Mgr. Daniela Onačilová

Didaktika úvodného kurzu počítačovej grafiky

Dizertačná prácaŠkoliteľ: doc. RNDr. Andrej Ferko, PhD.

Katedra základov a vyučovania informatiky FMFI UK v Bratislave

03.12.2012

2

● Analýza a metodika návrhu úvodných kurzov počítačovej grafiky (ÚKPG) nie sú rozpracované.

● Existujú rôzne prístupy k výučbe ÚKPG.● Snaha využiť skúsenosti z odboru Teórie vyučovania

informatiky pri analýze a metodike návrhu ÚKPG.● Vysoký počet študentov v ročníku – cca 300.

Výskumný problém – vyučovanie počítačovej grafiky v rámci úvodného univerzitného kurzu. Zaoberáme sa však aj propedeutikou počítačovej grafiky na nižších stupňoch vzdelávania.

Motivácia

3

● Analyzovať úvodné vysokoškolské kurzy počítačovej grafiky, a na základe tejto analýzy vytvoriť súbor ich charakteristík, ktoré budeme do hĺbky skúmať.

● Opísať poznávací proces v počítačovej grafike od strednej školy až po absolvovanie úvodného kurzu.

● Zistiť, akú úroveň poznania majú študenti úvodného kurzu PG.

Ciele

4

?Výskumné otázky (VO)1. Podľa akých kritérií možno analyzovať už existujúce úvodné kurzy

počítačovej grafiky?a) Pomocou akých kritérií možno charakterizovať tieto kurzy? b) Akým okruhom tém sa ÚKPG venujú? c) Aké metódy výučby sa využívajú v ÚKPG?

2. Aké vedomosti z matematiky a informatiky v súvislosti s počítačovou grafikou má a mal by mať študent úvodného vysokoškolského kurzu PG?

a) Ktoré témy z predmetov matematika a informatika na strednej škole súvisia s počítačovou grafikou?

b) Aké sú prerekvizity úvodných kurzov PG na vybraných univerzitách?c) Akú úroveň programátorských a praktických zručností dosahujú študenti pred

úvodným kurzom na FMFI UK?d) Aké úrovne poznania dosahujú študenti ÚKPG?

3. Aký je pohľad študenta na počítačovú grafiku pred a po absolvovaní úvodného kurzu na FMFI UK?

5

Metódy riešenia výskumného projektu

Kvalitatívne aj kvantitatívne metódy výskumuMetódy zberu dát:● dotazník● vyhľadávanie na internete

Metódy analýzy dát:● analýza textu● opisná štatistika

6

Zdroje analyzovaných dát

7

Opis charakteristiky Pedagogická definícia podľa (Průcha et al., 2009)

Cieľová skupinaKomu je kurz určenýUrčitý segment populácie, na ktorý je zameraný nejaký napr. preventívny program

Prerekvizity Očakávané alebo požadované vstupné vedomosti, podmieňujúce pred-mety

Cieľ/ciele kurzu Aké ciele chce vyučujúci daným predmetom naplniť1 Účel, zámer výučby; 2 výstup, výsledok výučby

Časová dotácia Rozsah výučby z hľadiska času – v hodinách za týždeň/semester

Obsah výučby Aké témy sú predmetom vzdelávania

Učebnice, odporúčaná literatúra

Literatúra pokrývajúca obsah výučby

Metóda výučbySpôsob, akým sú vedomosti predávané študentomPostup, cesta, spôsob vyučovania. Charakterizuje činnosť učiteľa vedúcu žiaka k dosiahnutiu stanovených vzdelávacích cieľov

Podpora prednášky cvičeniami

Či je predmet podporovaný aj cvičeniami

Hodnotenie študentov

Hodnotenie a spôsoby hodnotenia vedomostí a zručností študentovV bežnej pedagogickej komunikácii hodnotia učitelia žiakov priebežne tak, že im oznamujú, aké sú ich výkony, úspechy ai.

Charakteristiky kurzu

VO 1. a)

8

VO 2.b)

Charakteristiky kurzu a ich analýza I.

Prerekvizity: teoretická informatika, programovanie, matematika

Časová dotácia: 1-3 prednášky/týždeň

Obsah výučby: (6 okruhov tém )● slovenské – 2D, (UCM, STU úplne bez 3D)● zahraničné – zobrazovanie priestorových dát = 3D a matematické

základy

Hodnotenie študentov: písomné testy, zadané úlohy programátorské, matematické, informatické, projekty, súťaže

čiastočne publikované 2009

VO 1.b)

VO 1. a 2.

9

Charakteristiky kurzu a ich analýza II.

Učebnice a odporúčaná literatúra:● počítačová grafika aplikačne/teoreticky● spracovanie obrazu● interakcia človek-počítač – HCI

Metódy výučby: ● programátorské prístupy● bez rasterizačných algoritmov● virtual reality based learning● modelovanie a CAD systémy● 2D grafika a spracovanie obrazu● teoretický prístup

VO 1. c)

VO 1. c)

10

Vstupné vedomosti študentov - ŠVP

● Porovnanie s Computer Graphics Knowledge Base Report od ACM SIGGRAPH Education Committee.

● Informatika – zobrazovacie zariadenie, grafický hardvér, základy algoritmizácie (prípadne programovanie), tvorba, úprava, ukladanie a zobrazovanie 2D rastrovej obrazovej informácie.

● Matematika – základy geometrie, funkcie, rovnice a nerovnice, vypustenie analytickej geometrie, absencia matíc.

publikované 2011

VO 2. a)

11

Vstupné vedomosti študentov - Dotazník

Programátorské zručnosti: ● rôznorodé, ale ovládajú aspoň základy programovania● C/C++, Pascal/Delphi, Java, iné

GSVM 2009 GSVM 2010 UPG 2009 UPG 20100

102030405060708090

100

Diagram E: Praktické zručnosti študentov

bmpvektfotopano3Danimwebprog

%

informatici 2009 informatici 2010 matematici 2009 matematici 2010

publikované 2011

VO 2. c)

12

Predstavy študentov o počítačovej grafike

Pred úvodným kurzom PG● Rôznorodé skúsenosti s grafickými nástrojmi a programovaním.● PG vnímajú hlavne aplikačne a pocitovo, zo skúseností a aplikácií

z okolia.● Teoretické pozadie PG nevnímajú.

Po úvodnom kurze PG● Objavujú teoretickú súčasť počítačovej grafiky.● Dopĺňajú si praktickú skúsenosť s tvorbou 3D grafického obsahu.● Zamýšľajú sa nad budúcim štúdiom v tomto odbore.

publikované 2011

VO 3

13

Úrovne poznania študentov úvodného kurzu - úvodOsem základných formálnych jazykov matematiky rozdeľuje (Kvasz, 2000) do dvoch skupín: ● symbolické jazyky aritmetiky ● ikonické jazyky geometrie

● Navrhli sme analógiu v počítačovej grafike.

● Využili sme zjednodušený referenčný model počítačovej grafiky.

14

Úrovne poznania študentov úvodného kurzu

1. Používateľ – zobrazovacie zariadenie, grafické aplikácie.2. Pokročilý používateľ – aktívne využívajú aplikačný grafický softvér, vytvárajú digitálny grafický obsah pomocou symbolického jazyka matematiky a informatiky.3. Programátor – používal profesionálnu grafickú knižnicou, programoval 3D grafický výstup, žiadne alebo veľmi slabé znalosti o grafickom systéme.

publikované 2012

VO 2. d)

15

Prínos

● Prehľad metód výučby úvodného kurzu počítačovej grafiky.● Deväť kritérií úvodných kurzov a šesť tematických okruhov

počítačovej grafiky, ktoré sú vhodné na analýzu a návrh úvodných kurzov počítačovej grafiky.

● Analýza všetkých dostupných slovenských a vybraných zahraničných kurzov – kurz je potrebné navrhovať v kontexte celého študijného programu.

● Analýza vstupných vedomostí slovenských študentov a návrh troch úrovní poznania pred úvodným kurzom počítačovej grafiky.

● Zistili sme, že náš úvodný kurz má svoje opodstatnenie, pretože na jeho základe sa študenti rozhodujú o budúcom štúdiu a získavajú základné vedomosti a zručnosti v oblasti tvorby 2D a 3D grafického obsahu.

16

Ďakujem za pozornosť

Mgr. Daniela Onačilová

Katedra základov a vyučovania informatiky FMFI UK v Bratislave

03.12.2012

daniela.onacilova@gmail.com

17

1. Aký je rozdiel medzi úlohami matematickými, informatickými a programátorskými?

Matematické úlohy – obsahujú matematické, výpočtové úlohy na precvičovanie/testovanie súvisiace s preberanou látkou z počítačo-vej grafiky.Informatické úlohy – obsahujú úlohy na precvičovanie/testovanie teórie v rámci počítačovej grafiky.Programátorské úlohy – sú zadania na implementáciu grafických algoritmov v niektorom programovacom jazyku.

prof. Ing. Veronika Stoffová, CSc.

18

2. Je nutné a dôležité predpisovať ako nástroj na realizáciu grafických algoritmov konkrétny programovací jazyk (C++, Java ...)?

prof. Ing. Veronika Stoffová, CSc.

Nie je to nutné.Skúmali sme, čo vyučujúci preferujú:● programovacie jazyky C/C++, Java● programátorsky zamerané prednášky● medzinárodne uznávané publikácie na podporu

vyučovania zamerané na programovanie● D. D. Hearn, M. P. Baker, (W. Carithers). Computer Graphics with OpenGL.

Prentice Hall.● E. Angel. Interactive Computer Graphics: Top-Down Approach Using OpenGL.● D. Shreiner, et al.. OpenGL Programming Guide. Addison-Wesley. (pozn. The

Red Book)

19

1. … (časová dotácia prednášky, metóda výučby prednášky, okruhy tém, odporúčaná literatúra, prerekvizity a spôsoby hodnotenia študentov). Prečo bolo vybratých práve týchto 5 kritérií pre hlbšiu analýzu? V čom bol problém skúmať ciele kurzov? Možno by to súviselo s tromi úrovňami poznania študentov.

1. Rozsah projektu2. Málo informačne hodnotné:

a) úvod do počítačovej grafikyb) opis obsahu kurzu

doc. RNDr. Gabriela Andrejková, CSc.

20

2. Odpovede respondentov v troch dotazníkoch boli zaznamenané v papierovej forme, nebolo by jednoduchšie spracovane, keby to bolo urobené v elektronickej forme?

doc. RNDr. Gabriela Andrejková, CSc.

Študenti● Skúsenosti z diplomovej práce – nemuseli dotazník vyhľadať,

nebol hodnotený – nevyplnili ho.● Na cvičenia nechodili všetci študenti, iba časť – skreslenie

výsledkov.● Počas priebežného a záverečného testu:

● bol na to vyhradený čas ● boli tam všetci, ktorí chceli byť klasifikovaní● papierová forma bola pre nich dostupnejšia

21

1. Vysvetlite pojem didaktika.

Didaktika je „pedagogickou disciplínou, teóriou vyučovania (grec. didasken = učiť sa, vyučovať)“ (Průcha et al., 2009)„...se zabývá: 1. tím, co a k jakým účelům se vyučuje; 2. tím, jak se to vyučuje.“ (Průcha, 2009, s. 102)

Rozdelenie na:1. teória a výskum kurikula2. teória a výskum vyučovania

Mgr. Júlia Tomanová, PhD.

22

2. V práci špecifikujte časti, ktoré by ste pomenovali didaktikou úvodného kurzu počítačovej grafiky.

Mgr. Júlia Tomanová, PhD.

Čo učiťTutoriály autorských nástrojov (0. iterácia výskumu) – 5 rokov využívaniaKurikulá (kap. 2.4) – ACM, IEEE, EurographicsAnalýza úvodných kurzov počítačovej grafiky (PG) (kap. 3) – 38 univ., 9 charakteristík, prerekvizity, obsahy, časová dotácia, hodnotenieAnalýza vyučovacích predmetov na SŠ súvisiacich s PG (kap. 4) – ŠVP: inf, matAnalýza úvodných kurzov počítačovej grafiky na FMFI UK (kap. 5) – 500 respond., vstupné vedomosti, predstavy o počítačovej grafikeÚrovne poznania študentov vzhľadom na referenčný model PG (kap. 5.5) – 3 úrovne

Ako učiťPrístupy k vyučovaniu ÚKPG (kap. 2.2) – 8 publ., 6 prístupovPublikácie určené na podporu vyučovania PG (kap. 2.3) – 12 publ., 6 tem. okruhovAnalýza úvodných kurzov počítačovej grafiky (PG) (kap. 3) – učebnice, prístupy

5 príspevkov k článkom pre virtuálne múzejníctvo 9 publikácií na konferenciách: 2 grafické, 2 geometrické, 3 didaktické