Дипломная работа (бакалавр/специалист) на тему Методика изучения компьютерной графики в курсе информатики в старшей школе

Содержание:

ВВЕДЕНИЕ 3
ГЛАВА 1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ИЗУЧЕНИЯ КОМПЬЮТЕРНОЙ ГРАФИКИ В ШКОЛЕ 7
1.1 Растровая и векторная графика как основа построения изображения 7
1.2 Формат графических файлов как способ записи графической информации 13
1.3 Особенности изучения компьютерной графики в курсе информатики 19
Выводы по 1 главе 24
ГЛАВА 2. МЕТОДИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ИЗУЧЕНИЯ КОМПЬЮТЕРНОЙ ГРАФИКИ В КУРСЕ ИНФОРМАТИКЕ В СТАРШЕЙ ШКОЛЕ 28
2.1 Анализ основных методических аспектов изучения компьютерной графики в курсе информатики в старшей школе 28
2.2 Примеры уроков изучения компьютерной графики в курсе информатике в старшей школе 40
Выводы по 2 главе 55
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 57
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 60

Введение:

Актуальность темы. Современная система образования в России претерпевает множественные изменения, что, в первую очередь, отражается в Федеральном Государственном Образовательном Стандарте (далее – ФГОС), который обеспечивает единство всей образовательной системы на разных ступенях обучения. Так, в новых положениях ФГОС основного общего образования достаточно большое внимание уделяется задачам формирования ИКТ — компетентности старших классов, которая предполагает знакомство обучающихся с различными средствами ИКТ, освоение школьниками общих безопасных и эргономичных принципов работы с ними, осознание возможностей различных средств ИКТ для использования в обучении, развитии собственной познавательной деятельности и общей культуры, что способствует получению межпредметных результатов
В современном обществе при быстром внедрении и изменении технологий, в том числе педагогических, нужно осуществлять такое обучение, при котором любое новое понятие или положение вводится в ситуации будущего профессионального использования знаний. Учитывая это, можно сказать, что овладение базовыми основами наук, системой практических занятий и навыков должно выступать не самоцелью, а инструментом практического преобразования деятельности. Одним из таких средств формирования ИКТ — компетентности и источником творческих задач является освоение компьютерной графики и анимации.
Изучение компьютерной графики в школе — одна из важнейших областей применения персональных компьютеров и одно из ведущих направлений в развитии новых информационных технологий. Трудно найти область человеческой деятельности в современном мире, где компьютерная графика не используется. Считается, что 98% информации из окружающей среды человек получает через зрение и использует образы для принятия необходимых решений для выполнения дальнейших действий. Компьютерная графика — это один из ведущих разделов информатики, который служит средством приобретения новых знаний, развития навыков работы с компьютером. В связи с постоянным ростом и развитием информационных технологий в современном обществе растет потребность в инновационных разработках — соответственно, должен расти и уровень знаний. Однако огромное количество печатной методической литературы, доступной в школьных библиотеках, устарело.
Таким образом, актуальность исследования обусловлена в необходимости преодоления сегодняшнего расхождения между объективно необходимым, декларируемым ФГОС, и фактическим уровнем преподавания информатики в области компьютерной графики.
На сегодня многие ученые посвящают свои исследования преподаванию компьютерной графики в школьном курсе информатики. Вопросам обучения темы «Растровая и векторная графика. Форматы графических файлов» в общеобразовательной школе посвящены многочисленные работы О.И. Шмайн, Л.А. Залоговой. Вопросами, касающиеся внедрение информатизации образования занимались ученые, педагоги, психологи такие, как Б.С. Гершунский, А.Н. Тихомиров, Н.Ф. Талызина, И.В. Роберт, А.И. Ракитов, Р.Ф. Абдеев и многие другие. Однако анализ трудов и публикаций выше названных авторов показал, что вопросам формирования у обучаемых фундаментальных представлений в области компьютерной графики не уделяется должного внимания.
Отсюда вытекает поверхностное изложение основ компьютерной графики в общем курсе информатики, что указывает на необходимость совершенствования методики преподавания темы «Компьютерная графика» в основной школе как с точки зрения содержания, так и в подборе организационных форм, методов и средств обучения.
Все выше сказанное позволяет определить проблему: противоречие между потребностями, новыми результатами, деятельностью учащихся и отсутствие методики или содержания, которое реализует подходы. Это и определило актуальность темы дипломной работы.
Объект исследования обучение старших школьников информатике.
Предмет исследования: методическая система изучения компьютерной графики в курсе информатики в старшей школе.
Гипотеза исследования заключается в том, что процесс изучения компьютерной графики в курсе информатики в старшей школе будет эффективным, если:
1. Разработана теоретическая модель методической системы обучения старших школьников компьютерной графики в курсе информатики.
2. Спроектированы структура и содержание методической системы обучения старших школьников компьютерной графики в курсе информатики.
3. Определено и разработано учебно-методическое обеспечение методической системы обучения старших школьников компьютерной графики в курсе информатики.
Цель исследования: выделить методические особенности изучения компьютерной графики в курсе информатики в старшей школе.
Достижение цели будет предполагать решение следующих задач:
1. Подобрать и проанализировать литературу по вопросам изучения компьютерной графики в школьном курсе информатики;
2. Изучить теоретические аспекты изучения компьютерной графики в курсе информатики в старшей школе;
3. Провести анализ основных методических аспектов изучения компьютерной графики в курсе информатики в старшей школе;
При написании дипломной работы были использованы следующие группы методов:
— теоретические методы: анализ научной литературы;
— практические методы: изучение учебных программ и учебных пособий по информатик, анализ межпредметных связей и наблюдение за процессом преподавания темы «Компьютерная графика» в общеобразовательной школе.
Цель и задачи исследования определили структуру работы, которая представлена введением, двумя главами, заключением, списком использованных источников и приложениями.

Заключение:

Подводя итоги проведенного исследования можно сделать следующие основные выводы.
В школьном курсе информатики недостаточно освещены вопросы, связанные с изучением компьютерной графики. Это не позволяет учащимся получать необходимые навыки для создания и обработки графических объектов в графических редакторах. В связи с тем, что дисциплина информатика перенасыщена понятиями и изучению каждого из них уделяется мало времени, курс компьютерной графики должен быть чрезвычайно емким и в то же время наиболее эффективным.
Изучение компьютерной графики должно происходить в процессе формирования умений работать с соответствующими графическими редакторами. Однако при разработке уроков не следует забывать о необходимости осваивать основные концепции построения компьютерных изображений. На профильном уровне — углубленное изучение редакторов компьютерной графики, возможность создавать: образы с помощью нескольких редакторов, целевого изображения для поддержки собственных проектов, анимированных роликов и простых 3D-сцен, импортировать и экспортировать изображения и элементы изображения. Однако практической литературы для этого уровня почти нет. Есть разбросанные уроки, нет методических рекомендаций для учителей. То есть, больше методических материалов связано с обучением компьютерной графике на базовом уровне.
Таким образом, в учебниках по информатике содержание учебного материала в разделе «Информационные технологии» представлено по-разному — на примере различных программных средств. Кроме того, количество часов, затрачиваемых на изучение этого раздела, слишком мало по сравнению с содержанием, которое нужно освоить.
В то же время использование компьютерной графики позволяет существенно увеличить эффективность обучения не только информатике, но и другим предметам, в частности геометрии, за счет принципа наглядности и активности.
Одним из главных достоинств является методика обучение преподавания при помощи проектной деятельности. В центре обучения является – учащийся, его активное участие, которое позволяет воспользоваться полученными знаниями, умениями и навыками, а также искать знания самостоятельно, создавать комфортную образовательную среду. Реализация учитель — ученик и ученик – ученик проявляется как основной фактор развития и самоопределенности личности, а также дифференцированный подход. Можно говорить о том, что тему проекта учащийся может выбрать сам, по тому профилю, к которому готовит себя, по своим интересам и возможностям, таким образом, это позволяет заинтересовать учащихся в изучении данной темы и реализовать свой дальнейший потенциал.
Таким образом, решаются большое количество задач, таких как личностно ориентированного обучения, умение использовать информационные технологии, то есть обработка графических изображений, столкнулись и с мотивирующим характером: право выбора, возможность самим контролировать процесс и сотрудничать с одноклассниками — всё это, на мой взгляд, повышает мотивацию обучения.
Однако, именно в заключение хотела бы сказать, что есть и минусы данной методики, при информатизации общества, школа моет увлечься проведением проектов, что предполагает огромное распространение и, таким образом, становиться модно, и на первое место может встать уже не развивающая цель, а цель «засветить» школу (класс) на каком либо конкурсе. Данная тенденция может привести к большому количества ненужных и лишних проектов , поэтому мы должны четко понимать, зачем выполнять тот или иной проект, что могут изучить школьники, что должен делать каждый ученик в работе, чтобы достичь собственных целей, поставленных в самом начале работы над проектом.
В итоге, только правильно организованная работа сможет оказать положительное влияние на учащихся, будет способствовать самостоятельному получению знаний и опыта, развития у детей умения работать с постоянно изменяющейся информацией, реализовать самостоятельность, критическое мышление, инициативу. Если ученик постоянно будет заниматься проектной деятельностью в школьные годы по предметам, которые нужны для дальнейшего поступления, то при практической реализации будет большая эффективность и во взрослой жизни он окажется более приспособленным. Умение планировать собственную деятельность, ориентироваться в разнообразных ситуациях, совместно работать с различными людьми, и адаптироваться к окружающим условиям.

Фрагмент текста работы:

ГЛАВА 1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ИЗУЧЕНИЯ КОМПЬЮТЕРНОЙ ГРАФИКИ В ШКОЛЕ

1.1 Растровая и векторная графика как основа построения изображения

Под термином «графика» обычно понимают визуальное (то, что воспринимается зрением) изображения каких-либо реальных или воображаемых объектов. Рисует художник пейзаж, выполняет конструктор чертеж, рисует ребенок на асфальте – все это процессы создания графики. Особое место в работе с изображениями занимает компьютерная графика .
Компьютерная графика – это графика, которая обрабатывается и отображается средствами вычислительной техники. Для отображения графики используют монитор, принтер, плоттер и тому подобное .
Вся компьютерная графика, подразделяется на два основных вида: растровую графику и векторную графику. Основное различия, между растровой и векторной графикой, заключаются в разных способах формирования изображения.
Прежде чем говорить о различиях и сходствах Растровой и Векторной график, нужно понять, как же компьютер(ЭВМ) видит, помнит и показывает нам изображение.
Поскольку компьютер — это машина, то для него не существует ни цветов, ни даже образов. Более того он не различает слова и вовсе не «думает» словами. Для него лишь существует двоичный код
(прим. 01000110), который и является информацией.
Всё: программы, изображения, тексты, звуковые файлы, видео файлы; всё это машина «знает» в виде и двоичных кодов, составляющих информацию об файловом объекте. Тоже происходит и с картинками в памяти компьютера. Каждый раз при открывании любой картинки компьютер «прорисовывает» изображение по заданным параметрам. Но про особенности ЭВМ поговорим позже, лучше поговорим про виды и особенности электронных график.
Всего существует 4 основных типа графики: Растровая, Векторная, Фрактальная, Трехмерная. Однако в рамках данного исследования будут рассмотрены только первые два.

Рисунок 1 – Примеры растровой и векторной графики
Растровая графика — изображение, построенное из множества точек(пикселей), цветовая гамма которых образует при увеличении масштаба рисунок, сливающийся для человеческого глаза в единую композицию. Форматы хранения изображения: BMP, TIFF, JPEG, GIF, PNG, WMF, PSD, TGA, ICO, FPX.
Принцип работы редакторов растровой графики:
В файле изображения храниться информация о каждом пикселе и его координаты месторасположения в сетке изображения. Это:
1. Количество пикселей в ширину и в высоту, а также их общее кол-во в изображении.
2. Используемые цветовая гамма и различные оттенки.
3. Цветовая схема(модель) построения изображения (RGB, Lab, CMYK, HSB, XYZ и др.).
4. Для каждого пикселя: уровень света, насыщенность, цвет, оттенок, размер.
5. Сведения о рекомендуемом разрешении.
При открытии изображения компьютер используя сведения, загруженные в файл, создаёт сетку на которой закрашиваются пиксели в соответствии с их параметрами. Оттенки рядом стоящих пикселей подобраны так, что при высоком разрешении картинки человеческий глаз видит единую композицию. И выглядит она вполне натурально по сравнению с векторной картинкой. Однако при увеличении масштаба растрового изображения становится видна вся архитектура. Естественно, что при наличии таких параметров в файле, объем его занимает относительно большое пространство на жёстком диске и в оперативной памяти при обработке. К счастью есть множество растровых форматов, позволяющих сжимать картинку до небольших объемов памяти.
Растровые изображения хранятся в виде серии крошечных точек, называемых пикселями. Каждый пиксель на самом деле очень маленький квадрат, который назначается цвет, а затем расположены в шаблон для формирования изображения. При приближении растрового изображения вы можете видеть отдельные пиксели, которые составляют это изображение. Растровая графика может быть отредактирована путем стирания или изменения цвета отдельных пикселей с помощью такой программы, как Adobe Photoshop (рисунок 2).

Рисунок 2 — Образец растровой графики от FCIT коллекция робот иллюстраций на ТИМ сайте
Векторная графика — картинка, построенная из простых геометрических фигур (геометрических примитивов): точки, прямые линии, окружности, многоугольники и т.д. Форматы хранения изображения: SVG, CDR (формат графики), DXF, WMF, OpenVG, AL, EPS, GXL, CGM, SWF.
Векторная графика, в отличие от растровой, формируется, с помощью формул, описывающих математические объекты: точки, линии, кривые, окружности, и формально не может быть охарактеризована определенной плотностью точек с заданным размером на участок. Иными словами, если в растровой графике, часть изображения описывается, фиксированным количеством точек, с определенным размером, местоположением, цветом и плотностью, то в векторной графике, аналогичная часть, изображения, описывается математическими объектами, подчиняющимися формулам и состоящим, как бы из неограниченного количества масштабируемых точек.
Если у растровых изображений степень детализации, определяется количеством точек на какую-либо единицу измерения площади, то у векторных изображений, изначально отсутствует данный параметр, что позволяет производить их масштабирование, теоретически до бесконечности, без ухудшения качества детализации и пропорций, в отличие от растровых изображений.
Принцип работы редакторов векторной графики:
В файле изображения храниться информация расположения геометрических фигур в картинке и особенности каждой фигуры отдельно. Это:
1. Координаты фигуры.
2. Размер на холсте.
3. Расстояние от центра фигуры до её границы.
4. Радиус окружности.
5. Цвет и оттенки цвета фигуры.
Особенность графики состоит ещё в том, что фигуры задаются не зависимо друг от друга, следовательно, могут перекрывать друг друга. При открытии картинки используя сведения, загруженные в файл, создаёт координатную сетку на которой прорисовываются фигуры и закрашиваются в нужные цвета. Благодаря такому подходу картинка при преобразовании в больший размер не теряет качество, а размер файла занимаемый на жёстком диске нисколько не увеличивается. А всё благодаря тому, что данные о фигурах остались прежними.
В отличие от растровых изображений, векторные изображения не основаны на шаблонах пикселей, но вместо этого используют математические формулы для рисования линий и кривых, которые могут быть объединены для создания изображения из геометрических объектов, таких как круги и полигоны. Векторные изображения редактируются путем манипулирования линиями и кривыми, которые составляют изображение, с помощью такой программы, как Adobe Illustrator (рисунок 3).
Векторные изображения имеют некоторые важные преимущества по сравнению с растровыми изображениями. Векторные изображения, как правило, меньше, чем растровые изображения. Это потому, что растровое изображение должно хранить информацию о цвете для каждого отдельного пикселя, который формирует изображение. Векторное изображение просто должно хранить математические формулы, которые составляют изображение, которые занимают меньше места.

Рисунок 3 — Образец векторной графики от FCIT коллекция математические иллюстрации на клипарт и т. д.
Векторные изображения также более масштабируемы, чем растровые изображения. Когда растровое изображение масштабируется, вы начинаете видеть отдельные пиксели, которые составляют изображение. Это наиболее заметно по краям изображения. Есть способы сделать эти неровные края менее заметными, но это часто приводит к размытости изображения. Когда векторное изображение масштабируется, изображение перерисовывается с использованием математической формулы, поэтому полученное изображение является таким же гладким, как и исходное.
Три наиболее популярных формата изображений, используемых в Интернете (PNG, JPEG и GIF) — это растровые форматы. Формат Scalable Vector Graphics (SVG) приходит в далекое четвертое из-за наследия плохой поддержки векторной графики в ранних браузерах. Однако сегодня все основные браузеры поддерживают Формат SVG (Scalable Vector Graphics).
Можно подумать, что растровая картинка состоит из пикселей, а векторная только из геометрических фигур. Это не так. И растровое изображение и векторное состоят из пикселей. Вообще любая картинка в электронном формате состоит из пикселей. И там и там присутствует пиксельная сетка, где каждый пиксель закрашивается в свой цвет. Отличие графиков происходит лишь в способе создания и построения изображения. В одном случае приоритет ставится на цвет каждого пикселя, и он фиксированный, в другом приоритетом являются размеры и формы самих фигур.
К растровой графике относятся, фотографии и большая часть изображений, картинок. При масштабировании растровых изображений, в отличии векторных, теряется их детализация, из-за фиксированного количества точек. Векторную графику, в основном применяют в типографии или там, где требуется масштабируемость, с сохранением исходного качества, помимо всего в векторной графике достаточно непросто, а порой и невозможно выполнить некоторые задачи, из-за типа построения изображения. В этом и заключаются основные различия, между растровой и векторной графикой.
Сравнивая два вида графики можно представить плюсы и минусы каждого вида в виде таблицы 1.
Таблица 1 – Сравнение растровой и векторной графики
Растровая графика Векторная графика
Плюсы Минусы Плюсы Минусы
Создание рисунка любой сложности Относительно большой объем файла Размер файла занимаемый на жестком диске не зависит от величины изображения. Не все предметы можно изобразить.
Естественная цветопередача Потеря качества при увеличении Бесконечное изменение масштаба изображения без потери качества Занимает много места на жестком диске в зависимости от сложности изображения.
Плавный переход между объектами на картинке Прямая зависимость объема изображения и мощности ЭВМ способной «прочитать» изображение Создание более четких анимаций Неестественное изображение
Широкое распространение в электронной среде Точное построение изображения
Более легкий вывод на принтер Легко разбивается на части при редактировании

Подводя итог параграфа, можно подчеркнуть, что растровую графику лучше всего использовать при обработке фотографий, работы со сканером и художественной работе, поскольку данный вид графики обеспечивает более натуральную передачу цветовой палитры в изображении. Векторную графику из-за её неестественной передачи цветовой палитры лучше использовать в компьютерном дизайне, моделировании и проектировании.