Министерство образования и науки Российской Федерации
Министерство образования Саратовской области
Национальный исследовательский Саратовский государственный университет имени Н.Г. Чернышевского
Саратовский областной институт развития образования
Комитет по информатизации Саратовской области
Комитет по образованию администрации муниципального образования «Город Саратов»
Автономная некоммерческая организация «Информационные технологии в образовании»
Автономная некоммерческая организация «Научно-исследовательский центр «Образование. Качество. Отрасль»»
IX Всероссийская (с международным участием) научно-практическая конференция
«Информационные технологии в образовании»
«ИТО-Саратов-2017»
2-3 ноября 2017 года, г. Саратов

Векторная графика в курсе информатики основной школы

Авторы: Филина Екатерина Владимировна 1, Маринина Марина Владимировна 2, Орлова Ирина Александровна 3
1 Муниципальное общеобразовательное учреждение «Гимназия №7», 2 МОУ "Гимназия №7" , 3 МОУ «Гимназия №7» г. Саратова
Для изучения векторного графического редактора в основной школе уделяется недостаточно внимания. В статье авторы делятся своими наработками преподавания предмета Технология, которые могут быть включены в раздел «Компьютерная графика». Предлагается ряд практических работ по созданию чертежей, которые могут быть выполнены на станках с ЧПУ и 3Д-принтерах.

Самым распространенным УМК по изучению информатики в 5-7 классах является «Информатика» 5-9 классы авторов Босова Л.Л. и Босова А.Ю.[1] В нашей гимназии информатика по данной программе ведется более десяти лет. С введением ФГОС учебник претерпел некоторые изменения. Например, в 7 классе исчез раздел работы с электронными таблицами, а в разделе «Компьютерная графика» повторяются практические работы из пятого и шестого классов. Для изучения векторного графического редактора предлагается только одна практическая работа в среде OpenOffice Draw (Задание 3.12. Масштабирование растровых и векторных изображений) [2]. В данной статье рассматривается возможность расширения изучения данного раздела с помощью ряда практических работ.

Трудно переоценить влияние векторной компьютерной графики в нашей жизни: логотипы компаний, рекламные постеры, веб-разработка, точные чертежи и многое другое не могут быть разработаны средствами лишь растровой графики, поэтому обойти этот вопрос в школьном курсе информатики означает отрезать профориентацию в плане дизайна и технического конструирования. Трехмерные графические редакторы по сути являются векторными, а значит школа не дает толчок для самостоятельного изучения построения 3D-моделей и использования 3D-принтеров.

Системы автоматизированного проектирования в своей основе содержат векторную компьютерную графику, поскольку она позволяет выполнять точные геометрические построения. Для изготовления деталей на станках с ЧПУ используются чертежи, выполненные в векторной графике, что, несомненно, повысит интерес к предмету и усилит мотивацию учащихся к самостоятельному освоению более сложных методик. Остается решить два вопроса: как проводить такие практические работы, и где изготовить полученные изделия?

Все больше открывается центров по оказанию полиграфических услуг, по резке и  гравировке, 3D-печати, поэтому второй вопрос упирается в финансовое положение учебного заведения. Наш положительный опыт печати готовых изделий основывается на реализации предмета «Технология» через сотрудничество с центрами молодежного инновационного творчества (ЦМИТами). МОУ «Гимназия №7» г. Саратова в сентябре 2014 года заключило договор с ЦМИТом Фаблаб, работающем на базе СГТУ им. Ю.А. Гагарина, и совместно начали реализовывать программу по технологии в 5 классе [3]. С 2012 года в рамках Программы государственной поддержки малого и среднего предпринимательства Минэкономразвития России реализуется проект по созданию и обеспечению деятельности центров молодежного инновационного творчества - ЦМИТ. В Саратовской области ЦМИТы появились в рамках реализации долгосрочной областной целевой программы «Развитие малого и среднего предпринимательства в Саратовской области» на 2012-2015 гг. ЦМИТ является цифровой производственной лабораторией, в которой можно быстро изготовить прототип изделия. Работа центров направлена на развитие творческого потенциала молодежи. В Саратовской области на начало 2015-2016 учебного года работает девять молодежных центров инновационного творчества. В оборудование ЦМИТов входят:

•         лазерные 3D-сканеры, который может создать объемную 3D-модель любого объекта;

•         станок с ЧПУ по лазерной резке и гравировке, способный нанести изображение и вырезать изделие из большого числа материалов;

•         фрезерный станок для создания объемных заготовок;

•         3D-принтеры для создания из пластика объемных моделей.

ЦМИТы дают возможность изучать и работать на высокотехнологичном оборудовании, а также реализовывать свои проекты. Работа ЦМИТов направлена на популяризацию и продвижение инженерно-технических и рабочих профессий среди школьников.[4] Таким образом, чтобы начать работу с ЦМИТами необходимо связаться с наиболее близким территориальным центром и заключить двусторонний договор о сотрудничестве. Центры проводят дни открытых дверей, мастер-классы и экскурсии. Учащиеся нашей гимназии ежегодно приезжают на экскурсии в ФабЛаб, где опытные инженеры и преподаватели рассказывают о техническом оснащении центра, показывают, как происходит настройка и работа оборудования, и дают возможность поработать на станках, если позволяют требования по технике безопасности.

При проведении практических работ предлагается пошаговый метод освоения программы от простого к сложному. Лучшим программным решением для векторного рисования является CorelDraw, но данный программный продукт является дорогостоящим (на 2016 год лицензия на один класс составляет от 15000 рублей, неограниченное использование от 70000 рублей) [5]. Поэтому предлагается использовать программу Inkscape - бесплатный векторный графический редактор с открытым исходным кодом. Практические работы описаны в общем виде, без привязки к конкретному редактору.

Практическая работа №1 «Графические примитивы». Цель: научиться строить и изменять форму и размеры примитивов (прямоугольники, овалы, многоугольники). Учащийся поочередно применяет инструменты Прямоугольник, Овал и Многоугольник, изменяет параметры данных объектов.

Практическая работа №2 «Работа с графическими примитивами». Цель: сформировать навыки работы с заливкой и обводкой, копированием и вставкой объектов в векторном графическом редакторе. Учащийся располагает фигуры заданного размера (нарисовать несколько фигур, из которых  можно составить композицию) в документе графического редактора, работает с заливкой и обводкой фигур, копирует и вставляет повторяющиеся объекты.

Практическая работа №3 «Объединение фигур». Цель: научиться объединять несколько объектов в единое целое. Учащийся поочередно применяет инструменты Сумма, Разность, Пересечение к контурам различных объектов в векторном графическом редакторе, добиваясь создания необходимого контура фигуры. Например, нарисовать робота, используя только прямоугольники, затем объединить.

Практическая работа №4 «Формирование объектов в программе Inkscape». Цель: научиться формировать объекты с помощью изменения узлов простых фигур. Учащийся формирует различные силуэты фигур при помощи инструмента «Редактировать узлы контура» и параметров, относящихся к данному инструменту. Учащимся предлагается несколько силуэтных фигур животных или предметов в растровом виде, картинка которых вставляется в векторный графический редактор. Строится простая фигура (например, овал), которая преобразуется в сложный объект (рекомендуется убрать заливку). Добавляются дополнительные узлы, которые перемещаются таким образом, чтобы линия шла по границе рисунка. Объясняются основы работы с узлами, их добавление и удаление, понятия острого и сглаженного угла.

В ходе выполнения данных практических работ учащиеся получают навыки работы в векторном графическом редакторе, которые позволят им выполнить более сложные проекты, например, такие как брелок, новогодняя игрушка, разделочная доска. Также у учащихся формируется понимание основ работы с векторным графическим редактором, что позволяет перейти к трехмерному моделированию. Компания Autodesk предлагает бесплатные комплекты своих программ для учебных заведений, необходимо лишь пройти соответствующую регистрацию. В качестве первого трехмерного редактора выбран 3DSMax [6]. Во-первых, он является наиболее распространенным и доступным для учебных заведений редактором, а во-вторых, 3D-модели, выполненные в данном программном продукте, можно изготовить с использованием 3D-принтеров.

Практическая работа №5 «Создание объемных примитивов». Цель: знакомство c принципами работы 3DSMax, основными приемами работы с файлами, окнами проекций, командными панелями, научиться принципам построения объектов в 3DSMax на основе объемных примитивов. Учащиеся работают с двумя видами библиотечных примитивов (стандартные, дополнительные), создают объемные объекты из набора стандартных примитивов.

Практическая работа №6 «Создание объемной фигуры из плоской». Цель: научиться формировать сложные объемные объекты из плоских объектов. С помощью инструмента Line (как в ПР №4) формируется сложный узор. В режиме работы с вершинами можно добавить сглаживания () и передвигать их. Затем применяется модификатор bevel, в настройках которого задается высота фигуры. Данная практическая работа призвана показать как связаны векторный графический редактор и редактор трехмерной графики.

Программы учащихся собираются в один или несколько файлов с учетом экономного расходования материалов и отправляются в ЦМИТ для выполнения на станках.

В 2017 году на II Региональном чемпионате профмастерства «Молодые профессионалы» (WorldSkills Russia) Саратовской области Гимназия №7 была представлена тремя командами в компетенции «Прототипирование». Необходимо было смоделировать водяной насос, распечатать отдельные детали при помощи 3D-принтера, обработать детали и собрать конструкцию. Две команды стали призерами, а одна - победителем чемпионата Junior Skills. Участвовали в чемпионате учащиеся, прошедшие весь курс практических работ по компьютерной графике данной статьи на уроках технологии с 5 по 7 классы. Достижения наших гимназистов являются результатом системной работы по теме «Компьютерная графика». Внедрение разработок авторов в курс Информатики основной школы позволит углубить знания школьников по компьютерной графике и расширить ее практическое применение.

Список использованных источников
  1. Информатика. УМК для основной школы [Электронный ресурс] : 5–6 классы. 7—9 классы. Методическое пособие / Автор-составитель: М. Н. Бородин. — Эл. изд. — М. : БИНОМ. Лаборатория знаний, 2013. http://files.lbz.ru/pdf/mpBosova5-9fgos.pdf
  2. Информатика. 7 класс : учебник / Л.Л. Босова, А.Ю. Босова. – М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2016.
  3. Филина Е. В., Орлова И.А., Маринина М.В, Башмаков В.А. Использование информационных технологий и современного высокотехнологичного оборудования на уроках технологии // Информационные технологии в образовании: Материалы VIII Международ. научно-практ. Конф. – Саратов: ООО «Издательский центр «Наука»», 2016.
  4. Филина Е. В., Маринина М.В. ИКТ на уроках технологии как мост между школой и современным производственным оборудованием // Информационные технологии в образовании: Материалы VII Международ. научно-практ. Конф. – Саратов: ООО «Издательский центр «Наука»», 2015.
  5. Сайт технической поддержки Corel Corporation. Corel Academic Site License. [Электронный ресурс]. Дата обращения: 24.11.2016. — URL: http://corel.ru/license/academic/casl.php
  6. Autodesk. 3ds Max. [Электронный ресурс]. Дата обращения: 24.11.2016. — URL: http://www.autodesk.com/education/free-software/3ds-max
Вид представления доклада  Устное выступление и публикация
Ключевые слова  векторная графика, ЧПУ, 3d графика, 3d принтер, графический редактор, технология

В статусе «Черновик» Вы можете производить с тезисами любые действия.

В статусе «Отправлено в Оргкомитет» тезисы проходят проверку в Оргкомитете. Статус «Черновик» может быть возвращен тезисам либо если есть замечания рецензента, либо тезисы превышают требуемый объем, либо по запросу участника.

В статусе «Рекомендован к публикации» тезис публикуется на сайте. Статус «Черновик» может быть возвращен либо по запросу участника, либо при неоплате публикации, если она предусмотрена, либо если тезисы превышают требуемый объем.

Статус «Опубликован» означает, что издана бумажная версия тезиса и тезис изменить нельзя. В некоторых крайне редких ситуацих участник может договориться с Оргкомитетом о переводе тезисов в статус «Черновик».

Статус «Отклонен» означает, что по ряду причин, которые указаны в комментариях к тезису, Оргкомитет не может принять тезисы к публикации. Из отклоненных тезис в «Черновики» может вернуть только Председатель программного или председатель оргкомитета.