РАЗВИТИЕ ПРОСТРАНСТВЕННОГО МЫШЛЕНИЯ В ИНЖЕНЕРНОЙ ГРАФИКЕ: ЭМПИРИЧЕСКАЯ ВАЛИДАЦИЯ ИНТЕРАКТИВНЫХ АНИМАЦИЙ ADOBE AFTER EFFECTS

АННОТАЦИЯ

В статье представлены результаты эмпирического исследования эффективности методики "процессуальной анимации" с использованием Adobe After Effects для развития пространственного мышления студентов инженерных специальностей. Проведено рандомизированное контролируемое исследование с участием 40 студентов, показавшее статистически значимое улучшение результатов экспериментальной группы на 42% по сравнению с контрольной группой (p < 0,01) и сокращение процедурных ошибок на 41% (p < 0,05). Результаты подтверждают эффективность предложенной методики для модернизации образовательного процесса в инженерной графике.

ABSTRACT

This article presents the results of an empirical study on the effectiveness of "procedural animation" methodology using Adobe After Effects for developing spatial thinking in engineering students. A randomized controlled trial with 40 participants demonstrated statistically significant 42% improvement in the experimental group compared to the control group (p < 0.01) and 41% reduction in procedural errors (p < 0.05). The findings validate the proposed methodology for modernizing engineering graphics education.

Ключевые слова: инженерная графика, начертательная геометрия, Adobe After Effects, пространственное мышление, 3D визуализация, педагогический эксперимент, теория когнитивной нагрузки.

Keywords: Engineering Graphics, Descriptive Geometry, Adobe After Effects, Spatial Thinking, 3D Visualization, Pedagogical Experiment, Cognitive Load Theory.

Введение

Инженерная графика и начертательная геометрия составляют фундаментальную основу технического образования, играя crucialную роль в формировании пространственного мышления и проектных компетенций будущих инженеров [1]. Однако традиционные методы обучения, основанные преимущественно на статических двумерных чертежах и схемах, демонстрируют ограниченную эффективность при передаче сложных трехмерных геометрических преобразований и динамических процессов [2].

Современные цифровые инструменты, включая системы автоматизированного проектирования (CAD) и программы трехмерного моделирования, безусловно, расширили возможности визуализации в инженерном образовании [3]. Однако их образовательный потенциал часто ограничивается демонстрацией конечного результата, минуя crucialные этапы процессуальной логики построения геометрических моделей [4]. Этот методический пробел приводит к формированию поверхностного понимания geometricческих принципов и недостаточному развитию пространственного мышления студентов.

Научная новизна представленного исследования заключается в разработке и эмпирической валидации инновационной педагогической методики "процессуальной анимации", реализованной средствами профессионального motion-дизайна в среде Adobe After Effects. В отличие от существующих подходов, предлагаемая методика акцентирует внимание не только на конечном результате геометрических построений, но и на динамике их формирования, последовательности преобразований и underlying логике конструктивных решений.

Материалы и методы

Исследование проводилось в 2023-2024 учебном году на базе Термезского государственного университета инженерии и агротехнологий. В эксперименте приняли участие 40 студентов первого курса инженерных специальностей (средний возраст 19,8 лет, SD = 1,1; 55% мужчин, 45% женщин). Участники были случайным образом распределены на контрольную (n=20) и экспериментальную (n=20) группы с обеспечением исходной эквивалентности по демографическим и академическим показателям.

Для экспериментальной группы были разработаны специализированные анимационные модули в среде Adobe After Effects CC 2020, охватывающие две наиболее сложные темы курса начертательной геометрии:

1. Определение истинной длины отрезка методом плоскостей проекций

2. Построение развертки поверхностей многогранников

Визуальный пример рабочего процесса и интерфейса при создании модулей представлен на Рисунке 1 и Рисунке 2.

Рисунок 1. Определение натуральной величины отрезка методом замены плоскостей проекций

Рисунок 2. Построение развертки многогранника

Педагогический дизайн модулей основывался на принципах мультимедийного обучения Майера [5]:

- Принцип сегментации: сложные geometricческие процессы разделены на 3-4 логических этапа

- Сигнальный принцип: ключевые элементы конструкций выделены цветовыми и графическими акцентами

- Мультимедийный принцип: интеграция визуальных образов с голосовым narration и текстовыми пояснениями

Оценка уровня пространственного мышления осуществлялась с помощью адаптированной версии теста пространственной визуализации PSVT:R [6], состоящей из 10 заданий. Надежность теста составила α Кронбаха = 0,82. Измерения проводились в формате пред- и послетестового контроля.

Статистический анализ данных выполнялся в программе SPSS 26 с использованием t-критерия Стьюдента для независимых выборок и коэффициента d Кохена для оценки размера эффекта.

Результаты и обсуждение

Сравнительный анализ исходного уровня пространственного мышления не выявил статистически значимых различий между контрольной и экспериментальной группами (p > 0,05), что подтверждает репрезентативность экспериментальной выборки.

Послетестовые измерения продемонстрировали существенные межгрупповые различия. Как представлено в Таблице 1, экспериментальная группа достигла значительно более высоких результатов по всем оцениваемым показателям.

Таблица 1.

Сравнительные результаты академических достижений

Экспериментальная группа продемонстрировала 42% прирост академических результатов по сравнению с 19% в контрольной группе. Статистическая значимость различий (p < 0,01) подтверждается большим размером эффекта (d = 1,65), что свидетельствует не только о статистической, но и о практической значимости полученных результатов.

Аналогичная динамика наблюдалась в отношении сокращения процедурных ошибок: экспериментальная группа снизила количество ошибок на 41%, тогда как контрольная - лишь на 20% (p < 0,05, d = 1,24).

Полученные результаты находят теоретическое обоснование в рамках теории когнитивной нагрузки Свеллера [7]. Анимационные модули AE эффективно снижают extraneous cognitive load за счет визуального guidance, позволяя студентам сконцентрировать cognitive resources на essential processing - понимании логики геометрических преобразований.

Сравнительный анализ с существующими исследованиями [8, 9] подтверждает инновационный характер предложенной методики. В отличие от традиционных CAD-инструментов, ориентированных на демонстрацию статических моделей, технология "процессуальной анимации" обеспечивает динамическую визуализацию поэтапного формирования геометрических конструкций, способствуя формированию deeper conceptual understanding.

Заключение

Проведенное исследование эмпирически подтвердило эффективность методики "процессуальной анимации" на основе Adobe After Effects для развития пространственного мышления в инженерной графике. Полученные результаты демонстрируют:

1. Статистически значимое превосходство экспериментальной группы в академических достижениях (42% против 19%) с большим размером эффекта (d = 1,65)

2. Существенное сокращение процедурных ошибок (41% против 20%) с выраженным практическим эффектом (d = 1,24)

3. Теоретическую обоснованность методики в рамках принципов мультимедийного обучения и теории когнитивной нагрузки

4. Практическую применимость метода, подтвержденную разработкой мобильного приложения "ChGMG" для широкого внедрения методики

Перспективы дальнейших исследований включают расширение выборки, изучение долгосрочных эффектов методики и ее адаптацию для других сложных разделов начертательной геометрии.

Приложение размещено на платформе Google Play Market и доступно для широкого использования.

Приложение позволяет студентам:

• Ознакомиться с анимационными учебными материалами
• Решать пространственные задачи в интерактивном режиме
• Проверять свои знания с помощью тестов
• Изучать сложные геометрические формы в 3D-режиме

Рисунок 3. Интерфейс мобильного приложения «ЧГМГ»

Список литературы:

1. Сорби С.А. Развитие навыков 3D-пространственной визуализации // Engineering Design Graphics Journal. 1999. Vol. 63(2). P. 21-32.
2. Uttal D.H., Cohen C.A. Spatial Thinking and STEM Education: When, Why, and How? // Psychology of Learning and Motivation. 2012. Vol. 57. P. 147-181.
3. Tumkor S. Enhancing Spatial Visualization Skills in Engineering Graphics Courses // Proceedings of the ASEE Annual Conference & Exposition. 2015.
4. Erhan H., Berry B., Dill J., Garg A. Investigating the Role of Students' Use of Multiple Representations in Developing Spatial Thinking // CAAD Futures 2019 Proceedings. P. 421-436.
5. Mayer R.E. Multimedia Learning. 3rd ed. Cambridge: Cambridge University Press, 2020. 450 p.
6. Guay R.B. Purdue Spatial Visualization Test: Rotations. West Lafayette: Purdue Research Foundation, 1977.
7. Sweller J. Cognitive load during problem solving: Effects on learning // Cognitive Science. 1988. Vol. 12(2). P. 257-285.
8. Sorby S., Veurink N., Streiner S. Does spatial skills instruction improve STEM outcomes? The answer is 'yes' // Learning and Individual Differences. 2018. Vol. 67. P. 209-222.
9. Rahayu D., Zulherman, Yatri I. Animation Videos Based on Adobe After Effects Application: An Empirical Study on Primary School Students // Journal of Physics: Conference Series. 2021. Vol. 1783(1). P. 012111.