Электронный учебник «Компьютерная графика»

ЭЛЕКТРОННЫЙ УЧЕБНИК «КОМПЬЮТЕРНАЯ ГРАФИКА»

Г.И. КАЛИМУЛЛИНА

СТ. ПРЕПОДАВАТЕЛЬ КАФЕДРЫ ПИВМ ФИЗИКОМАТЕМАТИЧЕСКОГО ФАКУЛЬТЕТА БАШГОСПЕДУНИВЕРСИТЕТА, Г. УФА

Темам использования и применения графики в школьном курсе уделяется, на наш взгляд, не должное внимание. Использование графики имеет не только прикладное, но и пропедевтическое значение. «Структурная теорема» гласит: любая программа может бьпь создана с помощью трех базовых структур: следование, ветвление и обобщенный цикл. Эти структуры наглядно представляются в программах с применением графики, поэтому грамотное применение графических операторов (графики) способствует разработке алгоритмического мышления учащихся и программированию. Таким образом, изучение этих тем соответствует основным задачам курса:

• умение строить информационные модели;

• основные способы организации действий;

• формирование навыков логического мышления;

• обучение тому, как изучать любой язык программирования [ 1].

Появление новых мощных средств компьютерной графики (пакетов, сред, систем, языков) диктует изучение их в школьном курсе. Возможность их практического применение повышает мотивацию изучения информатики.

В работе предложена система использования компьютерной графики с методическими рекомендациями для учителей. Согласно [2] изучение информатики рекомендуется начать со 2 класса начальной школы. Мы предлагаем начать практическое изучение информатики с 1 класса, где после знакомства с основами комбинаторики в без машинном варианте можно перейти к «черепашьей» графике среды программирования Лого. Вся философия Лого основана на допущении, что при помощи компьютера могут быть созданы некие среды -«микромиры», в которых все доступно для интуиции, особенно впечатляющим дидактическим достижением в системе Лого является программное управление черепашкой. Черепашка открывает возможность персональной идентификации в процессе обучения: размышляя над поведением этого объекта, ребенок приучается думать о самом себе, и, наоборот, наблюдения над своим собственным поведением - важный источник идей для «разговоров» с черепашкой [1]. В микромире черепашки научные идеи становятся для ученика столь же естественными, как и его обыщенный опыт. На примере управления черепашкой в Лого естественно усваиваются принципы процедурного программирования (использование процедур, процедур с параметрами), рациональная техника построения и отладки алгоритмов [3]. После того, как младшие школьники ознакомятся с основными приемами программирования в «черепашьей» графике, учитель предлагает выполнить лабораторные работы [4]: вычерчивание простейших фигур, раскрашивание их в разные цвета, работу с формами и создание проекта, включающего в себя пейзаж с движущимися объектами. Ниже приведена таблица проведения занятий по «черепашьей» графике[4].

№ Тема Часы Задания Воздействие

1 класс

1 Загрузка LogoWriter. Командный режим работы. Процедурный режим. Редактирование программ. 2 Раздаточный материал из [4], глава 1. Знакомство со средой LogoWriter. Организация программ модульной структуры.

2 Процедуры Черепахи. Относительное перемещение. Ориентация черепахи. Операция с пером. 2 Раздаточный материал из [4], глава 2, (§1,2). Знакомство со «черепашьей графикой». Разработка программ, реализующих базовую структуру «следования».

3 Работа с экраном. Исходная графика. Команды перемещения, управление пером и экраном, команды направлений. 2 Раздаточный материал из [4], глава 2, (§ 3). Освоение работы с экраном в «черепашьей графике».

4 Работа с цветом. Установка нового цвета. Закрашивание замкнутой области. Цвет фона. Палитра цветов. Сохранение листа. 2 Раздаточный материал из [4], глава 2, (§ 4). Отрабатываются навыки работы со цветом.

5 Работа с формами. Просмотр форм. «Черепашка меняет одежки». 2 Раздаточный материал из [4], глава 7, (§ 1). Отрабатываются навыки работы с формами «черепашки»

2 класс

1 Простые арифметические операции. Понятие переменной. 2 Раздаточный материал из [4], глава 3, (§ 1). Сложение и вычитание в LogoWriter.

2 Понятие альтернативы. Реализация альтернативы (структура «ветвление») 2 Раздаточный материал из [4], глава 4, (§ 1). Умение реализовать базовую структуру «ветвление»

3 Понятие повторение. Реализация повторония (структура «цикл») 2 Раздаточный материал из [4], глава 4, (§ 5). Умение реализовать базовую структуру «цикл»

3 класс

1 Построение процедур с параметрами. Разработка простейших проектов. 2 Раздаточный материал из [4], глава 4, (§ 1,4). Разработка программ модульной структуры. Использование процедур с параметрами.

2 Элементы мультипликации. 3 Раздаточный материал из [4], глава 7. Освоение приемов мультипликации (анимации) рисунка.

3 Работа с несколькими черепашками. 2 Раздаточный материал из [4], глава 7. Освоение приемов работа с несколькими черепашками

4 Понятие «система координат» на экране. Анимация проекта. 3 Раздаточный материал из [4], глава 6. Применение системы координат в проекте. Демонстрация проекта.

Программные средства учебного назначения представляют из себя одновременно и программный и педагогический продукт. Поэтому всестороннее изучение принципов проектирования и эксплуатации программных средств учебного назначения в младших классах невозможно [1]. Как правило, учеников начинают привлекать к самостоятельной творческой деятельности после начальной школы. Они задействуются в подготовке различных иллюстрационных материалов, в выпусках газет, плакатов, декораций к своим выступлениям. Практическое использование современных компьютерных средств повышает интерес и мотивацию к изучению

информатики. В 5 классе основное внимание должно уделяться принципам создания программного продукта; эргономическим и техническим требованиям к программным средствам учебного назначения. Процесс создания программных средств учебного назначения полезен не только результатом, но и дидактической направленностью. Первые программные продукты

предполагается разрабатывать с помощью графического редактора Paint. Графический редактор Paint входит в состав Microsoft Office, поэтому доступен всем пользователям операционной среды Windows. В [5], проводится обучение работе в графическом редакторе: показано как с помощью палитры инструментов можно нарисовать геометрические фигуры, закрасить фон рисунка, объекты рисунка, вставить готовую картинку, вцдео-клип, построить диаграмму. Кроме того, изучается возможность помещения на рисунок надписей, масштабирование объектов, их копирование и т.д. В таблице приводится учебный план проведения занятий по компьютерной графике в 5ом классе.

Тема урока Часы Задания Воздействие

Эргономические и технические требования программных продуктов. Графический редактор Paint. 2 Раздаточный материал из [5], глава 1. Знакомство с графическим редактором Paint.

Работа с палитрой инструментов. Вычерчивание простейших фигур, работа с цветом. 3 Раздаточный материал из [5], глава 2. Умение изобразить простейшую фигуру, закрасить ее.

Работа с текстом: выбор шрифта, размера шрифта, стили начертания и цвета. 2 Раздаточный материал из [5], глава 3. Умение установки на рисунке текста нужного цвета, начертания и размера.

Работа с буфером. Вставка готовых рисунков, клипов. 3 Раздаточный материал из [5], глава 4. Умение разработать готовый продукт (открытку, визитку и т.д.).

При дальнейшей работе с компьютером ученики проявляют интерес к использованию программных продуктов, позволяющих создавать более сложные графические объекты, поэтому на уроках полезно изучать работу в графическом редакторе PhotoShop. В [6] рассмотрены инструменты, позволяющие, наряду с действиями, доступными в Paint, создавать многослойные изображения, имитировать различные техники рисования,

ретуширования, ко] рректировать и сканировать изображения.

Тема урока Часы Задания Воздействие

Преимущества графического редактора PhotoShop перед Paint. 2 Раздаточный материал из [6] Знакомство с графическим редактором PhotoShop, разработка простейших объектов.

Техника выделения объектов. Техника рисования. 4 Раздаточный материал из [6] Применение техники выделения областей изображения. Использование инструментов свободного рисования, закраски областей, применение фильтров

для имитации различных техник рисования, ретуширование.

Работа со слоями. Спецэффекты на слоях. 4 Раздаточный материал из [б] Создание многослойного изображения. Работа со слоями многослойного изображения.

В последние годы возрос интерес пользователей компьютеров к специальным инструментальным программам машинной графики. В них представляется удобный интерфейс, автоматизируется большое число разнообразных действий с графической информацией - от построения простейших рисунков, до создания мультипликационных (анимационных) проектов. Использование мультимедийного проектора и пакета PowerPoint (презентации) позволит украсить любое выступление, доклад или урок. В [7] показаны возможности пакета, приемы создания слайдов, применения автофигур, способы анимации. В таблице приводится учебный план проведения занятий по компьютерной графике в б классе._______________

Тема урока Часы Задания Воздействие

Разработка сценария презентации. Знакомство с пакетом Power Point. Понятие слайда, оформление слайда, применение шаблонов дизайна, разметка слайда. 2 Раздаточный материал из [7] Умение разработать сценарий презентации (доклада, отчета, выступления и т.д.). Знакомство с пакетом Power Point .

Применение автофигур, приемов рисования, анимация презентации. 4 Раздаточный материал из [7] Использование автофигур, палитры инструментов, анимации в проекте.

Оформление навигации по презентации. Применение гиперссылок. 4 Раздаточный материал из [7] Работа с гиперссылками. Разработка и защита проекта(презентации).

В 7 классе курс «Информатика» предполагает изучение языка программирования Pascal. При изучении компьютерной графики преследуются те же цели: умение строить информационные модели; основные способы1 организации действий; формирование навыков логического мышления; обучение тому, как изучать любой язык программирования.

Существует два способа реализации построения изображений на экране дисплея - векторный и растровый [8]. На современных персональных компьютерах чаще используется растровый способ изображения графической информации.

Растровое изображение - это совокупность светящихся (различными цветами) точек, координаты которых определяются декартовой

(прямоугольной) системой с началом координат в левом верхнем углу экрана. Абсцисса точки увеличивается слева направо, ордината - сверху вниз. Таким образом, любая графическая операция сводится к работе с отдельными точками монитора - пикселами. Большинство языков программирования имеют свои стандартные графические библиотеки. Так, система программирования Турбо - Паскаль содержит графическую библиотеку ^гарДри), имеющую в своем составе процедуры и функции обработки простейших графических образов.

В [9] рассмотрены процедуры, позволяющие вычерчивать простейшие фигуры, закрашивать их, создавать анимированные объекты. Показан эффект использования базовых структур «Ветвление» и «Цикл». Подобный подход полезен для наглядного представления работы этих структур, способствует пониманию их построения и применения. Так, в простой программе «Конфетти» применение циклической конструкции позволяет изображать на экране разноцветных окружностей разного радиуса, расположенных случайным образом до нажатия любой клавиши. В таблице указаны темы уроков, часы, выделенные под них и ожидаемый результат:_____________________________

Тема урока Часы Задания Воздействие

Иницализация графического модуля, вычерчивание простейших фигур 2 Раздаточный материал из [9] Знакомство с модулем Graph, использование процедур модуля.

Построение объектов с помощью базовых структур, закрашивание, работа с текстом на графическом экране. 2 Раздаточный материал из [9] Использование в программе базовых структур.

Построение графиков функций 2 Раздаточный материал из [9] Исследование математических функций, их графическая интерпретация.

Построение проекта, анимация. 4 Раздаточный материал из [9] Освоение способов компьютерной мультипликации.

Macromedia Flash - очень мощное, при этом простое в использовании средство создания анимированных проектов на основе векторной графики с встроенной поддержкой интерактивности. Flash является идеальным рабочими инструментом для художников и дизайнеров, позволяющим дополнять создаваемые ими Web проекты анимацией и звуком. Flash - технология основана на векторной графике. Это эффективный способ обращения с графикой, в результате которого получаются файлы относительно небольших размеров даже при работе со сложными рисунками. Обычно, растровое изображение состоит из тысяч или даже сотен тысяч точек, информация о цвете и расположении которых содержится в памяти компьютера. Опираясь на эту информацию, система создает изображение, поэтому - качественные, многоцветные растровые изображения занимают очень много места. Чтобы

изобразить простую линию в растровом формате потребуется указывать местоположение каждой точки этой линии, для изображения той же линии в векторе необходимо лишь указать две точки и расстояние между ними, плюс -толщрна линии и ее цвет. Многие цифровые параметры повторяются, что позволяет легко сжимать векторные изображения в несколько раз. В [10] проводится обучение работе во Flash - пакете. В таблице - учебный план проведения занятий по применению Flash - технологий в компьютерной графике в 8 классе.________________________________________________________

Тема урока Часы Задания Воздействие

Macromedia Flash - среда для разработки анимации и векторной графики. Возможности Flash. 2 Раздаточный материал [lO] Знакомство с Macromedia Flash. Интерфейс программы. Начальные установки. Сохранение и публикация.

Панель инструментов среды Macromedia Flash, панели свойств, преобразования, выравнивания, информации. 3 Раздаточный материал [lO] Создание объектов. Заливка. Работа с текстом. Работа с инструментами рисования и окраски (выбор цвета, цвет штриха, толщина, стиль штриха. Преобразование объектов. Заливка. Преобразование заливки. Работа со цветом. Атрибуты символов (гарнитура, кегль, начертание, цвет, кернинг). Атрибуты абзацев.

Использование символов, экземпляров символов на разных слоях. Использование масок, создание эффектов. 2 Раздаточный материал [lO] Слои, кадры и сцены. Введение в анимацию. Символы и анимация. Управление скоростью движения и вращением. Морфинг. Символы. Свойства объектов. Ориентация при движении. Маскирование.

Растровая графика в программе Flash. Работа со звуком. l Раздаточный материал [lO] Создание форматов графических объектов. Импорт графики. Редактирование растровых изображений. Трассировка. Экспорт графики.

Разработка анимированного проекта. 4 Раздаточный материал [lO] Элементы интерактивности. Управление кадрами фильма. Создание проекта.

Изучение и использование пакета 3DsMax предполагается в 9-ом классе. Результатом работы в редакторе 3DsMax является анимационный ролик или статическое трехмерное изображение. Работа с трехмерной графикой похожа на съемку фильма, при этом разработчик выступает в роли режиссера. Для каждого объекта в программе создается свой материал -набор параметров, которые характеризуют некоторые физические свойства объекта. Чтобы получить объемное изображение, необходимо визуализировать трехмерную сцену либо из окна проекции, либо через объектив виртуальной камеры. Большей реалистичности изображения можно добиться, применяя эффекты глубины резкости и виртуальные источники света[11]. В таблице представлен учебный план проведения занятий по применению 3DsMax в компьютерной графике в 9 классе.___________________________________________________________

Тема урока Часы Задания Воздействие

3DsMax -редактор для работы с векторной графикой. Основные объекты. 2 Раздаточный материал [ll] Знакомство с графическим редактором 3DsMax по обучающей программе.

Примитивы, редактирование объектов. Использование цвета, тени, освещения. 2 Раздаточный материал [lO] Умение закрасить объект, нанести тень и осветить его нужным образом.

Разработка объектов сфера, коробка, цилиндр. Модификация объектов. 4 Раздаточный материал [lO] Создание простейших объектов.

Расширенные примитивы. Свиток Geometry 2 Раздаточный материал [lO] Разработать проект и защитить .

В 10, 11 классах предполагается отработать технологию создания

мультимедийных проектов. После знакомства с теоретической частью

технологии разработки мультимедийных проектов [12] ученики знакомятся с электронной оболочкой «Мультимедиа проект» [13] и применяют ее для создания собственного проекта.___________________________________________________

Тема урока Часы Задания Воздействие

10 КЛАСС

Основные понятия. Мультимедиа курс. Электронный учебник. Электронный справочник. Компьютерные модели Электронный лабораторный практикум. 2 Знакомство с различными мультимедийными курсами, методами и подходами при изложении различных школьных предметов. Выбор алгоритма построения проекта.

Разработка педагогического сценария. 2 Сбор информации по выбранной теме. Педагогический сценарий по теме.

Разработка технологического сценария. 2 Выбор инструментария, изучение способ применения инструментария. Т ехнологический сценарий.

Разработка программного кода. Применение специализированных авторских сред, применение универсальных систем программирования. 4 Разработка программного кода проекта. Обучающая программа по выбранной теме.

11 КЛАСС

Знакомство с электронной оболочкой «Мультимедийный проект» 1 Адаптация электронной оболочки к собственному проекту. Педагогический сценарий, адаптированный к электронной оболочке «Мультимедийный проект»

Разработка заставки, вставка видео - клипа «Интервью с автором». 2 Применение в проекте информации (видеоаудио клипов, фото), полученной аппаратными средствами. Заставка проекта, созданная аппаратными средствами.

Разработка демонстрационной части с применением 3DsMax, Flash-технлогии. 3 Разработка демонстрационных кадров. Демонстрационная часть проекта.

Разработка тестирующей части с применением языков программирования. 3 Разработка тренажерной, тестирующей частей проекта Тренажерная, тестирующая части проекта.

Защита проекта, созданного с использованием электронной оболочки «Мультимедийный проект». 1 Создание пунктов «Справка», «Сведения об авторах» и «Инструкция по работе». Мультимедийный проект, созданный с использованием электронной оболочки.

На кафедре Программирования и ВМ БГПУ разрабатывается и находится в стадии завершения электронный учебник «Компьютерная графика для средней школы». Учебник представлен в виде Web -страниц интерактивного формата и, кроме обучающих и тестирующих частей, содержит поурочное планирование и раздаточный материал для каждого урока. Использование в

учебном процессе учебника поможет школьникам в изучении информатики, совершенствовании алгоритмического мышления, в освоении современных графических технологий и создании эффективных программных продуктов.

Список литературы

1. Пугач В.И., Добудько Т.В. Методика преподавания информатики. Учебное пособие, Самара 1993.

2. «Методическое письмо по вопросам обучения информатике в начальной школе». Информационное письмо Министерства образования РФ от 17.12.2001, №917/13-13.

3. Хантер Б. Мои ученики работают на компьютерах. М.:Просвещение, 1998.

160с.

4. Обучающая программа «Среда программирования LogoWriterx-Уфа:БГПУ,2005.

5. Обучающая программа «Графический редактор Paint».-Уфа:БГПУ,2004.

6. Обучающая программа «Графический редактор PhotoShop».-Уфа:БШУ,2004.

7. «Обучающая программа по Power Pomt».-Уфа:БШУ,2006.

8. Могилев А.В., Пак Н.И., Хеннер Е.К. Практикум по информатике. - М.: Издательский центр «Академия», 2002 .

9. Обучающая программа «Среда программирования Турбо - Паскаль». - Уфа: БГПУ, 2003.

10. «Обучающая программа по Macromedia Flash MX». - Уфа: БГПУ, 2006.

11. «Обучающая программа по 3DsMax». - Уфа: БГПУ, 2006.

12. Можаева Г. В., Тубалова И. В. Как подготовить мультимедиа курс? - Томск: ТГУ,2002.

13. Электронный учебник «Компьютерная графика для средней школы» - Уфа: БГПУ, 2006.