УДК
Визуализация трехмерного моделирования угольных
шахт в обучении
Щипова Виктория Ивановна
Луганский Государственный Университет им.
В. Даля
Стахановский учебно-научный институт горных и образовательных технологий
Аннотация. В статье рассматривается
вопрос актуальности визуализации данных, в основе которого повышение
эффективности восприятия материала для принятия верного профессионального
решения.
Ключевые слова: пространственная визуализация, горноспасатели, планы
горных работ, учащиеся, учебная информация.
Введение.
Горнодобывающая
промышленность относится к числу наиболее рискованных видов деятельности, а
аварии в шахтах являются одними из самых распространённых причин травматизма на
производстве, в том числе травматизма с летательным исходом.
Статистика частоты аварий,
связанных с взрывами метана и угольной пыли, показывает, что за десятилетний
период с 1991-2010 г. при эксплуатации и ведении горноспасательных работ в
угольных шахтах России было зафиксировано 193 взрыва, в том числе 25 взрывов
при аварийно-спасательных работах. Тренд частоты взрывов, вспышек метана и
угольной пыли за тот же период не имел тенденции к снижению. Число таких аварий
в среднем составляет 9 случаев в год при максимальном количестве 17 случаев в
1992 г. и минимальном количестве – 2 случая в 2008 г. От этих взрывов
пострадало 1509 человек, в том числе 744 человека получили смертельные травмы,
86 человек из погибших – работники военизированных горноспасательных частей
(ВГСЧ).
Такого
количества смертей работников ВГСЧ можно было бы избежать, если бы эти
работники располагали данными о состоянии аварийных выработок перед тем, как
выдвигаться в аварийные участки шахты.
Актуальность. В
настоящее время большое внимание уделяется вопросам визуального представления
аналитических, экономических, социальных, статистических и другого вида данных.
Актуальность такого явления определена главным образом возможностью
представления большого объема информации в вербально-графическом виде с целью
ее оптимизации для эффективного восприятия и дальнейшего использования в
профессиональной деятельности. Особые трудности вызывает сегодня работа по
визуализации многостраничных документов, содержащих большой объем текстовой
информации, наряду с относительно небольшим количеством числовых данных.Трехмерная
графика является новинкой, которая до сих пор не потеряла свою актуальность в
различных сферах деятельности. Трехмерное изображение широко используется в
создании анимации, в строительстве и других сферах. Трехмерное моделирование является наиболее наглядным,
точным и полным источником информации об объекте, с использованием которой
может быть сформирована и оформлена, при необходимости, конструкторская
документация на электронных или бумажных носителях.
Объект исследования – процесс визуализации учебной информации в образовании.
Предмет исследования – трехмерная модель визуализации учебной информации.
Цель исследования – разработка модели визуализации учебной информации.
Задачи:
1. Разработать модель визуализации учебного
материала по дисциплине «Профилактика и ликвидации аварий на горных
предприятиях»
2. В ходе работы проверить:
– активность использования учащимися визуализации
учебного материала;
– работоспособность элементов модели
визуализации учебной информации и самой модели.
Научная новизна заключается в обосновании модели визуализации учебной информации.
Постановка
задачи.
Задачей
является разработка трехмерной модели, на основе которой могут быть созданы
различные обучающие видеоматериалы и приложения..
Чтобы
сделать обучение более эффективным, необходимы современные средства компьютерного
моделирования. С их помощью учащиеся, а так же горноспасатели способны эффективно
приобретать профессиональные навыки, осваивать технику безопасности, учиться
быстро и правильно реагировать на непредвиденные ситуации в шахте.
Одно из
назначений разрабатываемого приложения заключается в его использовании в
учебном процессе. Использование трехмерных моделей шахты в учебном процессе позволит
учащимся сократить время на изучение динамично развивающегося горного
предприятия, а в опасных ситуациях реальных шахт – своевременно принимать
решения без существенного ущерба их здоровью.
Преимущество обучения для учащихся и горноспасателей
при использовании информационных технологий с применением компьютерных
3D-моделей угольных шахт очевидно. В отличие от плоских чертежей объемные
компьютерные модели интерактивны: можно выбрать любую точку обзора и
рассмотреть объект в целом или его часть, найти пути решения для ликвидации
аварии, прилагая минимум усилий.
Решение задачи.
Для выявления возможности и целесообразности
использования компьютерных объемных 3D моделей шахт для обучения учащихся, в
том числе горноспасателей был проведен эксперимент. Эксперимент проводился с
использование 2D чертежа и 3D модели части вентиляционной схемы плана
ликвидации аварий шахты «Белореченская». Для выявления эффективности
организации учебного процесса привлекались преподаватели, которые оценивали
работу горноспасателей по стобальной шкале. Формирование компетенций оценивалось по результатам тестирования,
а познавательный интерес – по результатам анкетирования на основе самооценки учащихся,
в том числе горноспасателей. Сравнительные оценки качества
отдельных этапов учебных занятий, которые осуществлялись при подготовке и
непосредственно, при выполнении заданий, методические указания к которым были
представлены в электронном виде и иллюстрированы графикой в виде
плоскопроекционных (2D) и объемных (3D) изображений (см. рис. 1), приведены в
таблице.
а)
б)
Рис. 1. Компьютерные 2D (а) и 3D (б) модели иллюстративного материала в
методических указаниях по выполнению заданий.
Таблица
Сравнительные оценки качества отдельных
этапов выполнения задания
Диаграмма на рис. 2 демонстрирует изменение познавательного интереса
в промежутки времени от начала
семестра до его завершения.
Начало семестра середина семестра конец
семестра
|
|
Рис. 2. Изменение познавательного
интереса в течение семестра при использовании 2D и 3D изображений в качестве
иллюстраций в учебных пособиях.
Выводы.
Приведенные данные подтверждают
целесообразность использования объемных 3D моделей в учебном процессе. Резкое
повышение познавательного интереса наблюдается в начале семестра. По мере
обучения студенты постепенно привыкают к первоначально необычным для них
изображениям объектов и познавательный интерес снижается, но наличие
познавательного интереса, большей наглядности и информативности объемных
изображений способствуют повышению эффективности процесса обучения.
Результаты исследований показали, что
обучение с использованием анимации и другой графической информации позволяет:
– улучшить запоминание информации на 10…20%;
– улучшить восприятие (понимание) информации
до 30%;
– до 50% уменьшает время обучения;
– использование изображений позволяет
увеличить эффективность процесса обучения до 89%;
– анимации позволяют существенно улучшить
восприятие данных по сравнению со статистическими изображениями.
Несмотря на
значительное количество исследований по дисциплине «Профилактика и ликвидации
аварий на горных предприятиях», технология обучения на основе 3D-моделирования
требует особого внимания и отдельного научного исследования.
Литература
1. Медведев А.А. и др. Электронный
информационный образовательный
ресурс
«Оптимизация ресурсов компьютерной техники и расширение её технологических
возможностей применения в учебном процессе». Свидетельство о регистрации
электронного ресурса ОФЭРНиО РАО ГАН №18730 от 04.12.2012.
2. Роберт И.В. Теория и методика информатизации
образования (психолого-педагогический и технологический аспекты). 3-е изд. М.:
ИИО РАО, 2010. 356 с.
3. Селезнев В.А. Компьютерные технологии и
образное представление информации в учебном процессе образовательных
организаций // Теория и практика общественного развития. 2012. №1. URL:
http//www.teoria-practica.ru (дата обращения: 24.09.2013).
Оставьте свой комментарий
Авторизуйтесь, чтобы задавать вопросы.