3D MODELIRANJE RAČUNALOM - METODOLOGIJA RADA SA STUDENTIMA
Provjera postupka

Krešimir Štih, Sanja Bjelovučić Kopilović

Sažetak

Odabir načina pristupa u nastavi 3D modeliranja pomoću računala pokazalo se značajnim za postignuti uspjeh studenata. Cilj rada je opisati iskustva u radu sa studentima te na raspolaganje staviti saznanja vezana uz praktični dio nastave kroz koju studenti savladavaju osnove grafičkog 3D modeliranja. Korištena odabrana aplikacija je AutoCAD, a cilj vježbi je usvojiti metodologiju pristupa 3D modeliranju. Naglasak se stavlja na prilagođavanje vođenja vježbi pozitivnom odzivu studenata na tijek vježbi temeljeno na iskustvu predavača kroz nekoliko generacija studenata. Opisani su postupci i način individualnog pristupa pojedincima ovisno o njihovoj zainteresiranosti i razini predznanja. Na kraju se daje kratki pregled statističke prolaznosti generacija studenata na prva dva ispitna roka svake promatrane generacije.
Ključne riječi: računalna grafika, laboratorijske vježbe, 3D modeliranje, AutoCAD

3D MODELLING USING COMPUTER GRAPHICS - LECTURES METODOLOGY
Case Study

Krešimir Štih, Sanja Bjelovučić Kopilović

Summary

The methodology of lectures in 3D modelling using computer graphics is important regarding the final success of the knowledge awareness. The article is an overview through the specific part of exercises. The aim of the article is to describe the experiences and share the knowledge from the laboratory work with the students in 3D computer graphics. The used application is AutoCAD with final aim to engross with 3D modelling basics. The accent is put to fit the exercise flow to students’ positive feedback. The described experience is based upon the several generations of the students. Proceedings and individual approach depending upon the skills and knowledge level of the students are considered. Finally, the rough statistics of the success on the first and second examine test for each of observed generations is given.Key words: computer graphics, exercise 3D modelling, AutoCAD
Metodologija nastave 3D modeliranja u računalnoj grafici prikazuje se kroz temeljne zahtjeve koje treba ispuniti za kvalitetno ispunjavanje postavljenih zadataka. Temeljem iskustva kroz rad sa studentima došlo je do „evolucije“ pristupa nastavi te se iznose postignuta poboljšanja u postizanju rezultata. Uz računalo kao neizbježno nastavno pomagalo, dan je osvrt na potrebne ostale uvjete rada. Na kraju je prikazana statistika uspjeha studenata.
Općenito o izvođenju nastave
Laboratorijske vježbe odvijaju se u laboratoriju opremljenom potrebnim brojem računala i odgovarajućom aplikacijom kako bi tijekom vježbi svaki student samostalno mogao obavljati postavljene zadatke. Vježbe studenti izvode samostalno na računalu čime se izravno potiče aktivnost i zainteresiranost pojedinca. Cilj nastave je stjecanje znanja iz područja računalne grafike uz razumijevanje primjene pojedinih cjelina na konkretne zahtjeve u praksi, posebno vezano uz primjenu računala u računalnoj grafici.
Odabrana aplikacija
AutoCAD je precizna računalna tehnički orijentirana aplikacija koja sadrži sve bitne elemente modeliranja te se korisnicima neće teško biti uključiti u rad s ostalim računalnim grafičkim aplikacijama slične namjene.
Nastava 3D modeliranja u početku se izvodila olovkom i papirom. Potreba za praćenjem suvremene tehnologije te šira dostupnost računala rezultirali su uvođenjem modeliranja računalom i prvim korištenjem aplikacije AutoCAD 14. Danas je aktualna verzija AutoCAD2008 koja je nakon prethodno spomenute prve korištene verzije šesta po redu inačica ove inženjerske aplikacije.

Literatura korištena za izvođenje vježbi - u pozadini izvršeni studentski seminarski rad

Literatura
Iako na tržištu postoji niz priručnika namijenjenih raznim kategorijama korisnika, Sanja Bjelovučić Kopilović je 2000. godine pripremila udžbenik “Konstruiranje računalom u osnovama strojarstva za grafičke inženjere”. Udžbenik uz neophodan opis osnovnih funkcija AutoCAD 14 aplikacije sadrži tri kompleksne vježbe predstavljajući osnovnu bazu znanja potrebnu studentima za usvajanje postupaka za 3D modeliranje računalom. Bez obzira na nekoliko novih izdanja primjenjene aplikacije, udžbenik je i danas, osam godina nakon izdanja u cijelosti primjenljiv. Razvojem AutoCAD aplikacije, u primjenu tijekom 2003. godine ulazi inačica AutoCAD 2004. Istovremeno je autorica gore spomenutog udžbenika pripremila novo izdanje, prilagođeno odabranom programu kolegija, ali u potpuno novoj izvedbi: udžbenik je pripremljen prema AutoCAD 2004 inačici i izdan u listopadu 2004. godine pod naslovom “Primjeri iz tehničkog crtanja i nacrtne geometrije riješeni u AutoCAD-u 2004” kao digitalni udžbenik na CD ROM-u.
Potrebno je naglasiti da je ovo prvi elektronički udžbenik u Hrvatskoj s Autorskom-Nekomercijalnom-Nederivativnom Licencom te korisnik smije kopirati i javno prikazivati sadržaj udžbenika uz uvjete navedene u licenci.
Odvijanje nastave i rad na računalima
Nastava obrađuje 3D modeliranje kroz tri kompleksne vježbe modeliranja računalom.
Dok studenti samostalno na svojim računalima prate tijek rada, voditelj vježbi koristi pokazno računalo spojeno na projektor. Ploča i kreda ponekad se iznimno mogu koristiti za dodatno objašnjenje pojedinih prikaza.
Ostvarena poboljšanja u nastavi
Bitnim poboljšanjem u odvijanju nastave pokazao se upravo interaktivni rad sa studentima. Uz pretpostavku da se većina studenata prvi puta susreće s zadatkom ovakve vrste, rješenju se prilazi kroz razgovor na koji bi se način riješio zadatak uz projekciju složenog 2D lika računalom na platnu. Nakon što se dobije odgovor koji najčešće sadrži nekoliko ideja kako izvršiti zadatak, prilazi se njihovoj analizi ukazujući na dobre i loše strane pojedinih rješenja. Po obavljenoj analizi, studenti koji su pratili izlaganje mogu samostalno započeti rješavanje zadatka na svojim računalima ukoliko im se pomogne s odabirom odgovarajućih funkcija karakterističnih za AutoCAD.
Korištenje računala i projektora uvelike podiže kvalitetu nastave. Za usporedbu dobro je pogledati kako izdleda nastava koja koristi isključivo ploču i kredu. Vrijeme koje je potrebno da bi se na ploči kredom iscrtale potrebne radnje praktički je prazan hod, a studenti dodatno izgube koncentraciju jer istovremeno pokušavaju „preslikati“ materiju u svoje zabilješke. Jasno je da to rade uglavnom bez dubljeg shvaćanja problematike kojom se bave, a kasnije, prilikom objašnjavanja, teže će usvojiti metodologiju jer naprosto promatraju crtež bez aktivnog sudjelovanja. Teško je očekivati da će kasnije, prilikom pokušaja ponavljanja kod kuće, bez pomoći udžbenika biti u stanju izvršiti zadatak.
Korištenjem projektora kao nastavnog pomagala i vlastitog računala student je primoran aktivno se uključiti u izvršenje zadatka, a tijekom izvršenja biva vođen detaljnim uputama voditelja te može točno shvatiti koja je svrha operacije koju trenutno izvodi. Time se značajno podiže razina usvojenih vještina na nastavi te se kasnije, prilikom ponavljanja može očekivati da će samostalno na računalu biti u stanju izvršiti potrebne radnje koje će dovesti do očekivanog rezultata.
Prije svega, osnovna je pretpostavka da studenti posjeduju osnovnim znanjem za korištenje osobnog računala (platforma “Windows”). Od samog početka, studentima je potrebno nametnuti svrhu laboratorijskih vježbi: cilj vježbi nije savladati samu primjenu aplikacije, već je cilj savladati načine koji dovode do rješenja zadatka, a korištena aplikacija zapravo je samo usputni “alat” kojim se korisnik služi. Bitno je naglasiti da je danas računalo neizostavno pomagalo u rješavanju postavljenih zadataka u praksi. Time se otvara mogućnost da korisnik u konačnici ne ovisi o alatu, već kroz iskustvena saznanja odabire odgovarajuću metodu dolaska do rješenja te, služeći se bilo kojom standardnom aplikacijom, vrlo brzo pronalazi način koji će uz određenu aplikaciju primijeniti.
Sljedeći korak je upoznati studente s korisničkim sučeljem te osnovnim razlikama u odnosu na ostale standardne aplikacije te prilagođavanje sučelja vlastitim potrebama. Posebne funkcije i cjeline karakteristične za grafičke aplikacije (npr.korištenje slojeva - layer-a) detaljnije se obrađuju kako bi studenti shvatili njihovu općenitu namjenu koja je zajednička i ostalim grafičkim aplikacijama uključujući i izradu animacija i obradu videa.
Voditelju vježbi je zadatak identificirati studente koji već otprije vladaju AutoCAD-om te ih na odgovarajući način “neutralizirati”, odnosno spriječiti u nuđenju gotovih rješenja jer time obeshrabruju ostale koji još nisu u stanju brzo donijeti odgovarajuću odluku. Iskustvo je pokazalo da je korisno odabrati studenta srednje razine vještine koji će uz pomoć voditelja na pokaznom računalu rješavati zadatak korak po korak. Ostatak grupe prati rad na vlastitim računalima. Pomoć voditelja u većini je slučajeva “glasno razmišljanje” koji je najpovoljniji izbor sljedećeg koraka uz postavljanje kratkih pitanja na koja studenti iz grupe spontano odgovaraju. Iako bi se promatraču sa strane moglo učiniti da se u laboratoriju odvija neuredna nastava, sudionici vježbi vrlo brzo uspostavljaju međusobnu komunikaciju i takvi spontani odgovori su dobro došli, nema prekidanja kontinuiteta rada, do rezultata se dolazi vrlo brzo, a cijela grupa dobiva dodatnu motivaciju čime se povećava koncentracija, a s druge strane potiče se i određeni oblik timskoga rada.
„Statička“ nastava u kojoj voditelj samostalno izvršava zadatak na pokaznom računalu, a studenti ga samo prate također nije davalo zadovoljavajuće rezultate. Studenti nisu bili motivirani za rad jer je netko za njih praktički odradio cijeli posao. Iako se takvom metodom u početku dobivalo na brzini rada, pokazalo se da studenti ne pokazuju dovoljan interes niti koncentraciju što do izražaja dolazi u kasnijim ciklusima vježbi gdje dolazi do ozbiljnijeg poremećaja dinamike u kojem studenti postaju neučinkoviti te se početna prednost vrlo brzo gubi i dolazi u vremenski tjesnac.
Standardni uvjeti rada
Osim opreme koju je potrebno osigurati, poboljšanja su moguća i u nekim drugim, općim uvjetima odvijanja nastave. Bitno je da studenti na nastavu dođu relaksirani. Drugim rječima, odabrana satnica igra značajnu ulogu. Nadalje uvjeti okoline isto tako utječu na koncentraciju i angažman studenata. Pretopli prostor laboratorija pridonosi brzom zamoru i padu interesa kod studenata. Nastava u popodnevnim satima u sumrak povoljno utječe na koncentraciju jer pogoduje svjetlosnim uvjetima - većinom se koristi projekcijsko platno te zasloni monitora, prevelika razina osvjetljenja u ovom slučaju nije potrebna.
Reakcija studentske grupe na prvi zadatak
Zbog čega na pokaznom računalu zadatak rješava student, a ne voditelj vježbi? Razloga je više:
1. Odabirom studenta srednje razine znanja za prvu vježbu, odabrani će student dobro utvrditi do sada stečeno znanje zbog povećane razine koncentracije;
2. Srednja razina znanja studenta koji radi na pokaznom računalu uvjetuje prosječnu brzinu izvršenja zadatka, a samim tim i dinamiku rada cijele grupe;
3. Za očekivati je da napredniji studenti sa znanjem iz tematike stečenim otprije brže odrade zadatak nakon čega bi mogli stvarati određene poteškoće u izvođenju nastave (ili podizanjem “negativne” tenzije kroz razgovore nevezane s gradivom ili se neprimjereno uključuju u tijek nastave. Takve studente ne bi valjalo pustiti da rade na pokaznom računalu jer ih ostali iz grupe ne bi mogli pratiti, a voditelju vježbi ne bi se pružila prilika detaljnije objasniti pojedine korake rješenja. Pokazalo se korisnim takvim studentima (obično se radi o jednoj do tri osobe) dopustiti izradu cijele vježbe do planirane razine za dotični krug vježbi nakon čega je slobodan. Time se ujedno isključuju iz uobičajene dinamike vježbi te izostaje njihovo upadanje u diskusiju o trenutnim koracima rješenja;
4. Zahvaljujući studentu koji radi na pokaznom računalu, voditelju vježbi ostaje dovoljno prostora kroz pojedinačne razgovore utvrditi razloge sporijeg izvršenja zadatka kod pojedinaca. Studenti koji teže usvajaju znanje, a oni redovito koreliraju sa skupinom koja nije samostalno izradila zadatak od prethodnog kruga vježbi, mogu se podijeliti u dvije skupine, prvoj pripadaju nemarni studenti, dok se drugoj skupini studenata koji na prvi pogled teže usvajaju gradivo tijekom vježbi, treba pomoći i pokušati ustanoviti koji je tome uzrok.
Iskustvo tijekom nekoliko generacija studenata pokazalo je da se svi studenti koji redovito pohađaju vježbe uključe u aktivan rad. Pojedinci koji nisu zainteresirani za rad obično prestanu redovito pohađati nastavu. Statistički gledano, takvih je studenata oko 3-5% (jedan do dvoje) u jednoj generaciji izuzmu li se “redoviti” ponavljači.
Seminarski radovi
Uz pomoć nastavnika (asistenta) svaki student će računalom kreirati praktični primjer i analizirati ga. Student uz pomoć voditelja bira projekt - praktični primjer, kreira ga, opisuje postupak kreiranja i prezentira projekt i postupak kreiranja. Uobičajeno se seminarski radovi zadaju po završetku grupe zadataka koji se obrađuju. Studenti radove predaju u digitalnom obliku (disketa ili CD) izrađene u zadanim fazama dovršenosti (ukupno 5 faza pohranjenih u 5 dokumenata). Voditelj pregledava radove i za svakoga studenta odabere dio koji će sami prezentirati na računalu.
Provjera znanja
Savladano gradivo iz područja računalne grafike kod studenta se provjerava izravno kroz rad studenta na računalu jednim složenim zadatkom. Studenti zadatak rješavaju samostalno na laboratorijskim računalima. Slika zadanog modela, uz prikaz na ispitnom pitanju, projicira te se studentima omogućuje dobar uvid u potrebno rješenje. Ukoliko je potrebno, ispitivač studentima može objasniti zahtjeve koje zadatak postavlja. Kako je cilj prvenstveno ovladavanje metodama računalnog modeliranja, nije nužno da student zadatak riješi do kraja, već je dovoljno da zadatak postavi do razine s koje je dovršenje pitanje samo rutinsko korištenje aplikacije što je u ovom slučaju stavljeno u drugi plan.
Time ujedno pismeni dio ispita gubi klasične značajke ispita. Studenti koji uspješno pokrenu rješenje, na kraju će kroz razgovor s ispitivačem pokazati da vladaju vještinama potrebnim za modeliranje, dok tehnički, samo modeliranje neće biti potrebno dovesti do kraja jer taj dio ionako ovisi o korištenoj aplikaciji (AutoCAD je tek jedna od niza mogućnosti).

Statistika uspjeha
Uspjeh studenata na pismenom dijelu ispita analiziranje uz sljedeće parametre:
- Broj studenata koji trebaju pristupiti ispitnom roku isključivši studente koji u tekućoj akademskoj godini nisu pohađali vježbe (ponavljači i sl.),
- Broj studenata koji pristupaju ispitu na pojedinom ispitnom roku,
- Broj studenata koji su uspješno položili pismeni dio ispita
- Srednja ocjena (samo studenti koji su položili ispit)
- Promatra se samo zimski ispitni rok

Ovakvi rezultati pokazuju da relativno veliki broj studenata pristupa ispitu (oko trećine polaznika već na prvom roku), a prosječno polovica studenata uspijeva i položiti pismeni dio ispita. Srednja ocjena studenata koji su položili pismeni ispit blizu je 4 što pokazuje dobru razinu znanja studenata.
Generacija prije 2005. godine vođena je bez inzistiranja na djelomično samostalnom radu studenata izvan vremena održavanja vježbi, a kao rezultat dobiven je znatno slabiji odziv studenata na prve ispitne rokove. Takva se situacija može protumačiti nižom razinom znanja pa se studenti ne žele nespremni uputiti na ispit.
Zaključak
Vođenje laboratorijskih vježbi korištenjem računala i grafičkih aplikacija te interakcije studenata i postavljenih zadataka može u početnoj fazi predstavljati određenu poteškoću za prosječnog studenta, međutim, pristup radu djeluje poticajno na studente jer generira potrebu aktivnog sudjelovanja u nastavi te time učinkovitijim ovladavanjem osnovnim metodama računalnog 3D modeliranja. Uz angažman studenata tijekom nastave, umjesto često zamornih ponavljanja istovjetnih radnji, student dobiva jednostavnije zadatke koje sam rješava van redovne nastave čime se otvara prostor za mogućnost proširenja opsega samoga kolegija, a što je vrlo bitno u suvremenom napretku tehnologije i neprestanom razvijanju novih procedura i tehnologija modeliranja. Konačan rezultat je “linearnije” usvajanje znanja, mogućnost kontinuiranog praćenja rada studenata tijekom odvijanja ciklusa vježbi te očekivani bolji uspjeh studenata na kraju semestra. Nedostatak ovakvog načina rada uočava se samo kod neredovitih studenata i studenata nezainteresiranih za aktivno sudjelovanje u radu. Uzevši u obzir pozitivno djelovanje na ostale studente, ovakav je način rada prihvatljiv jer stimulativno djeluje većini studenata u konačnici olakšava rad te omogućuje dodatno usvajanje drugih znanja zahvaljujući njihovoj vlastitoj aktivnosti.