CC BY
30
Yureva M.N. Application of modular-rating technology in training an expert-choreographer. The paper deals with scientifically proved ways and conditions of solving of topical problems of didactics of choreographic university regarding modernization of the Russian education. Material concerning scientific development and application of
modular-rating technology in vocational training of a stu-dent-choreographer in the university is generalized.
Key words: module, modular-rating technology, rating system of knowledge estimation, student-choreographer.
ПСИХОЛОГО-ПЕДАГОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ОПОСРЕДОВАННОГО (ДИСТАНЦИОННОГО) ИЗУЧЕНИЯ ПРОЕКЦИОННОЙ ГЕОМЕТРИИ
М.А. Кузнецов, П.А. Острожков, С.И. Лазарев
В условиях все увеличивающейся доли дистанционных форм получения высшего технического профессионального образования выявились существенные специфические трудности опосредованного изучения дисциплин графического блока, прежде всего начертательной (проекционной геометрии). Трудности обусловлены визуально-образным характером восприятия и запоминания информации. Методы обработки такого рода информации наименее разработаны в специальной литературе. Авторами предпринята попытка проанализировать специфические психолого-педагогические особенности дистанционного изучения начертательной геометрии и разработать электронный интерактивный учебный комплекс для практического ее изучения в условиях технического университета.
Ключевые слова: дистанционное обучение, проекционная геометрия, визуальная информация,
запоминание, двухмерная анимация.
СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ
Методологической основой классического курса начертательной геометрии является метод проекций. При этом трехмерный пространственный объект замещается (преобразуется) в двухмерные плоские изображения -проекции, количество которых п теоретически не ограничено.
Далее происходит преобразование, уже двухмерное, проекций для решения той или иной позиционной или метрической задачи пространственного объекта и затем синтез пространственной модели в форме ее плоского изображения. Схематически этот процесс представлен на рис. 1.
Таким образом, между трехмерным объектом и его трехмерной геометрической моделью необходимо выполнить ряд формальных двухмерных преобразований, которые и изучаются в курсе начертательной геометрии. Преобразования выполняются на уровне визуально-образного мышления, при этом изменение одного образа приводит к одновременному изменению в остальных п - 1 образах.
Наибольшее практическое применение получил метод прямоугольного (ортогонального) параллельного проецирования на две
или три (в зависимости от геометрической сложности объекта) взаимно перпендикулярные плоскости - горизонтальную Л1, фронтальную П2 и профильную Пз, предложенный Г. Монжем (сер. XVIII в.). Этот метод лежит в основе всех традиционных курсов начертательной геометрии (В.О. Гордон, С. А. Фролов, Н.Ф. Четверухин и др. [1-3]) в различных методических и инструментальных вариациях и оптимально зарекомендовал себя для инженерной практики своей простотой и удобоизмеримостью. Величина п в методе Монжа ограничена 2-3.
ОБОСНОВАНИЕ ПРИНЯТЫХ РЕШЕНИЙ
При дистанционном изучении начертательной геометрии возникают определенные трудности, обусловленные присущими только этой дисциплине психологическими особенностями визуального снятия информации, восприятия пространства, времени реакции на одновременные обучающие стимулы различной модальности, особенности запоминания визуальных образов.
Наибольшую информацию о пространстве (до 95 % по Ф. Кликсу [4]) дает зрение. Но время реакции на визуальный стимул
значительно больше чем на слуховой (речевой). Причем это различие колеблется в зависимости от возраста. Пространственное зрение начинается с превращения плоскостного восприятия в глубинное. К двум первоначально воспринимаемым измерениям - в высоту и ширину - только потом добавляется третье - вдаль. В пространственном зрении на плоскости значительная роль принадлежит аккомодации и конвергенции глаза, а при восприятии глубины (т. е. при переходе к трехмерному восприятию) к ним присоединяются функции, выполняемые корреспондирующими и диспаратными точками сетчатки глаза. Таким образом, трехмерное восприятие является значительно более сложным процессом высшей нервной деятельности. Кроме того, при анализе трехмерного восприятия (которое по И.М. Сеченову и Г. Гельмгольцу [5, 6] основано на осуществляемых органами внешних чувств измерениях углов и расстояний в окружающем человека пространстве) следует учитывать такие физиологические факторы как функциональная асимметрия больших полушарий головного мозга и симметрия органов чувств [7]. При восприятии пространства человек исходит из нормального положения своего тела. Ощущения, поступающие от вестибулярного аппарата равновесия, помогая поддерживать это положение, обеспечивают восприятие направления вверх - вниз.
Отмеченные особенности и противоречия достаточно успешно преодолеваются при традиционной методике изучения начертательной геометрии, отработанной многими поколениями педагогов. Занятия проводятся в комнате, которая психологически ассоциируется с моделью октанты бесконечного пространства Г. Монжа. Процесс создания и преобразования визуального образа на доске занимает значительное время и сопровождается короткими речевыми комментариями, что уравнивает и гармонизирует визуальный и речевой стимулы по времени их восприятия.
Кроме того, при прослушивании и конспектировании «живой лекции», когда зрительный объект создается непосредственно и поэтапно перед глазами обучающегося, возникает еще один, на наш взгляд, весьма важный эффект - происходит интенсификация процесса формирования субъективного образа объекта («перцептивный процесс»). Здесь несомненно важную роль играют двигательные (кинестезические) ощущения, хотя последние и не всегда отчетливо осознаются человеком. Так, зрительное восприятие помимо собственно зрительных ощущений (света, цвета, контрастности и т. д.) включает кинестезические ощущения, возникающие при перемещении глаза (аккомодация, конвергенция и дивергенция).
Объект
Анализ объекта и создание проекций (первый этап преобразования)
/ / . .. . \
Проекция 1 Проекция 2 Проекция п
\ \ Г /
Преобразование проекций и синтез геометрической модели объекта (второй этап преобразования)
\ \ і /
Геометрическая модель объекта
Рис. 1. Создание модели объекта в проекционной геометрии
Динамика формирования перцептивного образа пространственного объекта определяется пространственно-временными условиями процесса его восприятия. Восприятие может быть преднамеренным и непреднамеренным. Первое в отличие от второго связано с постановкой определенной задачи, оно характеризуется целенаправленностью, плановостью и систематичностью, т. е. задаваемой лектором мотивацией. В этом случае восприятие геометрического объекта выступает как познавательная перцептивная деятельность. Непреднамеренное восприятие выступает как компонент какой-либо другой деятельности. Мотивированное преднамеренное восприятие, несомненно, более эффективно, чем непреднамеренное.
В отсутствии преподавателя при опосредованном изучении начертательной геометрии описанные противоречия и психологофизиологические особенности значительно затрудняют восприятие информационного пространства дисциплины.
Учебные пособия, используемые при дистанционном обучении начертательной геометрии (здесь речь идет только о тех их формах, которые возможно использовать в Интернет-технологиях), можно разделить на две группы:
1. Традиционные учебники и учебные пособия на электронных носителях. Сюда можно отнести и электронные курсы лекций и практикумы. Строго говоря, они являются электронными только по форме. По содержанию и методическим приемам их использования они тождественны обычным книгам. Геометрические объекты в них представлены в виде статичных, уже сформированных изображений, сопровожденных параллельным текстовым комментарием. Обучающийся не наблюдал динамики их возникновения, т. е. не испытывал кинестезических ощущений. В отсутствии преподавателя использование таких учебников малоэффективно еще и потому, что особенности восприятия визуального образа (иллюстрации) и речевого (закодированного в текст) существенно различаются, о чем говорилось выше. Тем не менее, эта группа учебников сегодня наиболее распространена в системах дистанционного геометрического и графического образования.
2. Немногочисленные анимированные трехмерные (3Б) пособия [8, 9]. В них доста-
точно удачно показан первый (по рис. 1) этап преобразования объемного объекта в его плоские проекции. Далее в таких пособиях рассматриваются в большей части не преобразования проекций, а действия над самим объектом, осуществляемые для решения той или иной позиционной или метрической задачи пространства. Таким образом, исчезает, в значительной степени, описание второго этапа преобразования пространственного объекта в его плоскую адекватную модель. Такой подход, на наш взгляд, позволяет создать достаточно объективное качественное представление о методах геометрических преобразований, но не совсем уместен при практическом обучении навыкам решения практических количественных задач пространственных форм по их плоскостным отображениям. Кроме того, такие пособия не являются вполне интерактивными т. к. не позволяют вмешиваться в программу, т. е. делать «пометки на полях».
Вызывает неудобство и значительно снижает эффективность пользования подобными пособиями необходимость, для просмотра анимированных изображений, открывать отдельное окно медиаплеера. При этом обучаемому приходится раздваивать свою память и внимание между видео и текстовым рядами.
Принципиально другой подход приме -нен авторами при создании анимированного интерактивного электронного пособия для самостоятельного изучения практического курса начертательной геометрии [10]. Перед этим для корректной констатации проблемы было выполнено анкетирование. В анкетировании участвовали студенты, обучающиеся по машиностроительному, инженерно-экологическому и химико-технологическому профилям (всего 98 чел.), т. к. в зависимости от специальности они имеют различную мотивацию при изучении инженерной графики. При анализе анкет результаты ответов усреднялись.
Пособие имеет традиционную (т. е. соответствующую классическим учебникам) структуру, создано на базе программы Microsoft Power Point (прикладная программа MS Office), что не требует от обучаемого хорошего знания компьютера и позволяет использовать данное пособие, начиная с первого семестра и до изучения курсов информа-
тики. Общий объем пособия составляет 108 Мб. В виде распечатанных слайдов это составляет примерно 10 печатных листов.
Использование двухмерной презентационной программы Microsoft Power Point обусловлено еще и следующими методическими соображениями: идеологической основой
начертательной геометрии является разложение трехмерного пространственного объекта на плоские двухмерные изображения -проекции. Трехмерный геометрический смысл задачи формулируется в ее условии и алгоритме решения, а реализация алгоритма осуществляется путем манипуляций с плоскими проекциями. Этим плоским манипуляциям и должно, на наш взгляд, уделяться основное внимание в учебном пособии с использованием всех возможных наглядных средств (анимация, цвет, звуковой ряд). Использование трехмерных анимационных сред (например, программы 3dsmax) позволяет создать хороший визуальный образ объекта, но отвлекает внимание обучающегося и затрудняет переход от реального объекта к его плоской адекватной модели, что в общем-то и является задачей начертательной геометрии.
Пользование учебным пособием заключается в последовательном просмотре слайдов. Демонстрация слайда начинается с появления текстового алгоритма выполняемой геометрической манипуляции. После некоторой временной задержки начинается анимационная визуализация алгоритма решения задачи на плоскостях проекций. В значительной степени пособие является интерактивным, т. к. позволяет обучаемому вмешиваться в ход решения задачи, делать собственные пометки, замечания. Кроме того, возможна настройка параметров просмотра пособия «под себя». После полного изучения пособия у студента остается фактически электронный конспект, который существенно облегчает подготовку к экзамену, в какой бы форме он не проводился.
Три произвольно выбранных последовательных слайда представлены на рис. 2. Всего их по каждой из четырех стандартных тем курса «Начертательная геометрия» более двадцати.
Особое внимание при разработке пособия было уделено учету механизма запоми-
нания визуально-образного алгоритма решения пространственной задачи. Всем изучавшим проекционную геометрию известно по собственному опыту, что чисто механически сделать это практически невозможно. В пособии сделана попытка реализовать трехкомпонентную когнитивную модель памяти - концепцию, в которой память рассматривается как результат совместной работы трех основных блоков (один из основополагающих постулатов когнитивной психологии):
1. В сенсорных регистрах информация хранится короткое время (менее 1 с), но практически в полном объеме в виде модально-закодированных физических признаков объекта. Этот блок пассивен и почти полностью зависит от физических характеристик стимула.
2. В кратковременном хранилище объем памяти небольшой, а информация представлена в вербально-акустическом коде; длительность хранения (около 30 с) сильно зависит от активных процессов управления процессом запоминания - проговаривания, перекодирования, выбора способа запоминания и т. д.
3. В долговременном хранилище объем памяти неограничен; информация в нем хранится в виде семантических кодов и может сохраняться очень долго (несколько лет) или даже постоянно.
Особенности функционирования и объем третьего блока, на наш взгляд, очень индивидуальны и могут в процессе обучения подвергаться лишь очень незначительной модернизации. Зато эффективность первого и второго можно значительно увеличить путем варьирования способов представления в учебном пособии запоминаемой учебной информации.
Во-первых, запоминанию предлагается последовательность анимированных (подвижных) плоских изображений, и следовательно, возникают кинестезические ощущения, которые, как уже говорилось, приводят к интенсификации процесса формирования субъективного образа объекта в сенсорных регистрах информации. Стимулированию первого блока помогают различные визуальные эффекты (цвет, выделение важных элементов их прерывистой демонстрацией и т. д.).
Рис. 2. Фрагмент анимированного учебного пособия
Во-вторых, емкость второго блока можно значительно повысить, используя эффект повторения. В пособии это достигается тем, что последующий слайд содержит образ, полученный в предыдущем, с которым осуществляется новое алгоритмическое преобразование. Так последовательно повторяется (до 20 раз) в процессе решения какой-либо законченной пространственной геометрической задачи. При этом также происходит установление связей между элементами запоминаемой информации и элементами, уже имеющимися в памяти (кодирование), т. е. происходит так называемое повторение второго типа, когда запоминаемый образ включается в систему ассоциативных связей, которая является необходимым условием точного долговременного запоминания. Этому способствует еще и параллельное проговари-вание текста. Для этого в электронном пособии использован синтезатор речи. Наиболее оптимальным, на наш взгляд, является ELAN TTS Russian (Nicolai 16 Khz). Использование проговаривания целесообразно еще и потому, что в проекционной геометрии используется специфическая, непривычная для обучаемого терминология.
Учитывалось соотношение и взаимодействие между механическим и осмысленным запоминанием (А.Н. Леонтьев [11]). Механическим принято называть запоминание последовательности тех или иных элементов, действий, осуществляющееся без установления логической связи между частями запоминаемого материала. Это характерно для начального этапа изучения. Мы стремились сделать представление визуальных образов таким, чтобы как можно раньше включился механизм осмысленного запоминания, которое гораздо продуктивнее, чем механическое. Для этого в пособии различными методами визуализации раскрываются причинноследственные связи, выделяется главное и второстепенное, что предполагает мысленную переработку запоминаемого материала и делает смысловое запоминание более эффективным. Практически смысловое и механическое запоминание тесно связаны между собой и обычно соучаствуют в акте мнеми-ческой деятельности.
Структура изложения учебного материала организована в пособии так, что позволяет задействовать так называемый Зейгарник-
эффект - явление зависимости эффективности запоминания материала от меры законченности действия (назван по имени открывшей его Б.В. Зейгарник [12]). Суть феномена состоит в том, что человек лучше запоминает действие, которое осталось незавершенным (экспериментально Б.В. Зейгар-ник получена величина в 1,9 раза). Это объясняется той напряженностью, которое непроизвольно возникает у обучаемого вначале каждого действия, но не получает разрядки, если действие не закончено. Практически действие Зейгарник-эффекта осуществляется при пользовании пособием следующим образом: пользование пособием заключается в последовательном просмотре анимированных слайдов, причем каждый из них представляет собой лишь одну из алгоритмических операций и в отдельности не приводит к решению геометрической задачи, т. е. не является логически завершенным действием. Законченный геометрический образ решения создается только после окончания просмотра последнего слайда темы.
АПРОБАЦИЯ ПРИНЯТЫХ РЕШЕНИЙ И ВЫВОДЫ
Разработанный с учетом вышеприведенных рассуждений электронный учебный комплекс [10] (учебное пособие с встроенной программой самотестирования и аттестационного тестирования) был апробирован в ходе параллельного педагогического эксперимента в течение двух учебных семестров на кафедре «Прикладная геометрия и компьютерная графика» ТГТУ. Подробное описание условий и результатов эксперимента приведено в [13], поэтому здесь мы ограничимся только выводами.
ВЫВОДЫ
1. Динамика усвоения учебного материала в целом в течение семестра выше в экспериментальной группе.
2. Процесс обучения в экспериментальной группе протекает более равномерно по времени.
3. Количество защит графических работ в контрольной группе студентов имеет явно выраженный максимум, приходящийся на начало последней трети семестра, т. е. не
удается избежать известной «авральности» на некоторых занятиях.
4. За счет освободившегося резерва учебного времени в экспериментальной группе можно более качественно рассмотреть вопросы второй части курса - инженерной графики.
5. Студенты, изучавшие практический курс «Начертательная геометрия» опосредованно, с использованием электронного учебного комплекса, показали 100 % обученности и уложились в академический семестр, а небольшая часть контрольной потребовала дополнительных занятий в период подготовки к экзамену.
6. Экспериментальная группа в первой половине семестра обгоняла контрольную на 2-4 недели.
7. Кривые динамики обучения экспериментальной группы во всех случаях более пологие, что еще раз подтверждает отсутствие «авралов» при защите графических работ и позволяет внести в ход практического занятия больше плановости и в целом повысить качество личного общения студента и преподавателя.
Эти выводы косвенно подтвердили и результаты Федерального Интернет-экзамена в сфере профессионального образования по дисциплине «Начертательная геометрия, инженерная графика» (декабрь 2007 г.). В числе случайно выбранных групп, изучавших эту дисциплину за год до Интернет-экзамена, были как группа, прошедшая через наш эксперимент, так и изучавшие дисциплину по традиционной методике. В экспериментальной группе процент студентов, освоивших все дидактические единицы дисциплины («остаточные знания»), составил 87 %. В контрольных группах эта величина составила 65-82 %.
Имеются отзывы о положительном опыте использования разработанной авторами методики и реализующем ее электронном учебном комплексе в Мичуринском государственном аграрном университете и Тамбовском филиале Современной гуманитарной академии.
1. Гордон В.О. Курс начертательной геометрии. М., 2003.
2. Фролов С.А. В поисках начала: Рассказы о начертательной геометрии. Мн., 1985.
3. Четверухин Н. Ф. Проективная геометрия. М., 1969.
4. Кликс Ф. Пробуждающееся мышление: у истоков человеческого интеллекта. М., 1983.
5. Сеченов И.М. Психология поведения: избранные психологические труды. М., 2006.
6. Актуальные вопросы офтальмологии: тр. на-уч.-практ. конф., посвящ. памяти Г. фон Гельмгольца М., 1995.
7. Ананьев Б.Г. Избранные психологические труды. М., 1980.
8. Компьютерные конспекты лекций по начерта-
тельной геометрии / ред. А.М. Швайгер; ФГУ «Государственный научно-исследователь-
ский институт информационных технологий и телекоммуникаций» [Электронный ресурс].
Режим доступа: http://www.informika.ru/text/ database/geom/ Geometry/ALEXANDR. HTML. Загл. с экрана.
9. Электронный учебник по начертательной
геометрии / ред. В.Т. Тозик; Кафедра Инженерной и Компьютерной Графики Санкт-Петербургского государственного университета ИТМО [Электронный ресурс]. Режим доступа: http: //traffic. spb. ru/geom/index. html.
Загл. с экрана.
10. Острожков П.А. Руководство по выполнению графических работ. Дисциплина: начертательная геометрия: электронное уч. пособие / Ассоциированный ун-т им. В.Н. Вернадского. Тамбов, 2006. Рег. № ЭЛ 1648.
11. Леонтьев А.Н. Деятельность. Сознание. Личность. М., 1977.
12. Зейгарник Б.В. Очерки по психологии аномального развития личности. М., 1980.
13. Кузнецов М.А. Экспериментальная практика дистанционного обучения начертательной геометрии // Состояние, проблемы и тенденции развития графической подготовки в высшей школе: сб. тр. Всерос. совещания зав. каф. графических дисциплин вузов РФ. Челябинск, 2007. С. 64-67.
Поступила в редакцию 20.02.2008 г.
Kuznetsov M.A., Ostrozhkov P.A., Lazarev S.I. Psychological and pedagogical features of the mediated (remote) studying of projective geometry. In conditions all of an increasing share of remote forms of reception of the maximum technical vocational training essential specific difficulties of the mediated studying of disciplines of the graphic block, first of all descriptive (projective geometry) have come to light. Difficulties are caused by visually-shaped character of perception and storing of the information. Methods of processing of such information are least developed in the special literature. The authors undertake an attempt to analyze specific psychological-pedagogical features of remote studying of descriptive geometry and to develop an electronic interactive educational complex for its practical studying in conditions of technical university.
Key words: remote training, projective geometry, visual information, storing, two-dimensional animation.
