CC BY
16
Чиркова Л.Н.1, Глотова А.Г.2
1 Северный арктический федеральный университет им. М.В.Ломоносова, к.п.н., доцент кафедры экспериментальной математики и информатизации образования института математики, информационных и космических технологий, lncir@yandex. ш 2 Северный арктический федеральный университет им. М.В.Ломоносова, старший преподаватель кафедры информатики и информационной безопасности института математики, информационных и космических технологий, магистрант 2 курса,
a . glotova @паг^ . ш
Специфика электронного дистанционного курса для бакалавров заочной формы обучения строительных направлений подготовки по дисциплине «Компьютерная графика» с учетом особенностей их будущей работы в условиях Арктического региона
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА
Электронный дистанционный курс, дистанционные образовательные технологии, Арктический вектор, заочная форма обучения, строительные специальности, компьютерная графика.
АННОТАЦИЯ
В статье обсуждается специфика формирования контента электронного дистанционного курса по дисциплине «Компьютерная графика» для студентов заочной формы обучения строительных направлений подготовки с учетом особенностей их будущей работы в условиях Арктического региона.
В настоящее время компьютеризация всех сфер производства, широкое внедрение систем автоматизированного проектирования, выдвигает новые требования к профессиональной подготовке инженеров, прежде всего, к инженерно-конструкторской, как одного из ее содержательных компонентов. Это связано с тем, что современный инженер должен в совершенстве владеть средствами компьютерной графики, уметь моделировать и конструировать объекты, работать с графическими пакетами прикладных программ.
Развитие информатизации образования инициирует повсеместное применение дистанционных образовательных технологий (ДОТ). Одним из основных направлений развития информатизации образования является реализация возможностей информационных и коммуникационных технологий для подготовки специалистов в контексте мировой экономики и политики, в том числе связанной с освоением северных территорий.
Потребность в подготовке высококвалифицированных,
востребованных на международном уровне инженеров строительных направлений подготовки с учетом специфики работы в условиях Крайнего Севера определяется в связи с исключительно важным для России геополитическим значением Арктики, которая занимает более одной трети территории страны и характеризуется наличием разнообразных и значительных по запасам природных ресурсов, оцениваемых не только как средства производства, но и как основа жизни и инфраструктурная обустроенность удаленных и труднодоступных промышленно-хозяйственных территорий с низкой плотностью населения. Поэтому развитие Арктики представляет собой одну из основных целей государственного мегапроекта [1], в который органично вписаны хозяйственные, образовательные и социокультурные проекты. Есть множество профессий, способных укрепить национальные интересы России в Арктическом регионе. Одна из них - профессия строителя.
Строителей можно готовить без отрыва от производства с использованием современных средств коммуникации и дистанционных технологий обучения, которые позволяют реализовать возможности учебного информационного взаимодействия и потенциала распределенного информационного ресурса локальных и глобальной сетей.
Новые стандарты строительства, обеспечивающие высокое качество жизни в районах Крайнего Севера, диктуют новые требования к подготовке будущих строителей для работы в экстремальных природно-климатических условиях севера. Подготовка и переподготовка таких специалистов с опытом работы в строительной сфере традиционно осуществлялась в рамках заочной формы обучения, требующей выезда в вуз в сессионный период. Новые информационные и коммуникационные технологии позволяют осуществлять обучение удаленно с использованием дистанционных технологий обучения.
Средства коммуникации и дистанционные технологии обучения обеспечивают доступность и оптимизацию форм контроля качества усвоения материала, позволяют организовать заочное обучение независимо от расстояния и местоположения обучающегося, что связано с необходимостью разработки электронных дистанционных курсов (ЭДК) и наполнения их новым содержанием.
Под электронным дистанционным курсом будем понимать - учебный курс, реализуемый посредством образовательной платформы для пространственно-распределенных обучающихся, в котором определены цели обучения, образовательный контент и инструктивный материал по его использованию в образовательном процессе, иные дидактические инструменты, обеспечивающие достижение этой цели, а также инструменты контроля и оценки обученности.
В настоящее время в мире накоплен теоретический и практический опыт реализации систем дистанционного образования (ДО) и обучения в высшей школе. В научных трудах А. А. Андреева, И. К. Войтович, Л. И.
Мироновой, А. В. Осина, И.В. Роберт, И. В. Сергиенко, B. И. Солдаткина, Н. М. Якушевой и др. рассматриваются средства дистанционных и электронных образовательных ресурсов в структуре вузовской подготовки.
Анализ перехода от заочного обучения к дистанционному в современных условиях информатизации общества делают H.A. Кокорев и М.А. Свешников. В своей работе В.И Овсянников проводит анализ сходства и различий дистанционного образования с заочным.
Высшему профессиональному образованию на основе использования современных информационных и коммуникационных технологий посвящены работы О. А. Козлова, М. П. Лапчик, Е.С.Полат, П. К. Петрова, И.В. Роберт и др.
Вопросы формирования информационных компетенций в различных предметных областях в вузе рассматриваются в ряде исследований ученых (Н. Г. Витковской, М. В. Горячевой, А. В. Гофенберг, Ю. Г. Плаксиной, Н. И. Сакович, Е. В. Шалашова и др.).
В работах Е. А. Горневой, Л. И. Мироновой, Н. И. Сакович, В.А. Сухомлина, Е. В. Шалашова и др. исследованы организационно-методические аспекты формирования информационных компетенций с применением электронных образовательных ресурсов.
Анализ современных исследований по вопросам дистанционного образования показал, что разработке контента электронного дистанционного курса по дисциплине «Компьютерная графика» для студентов заочной формы обучения строительных направлений подготовки с учетом специфики их будущей работы в условиях Крайнего Севера уделяется недостаточно внимания.
Компьютерная графика - область научных знаний, охватывающая технологии (инструментарий, методы, средства) создания компьютерных двухмерных и трехмерных изображений различного характера (растровых, векторных двухмерных, векторных трехмерных, фрактальных и др.)
Компьютерная графика является одной из профессионально ориентированных дисциплин и играет важную роль в развитии компетентности инженера-строителя. Успехи в ее освоении служат индикатором будущей профессиональной состоятельности инженера, так как невозможно представить себе специалиста строителя, не владеющего графическим языком. При этом вне поля зрения остается специфика дистанционного обучения студентов-заочников строительных направлений подготовки по дисциплине «Компьютерная графика».
Мы полагаем, что разработка электронного дистанционного курса с учетом специфики проектирования и строительства зданий и сооружений в условиях Арктики и Крайнего Севера, позволит оптимально организовать учебный процесс для студентов заочного отделения, повысит мотивацию студентов к изучению дисциплины «Компьютерная графика», откроет новые возможности для формирования специальных профессиональных компетентностей для производственной деятельности в условиях
Арктического региона.
Для достижения желаемых результатов было проведено исследование, которое состояло из нескольких этапов.
На констатирующем этапе проведен анализ ФГОС ВПО по направлению подготовки 270800 Строительство (квалификация «бакалавр»), ООП САФУ им. М.В.Ломоносова, рабочие программы учебной дисциплины «Компьютерная графика», который позволил выявить отсутствие специальных профессиональных компетенции (СПК) для осуществления производственной деятельности в условиях Арктического региона в основной образовательной программе по данному направлению подготовки. В соответствии с этим мы предлагаем расширить имеющийся перечень компетенций введением дополнительной специальной профессиональной компетенцией (СПК), а именно проектирование промышленных и гражданских зданий и сооружений с учетом климатических условий Арктики. Для формирования данной компетенции у бакалавров строительных направлений подготовки необходимо дополнить содержание ЭДК арктическим компонентом. Так была сформулирована проблема исследования, состоящая в поиске теоретических, методических и технологических подходов, реализация которых позволяет выявить основные принципы формирования контента ЭДК для бакалавров заочной формы обучения строительных направлений подготовки по дисциплине «Компьютерная графика» и обоснована актуальность ее решения. С этой целью осуществлялся теоретический анализ философской, педагогической, психологической литературы по теме исследования, накапливался материал наблюдений, анализировался опыт преподавания дисциплины, изучались возможности и формы дистанционного взаимодействия преподавателя и обучающихся, определено понятие «Электронный дистанционный курс», выявлена необходимость использования современных телекоммуникационных средств.
На втором этапе в соответствии с целями обучения и рабочей программой по дисциплине «Компьютерная графика» для бакалавров строительных направлений подготовки с учетом специфики работы в условиях Арктического построена структура ЭДК для заочной формы обучения, разработан ЭДК по дисциплине, подготовлено информационное обеспечение. На этом же этапе проводилась апробация дистанционной коммуникации преподавателя и обучающихся, на основании которой осуществлялось совершенствование как содержательной и методической сторон, так и самих схем коммуникации.
Содержание ЭДК состоит из следующих компонентов:
1. Инструктивный блок включает методические рекомендации по использованию курса, определение регламента дистанционной коммуникации.
2. Информационный блок включает наименование курса, сведения об
авторе, учебную программу, руководство по изучению дисциплины, содержательную часть (учебную информацию, разбитую на блоки), Информационный блок, в свою очередь, имеет следующую структуру: цель и задачи, сформулированные на «языке компетентностей», список рассматриваемых вопросов, список источников, учебно-методический текст, включающий в себя рабочую программу по дисциплине «Компьютерная графика»; видеоматериалы, размещенные для публичного доступа на видеосервисах; ресурсы сети Интернет.
3. Коммуникативный (организационный) блок определяет организационные стороны самостоятельной работы обучаемых, формы дидактического электронного общения преподавателя с обучаемыми.
4. Контрольный блок включает материалы для контроля и самостоятельной работы учащихся, цели проведения промежуточной и итоговой аттестации, формы ее проведения, требования к уровню достижений обучаемого, разъяснения по оценочным шкалам, материалы для промежуточной и итоговой аттестации, типовые практические задания, тестовые задания, контрольные работы, включающие задания для визуализации строительных сооружений с учетом специфики климатических условий Арктического региона.. Разработанная структура курса имеет следующий вид:
1. 2d-графика
1.1.Построение геометрических объектов. Системы координат. 1.2.Объектная привязка и объектное слежение.
1.3.Команды редактирования.
1.4.Свойства объектов.
1.5.Полилинии и мультилинии.
1.6.Построение массивов объектов.
1.7.Нанесение размеров и текста.
1.8.Работа со слоями.
1.9.Работа с блоками.
1.10. Настройка чертежа. Подготовка чертежа к печати.
1.11. Макеты и видовые экраны.
1.12. Внешние ссылки, вставка растровых рисунков.
1.13. Нанесение штриховки.
2. 3d-графика. 2.1.Черчение в изометрии.
2.2.Трехмерное моделирование.
2.3.Монолитные модели.
2.4.Поверхности.
3. Лекции.
3.1.Введение. Предмет курса, его цели и задачи. Понятие об интерфейсе. Математические основы двухмерной графики.
Представление графических объектов. Операции с графическими объектами.
3.2.Математические основы трехмерной графики. Представление графических объектов. Операции с графическими объектами. Проецирование. Системы координат.
3.3.Пространство и его свойства — размерность, топологические характеристики, кривизна, заполненность. Аппроксимация непрерывного пространства в дискретной реализации.
3.4.Психофизиологические аспекты восприятия и воспроизведения пространства на плоскости. Иллюзии и графическое восприятие. Виды перспектив. Признаки глубины.
3.5.Фрактальная геометрия. Построение реалистических изображений методами фрактальной геометрии. Генерация элементов ландшафта.
3.6.Алгоритмические основы компьютерной графики. Отрисовка линий и поверхностей. Сглаживание. Графические тесты. Алгоритмы удаления невидимых линий (плавающего горизонта, z-буфера). Цвет и свет. Психофизиологические аспекты восприятия цвета и света. Отражение (диффузное, зеркальное), прозрачность, тени, фактура, смешение цветов.
3.7.Аппаратные вопросы компьютерной графики. Физические принципы работы и основные графические устройства. Организация и взаимодействие ресурсов в компьютерной графике. Технические устройства (расчет и согласование).
Таким образом, в соответствии с рабочей программой подготовлено информационное обеспечение (содержательное и организационное) по дисциплине «Компьютерная графика».
На третьем этапе контент ЭДК был размещен на образовательной платформе Sakai, которая доступна с сайта университета для зарегистрированных и подписанных на курс студентов. Sakai — это среда дистанционного обучения, предназначенная специально для создания дистанционных курсов.
Исследование результативности использования ЭДК проводится в настоящее время на базе Северного арктического университета им. М.В.Ломоносова с целью проверки формирования специальных профессиональных компетенций у бакалавров заочной формы обучения строительных направлений подготовки. Общий охват обучаемых, участвующих в эксперименте, составляет 98 человек. Анализ анкет студентов и преподавателей, использующих в образовательном процессе ЭКД позволяет выявить его достоинства:
• предоставление образовательных услуг широкому кругу обучаемых
делает образование более доступным;
• обучающийся сам определяет темп обучения, может возвращаться по
несколько раз к отдельным учебным модулям, пропускать отдельные разделы и т.д. Он не привязан ко времени занятия и к преподавателю, а может заниматься в удобное для себя время;
• обеспечение равных возможностей получения образования независимо от места проживания, состояния здоровья, элитарности и материальной обеспеченности обучаемого.
• широкие возможности для коммуникации: обмен файлами любых форматов, рассылка, форум, чат, возможность рецензировать работы обучающихся, внутренняя почта и др.;
• возможность использовать разные системы оценивания (балльную, словесную и т.д.);
• полная информация о работе обучающихся (активность, время и содержание учебной работы, зачетная книжка);
• возможность вносить изменения без тотального перепрограммирования;
• возможность работы для людей разного образовательного уровня, разных физических возможностей (включая инвалидов). Остановимся на примерах типовых заданий (№1 и №2),
предлагаемых, как правило, при изучении раздела «Полилинии и мультилинии» и контрольных заданий, включающих арктический компонент и визуализацию строительных сооружений с учетом специфики климатических условий Арктического региона, особенностями которого являются полярная ночь, длинная и холодная зима, сильные ветра и вечная мерзлота.
Типовое задание №1. Необходимо начертить фигуру, представленную на рис. 1.1. Ее контур удобно создать одной командой и представить одним объектом — полилинией (Pline). Она может состоять из нескольких прямолинейных или дуговых сегментов, имеет толщину и является более универсальным объектом, чем линия. Что касается шестиугольника, то в AutoCAD есть команда создания многоугольников - МНОГОУГОЛЬНИК, которой необходимо воспользоваться, чтобы начертить шестиугольник в виде одного объекта.
Типовое задание №2. Выполнить чертеж склада пиломатериалов, представленный на рисунке 1.2. Для построения стен и дорог используйте мультилинию. Размеры склада каждому обучающемуся предоставляются по вариантам.
-Я15
объектом МНОГОУГОЛЬНИК [3]
—Ч1Н- --И
- XIX X ЕЗ X X и и нн X X X XI
Рисунок 1.2 - Чертеж к заданию 2 Контрольное задание №1. Выполнить чертеж модуля, предназначенного для арктического поселка на примере рисунка 1.3 [2].
Рисунок 1.3 - План кухонных и складских помещений бытового модуля арктического
поселка
При выполнении данного задания необходимо учесть, что в Арктике важно практичное строительство. Мысли инженеров работают в направлении сохранения тепла и уменьшения энергозатрат на отопление. Это означает применение конструктивных схем зданий, которые гарантируют отсутствие «мостиков холода», использование эффективных материалов и энергосберегающих технологий. Учесть особенности строительства фундаментов на ледяном панцире, который постоянно меняет свою структуру. Рыхлые грунты — песчаники, галечники и глины — в условиях вечной мерзлоты ведут себя самым непредсказуемым образом. Особенностями конструкций, предназначенных для эксплуатации в суровых климатических условиях, являются модульные, прямоугольные жилые дома или со скругленными углами, чтобы легче переносить снежную бурю и избежать промерзания углов конструкций. Кварталы домов должны застраиваться, образуя замкнутый контур, между домами - узкие разрывы. Для избегания снежных заносов крыши домов односкатные, ориентированные по направлению господствующих ветров, а окна маленькие. Вспомогательные помещения используются одновременно и как ограждающие.
Контрольное задание №2. Выполнить чертеж фасада здания на примере фасада бытового модуля арктического поселка (рисунок 1.4[1])
Регламент дистанционной коммуникации преподавателя и учащихся содержит следующие условия:
• консультации преподавателя посредством текстового чата проводятся согласно установленному расписанию; продолжительность консультации ограничена;
• индивидуальные консультации для отдельных учащихся проводятся в форме форума или текстового чата по отдельному расписанию;
• обсуждение, связанное с изучением предмета, может быть инициировано любым студентом на форуме сайта ЭДК в любое время;
принимать участие в обсуждении могут все учащиеся. На формирующем этапе в процессе обучения дисциплине предусматривалось использование ЭДК. Был обоснован комплекс показателей и критериев, отражающих различные аспекты результативности применения данного подхода, а также разработана процедура измерения этих показателей и интерпретации их значений.
В частности, в качестве экспериментального показателя результативности была принята отметка по балльно-рейтинговой системе, которую учащийся получит по результатам обучения в конце семестра. В качестве контрольных показателей были приняты результаты учащихся, при обучении которых дистанционные технологии не применялись. Сопоставление результатов двух экспериментальных групп позволит судить о стабильности (воспроизводимости) результатов при традиционных методах обучения. Помимо этого с учащимися экспериментальных групп было проведено анкетирование с целью выяснения их отношения к дистанционным технологиям организации самостоятельной работы.
Критериями результативности будут служить:
• достоверное превышение средних показателей освоения дисциплины обучающихся экспериментальной группы по сравнению с контрольной группой, устанавливаемое с помощью критерия Стьюдента;
• статистическая неразличимость результатов экспериментальных групп;
• результаты анкетирования, выявляющие отношение учащихся к использованию ЭДК в организации учебного процесса.
Анализ результатов анкетирования показал интерес обучающихся к заданиям, содержащим специфику их будущей работы в суровых климатических условиях Арктического региона, и что в целом учащиеся положительно оценивают применение дистанционных технологий при организации учебного процесса.
Таким образом, можно считать, что внедрение электронного учебного курса по дисциплине «Компьютерная графика» позволит решить одну из приоритетных задач дистанционного образования, а именно обеспечит научно-методическое сопровождение дифференцированного обучения студентов заочного отделения с учетом потребностей региона.
Литература
1. Государственная программа «Социально-экономическое развитие Арктической зоны Российской Федерации до 2020 года»
2. Барашков Ю.А., Проектирование городского односемейного дома [Текст] : метод. указ. к выполн. проектно-графич. упражнения № 1; Арх. гос. тех. ун-т. - Архангельск : [б. и.], 1994. -33 с.
3. Ткачев Д. А., AutoCAD 2004: Самоучитель. - Киев: BHV;- СПб. : Питер, 2003 . - 432 с.: ил.
