Виды технического творчества на современном этапе развития

 

Последние десятилетия во всем мире характеризуются значительным ростом внимания к развитию творческих возможностей людей. Усилия, направляемые на их наращивание, множатся с каждым днем. Вместе с тем, все очевиднее становится и то, что на пути развития творческих способностей школьников существуют определенные препятствия. Их не следует непосредственно связывать с недостатками практики. Не стоит думать, что школа и весь комплекс внешкольных воздействий на детей вообще не развивают их творческих возможностей. Постоянное обновление и заметное расширение круга людей, у которых с годами развивается большой творческий потенциал, делают факт такого развития очевидным. Не очевидно другое. Какие именно моменты педагогической практики и при каких условиях ведут к желаемому развитию? Не ясны его механизмы. Иначе говоря, нет однозначного ответа на вопросы, лежащие в плоскости специфических задач теории. Поэтому поиск препятствий на пути формирования креативной личности надо связывать с особенностями теоретических исследований в области педагогики и ряда смежных гуманитарных наук, так или иначе питающих педагогическую теорию материалами по проблеме творчества. Творчество далеко не новый предмет исследования. Оно привлекало внимание мыслителей на протяжении всего развития мировой культуры. О глубоком интересе к этому предмету можно судить по уходящему, вглубь веков и неугасающему стремлению создать «теорию творчества», вернее, по многократным попыткам ее построения. Попытки эти, конечно, не всегда были строго научным воспроизведением законов объективной действительности, не представляли собой логически завершенной системы знаний. В большинстве случаев они охватывали, описывали действительность на уровне явлений, нередко – фантастически, резко искаженно. В течение многих веков в истории изучения творчества «мирно сосуществовали» различные взгляды – научные и околонаучные представления, здравый смысл и предрассудки. Вечность этой проблемы заключена в самом динамизме становления реальных человеческих способностей, в их бесконечно разнообразных линиях формирования, проявлениях, применении. [Центр детского (юношеского) технического творчества]

Классификация технического творчества:

1. По степени связи с техникой

1) Чисто технические виды (моделирование, конструирование, компьютерное программирование и т.д.) (Рисунок 3) [16].

Рисунок 3 – Техническое моделирование чайника

 

2) С преобладанием эстетического момента (кино и фотолюбительство, художественное литье, кузнечное дело и т.п.) (Рисунок 4) [25].

Рисунок 4 – Кованный орел

 

3) Со спортивной доминантой (картинг, авиамодельный спорт, дельтапланеризм и др.) (Рисунок 5) [1].

 

Рисунок 5 – Авиамодельный спорт

 

2.  По содержанию деятельности

1) Техническое творчество, связанное с новейшими областями техники (электроника, компьютерная техника) (Рисунок 6) [31].

Рисунок 6 – Электроника

 

2) Техническое творчество, связанное с традиционными областями техники (механика) (Рисунок 7) [18].

Рисунок 7 – Механический конь

 

3) Техническое творчество, связанное с ремеслами, соединенными с простейшей «древней техникой» (плотницкое дело, художественная обработка металла, камня и др.) (Рисунок 8) [5].

Рисунок 8 – Плотницкое дело

 

3.  По степени творческого вклада

4) Конструирование и создание принципиально новых материальных систем. Возможно решение на уровне изобретения (Рисунок 9) [24].

Рисунок 9 – Тестирование экзоскилета

5) Повторение известных технических систем с небольшими изменениями (Рисунок 10) [8].

Рисунок 10 – Современный аналог велосипеда

 

6) Моделирование (Рисунок 11) [14].

Рисунок 11 – Моделирование ботинка

 

7) Мастерское овладение эксплуатацией чего–либо (починка, виртуозная работа с готовой «покупной» системой) (Рисунок 12) [15].

Рисунок 12 – Починка автомобиля

Способы визуализации

 

В ряде научных дисциплин визуализация применяется для кодирования информации и специально конструируются иконические и идеографические языки. Конструирование таких искусственных языков требует большой изобретательности и художественного воображения.

Без визуализации в широком смысле – воображения – научное творчество было бы невозможным. В своей основе оно опирается на знаково-символическую природу сознания, познающего мир опосредованно через целенаправленное создание искусственных языков и моделей. Визуализация в узком смысле в виде наглядных рисунков, графиков, чертежей выполняет многие функции: понимания, прояснения, доказательства, открытия и изобретения нового через наглядный образ и аналитическую работу мышления. В математике примерами могут служить процедуры геометрических доказательств, а в современной форме математического моделирования – анимационные компьютерные сценарии.

В настоящее время многие творческие люди с развитой способностью визуализации, рисуют трехмерный физический предмет с любого ракурса, даже из расположения в пространстве, которое физическое тело в принципе занять не может. Проведенные исследования феномена зрения и видения позволяют сделать выводы о разумности глаза, другими словами, наше видение в большей степени зависит от ментального конструирования предмета или ментальной визуализации. Мы видит то, что хотим видеть и то, что можем знать. Причем знание, сопровождающее видение, не обязательно представимо в речи. Визуальное понимание может быть ясным (ясновидение), но не обязательно четко осознанным и понятым через слово.

Сначала визуализация выполнялась вручную и представляла себе акварельный рисунок или отмывку тушью. Отмывка – это процесс нанесения кисточкой множества слоев воды подкрашенной тушью. Эти работы смело можно отнести к произведениям искусства (Рисунок 13) [4].

Рисунок 13 – Визуализация акварельным рисунком

 

Метод визуализации является также современным методом работы с абстрактными материями.

Компьютерная графика – это область информатики, в которой рассматриваются алгоритмы и технологии визуализации данных. Развитие компьютерной графики определяется в основном двумя факторами: реальными потребностями потенциальных пользователей и возможностями аппаратного и программного обеспечения. Потребности потребителей и возможности техники неуклонно растут, и на сегодняшний день компьютерная графика активно используется в самых различных сферах. Можно выделить следующие области применения компьютерной графики:

1) Визуализация информации.

2) Моделирование процессов и явлений.

3) Проектирование технических объектов.

4) Организация пользовательского интерфеса.

Визуализация информации

В большинстве научных статей и отчетов не обойтись без визуализации данных. Достойная форма представления данных – это хорошо структурированная таблица с точными значениями функции в зависимости от некоторых переменных. Но часто более наглядной и эффективной формой визуализации данных является графическая, а, например, при моделировании и обработке изображений – единственно возможная (Рисунок 14).

Рисунок 14 – Секторная диаграмма

 

Некоторые виды отображения информации различного происхождения перечислены в следующей таблице 1 [3].

 

Таблица 1 – Виды информации различного происхождения

1D–визуализация	2D–визуализация	3D-визуализация
- гистограмма; - секторная диаграмма	- ломанная кривая; - точечная диаграмма; - векторная диаграмма; - полутоновое изображение; - топографическая карта; - карта уровней	- поверхность; - векторная диаграмма; - карта объёма

 

Многие программы для финансовых, научных, технических расчётов используют эти и некоторые другие способы визуализации данных. Визуальное представление информации является прекрасным инструментом при проведении научных исследований, наглядным и веским аргументом в научных статьях и дискуссиях.

Моделирование процессов и явлений

Современные графические системы обладают достаточной производительностью для создания сложных анимационных и динамических изображений. В системах моделирования, которые также называются симуляторами, пытаются получить и визуализировать картину процессов и явлений, которые происходят или могли бы происходить в реальности. Самым известным и наиболее сложным примером такой системы является симулятор полётов, который используют для моделирования обстановки и процесса полёта при обучении пилотов (Рисунок 15) [33].

.

Рисунок 15 – Симуляция полетов

 

 В оптике симуляторы используются для моделирования сложных, дорогостоящих или опасных явлений. Например, моделирование формирования изображения или моделирования процессов в лазерных резонаторах.

Проектирование технических объектов

Проектирование является одной из основных стадий создания изделия в технике. Современные графические системы позволяют наглядно визуализировать проектируемый объект, что способствует скорейшему выявлению и решению многих проблем. Разработчик судит о своей работе не только по цифрам и косвенным параметрам, он видит предмет проектирования на своем экране. Компьютерные системы позволяют организовать интерактивное взаимодействие с проектируемым объектом и имитировать изготовление макета из пластичного материала. CAD–системы существенно упрощают и ускоряют работу инженера–конструктора, освобождая его от рутинного процесса черчения (Рисунок 16) [17].

Рисунок 16 – Проект технического объекта

 

В последние 5–7 лет визуальная парадигма при организации интерфейса между компьютером и конечным пользователем стала доминирующей. Оконный графический интерфейс встроен во многие современные операционные системы. Уже достаточно стандартизован набор элементов управления, которые используются при построении такого интерфейса. Большинство пользователей уже привыкло к такой организации интерфейса, который позволяет пользователям чувствовать себя более комфортно и повышать эффективность взаимодействия.

Всё это, говорит о том, что в самой операционной системе должны быть уже реализованы достаточно большое количество функций для визуализации элементов управления. Например, операционная система Windows предоставляет разработчикам GDI (Graphics Device Interface). Как показывает практика, для некоторых приложений возможностей, предоставляемых системной API, вполне достаточно для визуализации обрабатываемых данных (построения простейших графиков, представления моделируемых объектов и явлений). Но такие недостатки, как низкая скорость отображения, отсутствие поддержки трехмерной графики не способствуют ее использованию для визуализации научных данных и компьютерного моделирования. В некоторых научных и технических программах со сложным графическим выводом требуются функции для более быстрой, мощной и гибкой визуализации вычисленных данных, моделируемых явлений, проектируемых объектов.

Технологии компьютерной графики

В современных научных и технических приложениях сложная графическая вызуализация реализуется с использованием библиотеки OpenGL, которая стала стандартом de facto в области трёхмерной визуализации. Библиотека OpenGL представляет собой высокоэффективный программный интерфейс к графическому аппаратному обеспечению. Наибольшую производительность эта библиотека позволяет достичь в аппаратных системах, работающих на основе современных графических ускорителей (аппаратное обеспечение, освобождающее процессор и выполняющее вычисления, необходимые для визуализации) (Рисунок 17) [22].

Рисунок 17 – Графический проект автомобиля

 

Архитектура и алгоритмы были библиотеки разработаны в 1992 году специалистами фирмы Silicon Graphics, Inc. (SGI) для собственного аппаратного обеспечения графических рабочих станций Iris. Через несколько лет библиотека была портирована на многие аппаратно–программные платформы (в том числе Intel+Windows) и сегодня является надёжной многоплатформенной библиотекой.

Библиотека OpenGL является бесплатно распространяемой, что является ее несомненным достоинством и причиной столь широкого использования.

OpenGL является не объектно-ориентированной, а процедурной библиотекой (около сотни комманд и функций), написанная на языке С. С одной стороны – это недостаток (компьютерная графика – благодатная область использования объектно-ориентированного программирования), но зато работать с OpenGL могут программисты работающие на C++, Delphi, Fortran и даже Java и Python.

Совместно с OpenGL обычно используется несколько вспомогательных библиотек, которые помогают наcтроить работу библиотеки в данной среде или выполнить более сложные, комплексные функции визуализации, которые реализуются посредством примитивных функций OpenGL. Кроме того существует большое количество графических библиотек специализированного назначения, которые используют библиотеку OpenGL в качестве низкоуровневого базиса, своеобразного ассемблера, на основе которого строятся сложные функции графического вывода (OpenInventor, vtk, IFL и многие другие).

Фирма Microsoft тоже разработала и предлагает использовать для подобных целей мультимедийную библиотеку DirectX. Эта библиотека широко используется в игровых и мультимедийных приложениях, а в научных и технических приложениях распространения не получила. Причина заключатся, скорее всего, в том, что DirectX работает только под Windows [3].

Выводы по первому разделу

Анализ процесса развития технического творчества как вида человеческой деятельности показал, что это процесс по освоению технических знаний и созданию технических систем на основе предшествующего опыта и знаний, результатом которой является технический объект, обладающий признаками полезности и субъективной личности новизны. Целью технического творчества является создание принципиально нового технического объекта для удовлетворения общественной потребности.

Изучение видов технического творчества на современном этапе развития науки позволило сделать вывод, что в течение многих веков в истории изучения творчества «мирно сосуществовали» различные взгляды – научные и околонаучные представления, здравый смысл и предрассудки. Вечность этой проблемы заключена в самом динамизме становления реальных человеческих способностей, в их бесконечно разнообразных линиях формирования, проявлениях, применении.

Анализ способов визуализации объектов дает основание считать, что без визуализации в широком смысле – воображения – научное творчество было бы невозможным. В своей основе оно опирается на знаково*символическую природу сознания, познающего мир опосредованно через целенаправленное создание искусственных языков и моделей. Визуализация в узком смысле в виде наглядных рисунков, графиков, чертежей выполняет многие функции: понимания, прояснения, доказательства, открытия и изобретения нового через наглядный образ и аналитическую работу мышления. В математике примерами могут служить процедуры геометрических доказательств, а в современной форме математического моделирования – анимационные компьютерные сценарии. В ряде научных дисциплин визуализация применяется для кодирования информации и специально конструируются иконические и идеографические языки. Конструирование таких искусственных языков требует большой изобретательности и художественного воображения.