Үш өлшемді контурлық карталарды меңгерудің құпиялары

Үш өлшемді контурлық карталар қағаздағы сызықтардан да көп нәрсе - олар біздің әлемнің пішінін түсінуге жол ашады. Биіктікті көрсету үшін қисық сызықтарды пайдаланатын бұл карталар бізді төбелерді, аңғарларды және беткейлерді үш өлшемде елестетуімізге шақырады.

Көпшілік үшін бұл дағды интуитивті болып көрінеді, бірақ басқалары үшін мұқият жаттығу қажет. Маргарет Ланканың 1998 жылғы зерттеуі адамдардың жазық контурлы карталарды ашық 3D ландшафттарға қалай айналдыратынын зерттеді, сонымен қатар ерлер мен әйелдердің бұл тапсырмаға әртүрлі қарайтынын зерттеді.

Технология мен психологиядағы соңғы жетістіктер бұл процестерді түсінуімізді кеңейтті, жер бедерін қалай үйренетініміз және есте сақтайтынымыз туралы жаңа түсініктер берді.

Контурлық карталарды оқудың қиындығы

Контурлық карталар сызықтарды пайдаланатын 2D диаграммалары (контурлар) биіктікті білдіреді. Әрбір сызық теңіз деңгейінен белгілі бір биіктікке сәйкес келеді, ал сызықтар арасындағы қашықтық беткейдің тіктігін көрсетеді. Мысалы, тығыз орналасқан сызықтар жартасты білдіреді, ал кең орналасқан сызықтар жазық жер бедерін білдіреді.

Бұл карталар география, геология және қала құрылысы сияқты салаларда өте маңызды, себебі олар күрделі ландшафттарды визуализациялаудың ықшам тәсілін ұсынады.

Дегенмен, оларды түсіндіру үшін жер бедерін визуализациялау, яғни жердің 3D моделін 2D сызықтарынан ойша қайта құру мүмкіндігі қажет.

Қағаздағы концентрлі шеңберлер тізбегін қарап, оларды төбе немесе кратер ретінде елестетіп көріңіз. Бұл ақыл-ой секірісі оңай емес, және зерттеушілер адамдардың оған қалай қол жеткізетінін ұзақ уақыт бойы талқылап келеді.

Кейбіреулер картаны дәл оқу үшін 3D ойша кескінді қалыптастыру маңызды деп тұжырымдайды. Көбінесе кеңістіктік өңдеу деп аталатын бұл процесс жер бедерінің көлденең қимасын алу үшін картаны ойша айналдыруды немесе “кесуді” қамтиды.

Басқалары вербалды-аналитикалық стратегиялар, мысалы, белгілерді жаттау (мысалы, “шың” немесе “алқап”) немесе көлбеу бұрыштарын кезең-кезеңімен талдау сияқты әдістер де дәл солай жұмыс істей алады деп санайды. Ланканың зерттеуі стратегияны қолданудағы гендерлік айырмашылықтарды зерттей отырып, осы пікірталасты шешуге бағытталған.

Үш өлшемді контурлық картаны түсіндірудің артындағы ғылым

Үш өлшемді контурлық карталар сызықтарды пайдаланатын 2D диаграммаларынан басталады (контурлар) биіктікті көрсету үшін. Әрбір сызық белгілі бір биіктікке сәйкес келеді, ал арақашықтық беткейдің тіктігін көрсетеді.

Бұл 2D сызықтарды ойша 3D ландшафтқа айналдыру — үш өлшемді контурлық картаны визуализациялау — күрделі когнитивті дағды болып табылады.

Оқушылар бұл үдерісте көбінесе қиналады, себебі абстрактілі сызықтардан төбелерді, аңғарларды және беткейлерді қорытындылау үшін кеңістіктік ойлауды қажет етеді. Бұрынғы зерттеулерде екі стратегия талқыланды:

1. Кеңістіктік өңдеу: 3D моделін құру үшін картаны ойша айналдыру немесе “кесу”.
2. Вербалды-аналитикалық өңдеуБелгілерді, қадамдық талдауды немесе мнемониканы пайдалану.

Ланканың зерттеуі үш өлшемді контурлық карта визуализациясының бар-жоғын анықтауға бағытталған. маңызды дәлдік немесе ауызша стратегиялар жеткілікті ме, жоқ па деген сұрақтарға жауап берді. Ол сондай-ақ ерлердің ақыл-ой айналымы сияқты кеңістіктік тапсырмалардағы тарихи артықшылығын ескере отырып, гендерлік айырмашылықтарды зерттеді.

Зерттеу қалай жүргізілді

Ланка Батыс Онтарио Университетінен 80 қатысушыны — 40 ер адам мен 40 әйелді — жинады. Ешқайсысының контурлық карталармен жұмыс істеу тәжірибесі болмағандықтан, нәтижелер бар білімнен гөрі шынайы оқуды көрсететініне көз жеткізілді. Қатысушылар төрт топқа бөлінді.

1. Контур → Контур: 2D карталарды зерттеді, 2D карталарды таныды.
2. Контур → Жер беті: 2D карталарды зерттеді, 3D жер беті карталарын таныды.
3. Жер беті → Жер беті: 3D карталарды зерттеді, 3D карталарды таныды.
4. Жер беті → Контур: 3D карталарды зерттеді, 2D карталарды таныды.

Бірінші топ дәстүрлі 2D контурлық карталарды зерттеді, кейінірек сол типтегі карталармен тану сынағынан өтті. Екінші топ 2D контурлық карталарды зерттеді, бірақ олар 3D сызбаларында сынақтан өтті. жер бетінің карталары, олар жер бедерін көрнекі, шынайы стильде көрсетеді.

Үшінші топ жер беті карталарын зерттеп, сол форматта сынақтан өтті, ал төртінші топ жер беті карталарын зерттеп, 2D контурлық карталарда сынақтан өтті. Әрбір қатысушы екі тапсырманы орындады.

Алдымен олар бір көлденең қима сынағы. Картаны 40 секунд бойы зерттегеннен кейін, олар жер бедерінің профилі туралы сұрақтарға нақты сызықтар бойынша жауап берді. Мысалы, оларға үш көлденең қима диаграммасы көрсетіліп, қайсысы карта бойымен сызылған сызыққа сәйкес келетіні сұралуы мүмкін.

Екіншіден, олар алды кездейсоқ тану сынағы, онда олар зерттеген карталардың жұптарын және жаңасын қарап, таныс картаны анықтады.

Екі тапсырма үшін де реакция уақыты мен дәлдігі жазылды. Содан кейін қатысушылар картаны ойша айналдыру немесе белгілерді жаттау сияқты қолданған стратегияларын сипаттады.

Контурлық карта нәтижелеріндегі 3D визуализациясы

Нәтижелер айқын заңдылықтарды көрсетті. 3D жер беті карталарын зерттеген қатысушылар көлденең қима сынағында жақсы нәтиже көрсетті, 2D контур карталарын зерттегендер үшін орташа есеппен 58% дәлдікке қол жеткізді, ал 45% дәлдікке қол жеткізді. Бұл 3D визуалды бейнелер жер бедерінің пішінін анықтауды жеңілдететінін көрсетеді.

Дегенмен, екі топ үшін де реакция уақыты бірдей болды — әр сұраққа шамамен 10 секунд — бұл картаны түсінгеннен кейін, форматына қарамастан, сұрақтарға жауап беру бірдей күш жұмсалғанын көрсетеді.

Жыныстық айырмашылықтар тану сынақтарында анықталды. Ерлер өздері зерттеген форматта сынақтан өткен кезде әйелдерден асып түсті.

• Контур → Жер беті тобыЕрлер 62.5% (SD = 8.1) ұпай жинады, ал әйелдер 47.5% (SD = 9.7) ұпай жинады.
• Контур → Контур тобыЕрлер карталардың 84.2% (SD = 10.7) екенін анықтады, ал әйелдердікі 73.3% (SD = 17.5) екенін анықтады.

Мысалы, 2D контурлық карталарды зерттеген ерлер кейінірек олардың 84%-ін таныды, ал әйелдерде бұл көрсеткіш 73% болды. Ерлер 2D контурлық карталарды зерттегеннен кейін 3D құрлық беті карталарында сынақтан өткен кезде де жақсы нәтиже көрсетті, әйелдерде 48% дәлдігімен салыстырғанда 63% дәлдігіне қол жеткізді.

Бұл айырмашылықтар ерлердің кеңістіктік өңдеуге, 3D ойша бейнелерді жасауға көбірек сүйенгенін, ал әйелдердің вербалды немесе аналитикалық стратегияларды қолданғанын көрсетеді. Тесттен кейінгі есептер мұны растады: ер адамдар “төбенің бәрін елестету және оны айналдыру” туралы сипаттаса, әйелдер “контур сызықтарын санауға” немесе “аңғарларға ат қоюға” назар аударды.”

Ұзақ мерзімді жады 3D өңдеуді де қолдады. Кеңістіктік стратегияларды қолданған ер адамдар көлденең қима сынағында дұрыс жауап берген карталарды жақсырақ танитынын көрсетті.

Мысалы, олар дұрыс көлденең қима жауаптарымен байланыстырылған 74% жер беті карталарын таныды, ал қате жауаптар үшін 52% танылды. Алайда, әйелдер мұндай айырмашылықты көрсеткен жоқ, бұл олардың стратегиялары - сынақ үшін тиімді болғанымен - ұзақ мерзімді ойша модельдер жасамағанын білдіреді.

Кеңістіктік таным мен технологиядағы соңғы жетістіктер

Ланкадағы зерттеуден бері жаңа зерттеулер адамдардың 3D карталарын қалай визуализациялайтыны туралы түсінігімізді тереңдетті. Мысалы, 2021 жылғы мета-талдау кеңістіктік дағдыларды тәжірибе арқылы жақсартуға болатынын, гендерлік айырмашылықтарды азайтуға болатынын растады.

Ақыл-ой айналымы тапсырмалары бойынша 10 сағат жаттыққан әйелдер дәлдігін 30–40%-ге жақсартты, бұл дағдылардың тұрақты емес екенін көрсетті. Виртуалды шындық (VR) және кеңейтілген шындық (AR) сияқты заманауи құралдар картамен оқытуды да өзгертті.

2022 жылы жүргізілген зерттеу жер бедерін “жүріп өту” үшін виртуалды шындықты қолданатын студенттердің дәстүрлі 2D карталарын қолданатындарға қарағанда тесттерде 65% жоғары балл жинағанын көрсетті. Бұл құралдар пайдаланушыларға 3D ландшафттармен өзара әрекеттесуге мүмкіндік береді, бұл биіктік және көлбеу сияқты абстрактілі ұғымдарды нақтырақ етеді.

Жасанды интеллект (ЖИ) саласындағы жетістіктер саланы одан әрі өзгертті. Esri компаниясының ArcGIS Pro сияқты бағдарламалары қазір 2D контурлық карталардан бірнеше секунд ішінде 3D жер бедерінің модельдерін жасайды, бұл мамандарға тек қолмен визуализацияға сүйенбей-ақ су тасқыны қаупін болжауға немесе инфрақұрылымды жоспарлауға көмектеседі.

Миды бейнелеу бойынша зерттеулер, мысалы, 2020 жылы жүргізілген fMRI сканерлеуін қолданатын жоба, кеңістіктік өңдеу мидың кеңістіктік санамен байланысты аймақтарын белсендіретінін, ал вербалды стратегиялар тілмен байланысты аймақтарды қамтитынын көрсетті. Бұл Ланканың ерлер мен әйелдердің бір тапсырма үшін мидың әртүрлі бөліктерін жиі пайдаланатыны туралы тұжырымдарымен сәйкес келеді.

Картаны оқу стратегияларындағы гендерлік айырмашылықтар

Ланканың зерттеуінде байқалған жыныстық айырмашылықтар кеңістіктік таным бойынша кеңірек зерттеулермен сәйкес келеді. Ер адамдар көбінесе ақыл-ой айналымын қажет ететін тапсырмаларда, мысалы, заттың бүйірге бұрылған кезде қалай көрінетінін елестетуде ерекше табысқа жетеді.

Бұл дағды 3D визуализациямен тығыз байланысты, бұл олардың карталарды танудағы артықшылығын түсіндіреді. Ал әйелдер, керісінше, мәселелерді кішігірім қадамдарға бөліп немесе белгілерге сүйеніп, вербалды-аналитикалық стратегияларды қолдануға бейім.

Екі тәсіл де көлденең қима сынағы үшін жұмыс істеді, бірақ кеңістіктік өңдеу ер адамдарға ұзақ мерзімді есте сақтауда артықшылық берді. Бұл айырмашылықтар қабілетке емес, стратегияға байланысты.

Мысалы, әйел картадағы көрнекті орындардың атауларын жақсы есте сақтауы мүмкін, ал ер адам төбенің жалпы пішінін жақсы есте сақтауы мүмкін.

Бұл білім беру мен оқыту үшін маңызды салдарға әкеледі. Егер оқытушылар тек бір әдіске, мысалы, кеңістіктік визуализацияға назар аударса, олар вербалды немесе аналитикалық әдістермен жақсы жұмыс істейтін студенттерді назардан тыс қалдыруы мүмкін.

Бұл айырмашылықтар қабілетке емес, когнитивті стильге немесе ойлаудың артықшылықты тәсілдеріне байланысты. Дегенмен, олардың нақты өмірге әсері бар. 2023 жылғы есепте әйелдер кеңістіктік дағдыларға қатты тәуелді геология және картография сияқты салалардағы жұмыс күшінің тек 28% құрайтыны анықталды.

Girls Who Code және GeoFORCE сияқты ұйымдар жас әйелдерді 3D визуализация құралдарымен және кеңістіктік оқыту бағдарламаларымен таныстыру арқылы бұл олқылықты жою үшін жұмыс істеп жатыр.

Білім берудегі контурлық картаны қолдану

Ланканың зерттеу нәтижелері заманауи технологиялармен үйлесімде педагогтар мен мамандар үшін құнды сабақтар ұсынады. Біріншіден, білім берудің басында 3D құралдарын біріктіру жаңадан бастаушыларға контурлық карталарды тезірек түсінуге көмектеседі.

Мысалы, география мұғалімі оқушыларға таудың 2D контурлық картасын таныстырмас бұрын оның 3D моделін көрсетуі мүмкін. Виртуалды шындық қолданбалары енді оқушыларға иммерсивті ортада жер бедерін “зерттеуге” мүмкіндік береді, бұл абстрактілі сызықтарды интерактивті ландшафттарға айналдырады.

Екіншіден, оқу бағдарламалары бірнеше стратегияларды ынталандыруы керек. Кеңістіктік оқушыларға карталарды ойша айналдыру немесе саздан жасалған модельдер құру сияқты жаттығулар пайдалы болуы мүмкін, ал ауызша оқушылар мнемониканы немесе сипаттамалық белгілерді пайдалана алады. Мысалы, “Жақын контурлар жартастарды білдіреді!” сияқты қарапайым сөз тіркесі оқушыларға сызық аралығының беткейлердің тіктігіне қалай қатысты екенін есте сақтауға көмектеседі.

Үшіншіден, кеңістіктік оқытудағы гендерлік алшақтықтарды жою өте маңызды. Инженерия немесе геология сияқты салаларға кіретін әйелдер 3D құралдарымен ерте танысудан пайда көруі мүмкін. AR қолданбаларын виртуалды жерде “жүру” сияқты іс-шаралар сенімділік пен кеңістіктік хабардарлықты арттыра алады.

Соңында, карталарға сүйенетін мамандар — мысалы, жер өлшегіштер немесе төтенше жағдайларға жауап берушілер — ақыл-ой айналымы жаттығуларының көмегімен өз дағдыларын жетілдіре алады.

Мысалы, төбенің әртүрлі бұрыштардан қалай көрінетінін елестету су тасқынын модельдеу немесе апаттарды жоспарлау сияқты тапсырмаларда тиімділікті арттырады. Бангладеште төтенше жағдайлар топтары қазір су тасқынының үлгілерін болжау үшін жасанды интеллектпен жұмыс істейтін 3D карталарды пайдаланады, бұл дағдарыс кезінде шешім қабылдау уақытын 40%-ге қысқартады.

Шектеулер және жауапсыз сұрақтар

Ланканың зерттеуі маңызды түсініктер бергенімен, оның шектеулері болды. Мысалы, барлық қатысушылар жаңадан бастағандар болды, сондықтан геологтар сияқты сарапшылар көпжылдық тәжірибесіне байланысты карталарды басқаша өңдеуі мүмкін.

Сонымен қатар, әр картаға 40 секундтық зерттеу уақыты нақты әлемдегі оқуды көрсетпейді, мұнда адамдар көбінесе жер бедерін талдауға сағаттап уақыт жұмсайды.

Жақында жүргізілген зерттеулер бұл олқылықтарды зерттеді. 2021 жылғы зерттеу кеңістіктік бейнелерді ауызша сипаттамалармен біріктіру география студенттерінде есте сақтауды 25% деңгейіне жақсартқанын анықтады.

2023 жылы жүргізілген тағы бір жоба егде жастағы адамдардың ақыл-ой айналымының дәлдігі 20% төмендейтінін көрсетті, бұл өмір бойы кеңістіктік жаттығу қажеттілігін атап өтті.

VR сияқты интерактивті құралдар да сыныптарда сынақтан өткізілуде, алғашқы нәтижелер оқушылардың оқулықтармен салыстырғанда иммерсивті модельдеулерді қолдана отырып, 50% контурлық карталарын тезірек үйренетінін көрсетеді.

Қорытынды

Маргарет Ланканың зерттеуі бізге контурлық карталардың сызықтардан да көп нәрсе екенін еске салады — олар әлемді үш өлшемде зерттеуге шақыру. Кеңістіктік өңдеу негізгі тапсырмалар үшін міндетті болмаса да, ол, әсіресе жер бедерін дәл талдауға тәуелді мамандықтарда, күшті есте сақтау қабілеті мен тиімділікті арттырады.

Стратегиядағы гендерлік айырмашылықтар икемді оқыту әдістерінің маңыздылығын көрсетеді. 3D құралдарын қолдану, әртүрлі оқу стильдерін ынталандыру және кеңістіктік оқытудағы олқылықтарды жою арқылы біз барлығына – студенттерден бастап мамандарға дейін – контурлық карталардың күрделілігін сенімді түрде шарлауға көмектесе аламыз.

Карталар жаяу жүргіншілер жолдарынан бастап апаттарға қарсы әрекет ету жоспарларына дейін барлығын бағыттайтын әлемде жер бедері туралы қалай ойлайтынымызды түсіну жер бедерінің өзі сияқты маңызды. Сіз төбелерді ойыңызда “көретін” көрнекі оқушы болсаңыз да, беткейлерді біртіндеп бөлетін аналитикалық ойшыл болсаңыз да, мақсат бірдей болып қала береді: қағаздағы сызықтарды тірі, үш өлшемді ландшафтқа айналдыру.

Дереккөз: Ланка, М. (1998). Контурлық карталардың үш өлшемді көріністері. Қазіргі білім беру психологиясы, 23(1), 22-41. https://doi.org/10.1006/ceps.1998.0955