Scientific journal

Modern high technologies

ISSN 1812-7320

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 0,940

Исключение предмета «Черчение» из программы большинства общеобразовательных школ в совокупности с неуклонным снижением количества учебных часов, отводимых в академии на изучение начертательной геометрии, делает проблематичной подготовку студентов архитектурных и строительных специальностей к выполнению проектов, содержащих графическую часть. Традиционный подход по формированию пространственного мышления предполагает опору на воображение, что даёт более прочный и долговременный результат, но требует значительно больших затрат времени. Динамично развивающиеся технологии позволяют решить поставленную задачу в сжатые сроки и обеспечить высокий и устойчивый уровень интереса обучающихся к предмету [2].

Цель исследования

Используя аппаратурные методы диагностики зрительного восприятия (айтрекинг) [1], определить основные компоненты стратегии восприятия объемного и плоскостного изображений, дать рекомендации по организации учебного процесса по подготовке студентов архитектурных и строительных специальностей.

Для того чтобы обеспечить в создавшихся условиях недостатка учебного времени и отсутствия преподавания черчения, как базовой дисциплины в школе, практико-ориентированную направленность графических дисциплин при обучении студентов архитектурных и строительных специальностей, необходимо как можно более быстро формировать практические навыки, используя оставшееся учебное время для закрепления умений чтения и выполнения чертежей. Это становится возможным при повышении активности восприятия студентов.

С первых практических занятий по начертательной геометрии студентов знакомят с термином «эпюр» (чертёж) [4], предлагая по прямоугольным проекциям объемного изображения (пересечение прямых, плоскостей, тел вращения и просто объемов) построить сечение объекта. В таких объектах появляются линии, искривляющиеся и в горизонтальной и в вертикальной проекции, имеющие математическое выражение уравнения первого порядка. И в них могут возникнуть плоскости, имеющие такие искривления, – проекции второго порядка, рассматриваемые, как геометрические объекты. Они трудны в проецировании на плоскости, в прочтении и представлении чертежа (в математике выражаются биквадратными уравнениями). Студентам творческих специальностей часто бывает сложно работать с двумерным плоским изображением, т.к. на подготовительных курсах в Архитектурной академии в течение года абитуриенты учатся строить по придуманным композициям трехмерное изображение пространственной фигуры, в отличие от абитуриентов технических вузов, которые начинают воспринимать пространство по проекциям в ходе изучения дисциплины.

Продолжать развивать целостность и структурность объемного восприятия, а не плоскостного изображения, следует на практических занятиях по начертательной геометрии, применяя методику, повышающую способность восприятия форм, используя трёхмерное геометрическое моделирование, позволяющее лучше понять задачу, найти оптимальный вариант её решения и с помощью алгоритма построения. Т.е., необходимо уделять внимание не количественному, а качественному аспекту даваемой информации, что далеко не одно и то же [5].

При изучении раздела «Построение теней в перспективе» [4] эффективной является работа с макетами. Это средство применяется для моделирования разных видов объемных моделей фигур, пространств. В практике учебного процесса особенно популярны макетно-графические средства, в сочетании с разными визуальными устройствами для съемки и проекции, благодаря их доступности, простоте, наглядности.

Выполненные из бумаги макеты элементов здания (балок, колонн, лестниц и др.) помещают в ящик без передней стенки и с помощью перемещающегося влево-вправо, вверх-вниз фонарика, дающего тонкий однонаправленный луч, получают наглядные примеры распределения теней на поверхностях. Это помогает выбрать оптимальный вариант расположения искусственного источника света в интерьере [7] и делает более целенаправленной работу по построению теней на чертеже. Если такие манипуляции с макетом и источником света производить перед веб-камерой, становится возможной передача их на экран и использование при объяснении материала. Фронтальные упражнения по данному разделу выполняются на подосновах, использование которых позволяет не только сэкономить время, отводившееся ранее на перечерчивание условий задач, порой весьма трудоёмкое: добавляя свои построения, студенты стремятся чертить «не хуже, чем компьютер» и подсознательно закрепляют правила графического оформления чертежей.

При использовании системы наглядного моделирования принципы исследования пространства приближаются к принципам исследования реальной среды. Это важное достоинство метода, оно не требует дополнительных мыслительных преобразований. Эта система имеет широкие перспективы применения как в процессе реального и учебного проектирования, так и в экспериментальных научных исследованиях, превращаясь в средство изучения процесса проектирования [3].

Недостаток макета в том, что он дает представление о проектируемых объектах только в верхних точках зрения, а также в том, что объемное, стереоскопическое восприятие макета не соответствует характеру натурального восприятия. Как известно из стереоскопии, характер зрительного восприятия пространства определяется стереоскопическим базисом глаз, равным в среднем 65 мм. Для полноценного изучения композиции макетного пространства необходимо уменьшать стереобазис наблюдения и съемки в соответствии с уменьшением макета. Этот метод создает возможность наглядного моделирования третьего измерения пространства – глубины. Для зрительного изучения глубины и объемной формы на макете возможно применение специальных перископических устройств типа иконоскопа с изменяющимся стереобазисом (система зеркальных клиньев и оптических линз) [3].

В творческих учебных учреждениях специфика применения технических средств определятся характером проводимых занятий, в частности, тем, что много времени отводится практическим работам по начертательной геометрии, включающей элементы выбора наилучшей точки восприятия объекта, пространства (интерьера) и построения теней с выбором оптимального освещения. Эти элементы воспринимаются чувственно, наглядно. В натуре основную информацию о них человек получает с помощью органов зрения. Эффективность применения средств наглядного моделирования связана с высокой восприимчивостью архитекторов к любой наглядной информации. Поэтому целесообразным представляется сравнение методов пространственного моделирования и методов построения чертежа в плоском (двумерном) измерении.

Определить основные компоненты стратегии восприятия объемного и плоскостного изображений стало возможным благодаря аппаратному мониторингу айтрекинг [6] на базе лаборатории психофизиологии и психофизики департамента психологии УрФУ. В эксперименте принимали участие студенты УралГАХА, УАСК.

Материалы и методы исследования

Данное исследование осуществлялось на выборке из 21 студента (4 девушки и 17 юношей) УралГАХА (факультет Дизайна, факультет Архитектуры), УАСКа в возрасте 18–20 лет. В качестве стимульного материала использовались фотографии макета и чертежа зального пространства на примере практического занятия по начертательной геометрии по разделу «Построение теней в перспективе интерьера».

Для оценки визуального восприятия фотоматериала использовалась система высокоскоростного удаленного бинокулярного трекинга глаз eye-traking SMIRED 500. Для создания протокола предъявления стимулов и последующего предъявления материала применялся программный модуль Experimental Center 2.x. Испытуемые сидели перед монитором со встроенной в него системой удаленной регистрации движения глаз и рассматривали предъявляемый им фотоматериал. В результате работы были получены тепловые карты зрительного восприятия, а также средняя продолжительность фиксации взгляда испытуемых на выделенных стимульных зонах (рис. 1).

Результаты исследования и их обсуждение

При сравнении восприятия стимульных материалов методом тепловых карт (рис. 2, А, В) выявлены следующие закономерности.

При восприятии обоих стимульных материалов студенты фокусируются на одних и тех же объектах (лестница, колоннада, частичная фиксация внимания по центру), однако структура восприятия имеет различия.

По стимульному материалу «макет» внимание сконцентрировано на целостных объектах: угол балкона, лестница. При этом угол является ближайшей к воспринимающему точкой пространства макета, а лестница представляет собой единый объект, выделяющийся на фоне незаполненного пространства. На фотоматериале «чертеж» внимание сосредоточено на линиях и контурах объектов. В частности, на границе света и тени от перил лестницы, светотеневых границах колоннады сверху и снизу от балкона. Помимо перечисленных, на данной тепловой карте, выявляются зоны внимания, идущие по линиям границ плоскостей пространства (стыки стен и потолка). Очевидно, при рассматривании границ в данном случае субъекты анализировали смысловую составляющую линий. Например, шло «распознавание» функционального значения линий под балконом. Испытуемые пытались понять, что это – узор, инженерные конструкции или тени.

Анализ средней продолжительности фиксации взгляда на выделенных зонах зрительного восприятия (см. рис. 1, таблица) также свидетельствует о сходных объектах, но различной детализации восприятия макета и чертежа.