3d-моделирование в школьном курсе информатики

XXI век – век информационных технологий. Уже с самого детства ребенок является частью информационной среды человечества, а в школе начинает изучать ее более подробно в дисциплине «Информатика». На настоящий момент ФГОС ставит перед учителем задачу показать необходимость и значимость изучения различных направлений изучаемого предмета. В данной статье речь пойдет о необходимости изучения моделирования в школьном курсе информатики.

Многие школьные учебники содержат информацию об основных понятиях моделирования и основах построения моделей, но изучение 3D-моделирования осуществляется лишь в рамках элективных курсов или во внеурочной деятельности.

Для чего необходимо изучать моделирование? Во-первых, моделирование развивает пространственное мышление и воображение, а так же стимулирует интерес к получению знаний, повышает творческий потенциал личности учащихся.

Во-вторых, 3D-моделирование активно внедряется в образовательный процесс. Его технологии можно применять в совершенно разных дисциплинах:

• география – для 3D-моделирования и визуализации местности, атмосферных явлений, торнадо, наводнений, извержений вулканов и др.;
• астрономия – для моделирования небесных тел и космических явлений;
• химия – для моделирования химических экспериментов, для создания моделей молекул и атомов;
• физика – для моделирования физических экспериментов и явлений;
• геометрия – для визуализации геометрических объектов и решения задач, связанных с пространством;

Большинство авторов учебников информатики строят обучение моделированию на примерах математических и имитационных моделей. Проанализировав наиболее популярные учебники, стало ясно, что непосредственное компьютерное моделирование (3D) приведено в учебниках К.Ю. Полякова и Ю.А. Быкадорова.

Поляков Константин Юрьевич дает в своем учебнике не только понятие модели и моделирования, но также рассматривает понятия анимации и трехмерной графики, тем самым акцентируя внимания на создании практических и наглядных моделей.

Основную работу в данном учебнике предлагается выполнять в графическом редакторе GIMP и среде 3D-моделирования Blender. Автор предлагает создать следующие модели: куб, чаша, зонтик, ваза, улыбающийся рот, шахматный король, прыгающий теннисный мяч, флаг, икосаэдр, логотип программы Blender, балка с сечением в форме двутавра.

Под моделирование в данном учебнике выделена глава 9 «Трехмерная графика данного учебника», которая содержит 9 параграфов.

Цель обучения данного раздела: познакомить учащихся с возможностями трехмерной графики.

В результате обучения обучающиеся должны:

знать/понимать:

• основные принципы работы с 3D-моделями;

уметь:

• выполнять преобразования объектов;
• строить и редактировать сеточные модели;
• использовать текстуры, модификаторы, контуры;
• выполнять рендеринг, выбирать его параметры;
• строить простые сцены с помощью языка VRML.

К непосредственно моделированию относятся следующие параграфы:

67. Работа с объектами;

68.Сеточное моделирование;

69.Модификаторы;

70.Кривые;

71.Материалы и текстуры;

72.Рендеринг.

При изучении вышеперечисленных тем учащиеся должны работать с объектами, примитивами, слоями; уметь связывать координаты, объекты и слои между собой, строить сеточные модели и редактировать их; строить сечения объектов, использовать различные модификаторы, текстуры, логические операции и деформацию; уметь вращать тела в пространстве и настраивать освещение.

Быкадоров Юрий Александрович строит обучение 3D-моделированию на основе работы с 3D-редактором Google SketchUp. В данной программе можно строить относительно простые трехмерные объекты, в основном различные строения, мебель, интерьер. Особенность и простота этого редактора заключается в том, что все геометрические характеристики на протяжении работы над моделью задаются с помощью клавиатуры в поле контроля параметров.

Данная среда моделирования является удобной для обучения учащихся школ трехмерной графике, а также работая в этой программе, у учеников происходит не только развитие пространственного мышления, но и оттачиваются архитектурные и дизайнерские способности.

Глава 4 “Моделирование и проектирование” данного учебника, содержит 10 параграфов.

Цель обучения данного раздела: познакомить учащихся с возможностями компьютерных технологий в задачах моделирования и проектирования.

В результате обучения обучающиеся должны:

знать/понимать:

• понятия модели, моделирования и проектирования;
• виды моделей;
• возможности компьютерного моделирования с помощью двумерной векторной графики и трёхмерной графики;
• основы моделирования иерархических систем;
• понятия дерева и графа.

уметь:

• приводить примеры различных видов моделей, интерпретировать результаты моделирования реальных объектов;
• создавать простые компьютерные модели;
• создавать и выполнять простые алгоритмы по обработке деревьев.

К 3D-моделированию относится параграф 36 «Введение в трехмерную графику». Изучив данную тему, учащиеся научатся анализировать возможности трехмерной графики, используя 3D-редактор Google SketchUp.

С каждым годом 3D-моделирование становится все более эффективным средством обучения в школе. Курс обучения трехмерной графике отличается значительной широтой, максимально применяет метапредметные связи информатики, а также математики, биологии, физики, экономики, географии и других наук.

Внедрение 3D-моделирования в учебный процесс необходимо для достижения следующих целей:

• изучение знаний о важнейших методах геометрического моделирования, их плюсах и минусах, областях применения, способах задания и представления геометрической информации на персональном компьютере;
• овладение умением строить трехмерные модели, иллюстрировать полученные результаты;
• формирование познавательной активности учащихся; творческого мышления; опыта применения технических знаний и умений в самостоятельной деятельности на практике;
• формирование навыков использования систем трехмерного моделирования и их интерфейса, применение средств информационно-коммуникационных технологий в обычной жизни, при выполнении индивидуальных и коллективных заданий в учебной деятельности.

Изучение 3D-моделирования в школах вызывает интерес у школьников, т.к. нынешнее поколение обучающихся стремится к освоению новых технологий.

На сегодняшний день трехмерная графика используется почти во всех областях жизнедеятельности человека: сельском хозяйстве, промышленности, машиностроении, строительстве и т.д.

Наиболее ярким примером использования компьютерного моделирования является медицина. Оно дает возможность проводить эксперименты, которые невозможно провести на человеке по тем или иным причинам. В медицине используются специализированные 3D-принтеры, с помощью которых создаются протезы, слепки и многие другие необходимые в имплантации предметы.

Сегодня 3D-печать активно используется как в производстве, так и в создании простейших объектов, происходит оснащение школ, вузов, что является мотивацией в изучении компьютерного моделирования.

Таким образом, можно сделать вывод, что углубленное изучение 3D-моделирования в школе является необходимым и важным как для будущего становления ученика как личности.