Архитектура и геометрия тесно связаны. Архитектурные сооружения находятся в пространстве, являются его частью, вписываясь в определенные геометрические формы. Строения состоят из отдельных деталей, каждая из которых также строится на базе определенного геометрического тела или комбинации различных геометрических тел. При изучении стереометрии в 10-11 классах и для пропедевтики стереометрических знаний в 7-9 классах в своей педагогической практике я использую метод учебных проектов с применением 3D-моделирования архитектурных строений.
Изучение стереометрии в 10-11 классах и решение стереометрических задач вызывают затруднения у старшеклассников. Связаны эти трудности с недостаточно развитым пространственным воображением, неумением правильно представить и изобразить на плоском чертеже рассматриваемые тела в пространстве. Наглядности можно достичь, используя программы трехмерного моделирования. Зрительное восприятие объёмных геометрических объектов не всегда соответствует тем свойствам, которыми эти объекты обладают. Использование 3D- моделирования позволяет преодолеть это противоречие за счёт возможности рассмотреть объект со всех сторон, меняя ракурс, поворачивать. В отличие от обычных чертежей на бумаге или мелом на доске в компьютерную модель легко редактировать и корректировать. Практические работы в средах 3D позволяют освоить школьникам специфические умения и навыки, которые помогут в будущем профессиональном становлении; способствуют самоопределению в выборе профиля обучения. 3D-моделирование развивает логическое мышление, пространственное воображение, способствует развитию межпредметных связей. Особенно эффективными и эффектными стали занятия по моделированию зданий в стиле конструктивизма. Конструктивизм – применение геометрических принципов во всех сферах жизни (архитектура, мебель, одежда). Основоположники конструктивизма 20-х годов стремились к авангардному переустройству жизни - под стать революционной эпохе становления советского государства. Конструктивисты провозгласили новые эстетические идеалы, такие как простота, демократичность, утилитаризм предметного мира. Они следовали принципу максимальной эффективности использования объёма и соответствия формы функции. Характерные особенности конструктивизма – строгость, лаконичность форм, отлично читающаяся геометрия во внешнем облике здания. Смотря на постройки конструктивизма, мы можем наблюдать динамическое сочетание геометрических конструкций, ритмы вертикалей и горизонталей, Задача художественного выражения решалась не с помощью декора, а работой с материалами и формой. Для стиля характерны плоская крыша, массивный фундамент, удлиненные оконные проемы. Параллелепипеды переходят в цилиндры и кубы, окружности окон вписаны в плоскость квадратного фасада, сложные выступающие объемы перемежаются гладкими простенками, создавая целостный образ.
Многие сооружения советского конструктивизма получили широкое мировое признание: среди московских шедевров – дом архитектора Костантина Мельникова и спроектированный им же клуб им. Русакова, ДК им. Зуева (архитектор — Илья Голосов), ДК Пролетарского района, он же – ДК ЗиЛ (братья Веснины). Легендарный, но так и не воплощенный символ конструктивизма – проект памятника Третьему Интернационалу, более известный как башня Татлина. Архитектор Владимир Татлин предлагал построить башню высотой 400 метров, состоящую из наклонных металлических спиралей и балок, а внутри композиции размещались подвешенные вращающиеся с разной скоростью помещения в форме куба, пирамиды, цилиндра, полусферы. При всей фантастичности эта работа, хоть и осталась только в виде моделей, вдохновляла многих архитекторов на новые формы и способы применения стали, бетона и стекла.
Интерактивная карта памятников советского конструктивизма The Constructivist Project.
Для учебных проектов по созданию архитектурных сооружений наиболее подходящей оказалась среда SketchUp. По сравнению со многими популярными 3D-редакторами SketchUp обладает рядом преимуществ. В первую очередь, это очень понятный и простой в освоении интерфейс. Я много раз проводила занятия для неподготовленной аудитории, в которой подавляющее большинство класса составляли абсолютные новички в 3D-моделировании, Практика показывает, что уже после небольшого вступительного пояснения ребята могут воплотить собственные проекты по созданию трёхмерных моделей. Немаловажное преимущество SketchUp – наличие бесплатной онлайн-версии SketchUp Free. То есть не понадобится покупать и устанавливать дорогостоящие 3D-пакеты. В отличие от Blender SketchUp не требователен к характеристикам компьютеров и вполне сносно работает и не на самом современном школьном оборудовании. Разработчики позиционируют платформу в качестве инструмента, где создание 3D-моделей оптимизировано для архитекторов, дизайнеров, что отражено и в наборе шаблонов.
Простой шаблон.
Архитектурный дизайн.
Конструкторская документация.
Городское планирование.
Ландшафтная архитектура.
Мебельные работы.
Интерьеры и производственный дизайн.
3D-печать.
Перед началом работы можно задать шаблон, в зависимости от назначения моделирования. Шаблоны имеют вариации в разных системах измерения: футы, сантиметры, метры. Размерности задаются в процессе построения объекта. Они вводятся с клавиатуры до или сразу после окончания действия инструмента. Есть инструмент, который дает возможность добавлять к модели выноски с обозначением видимых размеров в стиле чертежей позволяет вынести обозначения. Что позволяет составлять расчётные стереометрические задачи. В программе есть библиотеки компонентов, которые можно пополнять своими элементами и библиотека материалов.
Принцип моделирования в SketchUp прост. Сначала создается геометрическая фигура, представляющая собой контур сечения трехмерного объекта, который требуется смоделировать. Затем для преобразования полученной фигуры в трёхмерный объект можно применить к ней такие операции, как выдавливание, вращение, скос. Для построения многогранника достаточно выполнить построения плоской фигуры и при помощи инструмента Push/Pull («Тяни/Толкай») получить объемную фигуру. Тела вращения можно построить с помощью инструмента Follow Me («Ведение»). Подробнее.
Анализ успешно проведенных занятий по изучению и построению 3D-моделей архитектурных сооружений показал, что 3D-моделирование позволяет визуализировать сложные темы программы, способствует усвоению большего объема информации, развивает пространственное воображение и математическую культуру.
Существуют и подводные камни в организации проектной деятельности для изучения стереометрии. По учебному плану на изучение геометрии отведено два часа в неделю. Возникает проблема дефицита учебного времени. Например, для организации и проведения предложенной работы даже в самом быстром темпе требуется, как минимум, три часа.
Подготовительный этап (сбор информации об архитектуре в стиле конструктивизм, выбор объекта для моделирования). 1 час.
Практическая работа по 3D-моделированию архитектурного сооружения. 1 час. Представление, обсуждение, оценивание проектов. 1 час.
Решение видится в экономии времени за счёт укрупнения дидактических единиц и вынесения части работы из аудиторных занятий в классе на дом в логике «перевёрнутого класса». Ещё одна проблемная зона – система оценивания. Всегда сложно оценивать творческие работы. Выход - в разработке критериев оценивания. Среди параметров указывается соответствие стилю, точность реконструкции, сложность построенной модели.
Препятствием в организации проектной работы могут стать и сугубо утилитарное настроение современных старшеклассников, не желающих заниматься задачами, не имеющими, по их мнению, непосредственного отношения к ЕГЭ. Как правило, изучение новых тем на математике сопровождается заданным с уныло-подозрительной интонацией вопросом «А на ЕГЭ это будет?». Важно аргументированно убедить школьников в целесообразности и полезности проектной работы и для достижения предметных результатов. Залогом успешного решения геометрической задачи является правильно выполненный чертеж. Но, как уже говорилось ранее, не всегда это возможно сделать идеально. С помощью 3D-моделирования можно построить интерактивный динамический чертёж, что облегчит решение стереометрических задач.
Создание трёхмерных моделей архитектурных сооружений способствует достижению обучающимися предметных результатов учебных дисциплин «Математика», «Информатика», «Мировая художественная культура». Обучающиеся получают навык ориентирования в трехмерном пространстве. Учатся анализировать, сравнивать, выделять элементы геометрических тел, учитывать взаимное расположение геометрических тел в пространстве. Получают навыки построения моделей реальных объектов. Развивают способность для осознанного восприятия архитектурных памятников, отражающих особенности определённых исторических эпох. Таким образом, используя 3D-моделирование архитектурных сооружений, есть возможность обогатить предметное математическое содержание культурологическим содержанием.
О работе в SketchUp:
Моделируем в SketchUp. Инструкция «Дом»
Моделируем в SketchUp. Триумфальная арка
Моделируем в SketchUp. Тайницкая башня
