenja preciznom razmišljanju - to nije slučaj za slabovidne osobe. Iako se smatra da slabovidne osobe posjeduju tako veliki matematički potencijal, trenutni uvjeti za njihovo matematičko obrazovanje prilično su loši.
Najveći izazov u obrazovanju matematike za slabovidne osobe je kako pomoći učenicima da razumiju grafove. Postojeći taktilni nastavni materijali tradicionalno su prikazivali grafove kao uzorke točaka. Međutim, ovaj format predstavlja značajne poteškoće u proizvodnji. Budući da ne koristi standardne Brailleove znakove, vrijeme i troškovi potrebni za izradu knjiga na Brailleovom pismu eksponencijalno se povećavaju.
Drugi problem su neugodnosti koje se javljaju tijekom nastave. Kada učitelj objašnjava primjere koji nisu prikazani u udžbeniku, to se u redovnom obrazovanju može lako riješiti jednostavnim pisanjem na ploči, ali je nemoguće u obrazovanju učenika s invaliditetom. Budući da je potrebno puno vremena za izradu novih taktilnih nastavnih materijala, učitelji su prisiljeni oslanjati se isključivo na postojeće taktilne materijale. Vremenske i financijske poteškoće povezane s izradom taktilnih nastavnih materijala, uz ograničenu raznolikost dostupnih materijala, mogu se smatrati dvama glavnim problemima.
U jednoj studiji primijenjen je 3D ispis kako bi se riješio ovaj problem. 3D ispis je vrlo prikladan za rješavanje gore navedenih problema. Budući da 3D ispis omogućuje jednostavnu izradu bilo kojeg modela pomoću relativno jeftinog 3D pisača, štedi i vrijeme i novac u usporedbi s outsourcingom vanjskim dobavljačima. Raspon dostupnih nastavnih materijala također je praktički neograničen. To je zato što se s jednim 3D pisačem bilo koja vrsta modela može ispisati modificiranjem STL datoteke.
U ovom istraživanju razvili smo program koristeći 3D softver za modeliranje Blender i softver za rezanje Cura koji automatski generira STL datoteku odgovarajućeg grafa kada se unese matematička funkcija. Na temelju toga ispisali smo taktilne nastavne materijale i proveli studiju koja je uključivala stvarne razrede u školi za slijepe kako bismo prikupili povratne informacije. Kao rezultat toga, i učitelji i učenici pozitivno su ocijenili uvođenje ovih dodatnih nastavnih materijala u matematičko obrazovanje i izvijestili da su pomogli u učinkovitom razumijevanju tijekom procesa poučavanja i učenja.
Međutim, utvrđeno je nekoliko problema koje treba riješiti, poput činjenice da 3D printeri još nisu široko dostupni u školama za slijepe te da, iako je proces izrade 3D modela što je više moguće pojednostavljen, i dalje postoji relativno visoka prepreka ulasku za širu javnost koja nije upoznata s 3D softverom.
Kako 3D printeri pokazuju potencijal za primjenu u raznim područjima i identificirani su kao ključni igrači u budućim industrijama, očekuje se da će igrati značajnu ulogu i u području obrazovanja za slabovidne osobe. Iako još uvijek postoji prostor za poboljšanje u smislu stope prihvaćanja, preciznosti i jednostavnosti korištenja, stručnjaci predviđaju da će se ti tehnički problemi uskoro riješiti i da će doći doba kada će 3D printeri biti široko dostupni u domovima i ustanovama. Ako se to dogodi, postoji nada da će se tehnologija 3D ispisa razviti od ključnog igrača u budućim industrijama u „toplu tehnologiju“ koja se bavi obrazovnim izazovima za osobe s invaliditetom koje su često marginalizirane.
