Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. АНАЛИЗ СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ ИЗУЧЕНИЯ И ПРИМЕНЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЙ КОМПЬЮТЕРНОЙ ГРАФИКИ В СРЕДНЕМ ЗВЕНЕ ОБРАЗОВАНИЯ
1 Анализ опыта изучения и применения технологий компьютерной графики в общеобразовательных предметах 9
2 Обзор программного обеспечения компьютерной графики 31
3 Направления применения технологий компьютерной графики в обучении 51
Выводы по первой главе 67
ГЛАВА 2. МЕТОДИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ПОДГОТОВКИ УЧАЩИХСЯ К ПРИМЕНЕНИЮ ТЕХНОЛОГИЙ КОМПЬЮТЕРНОЙ ГРАФИКИ В УЧЕБНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ
1 Формирование готовности учащихся к применению технологий компьютерной графики 70
2 Отбор содержания подготовки учащихся к применению технологий компьютерной графики 86
3 Блочно-модульная структура содержания профильного курса информатики "Основы технологий компьютерной графики" 101
4 Организация и результаты эксперимента 116
Выводы по второй главе 126
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 128
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 131
ПРИЛОЖЕНИЯ 145
- Анализ опыта изучения и применения технологий компьютерной графики в общеобразовательных предметах
- Обзор программного обеспечения компьютерной графики
- Формирование готовности учащихся к применению технологий компьютерной графики
Введение к работе
Развитие процесса информатизации всех сфер жизнедеятельности современного человека предъявляет определенные требования к уровню знаний выпускников школы в области владения информационными ехнологиями и формирования умений и навыков, необходимых для социальной адаптации индивида в информационном обществе.
Одним из перспективных направлений процесса перестройки школьного образования становится процесс информатизации образования, предполагающий использование возможностей современных информационных технологий, методов и средств информатики для реализации идей развивающего обучения, интенсификации и повышения качества всех уровней учебно-воспитательного процесса.
Среди основополагающих работ в области информатизации образования можно назвать труды ЯАВаграменко, Л.Х. Зайнутдиновой, К.К. Колина, А.Ю.Кравцовой, А.А.Кузнецова, С.В.Панюковой, И.В.Роберт, В.В.Рубцова, И.А.Румянцева, Е.К.Хеннера, В.Ф.Шолоховича и др. Содержание современного этапа информатизации образования характеризуется активным освоением и внедрением в традиционные учебные дисциплины средств информационных технологий, поддерживающих методы обучения и формы организации учебно-воспитательного процесса. Эти исследования связаны с использованием потенциала методов и средств информатики как науки в преподавании других учебных предметов. Они направлены не только на решение проблем повышения эффективности учебного процесса, но и на вооружение учащихся различными навыками и умениями, необходимыми каждому современному человеку информационного общества для активного участия в производительном труде и общественной жизни, для самостоятельного пополнения знаний, продолжения обучения.
Значительный вклад в развитие методической системы обучения информатике в школе и педвузе внесли С.А.Бешенков, Ю.С.Брановский,
А.Г.Гейн, С.Г.Григорьев, САЖданов, Т.Б.Захарова, А.А.Кузнецов, Э.И.Кузнецов, М.ПЛапчик, А.СЛесневский, В.Л.Матросов, Н.И. Пак, В.И. Пугач и др. Современные подходы к применению информационных технологий в курсе информатики предполагают формирование таких необходимых современному человеку умений, как создание и редактирование документов, включающих мультимедиа объекты, обработка больших массивов числовых данных с помощью электронных таблиц, хранение, поиск и сортировка информации с помощью баз данных, работа в компьютерных сетях, компью- терное управление различными устройствами. Однако в современных курсах информатики недостаточно отражены вопросы, связанные с теоретическими и практическими аспектами применения технологий компьютерной графики (ТКГ), в том числе систем автоматизированного проектирования (САПР), использование средств информационных технологий для решения учебных задач с применением ТКГ в различных дисциплинах и навыков работы с информацией, представленной в графическом виде. Способность к восприятию, обработке и использованию графической и аудиовизуальной информации является одной из важнейших составляющих процесса формирования всесто- ронне развитой личности. Умение наглядно представлять информацию в графическом виде (в виде таблиц, графиков, гистограмм и различного вида диаграмм) или в озвученном виде, в виде фрагментов статических или динамических картинок, видеофильмов является обязательной частью современного общего образования, которое целесообразно реализовать в профильном обучении информатике.
Вместе с тем, различные аспекты изучения и применения ТКГ в системе школьного образования, в частности, по формированию умений их применения в учебной деятельности, в том числе в профильном обучении ин- форматике недостаточно разработаны. Важность активного внедрения ТКГ в общее образование вызвана тем, что на современном этапе информатизации существенно возросла роль компьютерной графики, которая используется не только в качестве инструмента познания мира с помощью изображений; средства коммуникации с использованием визуального канала, средства представления и хранения знаний о мире в визуальной форме, но и является областью деятельности, связанной с представлением, синтезом, передачей визуальной информации. В последнее время усилилась также интегрирующая роль компьютерной графики. Реализация технологий компьютерной графики, мультимедиа, аудио и видеоинформации, ЗО-технологии становятся главной интеграционной магистралью современных методов информационного взаимодействия. . В настоящее время особенно важными являются умения в области методов и средств использования графической информации на базе современных ТКГ. Так, В.А.Далингер, М.П. Лапчик, В.Р.Майер, О.П.Одинцова, П.Я.Пантюхин, ИВ.Роберт, В.Ю.Ровенский, С.Р.Удалов, Л.Л.Якобсон считают, что информационные технологии являются эффективным средством формирования навыков и умений графического конструирования, геометрической интуиции, пространственных представлений. Существует также ряд исследований по проблеме изучения и применения ТКГ для системы педагогического образования в математике, черчении, информатике (М.Н.Марюков, О.П.Одинцова, Н.Г. Плужникова, Г.В.Рубина Л.М.Туранова и др.).
Учитывая всеобъемлющее проникновение компьютерных телекоммуникаций во все сферы современного общества, необходимо знакомить уча-щихся с размещением графических объектов, аудиовизуальной информации в сети Интернет, методами использования графики в Web-документах, разработкой мультимедийных приложений в сетях. Стремительное развитие компьютерных телекоммуникаций, в особенности глобальной компьютерной сети Интернет, придают компьютерной графике ещё большее значение. Широкая популярность World Wide Web во многом обусловлена заложенной в эту технологию возможностью включения в документы компьютерной графики.
ТКГ имеют значительный потенциал для визуализации процесса познания и творчества, позволяют развивать у учащихся пространственное во-ображение, практическое понимание, логическое и вариативное типы мышления, могут стать помощником в развитии художественного вкуса, в воспитании творческой личности. Кроме того, овладение методами и средствами компьютерной графики способствует развитию навыков успешной работы с современными информационными технологиями. ТКГ позволяют при непосредственном отражении на экране всего чертежа или его части ощутить привычную обстановку работы с чертежом, схемой, другим графическим изображением и осуществить редактирование изображения и эффективное управление обучением черчению. В связи с этим, деятельность учащихся по использованию информационных технологий в процессе подготовки и изготовления чертежей, схем, карт и других изображений является необходимым умением, при изучении многих предметов - черчения, химии, географии, физики, математики (Т.Д. Глейзер, П.Я. Пантюхин, И.В. Роберт, Л.Л. Якобсон и
Таким образом, в настоящее время важным является формирование у учащихся готовности (Т.Е. Алимухамбетова, СИ. Вершинина, М.В. Ретивых и др.) к применению ТКГ (состояние при наличии у обучающегося образца структуры определённых действий по применению ТКГ в учебной деятельности и постоянной направленности на её выполнение, при необходимости получения, закрепления и углубления знаний, умений, навыков в процессе решения учебных задач с применением ТКГ и осмысления деятельности при работе с ними). Формирование осознания учащимися роли ТКГ в информационном обществе, знаний о возможностях их применения в различных сферах человеческой деятельности (науке, технике, производстве, быту); овладение методами и средствами компьютерной графики, умений применения ТКГ для решения учебных задач (по геометрии, черчению, химии, физике, информатике, дизайну и технологии и др.), а затем и в профессиональной деятельности определяет актуальность нашего исследования.
Проблема исследования состоит в противоречии между высоким уровнем развития современных информационных технологий, возрастающей ролью компьютерной графики в базовой и профильной подготовке учащихся и недостаточным уровнем научно-методических разработок в области изучения и применения ТКГ в системе школьного образования.
Объектом исследования является процесс подготовки учащихся среднего звена образования к применению ТКГ.
Предметом исследования является содержание подготовки учащихся среднего звена образования к применению ТКГ в учебной деятельности на примере профильного курса информатики.
Цель исследования: разработать содержание подготовки учащихся в области применения ТКГ в учебной деятельности в среднем звене образования на примере профильного курса информатики.
В ходе исследования была выдвинута гипотеза: подготовка учащихся среднего звена образования к применению ТКГ в учебной деятельности может быть обеспечена при формировании готовности обучающихся к применению этих технологий, а также при условии соответствия содержания этой подготовки принципам отбора, условиям эффективности и блочно-модульному структурированию учебного материала.
Поставленная проблема, объект и предмет, а также гипотеза исследования определяют следующие его задачи:
1) провести анализ опыта изучения и применения ТКГ в среднем звене обра зования; определить основные компоненты деятельности учащегося в условиях применения ТКГ в учебном процессе; определить уровни подготовки учащихся к применению ТКГ, а также выявить направления подготовки учащихся в области применения ТКГ; систематизировать основные принципы отбора содержания и структурирования учебного материала подготовки учащихся к применению ТКГ; опираясь на результаты исследования, разработать содержание и экспериментально проверить эффективность профильного курса "Основы технологий компьютерной графики "
Для решения поставленных задач использовались следующие методы исследования: изучение и анализ психолого-педагогической, методической и технической литературы по проблематике исследования; анализ опыта изучения и применения ТКГ в учебно-воспитательном процессе; наблюдение, беседы с учителями и учащимися, анкетирование, тестирование учащихся; педагогический эксперимент в процессе апробации курса "Основы технологий компьютерной графики" с дальнейшей обработкой его результатов.
Научная новизна и теоретическая значимость исследования заключаются в выявлении и формулировании основных компонентов учебной деятельности в условиях применения ТКГ (мотивационный, содержательный, операциональный), в формулировании основных направлений подготовки учащихся к применению ТКГ (применение ТКГ в современном обществе, теоретические основы ТКГ, основы применения ТКГ, изучение программного обеспечения компьютерной графики, перспективные направления применения ТКГ), принципов отбора содержания учебного материала, условий эффективности данной подготовки.
Практическая значимость исследования состоит в том, что разработанное содержание, программа профильного курса «Основы технологий компьютерной графики» в виде блочно-модульной структуры могут быть использованы на практике в системе школьного образования.
На защиту выносятся следующие положения:
1. Содержание подготовки учащихся к применению ТКГ в учебной деятельности основано на реализации принципов отбора (научности, доступ- ности, практико-ориентированности, связи обучения с жизнью, целостности, модульности, вариативности, уровневой дифференциации, прикладной направленности, общности), блочно-модульного структурирования учебного материала, а также основных направлений данной подготовки (применение ТКГ в современном обществе, теоретические основы ТКГ, основы применения ТКГ, изучение программного обеспечения компьютерной графики, пер- спективные направления применения ТКГ).
2. Профильный курс "Основы технологий компьютерной графики", ориентированный на формирование у учащихся представлений о различных аспектах применения ТКГ, усиление практической направленности и творческой активности по применению ТКГ в учебной деятельности позволит обеспечить подготовку учащихся к их применению.
Достоверность полученных результатов обусловлена опорой на основополагающие научно-теоретические положения, логикой применения методов исследования и подтверждается результатами проведённого педагогиче- ского эксперимента, объективными способами оценки результатов обучения. Апробация результатов: основные результаты исследования докладывались и обсуждались на семинарах кафедры информатики и дискретной математики МПГУ (1996-2000 гг.), научных семинарах Института информатизации образования РАО (1998-2000 гг.), региональной научно-методической конференции «Современные проблемы совершенствования системы обучения по физико-математическим и общеинженерным дисциплинам» (г. Улан - Удэ, 2000 г.), практической конференции «Внедрение информационных технологий в преподавание общетехнических и гуманитар-ных дисциплин» (г. Махачкала, 2000 г.). По теме исследования опубликовано 4 работы.
Анализ опыта изучения и применения технологий компьютерной графики в общеобразовательных предметах
В современных условиях информатизации образования значительное место должно отводиться подготовке, ориентированной на использование технологий компьютерной графики, мультимедиа, систем автоматизированного проектирования. Введём некоторые определения.
Под технологиями компьютерной графики будем понимать совокупность приемов, методов, способов продуцирования, обработки, хранения, передачи графической информации с использованием современных информационных технологий.
Методы и средства компьютерной графики - это программно-аппаратные средства и устройства, функционирующие на базе вычислительной техники, а также современных средств и систем информационного обмена, обеспечивающие операции по сбору, продуцированию, накоплению, хранению, обработке, передаче информации, представленной в графическом виде.
Приёмы компьютерной графики - математические методы, алгоритмы й программные средства компьютерной графики.
Определение структуры и содержания подготовки учащихся в области ТКГ невозможно без внимательного рассмотрения имеющейся практики изучения и применения ТКГ в учебном процессе.
В настоящее время существует ряд исследований по проблеме изучения и применения ТКГ в учебном процессе высшей школы (О.П.Одинцова, Н.Г.Плужникова, Г.В.Рубина, Л.М.Туранова).
Компьютерная графика (далее КГ) является одной из наиболее интересных, наглядных и увлекательных тем при изучении информатики. Велика роль КГ при обучении программированию. Процедуры и функции языков программирования позволяют моделировать различные фигуры и геометрические действия, описывая их с помощью чисел и кодов. На начальном этапе информатизации образования значительная часть работ была посвящена вопросам построения изображений средствами языков программирования [4,17,18,22,26,33,45,52]. Также рассматривались возможности создания и редактирования графических изображений средствами графических редакторов [13,21,83,95,110,125].
На данный момент реализуются различные подходы к преподаванию и применению ТКГ. Различия наблюдаются, начиная с объема учебного времени, отводимого на изучение (от 5-6 до 45 часов), заканчивая критериями отбора программного обеспечения.
Приведённая программа курса "Компьютерная графика" [44] рассчитана на 45 часов. В первой части курса рассматриваются теоретические вопросы создания изображений, а во второй, теория демонстрируется на примере одного из популярных пакетов КГ CorelDRAW, рассматриваются особенности этого пакета. Причём, теоретическая и прикладная части курса изучаются параллельно, что предоставляет возможность сразу же закреплять теоретические вопросы на практике. По нашему мнению, несомненно, это является прочной основой для формирования умений, знаний, навыков создания изображений.
Обзор программного обеспечения компьютерной графики
Ни одна из наук не развивалась так стремительно как информатика. Так один из её разделов "Машинная графика" - за последние 10-15 лет не только выделился в отдельную область знаний, но и занял одно из лидирующих мест в компьютерном мире. Для всё большего числа профессий, связанных с обработкой графической информации, компьютер из разряда желаемых переходит в необходимый инструмент деятельности: в архитектуре, полиграфии, график-дизайне и т.д.
С массовым появлением полупроводниковой памяти стали получать широкое распространение графические дисплеи и соответственно программное обеспечение, позволяющее работать с КГ. Надо отметить, что возможности КГ находятся в большой зависимости от аппаратной части, и поскольку последняя стремительно совершенствуется, то возникает необходимость и в быстром расширении её программного обеспечения.
Программное обеспечение КГ строится, как правило, по принципу совместимости снизу вверх, позволяя эмулировать на более совершенных адаптерах графику меньшего разрешения. КГ подразделяется на монохромную и цветную. В современных компьютерах преобладает использование цветной графики, так как она значительно расширяет изобразительные возможности и повышает дружественность человеко-машинного интерфейса. Далее КГ подразделяется на двумерную (плоскостную) и трёхмерную (объемную). До недавнего времени преобладала двумерная графика, а трёхмерная графика использовалась только там, где без нее нельзя было обойтись, например, в системах автоматизированного проектирования, в процессе реализации которых требуется визуализация объёмных объектов.
Сейчас применение ТКГ, можно сказать, стало обыденным. Они властно вторгаются в бизнес, медицину, рекламу, индустрию развлечений и многие другие области. Нашествию визуальных эффектов уже никто не удивляется. Эффекты в блокбастерах (боевиках) и романтических сказках, играх и мультимедийных презентациях, броские и незаметные, в кино и на телевидении, трёхмерные и мультипликационные. Всех их объединяет только одно: они созданы при помощи КГ. Так, использование трёхмерной КГ в презентациях притягивает и захватывает внимание слушателей. Современные графические пакеты предлагают самые разные средства для оформления схем, диаграмм, деловых чертежей и графиков, цветных и чёрно-белых рисунков с разнообразными оформительскими эффектами.
В то же время сферы применения ТКГ, как, например, использование КГ в рекламных заставках, являются мощным стимулом к развитию всё более совершенного программного обеспечения КГ. КГ активно вторгается не только в деловую жизнь, но и в те сферы, которые издавна почитались как исключительно творческие. Развитие КГ создало новый изобразительный инструмент, привлёкший внимание дизайнеров, архитекторов, художников. Появилось даже целое направление использования графики высокого и сверхвысокого разрешения, получившее название "компьютерная живопись.
КГ зачастую сейчас ассоциируется с виртуальной реальностью и, в частности, с ЗБ-играми. Целью средств виртуальной реальности является создание, с использованием КГ и других средств, реалистичного трёхмерного видимого, осязаемого и звучащего пространства, в которое человек-оператор может быть погружен и в котором он может реально взаимодействовать с трёхмерными объектами, созданными компьютером [53]. Таким образом, виртуальная реальность также постоянно стимулирует развитие КГ.
На мировом рынке программных продуктов появляются всё новые и новые графические средства, которые быстро приобретают популярность. К их числу относятся электронные издательские системы, системы автоматизированного проектирования, графические и анимационные пакеты. Н.В. Софронова различает "программы, специально разработанные для использования в учебном процессе и средства, адаптированные к применению в школе" [135, с.30]. Так, программное обеспечение КГ, специально разработанное для использования в учебном процессе ("Живая геометрия", БАЗИС-ШКОЛЬНИК, КОМПАС-ШКОЛЬНИК и др.), ориентировано на сферу образования, создано для решения учебных задач, в то же время учитывает слабые возможности школьных компьютеров. А программное обеспечение КГ, адаптированное к использованию в учебном процессе (CorelDraw, 3D-Studio, AutoCad и др.), ориентировано на решение широкого круга прикладных задач, создано для поддержания профессиональной деятельности и разработано в соответствии с последними достижениями в области КГ. Важно учитывать это. "Специально разработанные средства лучше учитывают специфику образовательной среды, удовлетворяют дидактическим принципам, позволяют устанавливать прямые и обратные связи в процессе обучения, организовывать этапы контроля за процессом усвоения знаний ... адаптированные средства, как правило, отражают передовые идеи в области разработки средств информационных технологий, а поэтому дают учащимся представление о тенденциях развития в области информатики" [135, с.30]. Таким образом, можно заключить, что программное обеспечение КГ: специально созданное и адаптированное к использованию в учебном процессе решают различные задачи в процессе обучения и удачно дополняют друг друга.
Формирование готовности учащихся к применению технологий компьютерной графики
Потребность в ускорении и интенсификации процесса информатизации общества предъявляет определённые требования к уровню знаний и умений выпускников школы в области информационных технологий, в том числе и ТКГ, более того, меняются традиционные взгляды на перечень умений и навыков, необходимых для социальной адаптации. «Навыки, относившиеся ранее к числу специфично профессиональных, становятся обиходными для современного человека и принадлежат уже к области общей культуры" [106].
В информационном обществе социально необходимыми становятся такие умения, как: создание и редактирование документов, включающих мультимедиа объекты, обработка больших массивов числовых данных с помощью электронных таблиц, хранение, поиск и сортировка информации с помощью баз данных, работа в компьютерных сетях, компьютерное управление устройствами, компьютерное проектирование и черчение, в том числе с помощью систем автоматизированного проектирования (САПР), применение средств информационных технологий для решения учебных задач в различ-ных дисциплинах. Способность к восприятию, обработке и использованию графической и аудиовизуальной информации является одной из важнейших составляющих процесса формирования всесторонне развитой личности.
Умение наглядно представлять информацию в графическом виде (в виде таблиц, графиков, гистограмм и различного вида диаграмм) или в озвученном виде, в виде фрагментов статических картинок, видеофильмов является обязательной частью современного общего образования.
Итак, в настоящее время особенно важными становятся умения в области применения современных ТКГ. Речь идёт не просто о том, чтобы научить школьников пользоваться программным обеспечением КГ, учащиеся должны владеть этим инструментом в процессе собственной учебной деятельности. Более того, у учащихся должна быть сформирована привычка своевременного обращения к ТКГ при решении задач из любой области. Если такая привычка не сформирована, нельзя гарантировать, что даже учащийся, хорошо владеющий вышеперечисленными навыками, сообразит обратиться в нужный момент к ТКГ, если такая задача ему прямо не поставлена.
Отсутствие у учащихся необходимой подготовки к применению ТКГ -одна из главных причин, сдерживающих всестороннее и целесообразное их использование в учебном процессе. Обязательным условием успешного выполнения деятельности по применению ТКГ является наличие у школьников готовности, позволяющей ему "видеть" целостный объект деятельности, осознавать его, управлять им. Поэтому формирование готовности к применению ТКГ - актуальная задача, решение которой будет способствовать целесообразному использованию их возможностей для совершенствования учебного процесса. Формированию готовности к применению ТКГ необходимо уделять внимание, прежде всего, при обучении в общеобразовательной школе.
Рассмотрению вопросов формирования готовности и методики её формирования уделяется значительное внимание в психолого-педагогической литературе, в частности, проблемы готовности учащихся к учебному процессу отражены в работах Г.Е. Алимухамбетовой, СИ. Вершинина, М.В. Ретивых и др.
Понятие готовность определяется, как согласие сделать что-нибудь", а понятие "готовый" трактуется как "состояние, при котором все сделано, всё готово для чего-нибудь" [98, с. 122]. Причём оно определяется рядом таких терминов как, бдительность, настрой, мобилизация, нацеленность и т.д.
В психолого-педагогических исследованиях категория готовность имеет различную трактовку. Так, одни авторы определяют состояние готовности как определенное функциональное состояние (Н.Д. Денисов - "предстартовое состояние", B.C. Нерсесян - "бдительность", Д.Н. Узнадзе - психическая установка). Другие определяют готовность как подготовленность (МИ. Дьяченко, В.А. Крутецкий, В.И. Соколов). При этом психическая подготовленность рассматривается как устойчивая характеристика личности и деятельности, как целостный комплекс, включая в себя мотивационные, интеллектуальные, эмоциональные и другие переменные, соответствующие определенному содержанию и условиям деятельности. Так, например, МИ.
Дьяченко рассматривает готовность как существенную предпосылку целенаправленной деятельности, которая позволяет успешно выполнять свои обязанности, используя при этом имеющиеся знания, опыт, личные качества, а также умение перестраивать свою деятельность в непредвиденных ситуациях. Рассматривая готовность как устойчивую характеристику личности, он включает в её структуру: положительное отношение к деятельности; способности, темперамент, мотивации; необходимые для успешной деятельности знания, умения, навыки; устойчивые особенности восприятия, внимания, мышления, эмоциональных и волевых процессов [36, с. 120].
