Формирование пространственных представлений у школьников 5-6 классов на занятиях по 3D моделированию

Размещено на http://www.allbest.ru/

ФОРМИРОВАНИЕ ПРОСТРАНСТВЕННЫХ ПРЕДСТАВЛЕНИЙ У ШКОЛЬНИКОВ 5-6 КЛАССОВ НА ЗАНЯТИЯХ ПО 3D МОДЕЛИРОВАНИЮ



Содержание

Введение

Глава 1. Основы процесса формирования пространственных представлений у обучающихся 5-6 классах

1.1 Психолого-педагогические основы формирования пространственных представлений

1.2 Развитие пространственных представлений обучающихся 5-6 классах (на геометрическом материале)

Глава 2. Методика обучения 3D моделирования в программе Sweet Home 3D на уроках информатики 5-6 классах для развития пространственных представлений

2.1 Цели, задачи, содержание обучения теме «Моделирование» в 5-6 классах

2.2 Выбор программного обеспечения

2.3 Методические рекомендации обучения 3D моделированию с учетом формирования пространственных представлений у обучающихся в 5-6 классах

2.4 Опытная экспериментальная проверка

Заключение

Литература



Введение

Проблема формирования и развития пространственных представлений имеет большое значение для правильного решения вопроса о всестороннем умственном развитии учащихся и их подготовки к трудовой деятельности. Уровень развития пространственных представлений является одним из показателей общего умственного развития учащихся и развития их познавательных способностей. Существенную роль в умственном развитии имеет как практическое овладение пространством, так и теоретическое усвоение знаний о пространственных свойствах и признаках предметов в процессе обучения в школе.

Исследованию проблемы формирования и развития пространственных представлений посвящены работы Б.Г. Ананьева, Ф.Н. Шемякина, Н.Ф. Четверухина, Б.Ф. Ломова, А.В. Ярмоленко, В.И. Зыковой, Е.Н. Кабановой- Меллер, Е.И. Игнатьева, П.А. Сорокуна, Л.Л. Гуровой, О.И. Галкиной, Г.Г. Масловой, К.Д. Мдивани, А.А. Сазонтьева, И.С. Якиманской и многих других психологов и педагогов. В работах данных авторов исследуется формирование и развитие пространственных представлений у детей разного возраста в процессе выполнения ими тех или иных видов учебной и практической деятельности.

В качестве одной из причин невысокого уровня развития пространственных представлений у учащихся такие ученые как Г.Д. Глейзер, А.Я. Цукарь и другие называют недостаточность пропедевтической работы в этом направлении. Конечно, особую роль в развитии пространственного представления в школе традиционно играет курс математики. Однако, большой потенциал в развитии пространственных представлений учащихся имеет и курс информатики, особенно изучение 2D и 3D графики, а также 3D моделирование. Важно отметить, что в курсе информатики для 5-6 классов можно организовать пропедевтическую работу по формированию пространственных представлений у учащихся на занятиях по 3D моделированию. Однако, следует признать, что эта тема недостаточно разработана современными исследователями.

Именно эти важные факты позволили определить выбор темы исследования, обусловили ее актуальность и проблему, которая заключается в разрешении противоречия между потребностью учителей в методических рекомендациях по развитию пространственных представлений обучающихся на уроках информатики в 5-6 классах и недостаточность методических разработок по этой тематике.

Цель: Изучение возможностей развития пространственных представлений у учащихся 5-6 классов на уроках информатики и разработка методики обучения 3D моделированию учащихся 5-6 классов с учетом задачи формирования у них пространственных представлений.

Объект исследования: процесс формирования пространственных представлений на уроках информатики в 5-6 классах.

Предмет исследования: методика обучения 3D моделированию учащихся 5-6 классов, направленная на формирование пространственных представлений у учащихся 5-6 классов.

Гипотеза исследования: формирование пространственных представлений обучающихся 5-6 классов возможно и на уроках информатики при изучении 3D моделирования, если методика обучения 3D моделированию будет ориентирована на формирование пространственных представлений и обучающимся будут предложены специальные задания, способствующие этому процессу.

Задачи:

изучить психолого-педагогическую литературу по проблеме исследования;

изучить учебно-методическую литературу с целью выявления общих подходов к решению проблемы исследования;

установить виды заданий при изучении 3D моделирования, направленных на формирование пространственных представлений;

разработать методику проведения занятий по 3D моделированию для учащихся 5-6 классов с целью формирования у них пространственных представлений.

В исследовании были использованы следующие теоретические и эмпирические методы: анализ литературы, наблюдение, беседа, тестирование, опытная педагогическая проверка и последующий анализ.

Структура дипломной работы

Работа состоит из введения, где представлены актуальность проблемы, предмет, объект, цель, задачи; теоретическая глава, в которой рассматривается психолого-педагогические основы формирования пространственных представлений, развитие пространственных представлений учащихся 5-6 классов; практическая глава, в которой рассматривается применение программы Sweet Home 3D на уроках информатики 5-6 классах для развития пространственных представлений; выводы; заключения; список литературы.

пространственный информатика моделирование обучение



Глава 1. Теоретические основы процесса формирования пространственных представлений у учащихся 5-6 классов

1.1 Психолого-педагогические основы формирования пространственных представлений

Педагогическая психология выявляет структуру пространственного мышления учащихся и условия его формирования в процессе обучения, в частности в процессе обучения математике и информатике. Определение «пространственное представление», «пространственное мышление» значит процесс опознавания реально представленных объектов, их изображений и мысленное создание на данной основе таких же объектов, однако по другому расположенных либо проектирование новейших. Оно так же включает в себя создание пространственных объектов сообразно неким их элементам. Пространственное воображение - воображение, оперирующее пространственными объектами [16].

Данное определение просит некого уточнения. Во-первых, оно означает гносеологическую функцию мышления. Но данная функция свойственна и для остальных психических процессов, к примеру, памяти, воображения, которые также обобщенно и опосредствованно отображают реальность в видах и понятиях[8 ]. Поэтому данное определение не выявляет специфики мышления. Для исследования его особенностей наиболее продуктивным, с нашей точки зрения, является анализ его как особого вида деятельности (её высококачественного своеобразия), что и даст основу для различения отдельных процессов по их психологическому содержанию. Во-вторых, далеко не постоянно отображение реальности в её пространственных связях и отношениях(оперирование ими)выступает как самостоятельная задача мышления. Совместно с тем имеется такие области человечной деятельности, в которых введение пространственных соотношений, их преобразование являются особой и чрезвычайно трудной задачей. Обрисовываемая этим термином психическая действительность настолько специфична, что дает преимущество на различение её в особый вид и обозначение особым термином.

Содержание и характер пространственного мышления, его функции определяются критериями, в которых оно создается, проявляется и совершенствуется.

И. Я. Каплунович отмечал, что «пространственное представление есть воссоздание актуализация образов пространственных тел (фигур), их свойств и отношений по памяти либо путем восприятия реальных объектов, их графических изображений» [7]. В математике приходится оперировать обобщенными образами геометрических тел (фигур), их немаловажными свойствами и отношениями по строгим логическим законам. При этом приходится абстрагироваться от большинства чувственно-логических признаков, таких, как цвет, материал изготовления, его твердость, упругость, настоящие размеры.

«Итак, под представлением станем воспринимать воссоздание прошлых восприятий, процесс преднамеренного воссоздания образа и мысленного оперирования им, а под пространственными представлениями - образы, которые отображают пространственные характеристики и отношение предметов. В этот термин включаются представления о форме, положении, величине, расстоянии, направленности и остальных пространственных отношений». [1]

Для чего же настолько необходимо совершенствовать пространственные представления? Существуют две главные причины:

формирование пространственных представлений - это обеспечение жизненно нужных функций организма. Данная фактор связан с умением правильно отражать действительно существующую трехмерную реальность и умение ориентироваться в пространстве и во времени;

способность свободно оперировать пространственными образами является тем базовым умением, которое сводит различные виды учебной и трудовой деятельности, таковая способность рассматривается как одно из профессионально важных качеств.

Таковой фактор связан с развитием творческого истока как нужного свойства многосторонне развитой личности и возможностью творческого решения любой научной либо производственной задачи - ощущения и восприятия появляются при конкретном действии предметов и явлений реальности на органы чувств[ 9].

«Психология ощущения рассматривается как отражение отдельных свойств предметов и явлений, а восприятие- как отражение предмета в целом, совместно со всеми его качествами и свойствами, доступными органам чувств. В психологии различают 2 главных вида представлений - памяти и воображения. Под представлениями памяти понимают образы, появляющиеся в сознании в результате отражения пространственных свойств и отношений ранее воспринятых предметов. Под представлениями воображения понимают новые образы, создаваемые в результате трансформации представлений памяти».[1] В собственных исследованиях И. М. Сеченов[12 ] открыл важный факт, состоящий в том, что само воплощение действий порождает особые ощущения, так называемые мышечно-суставные. Психологические и физиологические исследования демонстрируют, что пространственно- различительные функции характерны в разной степени всем органам чувств. Механизм же восприятия пространства является системным, образующимся при воздействии разных анализаторов внешней и внутренней среды человеческого организма.

Известно, что в системном механизме восприятия пространства ведущую роль играют зрительно-вестибулярно-кинестические взаимосвязи, которые являются стержнем, соединяющим все органы чувств в отражении пространства[ 3 ].

В психологии [ 10 ] по отношению к зрительному образу традиционно используют такие свойства: предметность, целостность, структурность и константность.

Предметность образа содержится в том, что чувственные данные, относящиеся к внешнему предмету, охарактеризовывают не положение органов чувств, а характеристики данного предмета. Экспериментально установлено, что отражение отдельных свойств предмета зависит от целостного отражения. Ведущая роль в целостном отражении предмета принадлежит его контуру (форме). Для формирования знаний о пространстве необходимо долгое и постепенное накопление почти всех конкретных представлений о предметах и явлениях реального мира. «Итак, процесс формирования и развития пространственных представлений может протекать эффективно, если он осуществляется регулярно и непрерывно.

Психологические исследования указывают на главную роль деятельности в процессе формирования представлений, в том числе пространственных. Деятельность определяет характер и прочность представлений. Отсюда становится ясным вывод о значимости разных видов учебной деятельности на уроках для формирования и развития пространственных представлений у учащихся, а также вывод о необходимости широкой опоры в этом процессе на их жизненный опыт. Важной причиной образования и совершенствования пространственных представлений является мотивация деятельности. Эксперименты свидетельствуют о том, что отношения субъекта к деятельности играет не маленькую роль в формировании образа, чем структура самой деятельности. В представлении непроизвольно закрепляются такие формы предметов и их характеристики, какие в процессе деятельности выполняли для человека какую-то значимую функцию. Отсюда следует важный педагогический вывод о необходимости создание сильных, личностно важных для учащихся мотивов при формировании и развитии их пространственных представлений.»[1]

Современные психологические и физиологические исследования показали, что пространственно-различительные функции характерны всем органам чувств. Поэтому, в зависимости от ведущей роли в сознании перцептивного вида того или иного органа чувств, распознают зрительное, вкусовое, слуховое, осязательное, обонятельное и кинетическое восприятие. Механизм же восприятия пространства является системным, образующимся при содействии разных анализаторов внешней и внутренней среды человеческого организма: «Восприятие пространства есть сложная интермодальная ассоциация»[ 1].

Л. И. Котлярова и Л. М. Веккер установили, что активное осязание (движущейся, манипулирующей руки)является активным средством образования восприятия, адекватного предмету, в то время как пассивное осязание(касание предмета к бездействующей руке)порождает много иллюзионных представлений. Ученые пришли к выводу, что движение - ведущий фактор в формировании образа представления [7]. Механизм восприятия пространственных форм объекта при двуручном осязании Б. Г. Ананьев разъясняет парной работой больших полушарий, индуктивными отношениями между ними[1]. Таким образом, при оперировании с моделями геометрических фигур в учебном процессе целенаправлено рекомендовать учащимся модель держать в левой руке, а составляющие фигуры вычленять правой рукой, так как левая рука при осязании, а правая при движении дает более совершенное впечатление о пространственных формах рассматриваемых фигур.

Исследуя происхождение пространственных представлений в итоге учебной и трудящийся деятельности В. Н. Шемякин отмечает, что пространственные представления не имеют вызревать изолированно от умения чертить и что их создание определяется выработкой и совершенствованием этого умения[15].Измерение и графическое построение - составные компоненты трудовой деятельности и конструктивно-технических возможностей. С ним связано формирование пространственного воображения, нужного для разных областей деятельности человека. Потому значимой стороной при формировании пространственных представлений учащихся должно стать улучшение графической культуры обучаемых, эффективный путь повышения графической культуры содержится в установлении тесных взаимосвязей между обучением геометрии и черчению.

В учебном процессе главным средством обучения является речь. Взаимоотношения между одним словом и его наглядно-чувственной основой при обучении многообразны и трудны, потому что различие пространственных, временных и количественных отношений между объектами постоянно предшествует образованию знаний о функциональных и причинно- следственных отношениях между вещами. Одной из центральных проблем обучения становится обеспечение согласованного развития наглядного (образного) и ненаглядного (символического) компонентов мышления. Процесс формирования пространственных представлений, таким образом, может активно протекать только в тесной связи с развитием логического мышления и речи учащихся. Проблема восприятия пространства и пространственных представлений тесно связана с проблемой решения мыслительных задач и формирования геометрических понятий. Отсюда следует важный педагогический вывод: более эффективны способы формирования и развития пространственных представлений при обучении геометрии, которые обеспечивают органическое сочетание восприятия геометрических фигур, действий с ними, мышления и речи учащихся.

1.2 Развитие пространственных представлений учащихся 5-6 классов(на геометрическом материале)

В структуре общего психического развития особенное место занимает образное мышление. Заключение различных теоретических и практических задач связано с необходимостью планировать, прогнозировать свои действия, основывать процесс решения в образах, а позже уже воплощать его в жизнь.

Формирование различных форм образного мышления (пространственное мышление, ассоциативное мышление, наглядно-образное мышление, зрительное мышление) более напряженно протекает в обучении, под воздействием предметного содержания знаний. Образное мышление оперирует в основном не словами, а наглядными образами: образы являются для него исходным материалом, «оперативной единицей» [17 ].

Образ не создается как продукт пассивного отражения, созерцания объектов реальности, он избирательно отображает своим содержанием те стороны, характеристики, признаки объектов, которые нужны для деятельности субъекта, значимы для него. Образ, как увидел С. Л. Рубинштейн [18], как бы «вычерпывает» из объекта все новое и новое его содержание. Поэтому образ постоянно наполнен личностным значением, значимостью для субъекта. Образ невозможно отнять, отобрать от той чувственной основы, на которой он появляется. Различны и сами источники этого эксперимента: предметное окружение, запас прошедших воспоминаний, характер общения с иными людьми и пр. Основу образа составляют, как правило, зрительные воспоминания, так как конкретно они являются более массивным средством восприятия, сохранения и переработки информации. При формировании образов огромный смысл имеют и остальные системы: слух, обоняние, осязание. «Через прошлый опыт субъекта они тоже включаются в процесс создания образа, исходной основой для которого является зрение» [1].

Оперативные единицы образного мышления - наглядные образы - существуют в виде образов восприятия и образов представления. Под восприятием осознаем отображение предметов в целом, совместно со всеми их качествами и свойствами, воздействующими на органы чувств. Представление, как и восприятие, есть чувственный образ, однако это образ предмета, который действовал на органы чувств в прошлом. Распознают два главных вида представлений - памяти и воображения. Представления памяти - образы, появляющиеся в сознании в итоге отражения пространственных свойств и отношений ранее воспринятых предметов. Под представлениями воображения понимают новые образы, создаваемые в итоге модификации представлений памяти [13].

Главным содержанием образного мышления является манипулирование уже имеющимися образами. Однако нужно подметить, что запас созданных образов является важным условием успешного оперирования ими, нельзя оперировать тем, чем не владеешь. Поэтому чем богаче запас исходных образов, тем полнее их содержание тем полнее содержание тем больше возможностей для их видоизменения, преобразования, т. е. удачного оперирования ими.

Как понятно, геометрия сформировывает теоретические образы, в которых фиксируется форма, величина, пространственное соответствие фигур в целом либо отдельных их частей. Для формирования данных образов используется различный тренировочный материал(чертежи, схемы, диаграммы, карты, планы, условно-символические, знаковые обозначения). Формируясь в процессе настолько широкого и различного арсенала средств, геометрические образы составляют основу и определяют такую специфическую разновидность образного мышления, как пространственное мышление.

«Пространственное мышление - вид умственной деятельности, обеспечивающей создание пространственных образов и оперирование ими в процессе решения различных практических и теоретических задач», - такое определение дает И. С. Якиманская [16]. «Тут под пространственным образом понимается воспроизведение и преобразование в сознании пространственных свойств и отношений объектов: их формы, величины, обоюдного положения частей, в каком месте пространственные отношения - это отношения между объектами пространства либо между пространственными признаками данных объектов. Эти отношения выражаются понятиями о направлениях, о расстояниях, об их отношениях, о местоположении, о протяженности объектов пространства.» [1]. Для описания особенностей пространственного мышления учащихся при усвоении геометрического материала употребляются последующие характеристики:

широта оперирования образом - свобода оперирования образом, сделанном на разном наглядном материале. Свобода здесь проявляется в легкости и быстроте перехода от одного наглядного изображения к иному, перекодировании его содержания;

полнота образа - учащиеся мысленно преобразуют заданную графическую форму в 3-х тесно взаимосвязанных направлениях: по форме, величине, пространственному положению;

активность образа - имеет место быть в способности перехода от условно-символического изображения к графическому, от одной формы условно-символического изображения к другой;

обобщенность образа - тесно связана с широтой оперирования образом и динамичностью образа: чем проще и свободнее протекает переход от 1-го типа изображения к другому, тем выше обобщенность образа;

тип оперирования образом: I тип охарактеризовывает модифицирование пространственного положения образа, II тип включает преобразование системы структуры и пространственного положения образа одновременно. Для того, чтоб этот показатель был достоверным, употребляются ещё два тесно связанных с ним показателя -широта и полнота образа.

В процессе деятельности(игровой, трудовой, учебной)человек выделяет пространственные соотношения в воспринимаемом пространстве, отражает их в представлениях либо понятиях, однако ему нередко приходится не только их фиксировать и поэтому регулировать свою деятельность, однако и прогнозировать новые соотношения, раньше не воспринимаемые. Но основе чувственного познания данных пространственных соотношений при помощи сложной системы умственных действий человек формирует новые пространственные образы и выражает их в словесной форме либо графической форме (схема, чертеж, эскиз).

Проблемой исследования механизма и развитием пространственного мышления занимались и занимаются почти все методисты. В работах методистов исследуются проблемы, связанные с выделением умений, нужных для развития пространственных представлений учащихся. К примеру, И. С. Якиманская считает целесообразным выделять:

умение оперировать формой и величиной геометрического объекта;

умение оперировать метрическими соотношениями и зависимостями между элементами геометрического пространства;

умение перекодировать форму предмета по условным изображениям;

умение отражать по чертежу пространственные соотношения;

умение создавать пространственный образ в условиях ориентации от случайной точки отсчета [16].

С. Б. Верченко выделяет:

умение преобразовывать элементы воображений;

умение вычленять геометрические формы;

умение составлять развертки объемных фигур по их наглядным изображениям;

умение мысленно изменять структуру объекта, умение мысленно фиксировать изменения в содержании образа;

умение видеть в статичном изображении перемещение объектов, способов их соединения [4].

Л. М. Фетисова описывает последующий минимум умений, изучение которыми во многом воздействует на успешность работы по развитию пространственных представлений:

-умение мысленно основывать образы геометрических фигур и изображать их состояние на плоскости;

-умение узнавать фигуры либо составляющие фигур по их данным признакам либо свойствам;

-умение рисовать простые пространственные фигуры на плоскости;

-умение использовать простые навыки работы с проекционным чертежом;

умение конструировать модели разных фигур;

умение давать правильную оценку размеров геометрических фигур, их положений на плоскости и в пространстве «на глаз»;

умение делать главные геометрические построения с поддержкой чертежных приборов.

Вообще говоря все положения, в данной работе, нужно выделить для учащихся 5-6 классов последующие умения, изучение которыми дозволяет удачно совершенствовать пространственные представления:

узнавать образы геометрических фигур в окружающем мире;

выделять очертание предмета;

выделять составляющие пространственных фигур;

выделять пространственные отношения между объектами пространства и между пространственными признаками данных объектов;

формировать пространственный образ по относительным изображениям;

исполнять переход от трехмерных изображений к двумерным и обратно;

мысленно оперировать формой и величиной объектов;

мысленно оперировать пространственным образом при изменении точки отсчета.

В работах А. М. Пышкало [11], А. А. Столяра [14], Г. Д. Глейзера [6], И. Я. Каплуновича [7] описаны уровни сформированности геометрической деятельности учащихся и каждому уровню подходит установленный уровень пространственного мышления.

Г. Д. Глейзер выделил последующие пять уровней пространственного мышления учащихся средней школы:

«элементарный» - должен быть достигнут учащимися в начальной школе;

«фрагментарный» в 5-6 классах;

«статически-динамический» - в 7-8 классах,

«динамический» - в 9-10;

«творческий» - в 11 классе [6].

И. Г. Вяльцева в собственной работе [5] дает характеристику любому уровню пространственного мышления.

«Элементарный уровень» - это уровень, на котором учащиеся на котором учащиеся могут проводить узнавание, различение и воспроизведение геометрических форм в целом (углы, треугольники, прямоугольники, многогранники и тела вращения) с помощью наглядной опоры. Представляя главные фигуры в целом, учащиеся распознают лишь те их составляющие, зрительное восприятие, которых является чрезвычайно обычным на общем фоне фигуры (вершины, грани). Анализ и синтез пространственных признаков перемещает простой характер и основывается на чистой опытной, практической основе. Учащиеся обладают навыками изображения плоских фигур и простыми навыками изображения пространственных тел. На чертежах правильно передают форму, внешнее очертание фигур, однако нередко затрудняются в передаче их пропорций, размеров. Не обладают навыками графической условности при изображении геометрических фигур. Чертежи ненаглядные и нечеткие. Навыки владения учащимися буквенной, знаковой и графической символиками приобретены в процессе жизненной практики, поэтому разрознены и бессистемны. Учащиеся, достигшие «фрагментарного уровня» проводят анализ и синтез пространственных признаков и отношений в таком же плане, как и в элементарном уровне, однако при неполной зрительной опоре и совсем без нее. Подчеркивают наиболее верно индивидуальности находящихся вокруг предметов: их форму, контур, проводят сопоставление величин. Наблюдается введение обычных связей между пространственными, количественными топографическими представлениями. В чертежах и рисунках находящихся вокруг предметов верно соотносят общую форму предмета с формой и расположением его частей, однако чертежи трафаретны, выражают более нередко встречающиеся расположения фигур. Навыки оперирования буквенной, знаковой и графической символиками существенно систематизируется. Дополняется запас геометрических определений.

«Статически-динамический» уровень: учащиеся имеют точные представления об основных плоских фигурах, изучаемых в средней школе. Эти представления относятся как к форме фигур, так и к свойствам и отношениям между элементами фигур. Качество подвижности представлений ещё развито слабо - фигуры мыслятся статическими.

«Динамический уровень» - учащиеся владеют довольно четкими представлениями об основных плоских и объемных фигурах, изучаемых в курсе геометрии средней школы. Геометрические фигуры представляются как целостные структуры, как системы составляющих их компонентов. Представления в достаточной степени владеют качествами подвижности и обобщенности. Учащиеся не только обладают навыками изображения геометрических фигур, однако и употребляют способы реконструкции достаточно трудного оригинала, представляющего собой не только отдельные фигуры, однако и композиции геометрических объектов, по их проекционным изображениям. Хотя на предоставленном уровне учащиеся не понимают методы такой мысленной реконструкции образов, знание графических условностей дозволяет им быстро переводить реальные образы в символы(чертежи)и обратно.

«Творческий уровень» - учащиеся без чертежа решают различные задачи на вычисление, доказательство, проектирование, требующие динамического изменения образа по заданной зависимости; мысленно представляют форму геометрических фигур, их обоюдное размещение в двумерном и трехмерном пространствах; грамотно исполняют чертежи разными способами.

По психическому развитию и личным особенностям детей 10-12 лет при изучении геометрического материала возможно достижение учащимися фрагментарного и частично статически-динамического уровней сформированности пространственных представлений.

Психологическим механизмом пространственного мышления, как частного случая образного мышления, является активность представления, обеспечивающая преднамеренное, произвольное создание образа и оперирование им при решении задач. Главный структурной единицей пространственного мышления является образ, отображающей все пространственные индивидуальности воспринимаемого объекта (форма, величина, соответствие частей на плоскости, в пространстве). При создание образа мысленному преобразованию подвергается наглядная основа, на базе которой образ появляется. В качестве наглядной основы может выступать конкретный предмет, теоретическая модель, воспроизводящая его конструкцию, графическое изображение отдельного объекта.

Натуральные вещественные модели и их перспективные изображения являются элементарными заменителями настоящих объектов, с которыми они сохраняют полное сходство. Наглядность модели мы понимаем в значении, который придал этому термину В. Г. Болтянский [2]: как адекватное отображение моделью существенных черт явления и простоту восприятия. Используемые в экспериментальном обучении модели геометрических тел удовлетворяют вышеназванным признакам наглядности. Наглядный характер данных моделей проявляется в том, что на их основе формируются образы настоящих объектов. Эти образы богаты деталями, «опредмечены». «Они отображают предмет во всей полноте его чувственного содержания, формируют тот эмоциональный фон усвоения, без которого знания не могут быть усвоены.»[1]. Эти виды наглядности передают конкретные характеристики отдельных объектов во всем их многообразии и играют роль иллюстрации при усвоении знаний, но их функция ограничивается в основном передачей только внешних, очевидных свойств объекта - его внешнего облика, конкретных особенностей, отдельных элементов его деталей, что выражается в форме, размерах, соотношениях частей и целого.



Глава 2. Методика обучения 3D моделированию в программе Sweet Home 3D на уроках информатики в 5-6 классах для развития пространственных представлений

2.1 Цели, задачи, содержание обучения теме «Моделирование» в 5- 6 классах

Понятие модели - центральное понятие курса информатики, которое как красная нить должно проходить по всему содержанию курса, поскольку моделирование является базовым компонентом при изучении всех разделов информатики.

Правильный подход к преподаванию темы «Моделирование» позволит оказать существенное влияние на общее развитие и формирование мировоззрения учащихся, пространственных представлений а также решить многие задачи в полном их объеме.

Уроки, ориентированные на моделирование, должны выполнять развивающую, общеобразовательную функцию, поскольку при их изучении учащиеся продолжают знакомство еще с одним методом познания окружающей действительности - методом компьютерного моделирования.

Основной целью учителя при изучении данной темы является умение показать, что использование компьютера для решения задач основывается на глубоком понимании смысла звеньев основной технологической цепочки (объект - информационная модель - алгоритм - программа - результат - объект) и отношений между ними. При этом ключом к умению правильно и эффективно использовать компьютер является понимание метода информационного моделирования. Основным результатом изучения данной темы, считаю, формирование системно-информационной картины мира через освоение основных понятий моделирования.

Содержание темы «Моделирование» определено следующим перечнем понятий:

моделирование как метод познания,

материальные и информационные модели,

информационное моделирование,

основные типы информационных моделей.

Цель обучения:

сформировать представление о подходах к классификации моделей;

сформировать представление о разновидностях информационных моделей в зависимости от формы представления.

выработать ориентировочную основу действий учащихся при проведении моделирования;

познакомить учащихся с кругом задач, для которых можно проводить моделирование в прикладных программных средах;

Учащиеся должны знать:

что такое модель,

типы моделей,

этапы решения задач на ЭВМ,

этапы моделирования,

принципы построения модели задачи,

цели проведения компьютерного эксперимента.

основные виды классификации моделей;

основные признаки классификации моделей;

характеристику рассматриваемых классов моделей;

классификацию информационной модели.

методику и основные этапы моделирования;

технологию работы в средах общего назначения.

Учащиеся должны уметь:

приводить примеры моделирования,

строить модели с помощью компьютера,

проводить компьютерные вычислительные эксперименты.

приводить примеры моделей, относящихся к определенному классу;

моделировать в среде текстового процессора;

моделировать в среде графического редактора;

моделировать в среде табличного процессора;

Изучение моделирования позволяет решить одну из задач курса информатики -- формирование у учащихся пространственных представлений, а основные понятия этой темы являются мощным аналитическим инструментарием на современном этапе развития предметного курса информатики.

В различных учебниках тема информационного моделирования занимает разное место. В учебниках Л. Л Босовой 5-6 класс понятие модели раскрывается полнее -- рассмотренные задачи представляют самые разные области человеческой деятельности. В учебнике постулируется положение о том, что компьютер по своей организации моделирует информационную функцию человека. Показывается, что прикладное назначение компьютера складывается из двух составляющих: компьютер как инструментальное средство работы с информацией и компьютер как средство информационного моделирования. В этом случае рассматривается понятие модели. Вводится представление об информационной модели, о видах информационных моделей. Особое внимание уделяется разным формам представления данных - табличных моделей. На тему отводиться 10 часов.

Уроки, ориентированные на моделирование, выполняют развивающую, общеобразовательную функцию, поскольку при их изучении учащиеся продолжают знакомство еще с одним методом познания окружающей действительности - методом компьютерного моделирования.

На уроках применяю разнообразные приемы и способы установления межпредметные и внутрипредметных связей:

Объяснение нового материала с опорой на знания по другим предметам;

Напоминание известного материала;

Припоминание изученного с помощью вопросов учителя в ходе беседы;

Организация систематического повторения на основе разработанных заданий, направленных на применение знаний, умений, актуализацию ранее усвоенных знаний.

Так как в 5-6 классах закладывается основа темы моделирование, с помощью этого можно развить пространственные представления. Лучшим развитием пространственных представлений обучающихся будет служить 2D и 3D моделирование. В рамках изучения этой темы можно развивать пространственные представления. В качестве программы, в которой обучающиеся знакомятся с моделированием на плоскости и пространстве, предлагается SweetHome 3D. Необходимость развития пространственных представлений у учащихся 10-12 лет подтверждается многочисленными психологическими и педагогическими исследованиями, указывающими на важную роль пространственного мышления в учебной, трудовой и интеллектуальной деятельности учащихся.

Поскольку среди учебников информатики для 5-6 класса только учебники Л.Л Босовой входят в Федеральный Перечень, рассмотрим содержание по теме «Информационное моделирование», рекомендованное авторами учебника.

Содержание раздела «Информационное моделирование» по Л. Л Босовой:

«Объекты и их имена. Признаки объектов: свойства, действия, поведение, состояния. Отношения объектов. Разновидности объектов и их классификация. Состав объектов. Системы объектов.

Модели объектов и их назначение. Информационные модели. Словесные информационные модели. Простейшие математические модели.

Табличные информационные модели. Структура и правила оформления таблицы. Простые таблицы. Табличное решение логических задач.

Вычислительные таблицы. Графики и диаграммы. Наглядное представление о соотношении величин. Визуализация многорядных данных.

Многообразие схем. Информационные модели на графах. Деревья».

В этом разделе можно рассмотреть и 3D моделирование в программе Sweet Home 3D. Тем более, что учащиеся уже знакомы с графическими редакторами в разделе информационные технологии. Работа в среде Sweet Home 3D позволит не только сформировать умения, связанные с 3D моделированием, но и позволит большое внимание уделить вопросу развития пространственных представлений учащихся.

Уточним тематическое планирование и содержание темы «Информационное моделирование» в 6 классе.

Примерные темы, раскрывающие основное содержание программы, и число часов, отводимых на каждую тему	Основное содержание по темам
Тема 7. Информационные модели (10 часов)	Модели объектов и их назначение. Информационные модели. Словесные информационные модели. Простейшие математические модели. Табличные информационные модели. Структура и правила оформления таблицы. Простые таблицы. Табличное решение логических задач. Вычислительные таблицы. Графики и диаграммы. Наглядное представление о соотношении величин. Визуализация многорядных данных. Многообразие схем. Информационные модели на графах. Деревья. Введение в 3D графику. 2D и 3D моделирование. Программа Sweet Home 3D. особенности программы. Моделирование в программе.

Поурочное планирование по информатике 6 класс 3D моделирование

	Тема урока	Основные понятия	Цифровые образовательные ресурсы	Компьютерный практикум	Кол-во часов
	Введение в 3D графику	Модель, моделирование, 2D графика, 3D графика, 3D моделирование	Презентация «Моделирование»		1
	Знакомство с программой Sweet Home 3D	3D моделирование	Презентация « 3D моделирование» Программа Sweet Home 3D	Практическая работа в программе Sweet Home 3D	1
	Работа в программе Sweet Home 3D, практическая работа ( задание 1 и 2)	2D моделирование, 3D моделирование, стороны света	Презентация «Sweet Home 3D»	Практическая работа в программе Sweet Home 3D	1
	Работа в программе Sweet Home 3D, практическая работа ( задание 3 и 4)	2D моделирование, 3D моделирование, зеркальное отражение, площадь фигур	Презентация «Sweet Home 3D»	Практическая работа в программе Sweet Home 3D	1
	Работа в программе Sweet Home 3D, практическая работа ( задание 5 и 6)	2D моделирование, 3D моделирование.	Презентация «Sweet Home 3D»	Практическая работа в программе Sweet Home 3D	1

2.2 Выбор программного обеспечения

Компьютеры в школьных классах сегодня уже не воспринимаются как нечто редкое, однако они еще не вполне превратились в хорошо освоенный инструмент учителя, как мел и доска. Если сопровождение занятия презентацией уже прочно закрепилось в педагогической практике многих учителей, то применение графических программ в обучении до сих пор не реализовалось в полной мере. В настоящее время существует огромное количество различных графических средств, позволяющих создавать и редактировать изображения на экране компьютера не только в двумерном, но и в трехмерном виде, которые найдут применение и в других учебных дисциплинах.

В рамках моей работы я надеюсь создать примерные варианты задач для развития пространственных представлений, которые они смогут получить при выполнении практической работы на уроке в графической программе SweetHome 3D.

Одним из преимуществ внедрения информационных компьютерных технологий в учебный процесс является реализация принципа наглядности обучения на качественно новом уровне. Этот принцип является одним из основополагающих принципов обучения. Использование компьютерной графики позволяет сделать изучаемые события и явления более наглядными, а, значит, и доступными, таким образом, превращая процесс обучения в более комфортный для ученика и повышая уровень восприятия изучаемого материала. Использование графических программ на уроках информатики поможет учителю решить проблему с организацией и проведением практических работ. Выполнение заданий в графической программе с применением специальных инструментов станет для учеников вполне выполнимой задачей, с которой они справятся за отведенное им количество времени.

Sweet Home 3D - это бесплатное приложение для дизайна интерьера с возможностью 2D и 3D просмотра, которое поможет развить пространственные представления у учащихся 5-6 классах.

Основные возможности программ ы Sweet Home 3D

Каталог образцов мебели по категориям;

Список образцов мебели, используемых в проекте;

Настройка 3D просмотра (вид сверху и глазами виртуального посетителя, как будто Вы находитесь внутри комнаты);

Возможность импорта отдельных 3D объектов;

Редактирование фурнитуры;

Возможность печати Вашего проекта;

Поддержка плагинов;

Экспорт в формате OBJ.



2.3 Методические рекомендации обучения 3D моделированию с учетом формирования пространственных представлений у обучающихся в 5-6 классах

При тематическом планировании нужно придерживаться следующей последовательности. Начать изучение курса нужно с «Понятие модели», с целью систематизации имеющихся знаний учащихся и формирования новых знаний, позволяющих обоснованно подходить к процессу моделирования. Важно сформировать у учащихся четкое понимание адекватности модели.

Далее следует изучить «Технологии компьютерного моделирования». Основное внимание здесь уделять правильному алгоритму построения компьютерной модели и ее изучения. Модели строить используя специальные среды.

Следующим этапом следует изучить «Компьютерное моделирование в позволяющие создавать 2d и 3d модели и анимировать их. Можно глубже осветить сферы применения такого моделирования и изучить конкретные графические модели, приемлемые для образовательного процесса школы.

При изучении компьютерного 3D моделирования очень важно постоянно акцентировать внимание учащихся на том, что это, в первую очередь, развивает пространственных представления. Следовательно, недопустимы неадекватные модели.

Модели строят для того, чтобы с их помощью глубже понять процессы, протекающие в реальных системах. Компьютерное моделирование применяется в различных областях жизнедеятельности человека.

В ходе изучения дисциплины необходимо, чтобы учащиеся обязательно сами построили компьютерную модель с помощью специальных программ с целью развития пространственных представлений.

Учащиеся изучают теоретический материал. Они должны знать термины и положения, уметь самостоятельно решать прикладные задачи построения и использования компьютерных моделей на уроках математики и информатики.

На практических занятиях учащиеся работают с компьютером под руководством учителя. После выполнения практикума у каждого ученика должны быть сформированы умения, связанные с решением прикладных задач построения компьютерных моделей и анализа их корректности.

Программа Sweet Home 3D представляет собой мощную программу для построения объектов как в 2D модели так и в 3D. Эта программа способна развивать и формировать пространственные представления у учащихся.

При изучении программы Sweet Home 3D желательно использовать методы обучения, стимулирующие самостоятельную работу и стремление к самостоятельному изучению материала. Разбивание сложных заданий на более простые с обсуждением результатов их выполнения и заинтересованность позволяет решить педагогические задачи.

При любом методе учебного процесса, нужно обязательно проводить контроль усвоения данного материала. Специфика разработанной методики состоит в первую очередь в том, что дает практические навыки в освоении программы, которые учащиеся могут получить самостоятельно под контролем преподавателя.

Схема занятий выглядит следующим образом: сначала рассматривается создание объектов в среде Sweet Home 3D , на этом примере разбирается основные положения темы занятия, затем приводится перечень всех сведений, связанных с данной темой занятия, после следует система упражнений на закрепление материала.

Учитель должен точно определить тему нового занятия, провести ознакомление с содержанием, озвучить этапы практической работы и самоконтроле.

Задача преподавателя сводится к организации занятия, постановке задачи и цели занятия, объяснению теоретического материала, пояснению к практическим работам, которые учащиеся должны выполнить.

Данные методические рекомендации содержат необходимый теоретический материал и систему упражнений для практических занятий. Они могут быть использованы как учебник или как раздаточный материал. Для каждого занятия сформулированы рекомендации. На примере этого материала учитель должен сформировать пространственные представления у учащихся.

Урок 1. Введение в 3D графику

Планируемые образовательные результаты:

Предметные - представления о моделях и моделирование(2D и 3D моделирование);

Метапредметные - освоенные обучающимися на базе одного, нескольких или всех учебных предметов способы деятельности, применимые как в рамках образовательного процесса, так и при решении проблем в реальных жизненных ситуациях;

Личностные - способность увязать учебное содержание с собственным жизненным опытом, понять значение моделирования.

Цель урока: организация деятельности обучающихся по изучению 3D графики.

Решаемые учебные задачи:

Вспомнить что такое модели, моделирование

Научится различать 2D и 3D графику.

узнать что такое 3D моделирование, какие программы способствуют реализации 3D моделирования

способствовать формированию коммуникативности, самооценки, взаимоценки, навыка учиться в группе .

способствовать воспитанию у обучающихся интереса к предмету, стремления к совершенствованию.

Тип урока: Комбинированный урок

Вид урока: Урок- лекция

Методы и приёмы обучения: Метод монологического изложения (монологический метод)

Основные понятия, рассматриваемые на уроке:

Модель,

моделирование,

2D графика,

3D графика,

3D моделирование

Используемые на уроке средства ИКТ:

Персональный компьютер

Мультимедийный проектор, экран

ПК учащихся

Рекомендации:

Урок по этой теме удобно провести в виде лекции, но с использование мультимедийного экрана и проектора. Так как данная тема является ознакомительной, учащиеся должны знать определения: модель, моделирование, знать плюсы и минусы компьютерного моделирования.

Ход урока:

Формирование новых знаний на базе актуализации прежних знаний

Здравствуйте, ребята! Давайте с вами вспомним что же такое модель? Что такое моделирование? Привести примеры модели. Давайте перейдем к новой теме.

формирование новых понятий и способов действий

А вы знали что есть 2D и 3D моделирование? Что же такое 2D моделирование?

Двумерная компьютерная графика классифицируется по типу представления графической информации, и следующими из него алгоритмами обработки изображений. Давайте подробнее разберемся что же такое 3D моделирование. 3D модели отличаются фотографической точностью и позволяют лучше представить себе, как будет выглядеть проект, воплощенный в жизни, внести определенные коррективы. 3D модель обычно производит гораздо большее впечатление, чем все остальные способы презентации будущего проекта. Передовые технологии позволяют добиваться потрясающих результатов.

Что такое 3D графика?

Можно дать множество определений 3D графика.

Мы с вами остановимся на двух.

Трёхмерная графика -- раздел компьютерной графики, совокупность приемов и инструментов (как программных, так и аппаратных), предназначенных для изображения объёмных объектов.

3D графика - это создание объемной модели при помощи специальных компьютерных программ. На основе чертежей, рисунков, подробных описаний или любой другой графический или текстовой информации, 3D дизайнер создает объемное изображение. В специальной программе модель можно посмотреть со всех сторон (сверху, снизу, сбоку), встроить на любую плоскость и в любое окружение.

Трехмерная графика может быть любой сложности. Вы можете создать простую трехмерную модель, с низкой детализацией и упрощенной формы. Или же это может быть более сложная модель, в которой присутствует проработка самых мелких деталей, фактуры, использованы профессиональные приемы (тени, отражения, преломление света и так далее). Конечно, это всерьез влияет на стоимость готовой трехмерной модели, однако позволяет расширить применение трехмерной модели.

А в чем же отличие 2D и 3D графики?

Трёхмерное изображение на плоскости отличается от двумерного тем, что включает построение геометрической проекции трёхмерной модели сцены на плоскость (например, экран компьютера) с помощью специализированных программ. При этом модели могут представлять с собой объекты из реального мира. Например: дом, машина.

Теперь приведите еще примеры.

Где применяется трехмерная графика?

Трехмерное моделирование (3d графика) сегодня применяется в очень многих сферах. Конечно, в первую очередь, это строительство. Это может быть модель будущего дома, как частного, так и многоквартирного или же офисного здания, да и вообще любого промышленного объекта.

Кроме того, визуализация активно применяется в дизайн-проектах интерьеров.

3D модели очень популярны в web дизайне. Для создания особенного эффекта 3D модели добавляют в дизайн сайтов и не просто графические элементы, а анимированные трехмерные модели. Программы и технологии трехмерного моделирования широко применяются и в производстве, например, в производстве корпусной мебели, и в строительстве, например, для создания фотореалистичного дизайн-проекта будущего помещения. Многие конструкторы уже давно перешли от использования линейки и карандаша к современным трехмерным компьютерным программам. Постепенно новые технологии осваивают и другие компании, прежде всего, производственные и торговые.

Конечно, в основном трехмерные модели используются в демонстрационных целях. 3D модели незаменимы для презентаций, выставок, а также используются в работе с клиентами, когда необходимо наглядно показать, каким будет итоговый результат. Кроме того, методы трехмерного моделирования нужны там, где нужно показать в объеме уже готовые объекты или те объекты, которые существовали когда-то давно. Трехмерное моделирование это не только будущее, но и прошлое и настоящее.

Выполнение проектов по 3D моделированию ставит перед пользователем сразу несколько основных задач:

научиться работать с программами 3D моделирования;

сформировать навыки моделирования 3D объектов;