Его шаблон указывает на двумерное мышление.
Спок (Звездный Путь II: Гнев Хана)
Существует давняя традиция использования учебников для обучения астрономии в качестве альтернативы оригинальным научным трудам, журнальным статьям и другим научным публикациям. До революции в области мультимедийных средств с использованием компьютеров (особенно разработка CD-ROM и, в последнее время, технологии DVD) и появления Всемирной паутины (WWW) астрономические тексты были почти исключительно статичными и двумерными (2-D).
Основными исключениями из этого правила были тщательно разработанные волвеллы или ротулы, которые были введены в XIII веке английским историком Мэтью Пэрисом. В устройстве Volvelle используется комбинация вращающихся бумажных дисков и маркеров, которые были привязаны к текстам по астрономии в качестве первых интерактивных дисплеев. В настоящее время волвеллы превратились в современные картонные или пластиковые плоскости, что является в основном историческим любопытством.
В эпоху мультимедиа/ WWWW произошла революция в издательской деятельности. Это произошло как в академическом мире, где цифровая публикация научных журнальных работ стала нормой, так и в сфере образования. Богатый контент, такой как анимация, фильмы и интерактивные демонстрации, предоставляется учащимся на компакт-дисках или в виде URL-ссылок в рамках учебных пакетов по астрономии.
На сегодняшний день эти усовершенствованные средства массовой информации не были полностью интегрированы в отдельный формат. Вместо этого, студент должен оставить текст, который он или она читает (на бумаге или в электронном виде), чтобы вставить CD-ROM, скачать фильм или открыть веб-ссылку.
Это может вызвать дополнительные проблемы, такие как проблемы совместимости между конфликтующими операционными системами и вычислительными платформами (Mac OS X против Windows против Linux), трудности с установкой специального программного обеспечения и так далее. Все эти мероприятия, как представляется, отвлекают внимание от преемственности "единого" образовательного опыта, представляющего собой реально усовершенствованный интерактивный учебник. Но существует ли такой продукт?
МЕЖДУНАРОДНЫЕ ДИГИТАЛЬНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ И 3-D PDF
Портативный формат документов (PDF), разработанный компанией Adobe Systems Incorporated в качестве открытого стандарта документов, был выпущен в начале 1990-х годов. Он быстро стал де-факто стандартом для цифровой публикации, заменив PostScript Adobe. Одним из главных преимуществ PDF является то, что получаемые документы не зависят от платформы, поэтому они легко переносятся между различными операционными системами, и есть определенная уверенность, что все читатели будут видеть один и тот же контент одинаковым образом. PDF-файлы могут быть созданы из ряда коммерческих настольных издательских пакетов, наряду с бесплатными приложениями, такими как LaTeX.
В мае 2007 года Adobe объявила о захватывающем дополнении к стандарту PDF: Adobe Acrobat 3D версия 8. Данное обновление позволяет добавлять интерактивные рисунки в PDF-документы, которые можно просматривать и изменять с помощью свободно загружаемой версии Acrobat Reader 8. Предназначенная первоначально для инженерного рынка, в котором приложения автоматизированного проектирования/компьютерного моделирования (CAD/CAM) производят трехмерные модели, 3-D PDF может быть использована для ряда других целей. Это включает представление научных данных и шаг к созданию автономного интерактивного цифрового учебника.
ИНТЕРАКТИВНЫЕ ПРИМЕРЫ ИЗ АСТРОНОМИИ
Существует четкое применение 3-D PDF в преподавании ряда научных и математических дисциплин (например, представление 3-D химических структур ДНК и других биологических молекул, исследование следов частиц, полученных в эксперименте по физике высоких энергий, или построение графиков странных аттракторов и других сложных 3-D математических объектов).
Ученные считают, что существуют педагогические преимущества, когда учащиеся могут взаимодействовать с 3-D цифрами, непосредственно связанными с сопроводительным текстом. В БФ мы представили учебную схему унифицированной модели активных галактических ядер (AGN). Поскольку модель AGN вращается в интерактивном режиме, видимость струи, пыльного тора и широких и узких областей прямой изменяется, что указывает на связь между классификацией AGN и ориентацией.
Исходя из этой идеи, приведенные ниже примеры демонстрируют несколько стандартных 3-D задач, которые, вероятно, будут охвачены вводным учебником по астрономии. Обычно они представлены в виде 2-D статичных фигур, основанных на выборе точки зрения или на использовании последовательности кадров в виде комиксов для отображения зависимости от времени или изменений в ориентации. Взаимосвязь между этими точками зрения может быть не интуитивной для учащихся, особенно если они представлены до того, как у них будет разработана внутренняя (когнитивная) модель трехмерных конфигураций.
ПРИЧИНА СЕЗОНОВ
На вводном уровне одно из наиболее широко распространенных заблуждений в астрономии связано с причиной Сезонов Земли. Хотя эллиптическая орбита Земли и приближает ее в декабре к Солнцу несколько ближе, чем в июне, именно осевой наклон оказывает доминирующее влияние на производство противоположных пар сезонов между северным и южным полушариями.
Цифра, представляющая эту взаимосвязь, должна показывать орбиту Земли вокруг Солнца и ее осевой наклон, сохраняя при этом правильные пространственные соотношения между ними. Вид сверху на плоскость орбиты Земли недостаточен, поскольку наклон Земли не так легко различим. Наклонное представление является неудовлетворительным, поскольку оно искажает форму земной (почти) круговой орбиты в проекции, которая может быть спутана с эллиптичностью орбиты.
Интерактивное 3-D представление позволяет читателю выбрать предпочитаемую точку зрения, так что фиксированное направление земной оси и (почти) форма круговой орбиты будут очевидны. Интерактивная трехмерная фигура подавляет (неправильное) восприятие того, что орбита не является круговой, потому что читатель может повернуть точку зрения в положение, где орбита является круговой, и используется более естественная проекция перспективы, чем орфографическая проекция, характерная для двумерных фигур.
3-D PDF может быть использован для обеспечения активного обучения студентов, внедряя интерактивные модели в цифровой документ. Можно привести пример от концептуальных моделей (наклонение орбиты Плутона, причина сезонов, вращение пульсара) до трехмерной геометрии (форма Клеопатры) и астрономических наборов данных (звездный каталог Гиппаркоса и обзор красного смещения галактики CfA2). Легко представить себе множество других случаев в преподавании астрономии, в которых интерактивная презентация в сочетании с такими функциями, как анимация и отбор, может улучшить процесс обучения.
