Содержание к диссертации
Введение
1. Основные принципы формирования методики обучения теории изображения 24
1.1. Анализ характерных особенностей субъекта обучения 26
1.2. Анализ содержательной части учебного курса теории изображения 31
1.3. Выбор средств графического представления информации в теории изображения 33
1.4. Основное требование, предъявляемое к изображениям 34
1.5. Анализ существующих методик обучения 35
2. Основные компоненты алгоритмической методики обучения ...42
2.1. Структура учебного курса теории изображения 43
2.2. Необходимые геометрические знания 45
2.3. Построение плоских моделей основных геометрических элементов 50
2.4. Решение позиционных задач 58
2.5. Построение теней 63
2.6. Использование преобразования при построении плоской модели трехмерного пространства 66
2.7. Решение метрических задач 69
3. Геометрическое описание реальных объектов 77
3.1. Характеристики основных этапов геометрического описания. .78
3.2. Алгоритм изложения раздела «Геометрическое описание»... 103
4. Система контроля качества знаний теории построения изображения 110
4.1 Задания I уровня 115
4.2 Задания II уровня 117
4.3 Задания III уровня 120
4.4 Задания IV уровня 123
5. Соответствие дидактических принципов обучения теории построения изображения 125
5.1 Принцип научности 126
5.2 Принцип доступности и посильности обучения 128
5.3. Принцип наглядности 131
5.4. Принцип последовательности и систематичности 132
5.5. Связь теории с практикой 133
6. Экспериментальные исследования процесса обучения теории изображения 136
6.1 Основные положения эксперимента 137
6.2 Результаты проведенного эксперимента 140
Заключение и обобщающие выводы 145
Список литературы 148
Приложение 157
- Анализ характерных особенностей субъекта обучения
- Структура учебного курса теории изображения
- Характеристики основных этапов геометрического описания.
Введение к работе
Причины, обуславливающие возростающее значение изображений в жизни человека
Процесс познания человеком материального мира начинается с живого созерцания, первоначальной формой которого являются ощущения. При этом человек соприкасается с предметами и явлениями внешнего мира с помощью всех или разных органов чувств. Это слух, зрение, обоняние, осязание, вкус.
С точки зрения теории информации это будет процесс получения информации по разным каналам связи. Наибольшей пропускной способностью обладает зрительный канал, меньшей - слуховой, который можно отнести к аналитической форме получения информации. Установлено, что около 90% всех сведений, получаемых человеком об окружающем мире, он получает с помощью зрения, 9 % - с помощью слуха, и лишь 1 % с помощью остальных органов чувств [54].
Первые изображения, которые получает человек, возникают на сетчатке его глаза [20, 40]. Пытаясь их повторить, он наносит их на бумагу, дерево, камень и пр. В результате сформировался графический язык, благодаря которому человек фиксировал и передавал информацию об окружающем его мире.
Графический язык один из самых древних языков человечества. Едва ли найдется хотя бы одно археологическое упоминание о существовании человека без изображений. Изображения сопровождают человека на всем обозримом историческом пути его развития. Они являются средством межвременного общения. Современному человеку понятны рисунки, сделанные несколько тысячелетий назад. Через них мы получаем информацию об уровне развития древнейших цивилизаций. Такую же информацию получат о нас наши потомки, которые будут жить много веков спустя.
Язык изображений является средством межнационального общения. Изображение, которое сделал индус, может быть понятно и русскому, и французу, и китайцу. На основе этого возникла идея поиска контактов с внеземными цивилизациями. С помощью изображений земляне пытаются установить общение с жителями иных планет.
Неоценимую роль играют изображения, как фактор накопления культурных ценностей нашей цивилизации. Начиная с древних времен свои зна-наия об окружающем мире человек фиксировал в рисунках. В изображениях фиксируется самая разнообразная информация.
Роль изображений в жизни человека многофункциональна. Рассмотрим наиболее существенные функции, которые присуще изображениям [81].
Функция первая. Она обусловлена общением человека с реальностью. Сущность этого общения можно представить в виде схемы (рис.1).
Первые два этапа реализуют люди, которые в основном составляют категорию различных творческих профессий (ученые, художники, архитекторы, музыканты и т.д.). Третий этап находится в сфере реализации педагогов. Все остальные люди участвуют в последнем этапе. Такой подход к деятельности позволяет всех людей поделить на три группы. В первую группу входят все те, кто принадлежит к творческим профессиям. Вторая - образована педагогами. И третья - всеми остальными.
Конструированием моделей занимаются участники первой группы. Люди, входящие в две другие группы воспринимают реальность через их опыт. Такая ситуация является нормой в тех случаях, когда реальность относительно стабильна. Но любая стабильность со временем превращается в свою противоположность. Количественные изменения превращаются в качественные. Какая-то часть моделей, с помощью которых объяснялись те или иные аспекты реальности, перестают работать. Реальность становиться непонятной и вызывает отрицательную реакцию, что сопровождается мощным выбросом негативной энергии.
Если негативные выбросы слабые, то биосфера земли способна компенсировать ущерб, нанесенный ими. Но в настоящее время, благодаря мощным средствам коммуникаций, существенно усилился энергетический потенциал человек. Это приводит к усилению мощности негативного выброса, который живой организм нашей планеты компенсирует уже с трудом. О чем свидетельствует нарастающая частота катастроф, различного характера [102].
Мощность негативных выбросов можно было бы уменьшить, если бы люди понимали, что кризисные ситуации созданы не самой реальностью, а их отношением к ней. Изменчивость реальности воспринималась бы как естественный процесс, к которому нужно только приспособиться. Такое понимание формируется как следствие непосредственного общения с реальностью. Но как научить людей общаться с реальностью?
Вероятно, для этой цели нужен специальный предмет. Анализируя методики существующей системы образования, видим, что они знакомят уже с готовыми моделями, входящими в систему знаний и, как правило, не обучают непосредственному общению с реальностью, получению из нее информации и конструированию на ее основе моделей.
Хотя в этой системе есть графические предметы. Их основной задачей является обучение общению с реальностью по циклу геометрической информации. Но успешность решения этой задачи зависит от используемой методики, которая в настоящее время нуждается в коренной модернизации.
Функция вторая. Если бросить взгляд в глубь веков, то мы увидим, что наскальные изображения были одним из средств работы с информацией, которая подразумевает ее фиксацию, передачу и накопление. Эти рисунки соответствовали преобладающему тогда синтетическому способу познания реальности.
В процессе развития человечества постепенно приоритетным стал аналитический способ познания мира. Это отразилось на графической форме работы с информацией. Петроглифы постепенно схематизировались, превращаясь в иероглифы. Их в ряде мест сменило изобретенное затем буквенно-звуковое письмо. Такие изменения существенно увеличили скорость работы с информацией, область которой постоянно росла. Вместе с этим расширялась и область обладателей способа фиксации информации - письменности. Сейчас на всем земном шаре подавляющее большинство людей умеют писать и читать.
В настоящее время накоплено огромное количество информации, ориентация в которой стала крайне затруднительна. Кроме этого приходит понимание того, что необходим возврат к синтетическому способу познания реальности. Это должно повлечь за собой изменение графической формы фиксации информации в сторону преобладания рисунка, который не разрушает целостности реальности и имеет большую информационную мощность.
Острая потребность в рисунке, как средстве работы с информацией, ощущается уже давно. И она реализуется, но только на технической основе. Возникла и с успехом используется фотография. К изображениям добавился временной фактор - появилось кино. Разрабатываются различные изобразительные компьютерные программы. Отмечено, что в настоящее время большинство людей предпочитают получать информацию, используя изобразительные средства, а не книги.
Функция третья. Изображение на технической основе являются пользовательскими. Они предполагают пассивное отношение к ним большинства людей, незнающих законов построения плоских изображений трехмерных объектов. В результате они не могут использовать их как средство общения и самовыражения. Очевидно, что владение таким средством самовыражения, как изображение, существенно расширит возможности человека.
Перечисленные выше функции изображений на наш взгляд являются наиболее значимыми, но не единственными. Следует отметить, какое огромное значение играет в жизни человека изобразительное искусство и как бесконечно многогранна его роль в жизни человечества.
Выделенные аспекты значимости изображений в жизни человека тесно связаны с проблемой обучения построению плоских изображений трехмерных объектов, возникшей вместе с потребностью человека повторить где-то еще изображение, появившееся на сетчатке его глаза. В разные эпохи она имела различное решение. Анализ существующих в настоящее время методик обучения созданию изображений в зависимости от назначения изображений, позволяет поделить их на две группы:
1. Методика обучения построению технических изображений.
2. Методика обучения художественным изображениям (рисованию).
Методика построения технических изображений разработана доста точно хорошо и позволяет обучить (с различными степенями сложности) этой премудрости всех желающих. Хотя и здесь имеются серьезные проблемы, ко торые давно стали традицией. Почему так сложилось, что необходимый в системе образования курс графических дисциплин так тяжело воспринимается? Причин тому несколько [71]. Во-первых, существующая традиционная методика преподавания графических дисциплин и в, частности, начертательной геометрии ориентирована на развитие пространственного мышления. Это отражается в формулировке основной задачи учебного курса. Хотя на самом деле начертательная геометрия занимается вопросами построения изображений и работой с этими изображениями. Неточно же определенная цель приводит к дезориентации как преподавателей, разрабатывающих методику курса, так и студентов, изучающих этот курс.
Во-вторых, для освоения курса необходим определенный уровень геометрических знаний, которые требуются как для тех, кто изучает начертательную геометрию, так и для тех, кто пишет учебники и разрабатывает методические пособия. Но в настоящее время ситуация такова, что геометрические знания на самом широком уровне практически отсутствуют. Все это существенным образом замедляет процесс освоения курса, в котором геометрия играет ключевую роль.
Третьей причиной является катастрофически малый объем времени, которое отпущено на освоение курса. Его количество стало ниже критической нормы, за которой курс перестал быть понятным, потому что разрушается его структура, которая имеет жесткую логическую схему, основанную на геометрии. Ее разрушение делает предмет в принципе непонятным.
Указанные причины существенным образом снижают результаты освоения курса начертательной геометрии и остальных графических дисциплин. В итоге студенты, изучившие эти курсы, не могут грамотно изображать трехмерный мир на плоскости.
Не лучшим образом обстоят дела с методикой обучения рисованию. Положение дел таково, что на широком уровне она только позволяет разделить обучающихся на тех, которые способны и на тех, которые не способны к рисованию. Это происходит потому, что рисование в школах ведут педагоги, часто не имеющие специального художественного образования. А те, кто имеет его, далеко не всегда владеет методикой обучения рисованию. Они, как правило, далеки от педагогики. Некоторые специалисты разрабатывают методики обучения рисованию [1, 4, 11, 30, 36, 55]. Но, чтобы овладеть ими, нужен высокий уровень художественного и педагогического образования, который отсутствует у большинства учителей рисования.
В профессиональной сфере, где обучаются рисованию, дело обстоит тоже не совсем гладко. Часто обучение заходит в тупик. Тогда обучающийся, потративший уже достаточно много времени на освоение способов изображения, вынужден отчисляться в связи с профессиональной непригодностью. Хотя в руках более опытного учителя он мог бы успешно освоить рисунок.
Способы рисования
На наш взгляд здесь обрисовывается следующая ситуация. В основе всех видов изобразительных искусств лежит рисунок, поэтому обучение художника начинается именно с него. При этом отрабатывается процессы рисования непосредственно с натуры и по представлению. В результате способы рисования делят на два вида:
1. рисование по представлению; 2. рисование по восприятию.
Рисование по представлению отличается тем, что изображаемый объект отсутствует перед рисующим. Рисование по восприятию характеризуется тем, что объект изображения в течение всей работы находится перед рисующим.
Между этими видами рисования существует неразрывная связь. В программах средних учебных заведений они обычно не разделяются на самостоятельные компоненты, но доминирует обычно рисования с натуры. Только в учебных программах художественных училищ отводится незначительное время на рисование по представлению. Хотя будущему художнику необходимо свободное владение не столько рисованием с натуры, сколько рисованием по представлению. Причина в том, что процесс творчества является работой в виртуальном мире, который только обусловлен реальностью.
Изучение натуры
Чтобы создать этот виртуальный мир, необходимы прочные знания натуры. Но она бесконечно многообразна и бесконечен процесс ее познания. В результате художнику приходится постоянно изучать натуру.
Обычно художники изучают натуру на протяжении всей своей жизни. Помимо капитальных произведений наследие каждого выдающегося художника состоит из большого количества альбомов и альбомчиков, заполненных огромным количеством набросков и зарисовок. Сюжетом для них является натура во всем ее многообразии.
Благодаря этим зарисовкам художники изучают бесконечное многообразие форм и их положений, и каждый для себя пытается выявить те или иные закономерности их изображения на плоскости. При этом каждый художник находит свой язык для выражения этих закономерностей, а возможно даже и пытается их изложить. И не каждый художник считает возможным делиться открытыми им законами. Хотя возможно знание этих закономерностей определяет более короткие пути в формировании указанных выше знаний у начинающих художников.
Безусловно, сталкиваясь с реальным объектом, художник должен его исследовать. Но как конкретно должно происходить это исследование? Какие моменты должны при этом учитывать? Какая информация должна быть извлечена при этом исследовании? Попытки дать ответы на эти вопросы с различных точек зрения давались ранее и даются в настоящее время. Изучается пластическая анатомия, предлагается перед началом рисования обойти предмет и осмотреть его со всех сторон, и т.д. [1, 4, 8, 55]. Одним словом предлагаются различные способы и приемы изучения натуры.
Автор одного из учебных пособий для художественных учебных заведений отмечает, что при рисовании «необходима опора на глубокие и прочные знания, на умение представить форму в любом пространственном положении» [1]. Но какие конкретно знания имеются в виду? Как научиться представлять форму в любом ее положении? Ответ на эти вопросы, очевидно, предполагается в изучении натуры. Но как бесконечно многообразие форм! И как бесконечно число их положений! Чтобы их познать, требуется бесконечно большое количество времени или выявление универсальных закономерностей, позволяющих грамотно получать геометрическую информацию из изучаемой реальности.
Анализ этих приемов, позволяет сделать вывод, что изучение натуры не опирается на какие либо закономерности, а идет по пути сбора и накопления информации.
Чтобы сформировать алгоритмы, нужно выявить закономерности этого процесса, и описать их с помощью языка, который имеет максимально фиксированную инвариантную неопределенность. В общих чертах изучение натуры является получением геометрической информации исходного объекта. Но традиционная методика не оперирует таким понятием, как «геометрическая информация», заменяя его рядом других понятий. Например, таких, как «конструкция изображаемых объектов», «функционирование», «исследование», «внимательное изучение» и т.п [4, 11, 30, 36, 92, 94, 104]. Анализ методик рисования
Кроме этого в существующих методиках обучения изображению трехмерных объектов на плоскости нет четких алгоритмов. Они в основном сводятся к копированию натуры или произведений других художников. Это подтверждает анализ учебной литературы по рисованию [8, 11, 92, 94, 98]. Он показывает, что в ней отсутствуют закономерности, опираясь на которые можно обучить законам построения плоских изображений трехмерных объектов.
В качестве примера рассмотрим следующие постулаты, которые достаточно часто приводятся в различных пособиях по рисованию. «Рисование с натуры заставляет человека задуматься над формой и содержанием предмета, определить его признаки и свойства, осмыслить их отношения - словом, досконально изучить предмет» [55]. Это утверждение порождает больше вопросов, чем дает ответов на то, каким образом следует рисовать объект. К таким вопросам можно отнести следующие. Каким образом нужно думать над формой объекта? Какую информацию необходимо извлечь из содержания предмета? Какие признаки объекта выявлять? Как конкретно осмыслить их отношения?
Вероятно, маститому художнику ответить на эти вопросы достаточно просто, потому что у него уже сложились определенные алгоритмы, которые обозначаются указанными выше терминами. А как быть начинающему? У него ведь нет таких алгоритмов.
Аналогичен следующий пример [113]. Раздел «Рисование с натуры» начинается с утверждения «законы и правила рисования осваиваются в результате сознательного отношения к работе с натуры». Далее достаточно подробно говорится о пропорциях в конструктивном рисунке и пропорциях в тональном рисунке, о необходимости наблюдения за формой объекта и т.п., но ни слова о выше упомянутых законах и правилах, позволяющих строить плоские линейные изображения трехмерных объектов, а также контуры собственных и падающих теней.
Учебное пособие [1], в котором излагается методика рисования по представлению, начинается со слов «из существующей слитности процесса обучения вытекает необходимость изучения закономерностей восприятия натуры ... прежде всего, необходимо внимательно рассмотреть предмет и постараться насколько можно лучше его запомнить». Далее приводится современное толкование сущности этих закономерностей. С точки зрения автора эти закономерности определяются композицией, ее ритмом, динамикой, пластикой, пространственном воображением, развитием наблюдательности, памяти, образном видении.
Но если вдуматься, то понятия «композиция, и ритм» относится к проблеме размещения изображения объекта на плоскости. «Пространственное воображение» относится в большей степени к восприятию плоских изображений трехмерных объектов. К восприятию натуры из выше перечисленных понятий в большей степени относятся такие, как «динамика, пластика, память, наблюдательность». Первые два характеризуют натуру. Два другие -психологию рисующего. Четкой же формулировки упомянутых закономерностей восприятия натуры нет. Это подменяется большим количеством примеров того, как это делали различные маститые художники.
Художники, которые пишут учебно-методическую литературу [1,4, 11, 30, 36, 55], часто оперируют примерно такими фразами: «рисующий должен внимательно наблюдать предмет и переносить на бумагу, стремясь изобразить, все, как есть на самом деле и как видит его глаз. При этом нужно подумать о том какую имеет форму изображаемый объект». В этих фразах запечатлен их опыт, и попытка сформулировать закономерности, которые они подразумевают и которые для них очевидны на интуитивном уровне. Но принцип инвариантной неопределенности здесь явно не зафиксирован, поэтому трактование этих понятий может быть самым разнообразным.
Кроме этого, если вдуматься в смысл слов «изобразить, как есть на самом деле и как видит глаз», то можно выявить противоречие, которое определяется психологией восприятия. Дело в том, что человек никогда не видит так, как есть на самом деле. Обычно он видит то, что обусловлено его знаниями. В результате один и тот же объект два различных человека видят по-разному.
Подход к рисованию, формулируемый терминами «строгая и серьезная работа» [55], каждый человек может объяснять по-разному. Аналогично различным образом можно объяснять понятия «спокойный анализ предмета» и т.д. Очевидно, что эти утверждения не могут претендовать на четко сформулированную и теоретически обоснованную методику обучения рисованию.
В традиционной методике [1, 4, 8, 30, 36, 55] предполагается, что рисовальщик «строит» форму на картинной плоскости, стремясь к тому, чтобы ее изображение было цельным, устойчивым, чтобы все формообразующие части были взаимосвязаны. Естественно, во все эти понятия можно вложить достаточно большую область различных смыслов. В зависимости от конкретного вложения будет выглядеть конечный результат, который не всегда окажется предполагаемым и оптимальным.
К сожалению, объяснение того, как нужно рисовать основано на общих фразах и у талантливых мастеров. По словам И.Е.Репина, «рисование требует самой строгой, серьезной работы, спокойного анализа предмета и скромной добросовестности в передаче его. Изучать - значит воспринимать, обогащаться познаниями с натуры, запоминаниями ее» [95]. В этой фразе дан общий подход к процессу построения плоских изображений трехмерных объектов. Безусловно, для великого мастера все эти термины несут четкий однозначный смысл, который был наработан годами упорного труда. Но начинающий художник не имеет такого опыта. Тем более его нет у обыкновенного человека, который просто решил поучиться рисованию.
Отсутствие терминов с зафиксированной инвариантной неопределенностью, не позволяет читающим традиционные методики вкладывать в них один и тот же смысл. В итоге все предлагаемые методики обучения рисованию основываются на копирование натуры или деятельности какого-либо мастера [4, 36, 55]. Подтверждением этого является, не только ориентировка выдающегося художника на запоминание «натуры такой, какова она есть», но и обучающий прием, как копирование имеющихся работ выдающихся мастеров, с которых начиналось обучение изобразительному искусству в старых русских школах [8, 92, 94]. Но методика, основанная на копирование, не формирует понимания формообразующего устройства объекта, не дает представления о способах их изображения в перспективе или аксонометрии и принципах построения контуров собственных и падающих теней. Возможно, копирование даст эффективный результат, но только при наличии указанных выше знаний.
Существующее положение дел в методике обучения рисованию прочно закреплено на психологическом уровне. Считается, что если человек родился без специальных способностей к рисованию, то учить его бесполезно. Но этот миф развенчивает небольшой экскурс в недавнее прошлое. Было время, когда читать и писать могли далеко не все. А тех, кто умел это делать, считали чрезвычайно способными людьми. Многих же людей считали просто неспособными к изучению грамоте.
Но методика обучения письму и чтению развивалась такими бурными темпами, что сейчас этому можно научить каждого, начиная с самого раннего возраста. Колоссальные возможности этой методики демонстрируют полученные положительные результаты по обучению чтению детей с такого возраста, когда, еще не умея говорить, ребенок уже узнает написанные слова. И на сегодняшний день это стало реальностью. Тоже можно сделать с рисованием. Вопрос в том, какова будет разработанная методика обучения этому предмету.
Таким образом, проведенный анализ свидетельствует о том, что потребность в хорошо развитой, универсальной методике существует. О чем говорят постоянные попытки создания методик обучения рисованию различными художниками [1, 11, 55]. Одни из них предлагают свой метод изображения трехмерных объектов на плоскости, другие - пытаются обобщить методы нескольких художников. Но в итоге все методики, так или иначе, сводятся к копированию, потому что не выясняют универсальной логики процесса построения плоских изображений трехмерных объектов.
И в заключении, хотелось бы отметить, что еще более 2500 лет назад Пифагор предсказал о возрастающей роли геометрии, которая будет играть решающую роль в синтетическом способе познания реальности. Поэтому сегодня не вызывает удивления тот факт, что ученые различных областей знаний все чаще обращаются к использованию геометрии в своих исследованиях.
Известный шведский ученый Олоф Сунден пишет: «Можно ожидать качественно нового скачка в физике тогда, когда физикам удастся сменить господствующий ныне математически-статистический подход на геометрический описательный, действительно способный объяснить суть и причину явлений» [101].
Академик И.И. Юзвишин по поводу геометризации пишет: «Если материальный мир описывается механикой Ньютона и электродинамикой Мак свелла, то вакуумное пространство описывать традиционными методами стало невозможно. Поэтому в начале XX столетия были предприняты попытки дать геометрическую интерпретацию вакуума... Большую роль в исследовании пространства методами геометродинамики сыграли работы Галилея, Ло-реца, Эйнштейна, Римана, Картана, Новикова, Шипова и других ученых» [116].
Основоположник современной аэродинамики Н.Е. Жуковский придавал огромное значение геометрической интерпретации решаемых физических задач. Опираясь на геометрию, Н.Е. Жуковский решил с необычайной ясностью и изяществом ряд сложных задач, в частности, задачи Кирхгофа, Мещерского и др. [48].
Доктор технических наук В.Ю. Тихоплав работая над важнейшей проблемой механики жидкости и газа, пришел к выводу о неразрешимости уравнения Навье-Стокса аналитическим методом. Однако можно получить многочисленные решения этого уравнения в результате геометрического моделирования каждого конкретного движения жидкости и газа [103].
Основной задачей проделанной работы является формирование методики на основе алгоритмов, позволяющей обучить ods/Wfometecst"-.- построению изображений трехмерных объектов на плоскости. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ
Автором была поставлена задача создания теоретической базы, на основе которой можно разработать алгоритмическую методику обучения, позволяющую сформировать необходимые умения и навыки построения плоских изображений. Для этого необходимо было адаптировать алгоритмы начертательной геометрии для создания изображений любых объектов реальности и ввести новый учебный элемент «Геометрическое описание». В результате этого возникает новый курс, который целесообразно назвать теорией построения изображения.
Формирование теории построения изображения предполагает решение следующих конкретных задач:
• Определить оптимальный объем учебного курса, позволяющего сформировать навыки построения плоских изображений трехмерных объектов.
• На основе существующих закономерностей построения плоских изображений сформировать четкие алгоритмы.
• На основе анализа особенностей учебного курса определить форму подачи учебного материала.
• Найти, соответствующую особенностям учебного курса,форму контроля качества знаний.
• Установить соответствие разработанной методики дидактическим принципам.
• Провести апробацию разработанной методики теории построения изображения.
ОБЪЕКТОМ ИССЛЕДОВАНИЯ является процесс обучения построению изображения. ПРЕДМЕТОМ ИССЛЕДОВАНИЯ выступает процесс формирования умений и навыков у обучающихся по созданию плоских изображений реальных объектов.
ГИПОТЕЗА ИССЛЕДОВАНИЯ: умения и навыки у обучающихся будут сформированы, если:
-обучение курсу теории построения изображения начать с восполнения необходимых геометрических знаний;
-использовать алгоритмическую методику обучения построению плоских изображений трехмерных объектов;
-ввести в структуру курса новый учебный элемент «Геометрическое описание реальных объектов»;
-осуществлять систематический контроль качества знаний по каждой части изученного материала.
МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ:
- изучение психолого-педагогической и учебной литературы;
- теоретический анализ учебной и методической литературы по созданию изображений;
- классификация и анализ существующих методик обучения построению плоских изображений;
- анкетирование студентов с целью выявления исходных геометрических знаний,
- анализ учебного курса теории изображения с использованием графов для построения его логической структуры;
- анализ основных компонентов методики обучения с целью выявления соответствующих форм подачи учебного материала и контроля качества знаний;
- педагогический эксперимент, с целью апробации разработанной методики.
НАУЧНАЯ НОВИЗНА исследования заключается в следующем: • разработана схема логической структуры курса теории построения изображения, позволяющая выявить оптимальный объем учебного материала и установить взаимозависимость его частей;
• приведены в соответствие с особенностями курса теории изображения алгоритмы начертательной геометрии, позволяющие сформировать базу, которая обеспечивает возможность построения плоских изображений трехмерных объектов;
• определены необходимые знания из области геометрии, без которых невозможно успешное освоение курса теории построения изображения;
• в структуру курса введен новый учебный элемент «Геометрическое описание» и предложена методика его реализации;
• адаптирована к курсу теории изображения методика индивидуального, рейтингового контроля знаний по каждой теме изученного материала с использованием заданий по четырем уровням усвоения знаний, что делает процесс обучения наиболее активным.
Теоретическая значимость:
- теоретически разработаны и экспериментально подтверждены основные положения алгоритмической методики обучения, позволяющей
сформировать необходимые умения и навыки по изображению реальных объектов на плоскости;
- разработаны алгоритмы подачи учебного материала, соответствующие логической структуре учебного курса;
- разработаны основные принципы реализации геометрического описания реальных объектов.
Практическая значимость результатов проведенного исследования заключается в том, что:
- экспериментально доказанная эффективность разработанной методики, позволяет использовать ее при обучении построению изображений в различных учебных заведениях, которые связаны с этим процессом; - предложенную новую форму контроля качества знаний, необходимо использовать для успешного освоения учебного курса;
- разработанные индивидуальные практические задания по четырем уровням усвоения знаний могут быть использованы для формирования необходимых умений и навыков по построению плоских изображений;
- использование разработанной методики позволяет достичь нового качества и новых возможностей обучения графическому языку.
Экспериментальной базой исследования явились лицей № 3 архитектуры и дизайна г. Пензы и Пензенский государственный университет архитектуры и строительства. В течение двух лет группы студентов архитектурных и дизайнерских специальностей и учащиеся лицея обучались по разработанной методике и получили качественно новый уровень знаний. Достоверность полученных результатов и основных выводов исследования подтверждает проведенный педагогический эксперимент.
АПРОБАЦИЯ МАТЕРИАЛОВ ИССЛЕДОВАНИЯ
Материалы исследования обсуждались на научно-методических и научно-технических конференциях и семинарах, начиная с 1999 года по настоящее время.
НА ЗАЩИТУ выносятся: методика и алгоритмы процесса обучения построению изображения для студентов, обучающихся по специальностям «Архитектура» и «Дизайн», и учащихся других специальностей, обучение которых связано с построением изображений.
СТРУКТУРА ДИССЕРТАЦИИ определяется следующими разделами: введение, шесть глав, основные выводы, список литературы и приложение.
Анализ характерных особенностей субъекта обучения
Этот анализ должен происходить по двум направлениям:
1. Содержательному;
2. Психологическому.
Содержательный аспект предполагает сравнительный анализ объема и качества знаний, которые получены обучающимся до того, как они приступают к изучению теории изображения. Проведенный предварительно структурный анализ учебного курса позволяет выявить объем и качество знаний, необходимых для его успешного освоения. Это знания, соответствующие конечными вершинам графа, который отражает структуру учебного курса. Это в основном геометрические знания [78].
Но исторически сложилась такая ситуация, что в настоящее время объем геометрических знаний настолько мал, а их качество настоль низко, что о геометрическом образовании просто не приходится говорить.
Анализ психологических аспектов направлен на оценку умственных сил обучающегося и степени развитости его ума, которая определяется способностью к восприятию и накоплению знаний, а также к совершению основных мыслительных операций при прохождении следующих этапов овладения знаниями:
1. Восприятие (знакомство с учебным материалом).
2. Осмысливание учебного материала.
3. Формирование умений и навыков.
4. Применении знаний, умений и навыков в практической деятельности.
Прохождение по этим этапам предполагает умение совершать следующие виды деятельности:
1. Ориентировочной, в процессе, которой выбираются правила и методы деятельности, соответствующие поставленным целям. Это вид деятельности происходит на основе теоретических положений теории изображения, представленных в форме различных алгоритмов.
2. Исполнительной, в ходе, которой преобразуется объект или ситуация. Теория изображения предполагает преобразование, как форму работы с геометрическими моделями.
3. Контрольной, с помощью которой осуществляется сравнение результата и цели. В качестве эталона для такого сравнения используется алгоритм, на основе которого производилось действие.
4. Корректирующей, содержащей аналитический разбор итогов контроля и приведения результата действия в соответствии с алгоритмом, по которому оно осуществлялось.
Все эти виды деятельности требуют от обучающихся достаточно развитых умственных способностей.
Во-первых - это хорошо развитая память, потому что все алгоритмы требуют их прочного запоминания, иначе они не смогут выполнить роль, которая предполагается в перечисленных выше видах деятельности.
Во-вторых - хорошо развитой логики мышления, без которой не возможно осуществить ни второй, ни третий, ни четвертый вид деятельности. Обучающийся должен владеть приемами логической обработки знаний, т. е. установлением связей между новыми знаниями и ранее изученным материалом [54].
В третьих, при изучении теории изображения необходимо еще теоретическое мышление, являющееся высшим этапом умственной деятельности, когда умственное действие совершается во внутреннем плане, без опоры на внешнюю деятельность. Это является предпосылкой к развитию и совершенствованию алгоритмического мышления. Оно предполагает умение точно следовать инструкции или предписанию, указывающему строгую последовательность в совершении определенных действий, обеспечивающих получение искомого результата. Обычно алгоритмы носят обобщенный характер, охватывают широкий круг задач. Если они твердо усвоены, то сформировано алгоритмическое мышление, позволяющее их реализовывать в самых различных ситуациях.
В четвертых, необходимым условием успешного освоения учебного курса теории изображения является также наличие репродуктивного мышления, характеризующего мыслительную деятельность, которая связана с применением усвоенных знаний для решения задач известного типа или выполнения действий в знакомых условиях. На его основе при изучении теории изображения развивается продуктивное или творческое мышление. Оно связано с самостоятельным решением новых, ранее неизвестных задач, которое совершается как с опорой на известные знания, так и с привлечением новых данных.
Структура учебного курса теории изображения
Алгоритм подачи учебного материала всецело определяется логической структурой учебного курса теории изображения. Основные разделы его представлены схемой на рис. 2.1
Опыт обучения теории изображения показал, что его целесообразно начать с восполнения базовых геометрических знаний, без которых невозможно изучение курса.
Основные логические этапы учебного курса теории изображения После того как этот раздел освоен, можно осваивать геометрическое описание реальных объектов. Они представляются как множество геометрических поверхностей, которые вступают в различные взаимоотношения: пересекаются друг с другом, касаются друг друга, бросают тень друг на друга и т. п. Очевидно, чтобы выяснить эти взаимоотношения, необходимы соответствующие знания, но их на этом этапе пока нет. Поэтому геометрическое описание развивается, как учебный элемент на протяжении всего курса, присутствуя как часть при изучении соответствующих разделов.
Раздел, связанный с моделированием основных геометрических элементов, включает в себя изучение основных закономерностей в построении плоских изображений трехмерных объектов на примере геометрических элементов, начиная с точки и заканчивая поверхностью. Этот раздел позволяет сформировать навыки по построению плоских изображений трехмерных объектов.
Умения и навыки по работе с геометрическими моделями позволяют сформировать разделы по решению позиционных и метрических задач. Практическое применение они находят в построение теней, освоении плоской модели трехмерного пространства и макетировании. При этом раздел «Позиционные задачи» является фундаментальным по отношению к таким разделам, как «Построение теней», «Метрические задачи», «Макетирование», «Освоение плоской модели трехмерного пространства» и «Геометрическое описание». С помощью геометрии описывается процесс изображения трехмерных объектов на плоскости. Поэтому без соотвествующих геометрических знаний невозможно объяснить ни то, как строятся плоские изображения, ни то, как с ними работать. Основным геометрическим понятием, необходимым для этой цели, является понятие о геометрическом пространстве, его элементах и их отношениях. Для того чтобы были понятны основные законы построения плоских изображений и основное требование, которое предъявляется к ним, необходимо ввести понятие о размерности геометрического пространства [21, 22, 23, 76, 100, 105, 111].
Все множество геометрических элементов, необходимых в теории изображения представлены схемой на рис. 2.2. Логика этой схемы определяет логику изложения соответствующего раздела учебного курса теории изображения, на котором строится алгоритм подачи учебного материала.
Из всего многообразия оснований для классификации этого множества целесообразно выделить то, на основании которого их можно поделить на линейные и нелинейные. Кроме этого, учитывая относительность пространства и его элементов, выделим такие группы, которые различаются по своей размерности. В совокупности эти представления образуют геометрическую базу теории изображения.
Алгоритм подачи учебного материала раздела «Работа с геометрическими моделями» определяется отношениями между геометрическими элементами, которые делятся на две основные группы: позиционные и метрические. С выявлением этих характеристик связано решение позиционных и метрических задач, что относится уже к вопросам работы с геометрическими элементами, и поэтому будет рассмотрено ниже. Следует заметить, что доминирующими здесь являются позиционные отношения. Они также являются основой для образования ряда геометрических множеств таких как: прямолинейный ряд точек, пучок прямых, плоское поле точек, плоское поле прямых, множество точек трехмерного пространства, множество прямых трехмерного пространства, множество плоскостей трехмерного пространства, связка прямых, связка плоскостей, пучок плоскостей.
Элементы, которые их образуют, - это точки, прямые линии, плоскости и трехмерное пространство. Все эти элементы используются на протяжении всего курса обучения для геометрического описания исходных объектов, организации конструкций проекционных аппаратов, при моделировании геометрических элементов и решении позиционных и метрических задач.
Характеристики основных этапов геометрического описания
Учитывая методический аспект, геометрическое описание целесообразно представить, как процесс, состоящий из трех этапов (рис. 3.1).
Первый этап определяется умением подобрать геометрическую поверхность или совокупность поверхностей, которые по возможности аппроксимирует весь объект целиком.
Второй этап заключается в детальном геометрическом анализе исходного объекта. В результате его он представляется, как совокупность более мелких геометрических поверхностей.
После геометрического анализа возникает необходимость обобщить детали, соотнеся их с первоначально выбранным общим объемом. Этим определяется содержание третьего этапа геометрического описания.
Оценивая с точки зрения методики эти этапы геометрического описания, можно сказать, что переход от первого этапа ко второму основан на дедукции, а переход от второго этапа к третьему - на индукции. Таким образом, при геометрическом описании используются как метод дедукции, так и метод индукции. В традиционной методике это соответствует двум принципам рисования: от общего - к частному и от частному - к общему.
Следует обратить внимание на то, что такие этапы присущи и всему процессу рисования. Подавляющее большинство учебно-методической литературы этого направления [1, 11, 30, 36, 55] выделяют такие же этапы. С ними органично сливаются этапы геометрического описания, имеющие ту же логику.
Учитывая методический аспект, геометрическое описание целесообразно представить, как процесс, состоящий из трех этапов (рис. 3.1).
Первый этап определяется умением подобрать геометрическую поверхность или совокупность поверхностей, которые по возможности аппроксимирует весь объект целиком.
Второй этап заключается в детальном геометрическом анализе исходного объекта. В результате его он представляется, как совокупность более мелких геометрических поверхностей.
После геометрического анализа возникает необходимость обобщить детали, соотнеся их с первоначально выбранным общим объемом. Этим определяется содержание третьего этапа геометрического описания.
Оценивая с точки зрения методики эти этапы геометрического описания, можно сказать, что переход от первого этапа ко второму основан на дедукции, а переход от второго этапа к третьему - на индукции. Таким образом, при геометрическом описании используются как метод дедукции, так и метод индукции. В традиционной методике это соответствует двум принципам рисования: от общего - к частному и от частному - к общему.
Следует обратить внимание на то, что такие этапы присущи и всему процессу рисования. Подавляющее большинство учебно-методической литературы этого направления [1, 11, 30, 36, 55] выделяют такие же этапы. С ними органично сливаются этапы геометрического описания, имеющие ту же логику.
Аналогичные поверхности составляют центральную часть церкви (рис. 3.6, 3.7). Абсида церкви представляет собой цилиндрическую поверхность (рис. 3.8), а крыша над ней - коническую (рис. 3.9). Коническая поверхность формирует и верхние части оконных ниш (рис. 3.10). Нижние же части этих ниш представляют собой четырехгранные призмы.
Теперь посмотрим, как преобразуется логика процесса изображения, когда подключается геометрическое описание. Какое конкретное место занимает геометрическое описание и какую роль играет в каждом из этапов рисования.
Первый этап рисования исходного объекта в традиционной методике является изображением абриса, который показывает очертания основной массы объекта, а также границ основных частей [55, 94, 98]. При этом предлагается «внимательно прослеживать направления различных участков контура, их характеры и размеры». И далее «все внимание концентрируется на характере линии абриса, которая должна выразить характер всей массы объекта». Но как это сделать конкретно, не говорится.
В результате каждый читающий эти строки может объяснить их по своему усмотрению. Очевидно, что такой подход только делает попытку на ориентацию по восприятию объекта, как трехмерного, на самом деле основной упор делается на его жесткую привязку к плоскости. Итогом традиционного обучения на этом этапе будет формирование навыков изображения плоской линии (абриса), без понимания объемной трехмерной конструкции.
Ни этот абрис, ни дальнейшая работа по проработки объема и изображению светотени далеко не сразу приведет к получению качественного рисунка, потому что отсутствуют алгоритмы, позволяющие формировать видение геометрической конструкции трехмерного объема. Хотя в традиционных методиках несомненно существует ориентация на понимание этой конструкции.
