2569

Рис. 4. Проекционное моделирование

Моделирование в системе КОМПАС включает следующие шаги:

1.Формирование элемента 1. Создание эскиза (st0+a+R), рисование прямоугольника (at1), выход из эскиза (a+R), операция выдавливания (a+t+t).

2.Формирование элементов 2 и 3 удобно объединить, поскольку они имеют общую ось вращения. Создание эскиза (st0+a+R), проецирование границы элемента 1 (a+t), рисование половины профиля вращения и оси (at23), выход из эскиза (a+R), операция вращения (a+t) и т.д.

Моделирование в системе AutoCAD выглядит следующим образом:

1.Формирование элемента 1. Построение примитива box – рисование прямоугольника основания (at1), ввод высоты (t).

2.Формирование элементов 2 и 3. Рисование фигуры (at23), привязка к краю элемента 1 выполняется при помощи точечного фильтра xy. Преобразование в region (a+st23+t). Операция вращения (st0+a+2·t).

3.Формирование элементов 4. Перенос базовой плоскости на переднюю грань (a+3·t), построение примитива

371

cylinder – рисование окружности (at4), ввод высоты (t), зеркальное отражение элемента 4 (st0+a+3·t) и т.д.

Наконец, моделирование в проекционной системе включает следующие шаги (см. рис. 4):

1.Формирование элемента 1. Рисование прямоугольника (at1). Выделение и придание толщины Т4 (st1+a+t+t).

2.Формирование элементов 2 и 3. Рисование фигуры (at23), выделение и формирование тела вращения по очерку

суказанием положения оси Т5 (st23+a+t).

3.Формирование элементов 4. Рисование окружности (at4), выделение и придание толщины первого и второго элемента Т4 (st0+2·(a+t+t)) и т.д.

Если считать, что выделение групп объектов во всех случаях выполняется рамкой, то все значения sti можно приравнять к st. Результаты приведены в таблице.

Результаты выделения групп объектов

Из таблицы видно, что КОМПАС несколько выигрывает в отношении операций выделения (st) за счет указательных жестов (st0) и в отношении ввода параметров команд (t) за счет удачных значений по умолчанию и автоматического объединения, но серьезно проигрывает в командных жестах (создание эскиза и выход, a) и преобразованиях системы координат (R), которые происходят в отношении каждой операции формообразования. Кроме того, как видно из рис. 3, поворот системы координат при создании эскиза часто выполняется в совершенно неожиданную сторону.

Проекционная система дает выигрыш в отношении преобразований системы координат (на простых моделях преобразования, по сути, дополнительные виды не требуются) и в отношении ввода параметров команд. Причины этого кроются в том, что в проекционной системе, вопервых, все три координаты опорных точек объектов доступны на экране, во-вторых, элементы изображения обладают полными правами наряду с элементами пространственной модели – проекции прямых, плоскостей, ребер, очерки могут участвовать в построениях, привязках и др.

Нельзя обойти стороной вопрос универсальности системы моделирования. Рассмотренная гипотетическая система в полной мере соответствует классу CAD-систем, т.е. она не универсальна. Это означает, что для ряда задач, например многомерного моделирования, она будет пригодна ровно настолько, насколько пригодны другие CADсистемы. В частности, четырехмерную модель можно вычерчивать при помощи плоских примитивов или представлять в виде двух смежных трехмерных проекций с общей плоскостью. И тот, и другой варианты справедливо подвергнуть той же критике, какой в настоящее время подвергают проекционное моделирование. Для эффективной работы с произвольным числом измерений универсальная

373

система моделирования должна удовлетворять следующим требованиям:

•для задания точки и n-плоскости должно использоваться переменное число координат (n+1 однородных координат);

•для управления моделью должно использоваться не менее n–1 видов;

•для модели должны быть определены n-мерные афинные преобразования, на их основе реализуются функции редактирования объектов (смещение, поворот и др.), преобразование системы координат (замена плоскостей, вращение и др.) и кинематические способы формирования кривых и гиперповерхностей;

•для модели должны быть определены в общем виде конструктивно логические операции пересечения, объединения и вычитания, причем они адекватно способны порождать соответствующие классы объектов;

вся параметризация высших порядков должна осуществляться системой проекционных зависимостей (графические подпрограммы) либо аналитическими описаниями над координатными векторами объектов.

Функционально такие возможности, в принципе, заложены, например, в систему Симплекс [9]. И для управления подобной системой знание начертательной геометрии необходимо. Все это подтверждает фундаментальную значимость проекционного способа моделирования, от которого нам предлагают отказаться в пользу твердотельного моделирования CAD-систем.

Теперь можно вернуться к противопоставлению компьютерного черчения и 3D-моделирования. Мерность (2D или 3D) есть характеристика моделируемых фигур. Очевидно, компьютерный чертеж в этом отношении – модель трехмерная, однако в отличие от карандашного чертежа, компьютерный чертеж должен обрабатываться в первую очередь машиной. Он станет полноценной 3D-моделью,

374

только если компьютер в автоматическом режиме будет способен воссоздавать предмет из чертежа. В настоящее время эта задача имеет частные решения [10, 11 и др.]. Можно также утверждать, что для всякого набора чертежей с заранее определенными ограничениями (форма детали, выбор и расположение видов и др.) легко составляется алгоритм воссоздания формы (как для любой частной модели в системе Симплекс может быть построен конвертер), но до общего решения пока далеко. Ситуация усугубляется еще тем, что многие форматы файлов CAD-систем являются закрытыми. В этом отношении компьютерные чертежи пока нельзя считать полноценными 3D-моделями: машинная обработка трехмерной информации таких моделей в общем случае неосуществима. Будет ли это когда-то сделано? Вероятно, да. Машинное распознавание текстов, речи и др. в последние годы достигло значительных успехов.

Все это в полной мере подтверждает фундаментальную значимость проекционного моделирования, которая рискует быть потерянной при использовании CAD-систем в качестве основного инструмента создания и обработки геометрических моделей.

Список литературы

1.Александрова Е.П., Крайнова М.Н., Столбова И.Д. Вопросы содержания и реализации графической подготовки в вузе при переходе на образовательные стандарты нового поколения [Электронный ресурс]. – URL: http://dgng. pstu.ru/conf2011/papers/58.

2.Хейфец А.Л. О перспективах нового теоретического курса как альтернативы начертательной геометрии [Электрон-

ныйресурс]. – URL: http://dgng.pstu.ru/conf2011/papers/20.

3.Вольхин К.А., Головнин А.А. Уточнение задач графического образования в условиях автоматизации проект-

ных работ [Электронный ресурс]. – URL: http://dgng.pstu.ru/ conf2011/papers/15.

375

4.Горнов А.О. К дискуссии о судьбе дисциплины «Начертательная геометрия» [Электронный ресурс]. – URL: http://dgng.pstu.ru/conf2011/papers/50.

5.Волошинов Д.В. Начертательная геометрия. Есть ли

унее будущее в вузе? [Электронный ресурс]. – URL: http://dgng.pstu.ru/conf2011/papers/38.

6.Автоматизированное проектирование. Геометрические и графические задачи / В.С. Полозов [и др.]. – М.: Машиностроение, 1983. – С. 31–54.

7.Начертательная геометрия / Н.Ф. Четверухин [и

др.]. – М.: Высшая школа, 1963. – 420 с.

8.Раскин Дж. Интерфейс: новые направления в проектировании компьютерных систем. – М.: Символ-Плюс, 2005. – 272 с.

9.Волошинов Д.В. Первичные приемы работы в системе геометрического моделирования СИМПЛЕКС [Элек-

тронный ресурс]. – URL: http://agd.mmf.spbstu.ru/Staff/ Voloshinov_ D/1/chapter01.html.

10.Тюрина В.А. Разработка методов преобразований каркасной модели в задаче синтеза образа 3D-объекта по его проекциям: автореф. дис. … канд. техн. наук. – 2003. – 24 с.

11.Тани Х.И. Алгоритм построения пространственного описания тела, заданного проекциями // Изв. АН СССР, 1966. – С. 130–133.

ОПЫТ ПРИМЕНЕНИЯ КОНЦЕПЦИИ ГЕЙМИФИКАЦИИ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ УЧЕБНЫХ ЗАНЯТИЙ

О.В. Томилова

Санкт-Петербургский государственный технологический университет растительных полимеров

Рассматривается опыт применения игровых элементов при проведении занятий по дисциплине «Начертательная

376

геометрия». Разработаны правила, этапы прохождения курса, бонусная программа, элементы, отражающие достижения и прогресс. Представлены результаты и вывод.

Ключевые слова: геймификация, игрофикация, концепция геймификации, опыт применения геймификации, опыт применения игрофикации, результаты применения геймификации в обучении студентов, стратегия обучения, методика обучения, система поощрений и штрафов в обучении, бонусная программа, бонусная система.

APPLYING THE CONCEPT OF GAMIFICATION

TO IMPROVE LEARNING ACTIVITIES

O.V. Tomilova

Saint-Petersburg State Technological University

of Plant Polymers

The article discusses the experience of game elements in conducting studies on the subject «Descriptive Geometry». Developed rules, stages of the course, the bonus program elements reflecting the achievements and progress. The results and conclusions are presented.

Keywords: gamification, gamification concept, experience of gamification, the results of applying gamification in teaching students learning strategies, teaching methodology, a system of rewards and penalties in training, bonus program, the bonus system, the elements of the game mechanics and dynamics.

Интенсивное развитие информационных технологий и мобильных средств коммуникации вторгается во все сферы жизни, том числе и в образовательный процесс: разрабатываются электронные тесты, записываются и транслируются видеолекции, проводятся вебинары, создаются викиресурсы, практически все вузы занимаются созданием и поддержкой дистанционных курсов, проводятся онлайн-

377

конференции. Классические методы преподавания трансформируются и пополняются новыми современными технологиями обучения. Наряду с общими технологическими изменениями меняется психологический портрет обучаемого [1]. Молодые люди с ранних лет вовлечены в мир цифровых технологий, и этот фактор необходимо учитывать при разработке стратегии обучения.

Лидером современных образовательных стратегий является геймификация, или игрофикация.

Геймификация – использование игровых элементов и приёмов игрового дизайна в неигровом контексте.

Издание «Forbes» опубликовало статью Михаила Левина «Как технологии изменят образование: пять главных трендов», четыре позиции среди них занимает геймификация. Департамент образования США с мая 2013 года финансирует разработки в области геймификации образования. В октябре 2014 года прошла 1-я Международная кон-

ференция «EdCrunch» (http://www.edcrunch.ru) в НИТУ

«МИСиС» и в Центре технологического предпринимательства «Digital Oktober», которая обобщила положительный опыт развития цифровой педагогики как образовательной и воспитательной системы. Геймификация активно внедряется во все сферы жизни: бонусные программы компаний, маркетинг и интернет-торговля, бизнес, социальные проекты. Но наибольший интерес представляет опыт внедрения в образовательную среду: игра «Minecraft» обучает концепциям инженерно-строительного искусства в школах Шве-

ции (http://minecraftedu.com); школьный учитель Дэвид Хантер (David Hunter) преподает своим ученикам географию, используя «Zombie-Based Learning»: традиционный учебник заменен графическими материалами с зомби, а уроки содержат элементы игры (http://www.zombiebased. com); один из наиболее известных российских образовательных проектов, содержащий элементы геймификации, – онлайн-ресурс по изучению английского языка LinguaLeo

378

(http://lingualeo.com/ru). За последний период вышло много статей, рассматривающих перспективы внедрения геймификации в сферу высшего образования в России [3, 4, 5].

Игровые элементы представляют механику и динамику в процессе обучения, благодаря которым осуществляется вовлечение участников в процесс обучения и их мотивация для его прохождения. Располагая ограниченным набором средств и ресурсов для реализации геймификации в обучении студентов начертательной геометрии, автор за основу взял её концепцию. В качестве вспомогательных методов применялись гибридное обучение и интерактивные формы проведения занятий. Используемые технические средства – интерактивные тесты в формате Flash, облачные сервисы Google Docs – для создания электронной таблицы прогресса и её отображения на странице сайта, доступной для просмотра студентами.

Для построения процесса геймификации курса были выделены следующие задачи:

1)создать стимулы для посещения лекций;

2)эффективно использовать время, выделенное для самостоятельной работы студентов;

3)создать правила для прохождения учебного курса обучаемыми, связать итоговую оценку с результатом их деятельности;

4)организовать и упорядочить процесс обучения;

5)предоставить студентам возможность контролировать свой прогресс;

6)повысить качество выполняемых студентами графических работ.

Основная цель геймификации при разработке курса – ор-

ганизовать учебную деятельность студентов, мотивировать их на своевременное выполнение заданий и стремление получитьвысокуюоценку законтрольныеблокизаданий.

Потенциал геймификации – повышение активной дея-

тельности студентов, мотивация их на получение бонусных

379

баллов, стимулирование общения внутри группы, создание условий для проверки и коррекции знаний участниками в процессе прохождения курса, формирование ощущения прогресса и чувства удовлетворения от затраченных усилий и полученногов итогерезультата.

Дополнительные цели – собрать информацию о количестве часов, которое затрачивает обучаемый на выполнение тестовых заданий, степень заинтересованности выстроенным процессом, отследить временной интервал, в период которого выполняютсятестовыезадания.

Целевое поведение участников: студент для достижения результата проходит все этапы контрольных точек. В ходе преодолений уровней (7 показателей эффективности работы студента, рис. 2) обучающиеся зарабатывают бонусы или, наоборот, штрафные баллы, а текущая оценка отражает уровень их достижений. Прогресс фиксируется в таблице группы пользователей, где отражаются показатели (оценки) за пройденные контрольные задания, набранные бонусные баллы, текущая оценка и статус. Приводятся средние показатели для группы, чтопозволяетвестисоперничествозалучшуюгруппу (подгруппу).

Целевая аудитория – студенты технического направления 1-го года обучения в вузе, экспериментальная группа численностью 34 человека, 21 % из которых – представительницы женского пола, 79 % – мужского, 100 % студентов располагают техническими средствами для выхода в интернет. Это активная часть общества, интересующаяся новыми технологиями в области телекоммуникаций и предпочитающая большуючастьинформациизаимствоватьизглобальнойсети.

К игровым элементам, формирующим механику процесса относятся:

•вызов (цель для достижения – максимально возможная оценка, получаемая при соблюдении правил прохождения курса);

•задания, тесты;

380