Методика формування просторової уяви майбутніх інженерів із застосуванням динамічних стереоскопічних моделей

Размещено на http: //www. allbest. ru/

Методика формування просторової уяви майбутніх інженерів із застосуванням динамічних стереоскопічних моделей

Корнєєва А.М., Ткаченко В.П.

Постановка проблеми. Ми є свідками і співучасниками зміни епох у проектуванні і конструюванні виробів у найрізноманітних галузях виробництва. Автоматизація сучасного виробництва, заміна плаского креслення трьохвимірною моделлю корінним чином змінила не тільки характер трудової діяльності інженера, а і відповідні вимоги до його технічної підготовки, яка нерозривно пов'язана з навичками й уміннями вільного читання і виконання графічних документів. Інженер, проектувальник працюють, маючи перед очами, як правило, графічну модель об'єкту, тому не випадково креслення називають мовою техніки, а графічна підготовка займає важливе місце у програмах підготовки інженерів-механіків. Для успішного засвоєння цієї мови інженер повинен мати досить розвинуту просторову уяву, без якої неможлива інженерна творчість.

Згідно із стандартами вищої освіти однією з основних цілей курсу нарисної геометрії є розвиток просторової уяви, конструктивно-геометричного мислення, здібностей до аналізу та синтезу просторових форм та співвідношень на основі побудови графічних моделей тривимірного простору на площині. Але й досі актуальною залишається проблема розвитку просторової уяви. Вона ще не досить висвітлена у педагогічній теорії й не вирішена в практиці навчання.

Аналіз останніх досліджень і публікацій. Завдяки проведеному аналізу підручників та навчальних посібників з нарисної геометрії, у яких міститься навчальний матеріал для розвитку просторової уяви [1, 2, 3, 4], можна визначити, що основними дидактичними засобами її розвитку є креслення, що супроводжують навчальний матеріал, плакати та фізичні моделі, наочність яких не відповідає сучасним вимогам.

Особливої уваги заслуговує такий наочний дидактичний засіб, як стереозображення. В підручниках і альбомах І. Пал [5], І. Вінницького [6], В. Буц [7] надана велика кількість стереозображень, що дозволяють пласкі зображення на папері перетворювати в трьохвимірний образ і таким чином підвищити наочність навчального матеріалу, зробити більш зрозумілим процеси перетворення геометричних зображень. Однак їх використання є ефективним тільки під час індивідуальної форми занять.

З розвитком сучасних інформаційних технологій та впровадженням їх у навчальний процес значно поширилися засоби наочної демонстрації навчального матеріалу з нарисної геометрії: мультимедіа - анімаційні фільми з проеціювання геометричних об'єктів, відео-фрагменти утворення поверхонь, динамічні побудови та інші моделі [8, 9,10].

Постановка завдання. Авторами продовжено пошук нових методик навчання з використанням наочних дидактичних засобів. Метою розробленої методики є формування й розвиток просторової уяви студентів при навчанні курсу "Нарисна геометрія" з використанням динамічних стереоскопічних моделей.

Виклад основного матеріалу. В основу методики формування просторової уяви з використанням стереоскопічних динамічних моделей прийняті наступні загально-дидактичні принципи навчання: принцип наочності; принцип системності; принцип свідомості й активності; принцип індивідуального підходу.

Основною педагогічною проблемою розвитку просторової уяви є "замкнуте коло" утворене двома компонентами педагогічного процесу: просторовим уявленням та досвідом його використання, що складається у вирішенні задач нарисної геометрії. Перший компонент не може розвитися без другого, а другий не може існувати без першого. Проблема "замкнутого кола" є типовою для багатьох випадків навчального процесу. Основна ідея запропонованої методики формування й розвитку в студентів просторової уяви при навчанні нарисної геометрії, як навичок розумової діяльності із створення просторових уявлюваних образів, складається у заміні на певних етапах навчання просторової уяви безпосереднім сприйняттям стереоскопічного зображення об'єкту.

Заняття за розробленою автором методикою складається із трьох етапів: підготовчого, основного й заключного. Кожний з етапів ділиться на порції, що являють собою сценарій, об'єднаний єдиним змістом. Порції, у свою чергу, діляться на епізоди. Епізоди можуть бути статичними або динамічними (рис.).

Статичний епізод містить один кадр, що демонструється певний час. Динамічний епізод, як правило, являє собою стереоскопічну динамічну модель, що містить серію послідовних кадрів, що демонструються з інтервалом 0,1-0,2 с. Так, наприклад, при тривалості епізоду 12 с та інтервалі 0,20 с епізод буде містити 60 кадрів.

Підготовчий етап заняття порції 1-3 (тривалість - 3 хв.)

Цей етап заняття необхідний для підготовки студентів до сприйняття стереоскопічних зображень. Відомо, що здатність "бачити обсяг там, де його нема", неоднаково розвинена в різних людей. Це пов'язане з індивідуальними фізіологічними особливостями органів зору кожної людини. Зокрема, ці відмінності проявляються в часі, необхідному для адаптації зору до розгляду стереозображень. Експериментально встановлено, що у студентів, які успішно сприймають стерео-пари простих об'єктів, як об'ємні зображення, при розгляді наступних зображень, більше складних об'єктів відбувається швидша адаптація органів зору, тобто розвивається здатність до сприйняття стереозображень або "з'являється стерео-зір". Тому на кожнім занятті для "настроювання на роботу зі стереозображеннями" за темою заняття студентам протягом 4 хв. (на перших двох заняттях) і 2 хв. (на наступних заняттях) демонструються статичні зображення (стереофотографії) і розроблені автором стерео-адаптаційні відео-ролики.

Порція 1. Використовуються стереофотографії знайомих і пізнаваних предметів й явищ пейзажі, тварини, рослини, музейні експонати. Кожне із зображень, що розглядається через стерео-окуляри, демонструється протягом 20 секунд. Один з наборів таких стереофотографій показаний на рис 2.6 (необхідно розглядати в стерео-окулярах). Викладач повинен бути впевнений, що всі студенти бачать зображення об'ємним. Для цього пропонується їм, не знімаючи окуляри, вказати рукою, де на їхню думку перебуває одна з характерних точок об'єкту. Визначення студентом місцезнаходження даної точки в повітрі між екраном і спостерігачем дає можливість викладачеві переконатися, що ефект стерео-сприйняття досягнутий. Даний прийом використовується на різних етапах занять для впевненості викладача, що всі студенти групи включені у навчальний процес.

Порції 2-3. Демонстрація розроблених автором стерео-адаптаційних відео-роликів. Докладніше у розділі 2.2.

Рис. 1 Етапи проведення заняття за методикою формування просторової уяви студентів із застосуванням стереоскопічних динамічних моделей

Основний етап заняття - (тривалість - 16-20 хв.).

Під час основного етапу заняття проводиться демонстрація стереоскопічних динамічних моделей за темою заняття.

Даний етап проводиться за наступним алгоритмом.

Порція 4. Впродовж 10-20 секунд демонструється статичне стереоскопічне зображення об'єкту в одній з аксонометричних проекцій в системі координатних площин . Щоб переконатися, що студенти "бачать" об'єкт об'ємним, їм пропонується, не знімаючи стерео-окулярів, вказати на одну з характерних точок, названу викладачем. Якщо при цьому точка вказується "у повітрі", тобто між екраном і спостерігачем, викладач може сподіватися, що ефект стереоскопічного бачення студентом досягнутий. Якщо ж студент, вказуючи на названу точку, торкається екрана монітора, це свідчить про те, що він "не бачить" стереозображення. В останньому випадку йому рекомендується прийти на консультацію для проходження більш тривалої адаптації з використанням стереофотографій і стерео-адаптаційних відео-роликів.

Порція 5. Далі послідовно демонструються три стереозображення, побудовані на базі аксонометричної проекції, протягом 15-20 сек. кожне:

епізод 1 - стереоскопічне зображення аксонометричної проекції об'єкта із стереоскопічним зображенням його фронтальної проекції на площину проекції П2;

епізод 2 стереоскопічне зображення аксонометричної проекції об'єкта зі стереоскопічними зображеннями його горизонтальної та фронтальної проекцій, відповідно на площині проекцій ;

епізод 3 - стереоскопічне зображення аксонометричної проекції об'єкта зі стереоскопічними зображеннями його горизонтальної, фронтальної та профільної проекцій, відповідно на площині проекцій .

Порції 6-8. Далі демонструються наступні динамічні стереоскопічні моделі (ДСМ):

- фронтальна динамічна стереоскопічна модель;

- горизонтальна динамічна стереоскопічна модель;

- профільна динамічна стереоскопічна модель.

Кожна з ДСМ складається з п'яти епізодів:

епізод 1 - статичне стереоскопічне зображення відповідної проекції об'єкта;

епізод 2 - динамічне перетворення (трансформація) стереозображення в пласке зображення, тобто поступовий анімаційний перехід від стерео-пари з базою стерео-проекції d=d0 до стерео-пари c базою стерео-проекції d=0, тобто до пласкої проекції об'єкта у системі Монжа;

епізод 3 - пласке зображення відповідної проекції відповідна проекція об'єкта у системі Монжа;

епізод 4 - зворотна трансформація плаского зображення (проекції) у стереозображення об'єкта;

епізод 5 - статичне стереоскопічне зображення відповідної проекції об'єкта.

Порція 9. На наступному етапі заняття послідовно показуються три зображення:

епізод 1 аксонометрична стереоскопічна проекція об'єкта із трьома проекціями горизонтальною на П1, фронтальною на П2 і профільною на П3 15-20 сек.;

епізод 2 пласке зображення об'єкта у трьох проекціях епюр Монжа 15-20 сек.;

епізод 3 сполучене зображення аксонометричної стереоскопічної проекції об'єкта із трьома його проекціями (на екрані ліворуч) і плаского зображення епюра Монжа об'єкта (праворуч) до 1 хв.

Порція 9 супроводжується поясненням викладача принципів ортогонального проекцювання і побудови епюра Монжа.

Порція 10. Далі, протягом 5 хв., проводиться обговорення продемонстрованого матеріалу. Метою обговорення є виявлення правильності й швидкості просторової уяви, рівня розуміння принципів ортогонального проектування, що становлять основу нарисної геометрії й виявлення ступеня інтересу студентів до запропонованої методики викладання нарисної геометрії. Крім того, викладач з'ясовує, немає чи негативних фізіологічних явищ у зв'язку з переглядом стереозображень. Під час обговорення студентам пропонується зняти стерео-окуляри. Таким чином, час обговорення використовується для відпочинку зору.

Алгоритм методики формування та розвитку просторової уяви із застосуванням динамічних стереоскопічних моделей представлений у табл.

Таблиця 1 Алгоритм методики формування і розвитку просторової уяви із використанням динамічних стереоскопічних моделей

Таким чином, на основному етапі застосування методики на занятті виконується цілеспрямоване формування просторової уяви, у результаті чого у студентів поступово з'являється можливість довільно представляти різні проекції об'єкта на кресленні та подумки відтворювати його у просторі; розвивається вміння зберігати в пам'яті геометричний образ як уявлювану модель; здатність уявляти взаємне розташування та взаємну належність геометричних об'єктів у просторі; аналізувати й синтезувати геометричні образи. Заключний етап заняття.

За 10 хвилин до закінчення заняття проводиться тестування рівня засвоєння поточного матеріалу за тестами, розробленими і затвердженими на кафедрі нарисної геометрії і графіки СНУ ім. В. Даля.

Висновки та перспективи подальших досліджень

Зазначимо можливості та переваги розробленої методики формування просторової уяви. Використання цієї методики стимулює ініціативу, пізнавальну активність. Доречно підкреслити, що здійснюваний нами процес застосування динамічних стереоскопічних моделей у практиці викладання нарисної геометрії спрямований на розвиток креативності у майбутніх інженерів у цілому й на формування в них просторової уяви зокрема. Методика не передбачає змін у програмі курсу нарисної геометрії, а завдяки новим дидактичним засобам викладання дає можливість:

формувати розвиток у майбутніх інженерів просторої уяви форм і взаємного розташування об'єктів при викладанні нарисної геометрії та інших графічних дисциплін;

підвищити наочність графічного навчального матеріалу;

підвищити мотивацію студентів до навчання при вивченні курсу нарисної геометрії;

покращити опанування матеріалу графічних дисциплін за рахунок мобілізації зорової, просторової та асоціативної видів пам'яті;

спростити логічні доведення просторових теорем;

скоротити строки адаптації у перехідний період «середня школа - університет»;

знизити вартість методичного забезпечення дисципліни «Нарисна геометрія».

Література

1. Гордон В.О., Семенцов-Огієвський М.А. Курс нарисної геометрії: 23-є Видання - М.: Наука., 1988. - 272 с.

2. Михайленко В.Є., Євстифеєв М.Ф., Ковальов С.М., Кащенко О.В. Нарисна геометрія. - К.: Вища школа, 1993. - 271 с.

3. Ткаченко В.П., Тищенко Ю.А., Суховерхов В.К. Нарисна геометрія. Навч. посібник. - Луганськ, 2004. - 191 с.

4. Бубырь Ю.В., Прерис А.М. Начертательная геометрия. Учебно-методические материалы для самостоятельного изучения курса. Учеб. пособие. - Харьков: УЗПИ, 1989. - 306 с.

5. Пал И. Начертательная геометрия с анаглифными иллюстрациями. Будапешт, 1967. - 195 с.

6. Черчение. Сборные и стереоскопические модели / Под ред. И.Г. Виницкого. - М.: Высшая школа, 1972. - 127 с.

7. Буц В.М. Альбом стереоскопічних ілюстрацій до курсу нарисної геометрії. - К.: Вища школа, 1972. - 79 с.

8. Геометрическое моделирование и машинная графика в САПР: Учебник / В.Е. Михайленко, В.Н. Кислоокий, А.А. Лященко и др. - К.: Вища шк., 1991. - 374 с.

9. Иванов В.П., Батраков А.С. Трехмерная компьютерная графика / Под ред. Т.М. Полищука. - М.: Радио и связь, 1995. - 223 с.

10. Карабчевский В. В. Мультимедийный учебник по начертательной геометрии. // Образование и виртуальность-2002. Сборник научных трудов 6-й Международной ВИРТ-2003 конференции Украинской ассоциации дистанционного образования. Харьков-Ялта:УАДО, 2002. - С. 198 - 203.

Анотація

викладання геометрія просторовий уява

Корнєєва А.М., Ткаченко В.П.

Методика формування просторової уяви майбутніх інженерів із застосуванням динамічних стереоскопічних моделей

У статті описана методика формування просторової уяви студентів у процесі навчання нарисної геометрії із застосуванням динамічних стереоскопічних моделей. Відзначено доцільність використання комп'ютерних технологій для наочності матеріалу графічних дисциплін за рахунок мобілізації зорової, просторової та асоціативної видів пам'яті.

Аннотация

Корнеева А.Н., Ткаченко В.П.

Методика формирования пространственного воображения будущих инженеров с применением динамических стереоскопических моделей

В статье описана методика формирования пространственного воображения студентов в процессе обучения начертательной геометрии с применением динамических стереоскопических моделей. Отмечена целесообразность использования компьютерных технологий для наглядности материала графических дисциплин за счет мобилизации зрительной, пространственной и ассоциативной видов памяти.

Annotatіon

A.N. Korneeva, V.P. Tkachenko

Technique of Formation of Spatial Imagination of the Future Engineers With Application of Dynamic Three-Dimensional Models

The article deals with the formation of students spatial imagination in the process of teaching descriptive geometry through the application of dynamic three-dimentional models. The discritive geometry of use of computer technologies for presentation of presentation a material of graphic disciplines is marked at the expense of mobilization of visual, spatial and associative kinds of memory.

Размещено на Allbest.ru