ДонНТУ   Портал магистров

Journal of Neonatal Surgery
ISSN (Online): 2226-0439
Том 13 (2024)
https://www.jneonatalsurg.com
 стр. 156

Journal of Neonatal Surgery | Год: 2024 | Том: 13

ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОЕ ИЗУЧЕНИЕ ПРЕИМУЩЕСТВ ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ДЛЯ 3D-ВИЗУАЛИЗАЦИИ В ОБРАЗОВАНИИ ДЛЯ ТВОРЧЕСКИХ И ТЕХНИЧЕСКИХ НАПРАВЛЕНИЙ

Чжоу Цзинхай1, Муралитаран Дорайсами Пиллай2

Ссылаться на статью так: Zhou Jinghai, Muralitharan Doraisamy Pillai, (2024) A Research Investigation Into The Advantages Of 3d Visualization Software In Education For Creative And Technical Fields. Journal of Neonatal Surgery, 13, 156-160.

АННОТАЦИЯ

Сколько могут усвоить студенты с художественным и техническим бэкграундом, используя инструменты 3D-визуализации? Именно это является целью данного количественного исследования. Для проведения оценивания применялись опросы вовлечённости, формы обратной связи, а также оценки до и после вмешательства. Использование программ 3D-визуализации существенно улучшило академические показатели студентов: средний прирост результатов тестирования составил 22% по сравнению с контрольной группой.

Кроме того, значительно выросла вовлечённость участников: после участия 84% студентов экспериментальной группы сообщили, что почувствовали больше интереса и вовлечённости в тему. Рост оценок концептуальной ясности на 30% также показал, что программа помогла лучше понимать сложные идеи.

По словам как преподавателей, так и студентов, инструменты 3D-визуализации улучшили пространственное мышление, генерацию идей и запоминание технических данных. Результаты исследования показали, что приложение лучше всего проявляет себя в инженерии и дизайне — областях, где особо важна сложная визуальная репрезентация.

В итоге количественное исследование показывает, что как технические, так и художественные дисциплины существенно выигрывают от использования программ 3D-визуализации в аудитории. Студенты активнее вовлекаются, лучше понимают идеи и показывают более высокие академические результаты. Исследование демонстрирует, что интеграция таких технологий в образовательную деятельность может улучшать различные педагогические подходы и учебные результаты.

Ключевые слова: программное обеспечение 3D-графики, обучение творческим и техническим дисциплинам, педагогические методы.

1. ВВЕДЕНИЕ

Революционные возможности программного обеспечения 3D-визуализации в художественном и техническом образовании привлекли внимание многих. В период, когда цифровые прорывы быстро меняют многие аспекты образования, крайне важно понимать, как интегрировать их для улучшения обучения.

Благодаря интерактивному способу демонстрации сложной информации 3D-визуализация делает теоретические понятия более «осязаемыми» и понятными. В творческих и технических профессиях часто приходится иметь дело со сложными концепциями и запутанными пространственными взаимодействиями, которые трудно передать более традиционными средствами обучения.

Трёхмерная модель существенно важна в инженерии, архитектуре и дизайне для пояснения сложных систем и процессов. Помимо медиапроизводства и искусства, 3D-технологии могут преобразовать традиционные художественные практики, открывая новые возможности самовыражения в широком спектре творческих областей (Bai et al., 2021).

Несмотря на рост использования, важно оценить влияние технологий 3D-визуализации на образовательные достижения. Улучшение пространственного мышления, вовлечённости и запоминания — лишь некоторые из потенциальных преимуществ, отмеченных в предыдущих работах. Однако исследований эффективности в контексте технического и творческого обучения недостаточно.

Настоящее исследование призвано заполнить этот пробел, изучив, как использование студентами программ 3D-визуализации влияет и на процесс обучения, и на итоговые продукты их деятельности. Будет применён смешанный подход, чтобы оценить, насколько хорошо инструменты 3D-визуализации улучшают понимание, вовлечённость и усвоение знаний в разных областях. Ожидается, что результаты помогут будущим педагогическим инициативам, прояснив практические преимущества внедрения 3D-визуализации в аудитории (Ertmer, 2021).

2. ПРЕДПОСЫЛКИ ИССЛЕДОВАНИЯ

За последние десятилетия в образовательных технологиях произошёл сдвиг парадигмы: появление прорывного программного обеспечения для 3D-визуализации радикально изменило традиционные подходы к преподаванию. Изначально цель учебной визуализации заключалась в помощи студентам при освоении сложных идей с помощью наглядных материалов — графиков и диаграмм.

С развитием цифровых технологий в конце XX века произошёл качественный скачок в представлении и взаимодействии с визуальной информацией. В 1970-е и 1980-е годы, когда компьютерная графика активно развивалась, начала формироваться концепция трёхмерной визуализации. Ранние пользователи, главным образом в инженерии и архитектуре, были привлечены 3D-моделями из-за улучшений, которые они привнесли в проектирование и анализ зданий (Omar et al., 2019).

Новые применения 3D-визуализации в классе появились по мере роста производительности компьютеров и графических карт, что позволило студентам лучше понимать и обрабатывать сложные данные. Массовое внедрение инструментов 3D-визуализации в учебный процесс усилилось в конце 2000-х и начале 2010-х годов. Стремясь лучше подготовить студентов к карьере в искусстве и технических областях, учебные заведения начали экспериментировать с такими технологиями.

Компании и продукты вроде Blender и Autodesk предоставляют студентам мощные инструменты, позволяющие создавать реалистичные 3D-модели или симуляции. Вследствие этого расширяются возможности манипуляции визуальными данными и взаимодействия с ними (Wang, 2018).

В XXI веке технологии 3D-визуализации быстро развивались: появились более интуитивные программы, VR и AR. Благодаря этим достижениям 3D-визуализация стала более распространённой и доступной в классе. Интерактивные иммерсивные среды обучения и программное обеспечение 3D-визуализации набирают популярность, что подкрепляется растущим массивом доказательств их эффективности.

Исходя из этого, авторы поставили цель исследовать потенциальные преимущества применения современных инструментов 3D-визуализации в аудитории — для студентов технических и художественных специальностей, а также влияние этих инструментов на эффективность работы как студентов, так и преподавателей (Marinakis et al., 2021).

3. ЦЕЛЬ ИССЛЕДОВАНИЯ

Цель данного исследования — выяснить, получают ли студенты естественно-научных и художественных направлений пользу от использования инструментов 3D-визуализации в аудитории. Предоставляя иммерсивный опыт обучения, эти технологии стремятся повысить знания, вовлечённость и успеваемость студентов.

Общая задача проекта — помочь сформировать учебные стратегии и методы интеграции технологий в различные предметные области через использование 3D-визуализации, чтобы улучшить концептуальную ясность, пространственное мышление и общую академическую успешность.

4. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

Существенный объём исследований показывает, что программное обеспечение 3D-визуализации способно значительно улучшать обучение как в технических, так и в художественных дисциплинах. Особенно в сложных и пространственно ориентированных областях 3D-визуализация заметно улучшает результаты обучения.

В архитектуре и инженерии сложные идеи могут быть легче усвоены благодаря 3D-визуализации. Возможность интерактивно изменять модели даёт учащимся преимущество по сравнению с традиционными способами визуализации и экспериментирования с системами и структурами. В одном исследовании использование 3D-моделей в инженерии дало улучшение понимания на 30% по сравнению с 2D-представлениями.

В области искусства и дизайна исследования показывают, что 3D-визуализация помогает художникам лучше понимать используемую среду и пробовать новые идеи. Программа даёт студентам возможность тренировать навыки и исследовать альтернативные способы самовыражения благодаря интерактивной визуальной обратной связи. Применение 3D-технологий также существенно помогает в концептуализации и реализации сложных дизайн-проектов: возрастает оригинальность и качество итоговых работ.

3D-визуализация повышает вовлечённость и мотивацию — это подтверждается и другими исследованиями. Интерактивные 3D-технологии усиливают учебный опыт, поскольку студенты становятся более вовлечёнными и заинтересованными. 3D-визуализация обеспечивает дополнительную «умственную нагрузку», необходимую для понимания сложного технического материала и развития творческих способностей.

В совокупности исследования показывают, как инструменты 3D-визуализации могут улучшать преподавание различных курсов. Эти подходы способны существенно повысить понимание, креативность и вовлечённость учащихся в современных школах (Rodríguez et al., 2021).

5. ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ВОПРОС

6. МЕТОДОЛОГИЯ

Исследователи провели поперечное (кросс-секционное) исследование в университетах Китая в течение четырёх месяцев, используя количественный подход из-за ограничений по ресурсам и времени. Общий объём выборки — 780 человек. Несмотря на то, что некоторые участники не могли читать или писать, их ответы всё равно фиксировались. Исследователь также отвечал на вопросы и иногда просил заполнять анкеты одновременно.

6.1. Выборка

Для исследования использовался простой метод выборки. Данные собирались с помощью анкет. Программа Rao-soft рассчитала требуемый размер выборки в 673 респондента. Было распространено 850 анкет; 827 были возвращены, из них 47 отброшены как неполные. В итоге для анализа использовано 780 анкет.

6.2. Данные и измерения

Основным источником информации стал анкетный опрос (персонально один-на-один или через Google Form). Анкета имела две независимые части: (a) демографические сведения и (b) ответы на утверждения, измеренные по 5-балльной шкале Лайкерта, при этом опрос проводился как онлайн, так и офлайн. Вторичные данные были собраны из разных источников, преимущественно онлайн.

6.3. Статистическое ПО

Статистический анализ проводился в SPSS 25.

6.4. Статистические инструменты

Выполнен описательный анализ для понимания базовой структуры данных и их ключевых свойств. Валидность оценивалась с использованием факторного анализа и ANOVA.

1. КОНЦЕПТУАЛЬНАЯ МОДЕЛЬ

(В документе раздел обозначен заголовком без дополнительного текста.)

2. РЕЗУЛЬТАТЫ

❖ Факторный анализ

Одно из типичных применений факторного анализа (FA) — подтвердить существование скрытых (латентных) компонентов в наблюдаемых данных. Когда отсутствуют легко наблюдаемые визуальные или диагностические маркеры, часто используют регрессионные коэффициенты для формирования оценок. В FA модели критически важны для успеха. Цели моделирования — обнаружение ошибок, «вмешательств» и явных взаимосвязей.

Один из способов оценить наборы данных, полученные в множественной регрессии, — тест Kaiser-Meyer-Olkin (KMO). Он проверяет, являются ли модель и выборочные переменные репрезентативными. Согласно показателям, присутствует дублирование данных. При меньших долях данные проще интерпретировать. Значение KMO находится в диапазоне от 0 до 1. Если KMO между 0.8 и 1 — размер выборки считается достаточным.

Допустимые границы по Kaiser (критерии приемлемости):

Таблица 1: KMO и тест Бартлетта на адекватность выборки
Показатель Kaiser-Meyer-Olkin: 0.922

Результаты теста сферичности Бартлетта:
Приблизительное хи-квадрат; степени свободы = 190
значимость = 0.000

Это подтверждает корректность утверждений, сделанных исключительно для целей проверки выборки. Исследователи использовали тест сферичности Бартлетта для оценки значимости матриц корреляций. Значение KMO 0.922 указывает, что выборка адекватна. Тест Бартлетта даёт p-значение 0.00. Благоприятный результат теста Бартлетта означает, что матрица корреляций не является единичной.

Общая значимость матриц корреляций также подтверждена тестом сферичности Бартлетта. Адекватность выборки по Kaiser-Meyer-Olkin составила 0.922. По тесту Бартлетта получено p-значение 0.00. Значимый результат теста Бартлетта показал, что матрица корреляций не является «валидной» (не тождественна единичной).

ПРОВЕРКА ГИПОТЕЗЫ

❖ НЕЗАВИСИМАЯ ПЕРЕМЕННАЯ

➢ Программное обеспечение 3D-визуализации

Термин «программное обеспечение 3D-визуализации» описывает набор программ, которые упрощают разработку, манипулирование и просмотр виртуальных сред в трёх измерениях. С помощью этих технологий можно создавать интерактивные трёхмерные модели объектов, пространств или систем реального мира. 3D-ПО обеспечивает иммерсивный опыт и точную пространственную информацию, используя мощные графические технологии.

Такое ПО применяется в образовании, инженерии, архитектуре и дизайне и во многих других областях. Пользователь может улучшить способность визуализировать идеи, анализировать сложную архитектуру и участвовать в интерактивных симуляциях, исследуя и изменяя 3D-объекты с разных точек зрения. Динамические многомерные представления способствуют и техническому обучению, и художественному выражению (Gorjanc & Jurkin, 2019).

❖ ФАКТОР

➢ Boost marketing

Boost marketing — это разновидность стратегической рекламы, направленная на повышение узнаваемости бренда, вовлечённости и продаж. В неё входят платные продвижения, сотрудничество с инфлюенсерами, поисковая оптимизация (SEO) и реклама в социальных сетях. Цель boost marketing — ускорить привлечение и удержание клиентов с помощью аналитики данных и цифровых технологий.

Boost marketing широко используется компаниями, стремящимися повысить заметность на рынке, укрепить лояльность клиентов и эффективнее расходовать рекламные бюджеты, показывая сообщения нужной аудитории в нужное время (Nie et al., 2020).

❖ ЗАВИСИМАЯ ПЕРЕМЕННАЯ

➢ Технические предметы

Термин «технические предметы» относится к академическим дисциплинам, изучающим создание систем, решение задач и изготовление объектов с использованием математических, научных и технологических концепций. Такие курсы обычно сосредоточены на специализированных знаниях, навыках и методах конкретной профессиональной области. Под «технологиями» понимают широкий спектр направлений: инженерия, архитектура, компьютерные науки, информационные технологии, робототехника и прикладные науки.

Обучение техническим предметам часто сочетает теорию с практикой, чтобы лучше подготовить студентов к работам, требующим технических или профессионально-прикладных навыков. Способность решать проблемы, инновации и успех в современном бизнесе во многом зависят от этих дисциплин (Liudmila & Nail, 2020).

❖ Связь между boost marketing и техническими предметами

Между boost marketing и техническими предметами существует тесная связь, особенно в областях аналитики данных, цифровых инструментов и продвижения на основе технологий. Инженеры, компьютерные специалисты и продуктовые дизайнеры нередко опираются на маркетинг, чтобы донести до целевой аудитории сведения о новых разработках, программных решениях и технических услугах.

Boost marketing помогает распространять информацию о технологических продуктах, образовательных программах и исследовательских активностях с помощью SEO, кампаний в соцсетях и таргетированной рекламы. Аналитика данных, ИИ и автоматизация позволяют усиливать маркетинговые кампании и расширять охват. Благодаря этой синергии сложные технические вопросы эффективнее доносятся и до специалистов, и до широкой аудитории, что повышает вовлечённость и принятие технологий (Figueiredo et al., 2021).

Исходя из вышеизложенного, исследователь сформулировал гипотезы для проверки корреляции между boost marketing и техническими предметами:

“H01: Между boost marketing и техническими предметами нет значимой связи.”
“H1: Между boost marketing и техническими предметами есть значимая связь.”

Данное исследование даёт примечательные результаты. Значение F равно 899.119 и является значимым при p-значении .000, что ниже порога alpha .05. Гипотеза “H1: Между boost marketing и техническими предметами есть значимая связь” принимается, а нулевая гипотеза отклоняется.

7. ОБСУЖДЕНИЕ

Результаты показывают, что как технические, так и художественные темы значительно выигрывают от использования программного обеспечения 3D-визуализации в аудитории. Студенты STEM-направлений получают преимущество благодаря возможности работать с точными моделями, что существенно улучшает понимание сложных идей. В искусстве это помогает видеть результат и тестировать новые идеи, что приводит к более качественным и оригинальным работам.

Благодаря иммерсивному характеру ПО учащиеся становятся более вовлечёнными и мотивированными: создаётся привлекательная учебная среда. Интеграция 3D-визуализации в педагогические стратегии может укрепить способность студентов связывать теорию и практику, что потенциально улучшает обучение в разных предметных областях. Выгоды, перечисленные выше, подтверждают этот вывод.

8. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Авторы статьи считают, что программное обеспечение 3D-визуализации отлично подходит для обучения как художественным, так и техническим темам. Студенты улучшают пространственное мышление и концептуальное понимание в иммерсивных и вовлекающих условиях обучения.

Программа стимулирует вовлечённость и креативность благодаря возможности экспериментировать и обеспечивать высококачественную визуализацию сложных концепций. Благодаря своей способности улучшать учебные результаты 3D-визуализация становится фактором, преобразующим современные аудитории.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

  1. Bai, W., Fang, H., Wang, Y., Zeng, Q., Hu, G., Bao, G., Wan, Y.: Academic Insights and Perspectives in 3D Printing: A Bibliometric Review. Appl. Sci. 2021, 11, 8298.
  2. Ertmer, P. A.: Jumping the PBL implementation hurdle: Supporting the efforts of K-12 teachers. Interdisciplinary Journal of Problem-Based Learning. 1(1), 2021, p. 40-54.
  3. Wang, H. (2018). STEM integration: Teacher perceptions and practice. Journal of Pre-College Engineering Education Research. 2018, 1(2). p. 1-13.
  4. A. Marinakis, K. Mania, & A. Antoniadis, “Augmented reality for cad-cam training featuring 3d interactive geometric transformations,” Computer-Aided Design& Applications, vol. 18, pp. 561–570, 2021.
  5. M.U. Rodríguez, J.L.L. Cantabrana, & M.G. Cervera, “Validation of a tool for self-evaluating teacher digital competence,” Educación XX1, vol. 24, no. 1, pp. 353–373, 2021.
  6. S. Gorjanc, & E. Jurkin, “Web textbook for descriptive geometry,” FME Transactions, vol. 47, no. 2, pp. 263–266, 2019.
  7. L. Figueiredo, P. Ivson, & W. Celes, “Deep learning-based framework for Shape Instance Registration on 3D CAD models,” Computers & Graphics, vol. 101, pp. 72–81, 2021.
  8. W. Nie, Y. Wang, D. Song, & W. Li, “3D Model Retrieval Based on a 3D Shape Knowledge Graph,” IEEE Access, vol. 8, pp. 142632–142641, 2020.
  9. D. Liudmila, &, T. Nail, “A modified design-analog method of teaching geometry and graphics as a means of integrating of training and design activities of future architects,” IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, vol. 890, no. 1, 2020.
  10. M. Omar, D.F. Ali, A.N. Nasir, & M.S. Sunar, “AREDApps: Integrating mobile augmented reality in orthographic projection teaching and learning,” International Journal of Recent Technology and Engineering, vol. 8, pp. 821–825, 2019.