Визуализация трехмерного моделирования угольных шахт в обучении

УДК

Визуализация трехмерного моделирования угольных шахт в обучении

Щипова Виктория Ивановна

Луганский Государственный Университет им. В. Даля
Стахановский учебно-научный институт горных и образовательных технологий

Аннотация. В статье рассматривается вопрос актуальности визуализации данных, в основе которого повышение эффективности восприятия материала для принятия верного профессионального решения.

Ключевые слова: пространственная визуализация, горноспасатели, планы горных работ, учащиеся, учебная информация.

Введение.

Горнодобывающая промышленность относится к числу наиболее рискованных видов деятельности, а аварии в шахтах являются одними из самых распространённых причин травматизма на производстве, в том числе травматизма с летательным исходом.

Статистика частоты аварий, связанных с взрывами метана и угольной пыли, показывает, что за десятилетний период с 1991-2010 г. при эксплуатации и ведении горноспасательных работ в угольных шахтах России было зафиксировано 193 взрыва, в том числе 25 взрывов при аварийно-спасательных работах. Тренд частоты взрывов, вспышек метана и угольной пыли за тот же период не имел тенденции к снижению. Число таких аварий в среднем составляет 9 случаев в год при максимальном количестве 17 случаев в 1992 г. и минимальном количестве – 2 случая в 2008 г. От этих взрывов пострадало 1509 человек, в том числе 744 человека получили смертельные травмы, 86 человек из погибших – работники военизированных горноспасательных частей (ВГСЧ).

Такого количества смертей работников ВГСЧ можно было бы избежать, если бы эти работники располагали данными о состоянии аварийных выработок перед тем, как выдвигаться в аварийные участки шахты.

Актуальность. В настоящее время большое внимание уделяется вопросам визуального представления аналитических, экономических, социальных, статистических и другого вида данных. Актуальность такого явления определена главным образом возможностью представления большого объема информации в вербально-графическом виде с целью ее оптимизации для эффективного восприятия и дальнейшего использования в профессиональной деятельности. Особые трудности вызывает сегодня работа по визуализации многостраничных документов, содержащих большой объем текстовой информации, наряду с относительно небольшим количеством числовых данных.Трехмерная графика является новинкой, которая до сих пор не потеряла свою актуальность в различных сферах деятельности. Трехмерное изображение широко используется в создании анимации, в строительстве и других сферах. Трехмерное моделирование является наиболее наглядным, точным и полным источником информации об объекте, с использованием которой может быть сформирована и оформлена, при необходимости, конструкторская документация на электронных или бумажных носителях.

Объект исследования – процесс визуализации учебной информации в образовании.

Предмет исследования – трехмерная модель визуализации учебной информации.

Цель исследования – разработка модели визуализации учебной информации.

Задачи:

1. Разработать модель визуализации учебного материала по дисциплине «Профилактика и ликвидации аварий на горных предприятиях»

2. В ходе работы проверить:

– активность использования учащимися визуализации учебного материала;

– работоспособность элементов модели визуализации учебной информации и самой модели.

Научная новизна заключается в обосновании модели визуализации учебной информации.

Постановка задачи.

Задачей является разработка трехмерной модели, на основе которой могут быть созданы различные обучающие видеоматериалы и приложения..

Чтобы сделать обучение более эффективным, необходимы современные средства компьютерного моделирования. С их помощью учащиеся, а так же горноспасатели способны эффективно приобретать профессиональные навыки, осваивать технику безопасности, учиться быстро и правильно реагировать на непредвиденные ситуации в шахте.

Одно из назначений разрабатываемого приложения заключается в его использовании в учебном процессе. Использование трехмерных моделей шахты в учебном процессе позволит учащимся сократить время на изучение динамично развивающегося горного предприятия, а в опасных ситуациях реальных шахт – своевременно принимать решения без существенного ущерба их здоровью.

Преимущество обучения для учащихся и горноспасателей при использовании информационных технологий с применением компьютерных 3D-моделей угольных шахт очевидно. В отличие от плоских чертежей объемные компьютерные модели интерактивны: можно выбрать любую точку обзора и рассмотреть объект в целом или его часть, найти пути решения для ликвидации аварии, прилагая минимум усилий.

Решение задачи.

Для выявления возможности и целесообразности использования компьютерных объемных 3D моделей шахт для обучения учащихся, в том числе горноспасателей был проведен эксперимент. Эксперимент проводился с использование 2D чертежа и 3D модели части вентиляционной схемы плана ликвидации аварий шахты «Белореченская». Для выявления эффективности организации учебного процесса привлекались преподаватели, которые оценивали работу горноспасателей по стобальной шкале. Формирование компетенций оценивалось по результатам тестирования, а познавательный интерес – по результатам анкетирования на основе самооценки учащихся, в том числе горноспасателей. Сравнительные оценки качества отдельных этапов учебных занятий, которые осуществлялись при подготовке и непосредственно, при выполнении заданий, методические указания к которым были представлены в электронном виде и иллюстрированы графикой в виде плоскопроекционных (2D) и объемных (3D) изображений (см. рис. 1), приведены в таблице.

а)

б)

Рис. 1. Компьютерные 2D (а) и 3D (б) модели иллюстративного материала в методических указаниях по выполнению заданий.

Таблица

Сравнительные оценки качества отдельных этапов выполнения задания

Диаграмма на рис. 2 демонстрирует изменение познавательного интереса в промежутки времени от начала семестра до его завершения.

Познавательный интерес ,%

Начало семестра середина семестра конец семестра

Рис. 2. Изменение познавательного интереса в течение семестра при использовании 2D и 3D изображений в качестве иллюстраций в учебных пособиях.

Выводы.

Приведенные данные подтверждают целесообразность использования объемных 3D моделей в учебном процессе. Резкое повышение познавательного интереса наблюдается в начале семестра. По мере обучения студенты постепенно привыкают к первоначально необычным для них изображениям объектов и познавательный интерес снижается, но наличие познавательного интереса, большей наглядности и информативности объемных изображений способствуют повышению эффективности процесса обучения.

Результаты исследований показали, что обучение с использованием анимации и другой графической информации позволяет:

– улучшить запоминание информации на 10…20%;

– улучшить восприятие (понимание) информации до 30%;

– до 50% уменьшает время обучения;

– использование изображений позволяет увеличить эффективность процесса обучения до 89%;

– анимации позволяют существенно улучшить восприятие данных по сравнению со статистическими изображениями.

Несмотря на значительное количество исследований по дисциплине «Профилактика и ликвидации аварий на горных предприятиях», технология обучения на основе 3D-моделирования требует особого внимания и отдельного научного исследования.

Литература

1. Медведев А.А. и др. Электронный информационный образовательный

ресурс «Оптимизация ресурсов компьютерной техники и расширение её технологических возможностей применения в учебном процессе». Свидетельство о регистрации электронного ресурса ОФЭРНиО РАО ГАН №18730 от 04.12.2012.

2. Роберт И.В. Теория и методика информатизации образования (психолого-педагогический и технологический аспекты). 3-е изд. М.: ИИО РАО, 2010. 356 с.

3. Селезнев В.А. Компьютерные технологии и образное представление информации в учебном процессе образовательных организаций // Теория и практика общественного развития. 2012. №1. URL: http//www.teoria-practica.ru (дата обращения: 24.09.2013).