Размещено на http://www.allbest.ru/

Оглавление

• Введение
• Глава 1. Освоение графических редакторов как актуальная проблема методики преподавания информатики в старших классах
• 1.1 Подходы к изучению обработки графической информации
• 1.2 Элективные курсы профильного обучения как форма организации учебной деятельности старшеклассников
• Глава 2. Условия формирования практических навыков работы в графическом редакторе
• 2.1 Разработка программы элективного курса "Компьютерная графика"
• 2.2 Дидактические и методические материалы элективного курса
• Заключение
• Список литературы
• Приложение

Введение

– рассмотреть подходы к изучению обработки графической информации;

– изучить теоретическую и методологическую базу построения элективного курса;

– разработать элективный курс с дидактическим и методическим обеспечением, и внедрить его в учебный процесс.

Объект и предмет работы. Объект - процесс формирования навыков работы в графическом редакторе. Предмет работы - дидактические и методические условия процесса формирования навыков работы в графическом редакторе.

Методы исследования. В ходе выполнения работы применялись различные методы исследования: анализ, синтез и системный подход к исследованию объектов, процессов и явлений.

Эмпирическими источниками послужили результаты собственного исследования, проведенного на базе школы № 10 г. Нефтеюганска во время прохождения педагогической практики с 22 января по 17 марта 2007 г.

Апробация результатов исследования. Результаты исследования были представлены на педсовете школы № 10 г. Нефтеюганска. Также работа была представлена на Межвузовской студенческой конференции "Личность и образование в условиях интеграции в Европейское образовательное пространство" 10 апреля 2007 г. в НМИ, г. Нефтеюганск (очное участие), XII студенческой научной конференции "Актуальные проблемы гуманитарного и профессионального знания" 11 апреля 2007 г. в НФ МГЭИ, г. Нефтеюганск (заочное участие) и Международной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых "Наука и молодежь в начале нового столетия" 12-13 апреля 2007 г. в БГТУ им. Шухова, г. Губкин, Белгородская область (заочное участие).

Научная и практическая ценность работы. Разработанный элективный курс можно применять в учебном процессе школы на факультативных занятиях и элективных курсах; во внеаудиторной деятельности при организации кружковой работы для учащихся, заинтересованных в освоении программы Adobe Photoshop. Также данный курс можно порекомендовать для углубленного изучения информатики по направлению "Компьютерная графика и анимация".

Положения, выносимые на защиту. Процесс формирования навыков работы в графическом редакторе будет успешным, если:

1) будет создан элективный курс "Компьютерная графика";

2) будут внедрены дидактические и методические материалы в учебный процесс.

Структура работы. Выпускная квалификационная работа содержит введение, две главы, заключение, список литературы и приложения.

Глава 1. Освоение графических редакторов как актуальная проблема методики преподавания информатики в старших классах

1.1 Подходы к изучению обработки графической информации

Нетрудно понять, что растровый подход универсальный, т.е. он применим всегда, независимо от характера изображения. В силу дискретной (пиксельной) структуры экрана монитора, в видеопамяти любое изображение представляется в растровом виде. На современных ПК используются только растровые дисплеи, работающие по принципу построчной развертки изображения.

Информация в видеопамяти (видеоинформация) представляет собой совокупность кодов цвета каждого пикселя экрана. Отсюда следует, что вопрос о представлении изображения связан со способами кодирования цветов. Физический принцип получения разнообразных цветов на экране дисплея заключается в смешивании трех основных цветов: красного, зеленого и синего. Значит информация, заключенная в коде пикселя должна содержать сведения о том, какую интенсивность (яркость) имеет каждая составляющая в его цвете.

Необходимо раскрыть перед учениками связь между кодом цвета и составом смеси базовых цветов. Следует начать с рассмотрения варианта восьмицветной палитры. В этом случае используется трехбитовый код, и каждый бит такого кода обозначает наличие (1) или отсутствие (0) соответствующего базового цвета. В следующей таблице приведены коды восьмицветной палитры (таблица 1).

Таблица 1

Коды восьмицветной палитры

Биты в таком коде распределены по принципу "КЗС" (в английской аббревиатуре - RGB), т.е. первый бит отвечает за красную составляющую, второй - за зеленую, третий - за синюю. По этой теме ученики должны уметь отвечать на вопросы такого типа:

– смешиванием каких цветов получается розовый цвет?

– известно, что коричневый цвет получается смешиванием красного и зеленого цветов. Какой код у коричневого цвета?

При программировании цветных изображений принято каждому цвету ставить в соответствие десятичный номер. Получить номер цвета очень просто. Для этого его двоичный код, рассматривая как целое число, следует перевести в десятичную систему счисления. Тогда, согласно таблице 1, номер черного цвета - 0, синего - 1, зеленого - 2 и т.д. Белый цвет имеет номер 7. Полезными, с точки зрения закрепления знаний двоичной системы счисления, являются вопросы такого рода:

– не глядя в таблицу, назвать десятичный номер красного цвета.

Только после того, как ученики разобрались с 8-цветной палитрой, можно переходить к рассмотрению кодирования большего числа цветов. Таблица кодов 16-цветной палитры приведена ниже (таблица 2). Это те же восемь цветов, но имеющие два уровня интенсивности. Например, если в 8-цветой палитре код 100 обозначает красный цвет, то в 16-цветной палитре: 0100 - красный, 1100 - ярко-красный цвет; 0110 - коричневый, 1110 - ярко-коричневый (желтый). Палитры большего размера получаются путем раздельного управления интенсивностью каждого из трех базовых цветов. Для этого в коде цвета под каждый базовый цвет выделяется более одного бита. Например, структура восьмибитового кода для палитры из 256 цветов такая: "КККЗЗЗСС", т.е. по 3 бита кодируют красную и зеленую составляющие и 2 бита - синюю. В результате красная и синяя составляющие имеют по 8 (2³) уровней интенсивности, а синяя - 4 (2²). Всего 8Ч8Ч4 = 256 цветов.

Таблица 2

Коды шестнадцатицветной палитры

Связь между разрядностью кода цвета - b и количеством цветов K (размером палитры) выражается формулой: K = 2^b (таблица 3). В литературе по компьютерной графике величину b принято называть битовой глубиной цвета. Так называемая естественная палитра цветов получается при b = 24. Для такой битовой глубины палитра включает более 16 миллионов цветов [31, с. 193-195].

Таблица 3

Режимы представления цветной графики

Различают несколько режимов представления цветной графики: а) полноцветный (True Color); б) High Color; в) индексный. При полноцветном режиме для кодирования яркости каждой из составляющих используют по 256 значений (восемь двоичных разрядов), то есть на кодирование цвета одного пикселя (в системе RGB) надо затратить 8*3=24 разряда. Это позволяет однозначно определять 16,5 млн. цветов. Это довольно близко к чувствительности человеческого глаза. Аббревиатура RGB получается из первых букв названий цветов, которые используются в этом режиме: Red (красный), Green (зеленый), Blue (синий). При кодировании с помощью системы CMYK для представления цветной графики надо иметь 8*4=32 двоичных разряда. CMYK расшифровывается как Cyan (голубой), Magenta (пурпурный), Yellow (желтый), blacK (черный). Режим High Color - это кодирование при помощи 16-разрядных двоичных чисел, то есть уменьшается количество двоичных разрядов при кодировании каждой точки. Но при этом значительно уменьшается диапазон кодируемых цветов. При индексном кодировании цвета можно передать всего лишь 256 цветовых оттенков. Каждый цвет кодируется при помощи восьми бит данных. Но так как 256 значений не передают весь диапазон цветов, доступный человеческому глазу, то подразумевается, что к графическим данным прилагается палитра (справочная таблица), без которой воспроизведение будет неадекватным: море может получиться красным, а листья - синими. Сам код точки растра в данном случае означает не сам по себе цвет, а только его номер (индекс) в палитре. Отсюда и название режима - индексный [19]. При изучении данной темы следует раскрыть связь между величинами битовой глубины, разрешающей способностью графической сетки (размером растра) и объемом видеопамяти. Если обозначить минимальный объем видеопамяти в битах через Vm, разрешающую способность дисплея - MЧN (M точек по горизонтали и N точек по вертикали), то связь между ними выразиться формулой:

Vm = bЧMЧN.

Полученная величина - это объем видеопамяти, необходимой для хранения одного кадра, одной страницы изображения. Практически всегда в современных компьютерах в видеопамяти помещается одновременно несколько страниц изображения [31, с. 195].

Цветовые модели

Если говорить о кодировании цветных графических изображений, то нужно рассмотреть принцип декомпозиции произвольного цвета на основные составляющие. Применяют несколько систем кодирования: HSB, RGB и CMYK. Первая цветовая модель проста и интуитивно понятна, т.е. удобна для человека, вторая наиболее удобна для компьютера, а последняя модель CMYK - для типографий. Использование этих цветовых моделей связано с тем, что световой поток может формироваться излучениями, представляющими собой комбинацию "чистых" спектральных цветов: красного, зеленого, синего или их производных. Различают аддитивное цветовоспроизведение (характерно для излучающих объектов) и субтрактивное цветовоспроизведение (характерно для отражающих объектов). В качестве примера объекта первого типа можно привести электронно-лучевую трубку монитора, второго типа - полиграфический отпечаток.

1. Модель HSB характеризуется тремя компонентами: оттенок цвета (Hue), насыщенность цвета (Saturation) и яркость цвета (Brightness). Можно получить большое количество произвольных цветов, регулируя эти компоненты. Эту цветовую модель лучше применять в тех графических редакторах, в которых изображения создают сами, а не обрабатывают уже готовые. Затем созданное свое произведение можно преобразовать в цветовую модель RGB, если ее планируется использовать в качестве экранной иллюстрации, или CMYK, если в качестве печатной. Значение цвета выбирается как вектор, выходящий из центра окружности. Направление вектора задается в угловых градусах и определяет цветовой оттенок. Насыщенность цвета определяется длиной вектора, а яркость цвета задается на отдельной оси, нулевая точка которой имеет черный цвет. Точка в центре соответствует белому (нейтральному) цвету, а точки по периметру - чистым цветам (рисунок 1).

Рис.1. Цветовая модель HSB

2. Принцип метода RGB заключается в следующем: известно, что любой цвет можно представить в виде комбинации трех цветов: красного (Red, R), зеленого (Green, G), синего (Blue, B). Другие цвета и их оттенки получаются за счет наличия или отсутствия этих составляющих. По первым буквам основных цветов система и получила свое название - RGB. Данная цветовая модель является аддитивной, то есть любой цвет можно получить сочетанием основных цветов в различных пропорциях. При наложении одного компонента основного цвета на другой, яркость суммарного излучения увеличивается. Если совместить все три компоненты, то получим ахроматический серый цвет, при увеличении яркости которого происходит приближение к белому цвету (рисунок 2).

Рис.2. Цветовая модель RGB

При 256 градациях тона (каждая точка кодируется 3 байтами) минимальные значения RGB (0,0,0) соответствуют черному цвету, а белому - максимальные с координатами (255, 255, 255). Чем больше значение байта цветовой составляющей, тем этот цвет ярче. Например, темно-синий кодируется тремя байтами (0, 0, 128), а ярко-синий (0, 0, 255).

3. Принцип метода CMYK. Эта цветовая модель используется при подготовке публикаций к печати. Каждому из основных цветов ставится в соответствие дополнительный цвет (дополняющий основной до белого). Получают дополнительный цвет за счет суммирования пары остальных основных цветов. Значит, дополнительными цветами для красного является голубой (Cyan, C):

"голубой" = "зеленый" + "синий" = "белый" - "красный";

для зеленого - пурпурный (Magenta, M):

"пурпурный" = "красный" + "синий" = "белый" - "зеленый";

для синего - желтый (Yellow, Y):

"желтый" = "красный" + "зеленый" = "белый" - "синий".

Причем принцип декомпозиции произвольного цвета на составляющие можно применять как для основных, так и для дополнительных, то есть любой цвет можно представить или в виде суммы красной, зеленой, синей составляющей или же в виде суммы голубой, пурпурной, желтой составляющей. В основном такой метод принят в полиграфии. Но там еще используют черный цвет (BlacК, так как буква В уже занята синим цветом, то обозначают буквой K). Это связано с тем, что наложение друг на друга дополнительных цветов не дает чистого черного цвета (рисунок 3) [19].

Рис.3. Цветовая модель CMYK

Векторный подход

При векторном подходе изображение рассматривается как совокупность простых элементов: прямых линий, дуг, окружностей, эллипсов, прямоугольников, закрасок и пр., которые называются графическими примитивами. Графическая информация - это данные, однозначно определяющие все графические примитивы, составляющие рисунок.

Векторная графика - это способ представления графических изображений, при использовании которого различные элементы картинки хранятся в виде математически описанных образов, таких, как контуров, графических примитивов, и подобных простых объектов. Каждый из элементов характеризуется набором таких параметров, как цвет заливки, цвет и толщина обводки и пр. Главным преимуществом векторной графики является то, что при ее масштабировании не ухудшается качество выходного изображения, и в полном отсутствии эффекта пикселизации, который хорошо виден при увеличении размеров растровых графических данных. Также, для векторной графики характерно то, что при изменении размеров изображения не меняется размер выходного хранимого дискового файла в векторном формате и не увеличивается число контуров и точек изображения, а лишь корректируется выходной физический размер картинки. Все это делает использование векторной графики незаменимым при создании ваших публикаций для многих ее отдельных элементов: текстовой части, орнаментов, логотипов и прочего.

Еще одним позитивным моментом векторной графики является то, что она обрабатывается растровым процессором по возможности, с его максимальным разрешением, в результате чего контуры получаются более качественно прорисованными, чем эти же изображения, сделанные в растровом представлении. Кроме того, при небольшом числе элементов векторные файлы обрабатываются очень быстро, что уменьшает время, необходимое на его растеризацию в растровом процессоре. Однако недостатком векторной графики является ее практическая непригодность для представления полноцветных фотографических изображений с большим числом полутонов и оттенков. Для таких изображений обычно применяется растровая графика.

Положение и форма графических примитивов задаются в системе графических координат, связанных с экраном. Обычно начало координат расположено в верхнем левом углу экрана. Сетка пикселей совпадает с координатной сеткой. Горизонтальная ось X направлена слева направо; вертикальная ось Y - сверху вниз.

Отрезок прямой линии однозначно определяется указанием координат его концов; окружность - координатами центра и радиусом; многоугольник - координатами его углов, закрашенная область - граничной линией и цветом закраски и пр.

Компьютерная графика - это область информационных технологий, которую ученикам хочется реально увидеть, а не слушать разговоры о ней. Поэтому большое значение имеют демонстрации на компьютере разнообразных продуктов компьютерной графики: красочных рисунков, схем, чертежей, диаграмм, образцов анимационной и трехмерной графики. Следует обратить внимание учеников на то, что любимые многими из них компьютерные игры в большинстве имеют графический интерфейс, причем достаточно сложный. Программы, с помощью которых на компьютере получается трехмерное реалистическое изображение, изобилуют математическими расчетами. Программирование графики - одна из самых сложных областей в современном программировании. Благодаря существованию прикладных графических пакетов компьютерная графика стала доступна широкому кругу пользователей [31, с.322-323].

В базовом курсе информатики изучение компьютерной графики ограничивается краткими теоретическими сведениями о принципах хранения и обработки графической информации и приобретением начальных навыков работы с графическим редактором. Как правило, здесь используется относительно простой растровый графический редактор Paint, входящий в базовый пакет операционной системы Microsoft Windows. Для освоения принципиальных вопросов, связанных с обработкой графической информации и с точки зрения учебных целей, стоящих перед базовым курсом, Paint является вполне достаточным редактором растровой графики. Однако в профильном курсе компьютерной графики для получения рисованных изображений больше подходят такие профессиональные графические редакторы как Adobe Photoshop и CorelDraw - растровый и векторный редакторы соответственно. На изучение этих редакторов потребуется намного больше времени, чем на изучение редактора Paint. В результате учащиеся будут обладать навыками создания изображений практически любой сложности.

Наша работа направлена на формирование практических навыков работы в графическом редакторе Adobe Photoshop CS 8.0. в рамках элективного курса. Поэтому следует рассмотреть теоретическую базу построения элективного курса профильного обучения.

1.2 Элективные курсы профильного обучения как форма организации учебной деятельности старшеклассников

Как уже говорилось, одной из реалий современной школы является профильное обучение старшеклассников, включающее в себя триаду курсов:

– базовых (основных);

– профильных (специализированных);

– элективных (развивающих).

Если с двумя первыми все более или менее ясно, ибо они выступают преемниками обычных уроков, проводимых сейчас в школе, то с элективными курсами дело обстоит несколько иначе [16, с.8-10]. Во-первых, ощущается недостаток нормативных документов, регламентирующих варианты включения элективных курсов в обучение школьников и определяющих организацию и содержание элективных курсов в составе профильного обучения. Во-вторых, большинство методических разработок, предлагаемых к использованию, являются неапробированными и по большей мере носят рекомендательный характер. В-третьих, методологическая база элективных курсов не проработана и ждет своего уточнения. В-четвертых, нет общего подхода к разработке элективных курсов.

Разработка любого элективного курса начинается с выявления ключевых компонентов и объединения их в отдельные блоки. Среди подобных блоков обязаны присутствовать структурно-организационный блок и блок предварительного наполнения. Компоненты первого блока определяют остов (структуру) курса, а компоненты второго регламентируют предварительную подготовку учителя к проведению элективных курсов. Взаимосвязь компонентов выражена на рисунке (рисунок 5). Штрихпунктирными линиями показана взаимная зависимость между блоками, а обычные линии указывают на зависимость одного блока от другого.

Опираясь на схему, выразим свою точку зрения на технологию разработки элективных курсов любой направленности по любой школьной дисциплине, в том числе по информатике.

Рис.5. Компоненты структурно-организационного блока и блока наполнения материалов в подготовке элективных курсов

Началом разработки является определение профиля класса (гуманитарный, физико-математический, технологический, социально-экономический, естественнонаучный), т.е. выявление направленности учеников на конкретную сферу деятельности, и того, на какую возрастную группу обучаемых будет направлен курс - 10 и/или 11 класс. С целью уточнения предметной области и реализации возможных межпредметных связей, целесообразно либо провести предварительную беседу с учениками, либо детально проанализировать учебники и методические рекомендации, по которым будет вестись основной курс дисциплины. Беседу желательно организовать в последней четверти IX класса.

Перечисленные мероприятия помогут сориентироваться в функциональных возможностях курса:

получение дополнительных знаний, не отмеченных в программе основного курса дисциплины;

углубление знаний по предмету;

подготовка к предполагаемой профессиональной деятельности (овладение начальными профессиональными навыками);

подготовка к сдаче ЕГЭ или поступлению в вуз.

Функции элективного курса существенно влияют на определение его целей и задач. Например, если курс направлен на подготовку к сдаче ЕГЭ или поступлению в вуз, то среди целей обязаны присутствовать обобщение и систематизация материала, формирование навыков, отработка умений и т.д.; если направленность курса - это углубление знаний по предмету, то его целями являются углубление или расширение знаний, выработка умений, повышение интереса к предмету и др. После определения и уточнения целей и задач, с учетом предметной области и возможных межпредметных связей выбираются изучаемые в рамках электива разделы, т.е. осуществляется тематическое планирование.

В зависимости от количества часов, выделяемых под элективный курс, осуществляется уточнение выбранных разделов (поурочное планирование): при небольшом количестве часов некоторые из разделов сокращаются в объеме, при большем, чем планировалось, количестве часов или разделы расширяются (т.е. материал рассматривается углубленно), или в изучение вводятся дополнительные разделы, относящиеся к данной предметной области. Если курс достаточно объемный, то желательно, чтобы все разделы относились к общей линии, но не были жестко связаны между собой. Это позволит установить своеобразные точки входа-выхода в курс, когда либо ученики смогут покидать курс, чувствуя трудность в усвоении материала, либо курс могут начать посещать новые учащиеся, узнавшие от своих товарищей, чем на нем занимаются, и заинтересовавшиеся им.

С учетом целей и задач курса, наполнения его разделов регламентируются формируемые знания, умения и навыки. На этом этапе следует определиться с методическими и техническими средствами, призванными помочь ученикам в формировании заявленных знаний, умений и навыков. Применительно к информатике ключевым средством выступает персональный компьютер с соответствующим программным обеспечением. Потом учитель из множества программ выбирает те, с помощью которых можно наиболее эффективно добиться результатов. Опираясь на семь отмеченных блоков, учитель формулирует название курса, как можно полнее отражающее суть электива.

Первым компонентом второго блока является определение минимально необходимых знаний, умений и навыков, которыми должны обладать старшеклассники, чтобы без особых проблем усвоить материал курса. Вторым - подбор форм занятий, учитывающих специфику заявленных разделов. В процессе непосредственного обучения выбор форм, в зависимости от их влияния на усвоение учениками программного материала, корректируется. На заключительном этапе разработки элективного курса формулируются формы отчетности. Они зависят от функций электива, количества выделенных часов, формируемых навыков и умений, используемых средств обучения. Целесообразно, чтобы учитель сделал подборку литературы и электронных изданий, работая с которой ученики смогли бы продолжить самообразование вне стен класса [16, с.8-13].

В базовом курсе информатики изучение компьютерной графики ограничивается краткими теоретическими сведениями о принципах хранения и обработки графической информации и приобретением начальных навыков работы с графическим редактором [31, с.570]. Профильное обучение позволяет вводить в учебный процесс элективные курсы, которые дают возможность углубленно изучить некоторые аспекты информатики. Разработка любого элективного курса начинается с выявления ключевых компонентов и объединения их в отдельные блоки.

Глава 2. Условия формирования практических навыков работы в графическом редакторе

2.1 Разработка программы элективного курса "Компьютерная графика"

Пользуясь разработанной технологией, которая представлена во втором параграфе первой главы, мы составили один элективный курс. Приведем конкретный пример - технологию разработки курса "Компьютерная графика". Курс "Компьютерная графика" - элективный курс для учащихся старших классов школ, гимназий, колледжей. Курс предназначен для учащихся, обучающихся в естественно-математическом профиле, однако может быть интересен и в социально-гуманитарном профиле.

Проанализировав учебники информатики различных авторов, а также программное обеспечение, используемое в школьном курсе информатики, мы пришли к выводу, что обработке графической информации отдано очень мало учебного времени. Ученики получают только элементарные навыки работы с графикой, используя при этом простейший графический редактор Paint, входящий в стандартный пакет операционной системы Microsoft Windows. Выявленные проблемы показали актуальность разработки курса, направленного на углубление знаний учеников в области изучения графики.

Исходя из проблемы, были сформулированы следующие цели:

– изучить форматы графических файлов и целесообразность их использования при работе с различными графическими программами;

– развить пространственные представления и воображение;

– рассмотреть применение основ компьютерной графики в различных графических программах;

и задачи курса:

– дать глубокое понимание принципов построения и хранения изображений;

– научить учащихся создавать и редактировать собственные изображения, используя инструменты графических программ;

– сформировать у учащихся навыки работы в графическом редакторе Adobe Photoshop;

– научить выполнять обмен графическими данными между различными программами;

– выработать навыки оперирования графическими объектами с применением различных технических устройств ввода графической информации.

Данный курс содержит 17 тем, которые образуют 7 разделов. Первая тема направлена на повторение учащимися способов кодирования графической информации, рассматриваемых в базовом курсе информатики. Остальные темы знакомят непосредственно с графическим редактором Adobe Photoshop и содержат практические задания: как конкретные, так и творчески-направленные. Последний седьмой раздел посвящен итоговой работе - выполнению проекта.

Образовательные результаты

Учащиеся должны овладеть основами компьютерной графики, а именно должны знать:

– особенности, достоинства и недостатки растровой графики;

– методы описания цветов в компьютерной графике - цветовые модели;

– способы получения цветовых оттенков на экране и принтере;

– способы хранения изображений в файлах растрового формата;

– методы сжатия графических данных;

– проблемы преобразования различных графических программ.

В результате освоения практической части курса учащиеся должны уметь редактировать изображения в программе Adobe Photoshop, а именно:

– выделять фрагменты изображений с использованием различных инструментов (область, лассо, волшебная палочка и др.);