Методика применения технологий прикладной информатики в курсе преподавания предмета «Компьютерная графика»

Методика применения технологий прикладной информатики в курсе преподавания предмета «Компьютерная графика»

Тюканько Светлана Васильевна

учитель информатики

Харцызской общеобразовательной школы № 25 «Интеллект»  

с углубленным изучением отдельных предметов

Донецкой Народной Республики

учитель высшей квалификационной категории,

учитель методист

Актуальность. В настоящее время из области информатики и информационно-коммуникационных технологий шагнули вперед и динамично развиваются компьютерные графические информационные технологии. Меняются и методологические подходы, инструментальная база и сфера применения. При этом основным функциональным разработчиком таких технологий остается компьютерная графика. Предмет «Компьютерная графика» введен в школьную программу с 2015 года и объединяет в себе знания по различным представлениям графической информации и навыки работы в графических редакторах. В связи с этим возникает необходимость выделять отдельное самостоятельное направление, которое было бы теоретической базой для развития новых подходов изучения компьютерной графики как эффективного и многофункционального компонента, полностью соответствующего естественным особенностям восприятия человеком окружающего мира. А раздел компьютерной графики – компьютерное черчение обеспечит возможность реализации технологий проектирования.

Постановка проблемы. Компьютер все чаще используется в производственных целях, поэтому обучение не может быть перспективным, если не будет связано с современными информационными технологиями. Ведь информационные технологии применяются в проектировании и конструировании, дизайне, моделировании и других технологических процессах, поэтому необходимо определить конкретные цели обучения прикладной информатики, познавательное и воспитательное значение использования в учебном процессе современных информационных технологий, проанализировать использование системы КОМПАС-3d и других графических редакторов для изучения отдельных разделов компьютерной графики.

Анализ последних исследований и публикаций. Рассмотрению использования компьютерных технологий в обучении посвящено множество работ и теоретических исследований. Вопросам, которые связаны с усовершенствованием содержания и методики применения компьютерных технологий обучения в общеобразовательных и высших учебных заведениях, посвящены работы многих ученых, среди которых А.Ф. Верлань, А.П. Ершов, В.М. Глушков, В.В. Лаптев, М.П. Лапчик, Ю.И. Машбиц, В.Я. Ожогин, С.А. Раков, Ю.С. Рамский, О.М. Спирин и другие.

Их работы являются основой для формирования методики профессиональной подготовки будущих учителей информатики, но вопросы, связанные с компетентностями в области прикладной информатики и компьютерной графики, комплексно не рассматривались.

Цель написания статьи обосновать основные компоненты методической системы обучения прикладной информатики. Проанализировать использование системы КОМПАС-3d для обучения отдельных разделов прикладной информатики в процессе изучения предмета «Компьютерная графика»

Основное содержание статьи. Информация в жизни современного человека играет огромную роль. Наиболее эффективным и удобным для восприятия видом информации остается графическая информация. По определению – это совокупность данных, представленных в виде изображений, схем, эскизов, графиков, диаграмм, чертежей, символов. Эта информация поступает и усваивается человеком через канал зрения. Таким образом, доля графической информации в профессиональной деятельности любого рода неуклонно растет. Поэтому необходимы средства для работы с изображениями и специалисты, умеющие грамотно работать с этими инструментами – исследователи из различных областей науки и прикладного искусства, художники, дизайнеры, специалисты по компьютерной верстке, дизайнеры, разработчики рекламных продуктов, создатели веб-страниц, презентаций, модельеры тканей и одежды, фотографы, специалисты в области теле- и видеомонтажа и др. [6]

Фундаментальное значение компьютерно-графической подготовки в эпоху массовой информатизации общества в целом и образования в частности уже не вызывает сомнений. Влияние компьютерной графической подготовки на формирование личности не случайно, поскольку:

·     во-первых, известно, что оптико-моторный гнозис у человека за информационной мощностью на несколько порядков (в 1000 раз и более) превышает логико-вербальный компонент. Поэтому от создания образов компьютерной графики в сознании через соотношение геометрических форм, цветов, масштабов, текстур, а также скоростей их изменения создает предпосылки для динамичного развития геометрического (пространственного) мышления и эффективного усвоения новой информации;

·     во-вторых, в последние годы геометризация современной математики и физики является ведущей тенденцией. Здесь особенно большую роль играет топология, которая постепенно превращается в фундамент всей математики. В частности, широкое внедрение методов нелинейной математики в современное естествознание и технику невозможно без развития методов визуализации фазовых портретов, бифуркаций, полей состояния, динамических изображений. Поэтому, овладев методами современной компьютерной визуализации, можно глубже познать закономерности материального мира и найти эффективные алгоритмы решения различных задач – технических, естественных (в частности, экологических), социальных, экономических и тому подобное;

·     в-третьих, в самой информатике и ИКТ компьютерная графика через ее предметно-образный стиль и динамическое манипулирование, становится основным каналом обмена информацией между человеком и компьютером (графический «дружественный» интерфейс, интерактивное взаимодействие, многооконность, сценарная организация диалога и т.д.). Сейчас завершается переход от этапа символьного программирования к этапу визуального программирования. Поэтому изучение методологических основ и овладение программных средств интерактивной компьютерной графики будет способствовать увеличению информационной мощности человека в направлении создания человеко-компьютерных систем и технологий;

Именно поэтому в технологически развитых странах мира молодежь активно изучает математический аппарат, аппаратные и программные средства компьютерной графики. Это позволяет направить обучение в том или ином проблемном направлении будущей профессиональной специализации.

Поскольку любое изображение на экране монитора – это результат компьютерной обработки той или иной геометрической модели объекта, то основной задачей преподавания основ компьютерной графики является обучение геометрического (графического) моделирования объектов и формирование у учащихся определенных знаний, умений и навыков манипуляции компьютерными изображениями этих объектов. Ведущее место в этом процессе принадлежит развитию у учащихся алгоритмического мышления, в частности формированию умений составлять и реализовывать графические алгоритмы построения и обработки различных изображений.

Теоретической и методологической основой компьютерной графики являются все разделы математики, физика, основы информатики и вычислительной техники, формальная логика, теория построения алгоритмов, основы программирования, изобразительное искусство, черчение и многие другие дисциплины. Компьютерная графика является творческим «применением» полученных в указанных дисциплинах знаний, расширением и закреплением их и (что очень важно) стимулом более тщательного изучения содержательного материала общетеоретических дисциплин. Более того, компьютерную графику, как и информатику в целом, необходимо оценивать с позиций дальнейшей практической пользы приобретенных в процессе обучения знаний, умений и навыков в самостоятельной продуктивной деятельности школьника.

Целью курса «Компьютерная графика 10-11 класс» является формирование у учащихся знаний и умений, необходимых для эффективной обработки информации, представленной в графической форме, а также использование компьютерных изображений в учебной и будущей профессиональной деятельности.

Цель курса достигается через овладение учащимися необходимого объема теоретического материала, практическое овладение современных графически-информационных технологий и компьютерных средств и оболочек создания, обработки и визуализации растровых и векторных изображений. Одинаково важны умение создавать новые изображения и рисунки, редактировать имеющиеся, превращать форматы компьютерных изображений и их цветовые модели, импортировать должным образом подготовленные графические изображения в офисные документы, веб-страницы, электронные и полиграфические издания, рекламу, разрабатывать компьютерную анимацию.

Данный предмет направлен на изучение широкого круга графических понятий, основ прямоугольного проецирования, способов построения наглядных изображений, формирование умений выполнять чертежи, связанные с пространственным преобразованием объектов, развивая творческие способности, необходимые в любой профессиональной деятельности. [9]

Вопросы, которые стоят перед теми, кто вводит курс, прикладной информатики в школе, это вопросы выбора информационных технологий для обучения основам систем автоматического проектирования (САПР).

Системы автоматизированного проектирования не только позволяют снизить трудоемкость и повысить наглядность и эффективность процесса проектирования изделий (избежать множества конструкторских ошибок еще на стадии разработки), но и дают возможность реализовать идею единого информационного пространства на предприятии, которое развивается быстрыми темпами.

Компьютерная (машинная) графика – это самый современный способ проектирования изделий в любой отрасли промышленности. Знание его может стать одной из преимущественных характеристик для получения работы. А также продолжения образования. Она обеспечивает: быстрое выполнение чертежей (примерно в 3 раза быстрее ручного); повышение их точности; повышения качества чертежей; возможность их многократного использования; ускорение расчетов и анализа при проектировании; высокий уровень проектирования; сокращение затрат на усовершенствование; интеграцию проектирования с другими видами деятельности.

Система автоматизированного проектирования (САПР) родилась в 60-е годы прошлого века, но лишь с бурным развитием вычислительной техники последнего десятилетия стало возможным создание программных средств машинной графики.

Основатель направления Систем Автоматического Проектирования Айвен Сазерленд (Массачусетский технологический институт) впервые предложил аббревиатуру САПР и программистами велась работа над созданием графического редактора, как инструментария для выполнения конструкторской документации (чертежа), хотя первоначально они предназначались для автоматизации инженерно-графических работ.

Эти системы представляют двухмерное (2d) моделирование. Но наблюдались сложности при создании трехмерного объекта, ведь на плоском экране получается только абстрактный образ, а каждый вид которого выполняется как отдельная фигура. Три вида (главный, сверху и слева) система не связывала между собой. Далее велись разработки по проверки правильности чертежа и требовалось создание макета.

В современных программах, с точки зрения создания чертежей данный подход не требуется. Можно создать модель твердотельного моделирования. Этот метод прост, интуитивно понятен и позволяет легко настраивать и дорабатывать модель. После создания 3D-модели можно получить графическое изображение, связанное с ней, то есть изменить форму или размер модели, изображение на всех связанных типах автоматически изменяется. И после некоторого уточнения (нанесения размеров, разработку разрезов и т. д.) это графическое изображение превращается в полноценный чертеж, выполненный по всем правилам Единой системы конструкторской документации (EСКД).

3d-моделирование позволяет создавать каркасную, поверхностную и сплошную модель. Кроме того, современные системы позволяют моделировать движение в пространстве рабочих элементов продукта (например, роботов-манипуляторов) с помощью инструментов анимации. Они отслеживают траектории инструмента во время разработки и контроля технологического процесса изготовления спроектированного продукта. Использование системы КОМПАС-3d позволяет показать, что графические изображения во всем их многообразии являются не только средством передачи информации, но и важным средством познания. С помощью графических изображений можно сделать шаблоны, существующие в математике, физике, химии, аналитической геометрии и т. д., более очевидными и понятными.

В то же время система решает проблемы развития познавательного интереса к компьютерному черчению и является стимулом для активизации деятельности обучающегося. Использование системы КОМПАС-3d в качестве эффективного инструмента позволяет учителю сделать учебный процесс более интересным, привлекательным, выделить в нем те аспекты, которые помогут привлечь внимание ученика, поскольку школьники всегда заинтересованы в ярких и эмоционально представленных фактах.

Интересно, что работа с системой позволяет подготовить школьников к самостоятельной работе со справочным материалом, а работа с программой повышает интерес учеников к работе со специальной литературой. Использование таких информационных технологий в образовательной и познавательной деятельности позволяет привлекать школьников к элементам инженерно-технических знаний, формированию технического мышления, когнитивных способностей, склонности к самосовершенствованию и созданию новых устройств и приборов, что особенно важно для развития творческих качеств личности. [3]

Новые возможности применения прикладной информатики открываются при выполнении подробных и сборочных чертежей, поскольку использование редактора позволяет сохранять чертежи деталей, изделий в виде фрагментов. Детали и выполнение монтажных (сборочных) чертежей выполняются с использованием команд сдвига и копирования.

На уроках изучаются особенности программы, развивается пространственное мышление.

Пространственные представления играют важную роль в ассимиляции школьных предметов: геометрии, физики, географии и т. д., способствуют усвоению знаний и навыков в трудовом обучении, производственной деятельности и техническом творчестве.

Использование системы КОМПАС-3d, особенно модуля моделирования твердого тела, дает учителю новые возможности в формировании развития пространственных представлений учащихся. Модуль твердотельного моделирования можно с успехом использовать на начальном этапе обучения, например, при выполнении таких упражнений:

• сравнение детального рисунка с его визуальным изображением;

• сопоставление и расположение деталей (видов) в проекционном соединении применительно к наглядным изображениям. [12]

Обратная задача вызывает у учащихся большой интерес, она выполняется в модуле твердотельного моделирования реконструкции наглядного представления детали по ее прямоугольным проекциям. Эту возможность следует использовать не только на начальном этапе обучения.

Используя систему КОМПАС-3d, получаем возможность выполнения задачи, анализируя форму объекта, представляя его в простые геометрические тела; определению проекций вершин и точек, лежащих на ребрах и гранях; выполнение аксонометрических изображений по чертежам.

Для чертежей произвольной конструкции пользователь может указать части чертежей, относящихся к одной системе, принадлежащей к одному и тому же слою. Существует возможность рассматривать каждую часть чертежа сборки как один слой, а его крепления - как другой. В этом случае приходят на помощь инструменты по осуществлению поворота/сдвига для каждой детали чертежа. Система КОМПАС-3d отвечает повышенным требованиям к интеграции в современной школьной среде.

Работа с системой обеспечивает практическую реализацию межпредметных связей. Например, для создания чертежа требуется, чтобы ученик имел представления о геометрических понятиях: длина отрезка, обозначение длины отрезка, построение параллельных прямых, прямой угол, прямоугольник, квадрат, многоугольник и круг, радиус окружности, измерение геометрических величин, угол, величина угла, измерения углов и т. д.

Важно, что во время работы с КОМПАС-3d ученик должен использовать знание метода координат. Например, при рисовании сегментов прямые должны указывать координаты начала и конца сегмента. Использование редактора позволяет нарисовать прямой угол к системе координат оси OX, параллельным линиям или набор параллельных линий с заданным пространственным шагом. При создании простого объекта, например, круга, можно использовать несколько методов: установить центр круга и его радиус; указать центр и по меньшей мере одну точку круга; указать три точки, которые лежат на заданном круге. Интерес для учащихся, представляет и анализ способов задания прямоугольников, многоугольников, дуг и тому подобное. Использование САПР на уроках, элективных курсах и внеурочных мероприятиях расширяет и углубляет интересы учеников, вводит их в общие научные основы и организационные принципы современного производства, стимулирует использование в работе знаний фундаментальных наук посредством эффективного использования междисциплинарных связей. Использование учителем КОМПАС-3d обеспечивает возможность создания чертежей объектов труда: wt инструментов, приспособлений, учебные пособий, школьных приборов, технических игрушек, сувениров, технических моделей, механизмов, другого оборудования [3]

Выводы. На основании проведенного исследования можно сделать вывод о целесообразности применения автоматизированной системы КОМПАС-3d для обучения прикладной информатике старшеклассников при изучении предмета «Компьютерная графика». Программа курса и сама система автоматического проектирования значительно повышают продуктивность обучения и делает перспективу в конкурентоспособности на рынке труда.

Список литературы:

1.     Азбука КОМПАС График V14 [Электронный ресурс] / ЗАО АСКОН - 2013. – 409 с.

2.     Баранова И.В. КОМПАС-3D для школьников. Черчение и компьютерная графика. Учебное пособие для учащихся общеобразовательных учреждений. – М.: ДМК Пресс, 2009. – 272 с., ил.

3.     Богуславский А.А. Программно-методический комплекс №6. Школьная система автоматизированного проектирования. Пособие для учителя // М.: КУДИЦ, 1995.

4.     Зацман И.М. Семиотические основания и элементарные технологии информатики. // Информационные технологии, № 7, 2005. – С. 18-31.

5.     Иванов Н. Компьютерное образование // Компьютер Пресс, 1996, №8.

6.     Колин К.К. Социальная информатика: Учебное пособие для вузов. – М.: Академический Проект, 2003. – 432с.

7.     Колин К. К. Информационный поход в методологии науки и научное мировоззрение. // «Alma mater» (Вестник высшей школы), № 2, 2000. – С. 16-22.

8.     Компьютерная графика: 10(11) кл.: программа для общеобразоват. организаций / сост. Кузнецова И.В., Семенова О.И., Глухова М.В., Тюканько С.В., Пилпани Ю.Ю.; ДИППО. – Донецк : Истоки, 2015. – 13 с.

9.     Котов Ю.В., Павлова А.А. Основы машинной графики, учебное пособие для студентов художественно-графических факультетов, Москва, Просвещение, 1993 г

10. Колин К.К. О структуре и содержании образовательной области «Информатика». // Информатика и образование, № 10, 2000. – С. 5-10.

11. Кудрявцев Е. М. КОМПАС - 3D V8. Наиболее полное руководство. М.: ДМК-Пресс, 2006. 928 с., ил.

12. Трошин В.В. Компьютер на уроке черчения // Школа и производство, 1991, №7. - С. 55-58.

13. Юрин В., Злыгарев В. Система автоматизированной конструкторско-технологической подготовки производства в качестве средства обучения // Высшее образование в России, 1996, №1, - С. 97-100