Современные информационные технологии как инструмент изучения инженерной графики

СОВРЕМЕННЫЕ ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ  КАК

ИНСТРУМЕНТ ИЗУЧЕНИЯ ИНЖЕНЕРНОЙ ГРАФИКИ

Логвинова С.В.

Тульский государственный  университет, 

г. Тула

Приоритетным  направлением совершенствования традиционных

методов обучения при графической подготовке студентов технических

специальностей  является использование информационных технологий при

организации учебного процесса,  т.е.  использование  средств компьютерной

графики в процессе преподавания  инженерной графики.

Ключевой проблемой  образования является подготовка кадров,

способных решать задачи производства современной сложной  техники с

использованием  информационных технологий. В связи  с этим, важной задачей,

стоящей перед  Тульским государственным университетом  и перед другими

вузами,  занимающимися  профессиональной подготовкой современных

инженеров,  является эффективное информационно-технологическое

обеспечение графической  подготовки студентов технических  специальностей.

Большое влияние  на профессиональное    становление  будущих

специалистов,  развитие их пространственного воображения,  проективного

видения,  мышления и интеллекта оказывают графические  дисциплины,

изучение    которых закладывает основы знаний,  необходимые    для освоения

других  технических  дисциплин.

К дисциплинам,  формирующим навыки графической инженерной

деятельности,  относятся:  начертательная геометрия,  инженерная и

компьютерная  графика.  Начертательная геометрия  является первой

дисциплиной графического цикла,  изучаемых в вузе.  Процесс  изучения

начертательной  геометрии совпадает с периодом адаптации студентов в

высшем учебном  заведении.  Далее по учебному процессу следует изучение

инженерной графики,  и не подлежит сомнению,  что успешное освоение

начертательной  геометрии способствует более легкому  изучению других

дисциплин графического цикла.

В процессе изучения инженерной графики и начертательной геометрии

особое значение приобретает автоматизация чертежных  работ,  когда на

определенной  стадии учебного процесса требуется  приобретение новых

графических навыков,  присущих компьютерной графике.  Другими словами,

компьютер используется как новый графический инструмент при решении

традиционных  учебных задач и служит целям  повышения качества

образования.

В связи с  этим, основными задачами, которые  ставит перед собой кафедра

«Начертательная геометрия,  инженерная и компьютерная графика»  ТулГУ

являются следующие:

1.  усовершенствовать  процесс обучения студентов технических

специальностей  инженерной графике в условиях глобальной информатизации и

1компьютеризации  профессиональной деятельности и графической подготовки

будущих специалистов;

2.  облегчить  понимание и освоение младшими  студентами трудоемкого

для них курса  инженерной графики в условиях дефицита учебного времени,

отведенного Государственным  общеобразовательным стандартом на изучение

этой фундаментальной  общеинженерной дисциплины;

3.  повысить  эффективность общеинженерной графической  подготовки

студентов технических  специальностей,  способствуя формированию

инженерной компетентности будущих специалистов и соответствию

выпускников ТулГУ повышенным квалификационным требованиям,

предъявляемым к ним информационно-технологичным  обществом.

Для решения  поставленных задач сотрудниками кафедры  «НГИКГ» было

определено стратегическое направление их дальнейшей работы,  которая

позволила бы внести реальный вклад в усовершенствование подготовки

молодых специалистов.  Модернизация технологии преподавания инженерной

графики и других дисциплин ведется по следующим  направлениям: изменение

курса инженерной графики    в связи с использованием в науке и

промышленности  информационных технологий;  использование

информационных  технологий при организации учебного процесса,  т.е.

использование средств компьютерной графики в  процессе преподавания 

инженерной графики.

В настоящее  время ведутся разработки по совершенствованию

организационно-педагогического  и учебно-методического обеспечения

инженерной графики  в направлении соответствия современному

информационно-технологическому прогрессу и современным

квалификационным  требованиям,  предъявляемым обществом к выпускникам

технических вузов.  Основной задачей кафедры на данном этапе является

создание учебно-методического  комплекса,  который позволил бы

преподавателям  более эффективно организовать учебный  процесс и проведение

контроля знаний по изучаемым на кафедре дисциплинам.  В учебно-

методический  комплекс  (УМК)  по современному циклу графических

дисциплин должны быть включены три составляющие:  УМК по

начертательной  геометрии,  УМК по инженерной графике  и УМК по

компьютерной  графике.  Разработка и апробация УМК является длительным и

трудоемким процессом  и включает в себя следующие виды работ по созданию

дидактических единиц: 

• корректировка  рабочих программ по изучаемым дисциплинам,  где

следует сделать  акцент на использование средств  компьютерной графики в

процессе обучения и при выполнении графических  работ;

• создание учебно-методических разработок и методических пособий  для

облегчения восприятия студентами изучаемых дисциплин,  содержащих

необходимый материал для самостоятельной работы студентов,  в процессе

которой закладываются  основы для творческого и культурного  саморазвития

будущих специалистов;

2• создание  демонстрационных и стендовых  материалов, которые помогут

организовать  аудиторную работу со студентами и  способствуют повышению

эффективности и наглядности учебного процесса;

• разработка тестовых заданий по начертательной геометрии  и

инженерной    графике для промежуточного и  итогового контроля и оценки

знаний по изучаемым  дисциплинам.

Использование компьютерных технологий в качестве средств обучения

графическим дисциплинам  позволяет увеличить степень  наглядности и

установить индивидуальный темп усвоения студентами учебного материала.

С целью усиления интенсивности изучения дисциплин  «Начертательная

геометрия»  и  «Инженерная и компьютерная графика»  в процессе обучения

студентов планируется  использование электронных методических разработок,

электронных учебников,  тестовых программ,  которые позволяют  повысить

эффективность процесса обучения. 

При создании учебно-методического  комплекса по дисциплине

«Инженерная и  компьютерная графика»  прежде всего,  необходимо решить

вопрос о выборе одной из систем автоматизированного  проектирования -

САПР.  Следует  учесть,  что уже в 1983  году была адаптирована для IBM PC

наиболее распространенная в мире САПР - AutoCAD фирмы Autodesk. Однако

используемые  зарубежные САПР не только не учитывают  наши

промышленные  стандарты, но и предполагают дополнительную квалификацию

пользователей.  Многочисленные попытки адаптировать AutoCAD  к нуждам

отечественного  конструктора привели к появлению множества недорогих

двумерных графических  редакторов САПР. Именно к этой категории  относятся

российские программы  КОМПАС, T-Flex CAD,  Графика 81, ADEM,  СПРУТ,

КРЕДО, Базис  и др.

Анализ показал,  что наиболее удобной для использования в

преподавания  азов компьютерной графики является САПР КОМПАС,

предназначенная для прямого проектирования в  машиностроении.

Сформулируем  требования,  предъявляемые к  учебной САПР ,  которым

система КОМПАС удовлетворяет в полной мере:  легкость и простота в

изучении;  возможность  работать на недорогой технике;  соответствие

выпускаемой документации требованиям ЕСКД;  использование  современных

технологий проектирования;  достаточно широкое распространение;  доступная

цена;  оперативность  сопровождения и учета специфических потребностей

учебного процесса,  отсутствие серьезных ошибок,  наличие  перспектив у

фирмы-  разработчика.  Отметим,  что такие же требования предъявляются к

САПР в реальном производстве.

КОМПАС -  это  КОМплекс Автоматизированных Систем для решения

широкого круга  задач проектирования,  конструирования,  подготовки

производства  в различных областях машиностроения.  Разработан

специалистами российской фирмы АО  “АСКОН” (С.-Петербург,  Москва и

Коломна),  которые  прежде работали на предприятиях различных оборонных

отраслей. После  анализа системы AutoCAD было принято  решение о создании

конкурентноспособной  чертежной системы,  бладающей  такими свойствами,

3которые позволили  бы ей стать популярной у  пользователей:  простота и

эффективность,  поддержка отечественных стандартов и ориентация на

привычную технологию работы конструктора;  достаточно узкая

специализация;  конструкторский интерфейс,  позволяющий  системе быть

эффективным и  удобным рабочим инструментом и  в то же время настолько

простой, чтобы  обучение неподготовленного пользователя занимало не больше

недели; невысокая  цена, обеспечивающая доступность системы.

Опыт эксплуатации систем КОМПАС показал, что они легко осваиваются

пользователем  (независимо от возраста),  значительно  ускоряют процесс

выпуска чертежной  документации и заметно повышают ее качество. При этом

достаточно легко  решается проблема преодоления психологического барьера,

особенно у  пользователей солидного возраста,  а ведь именно они владеют

уникальными знаниями и опытом.

Система КОМПАС полностью обеспечивает создание полного

компьютеризованного учебного курса  “Инженерная графика”,  а также

использование программных средств для выполнения графических работ,

предусмотренных рабочей программой по данной дисциплине.

Внедрение    в учебный процесс средств  компьютерной графики

естественно,  не заменяет традиционных занятий по инженерной графике,  на

которых учащийся получает первоначальные навыки выполнения чертежей.

Однако,  после  того как учащийся овладеет приемами выполнения чертежей,

целесообразно часть графических работ выполнять  на компьютере.

При работе с  редактором КОМПАС студент оперирует  с такими

понятиями констpуктоpского  документа,  как чертеж,  вид,  основная надпись,

технические требования,  шероховатость, pазмеp,  допуск и т.д.,  что позволяет

эффективно и  просто создавать и  pедактиpовать  изображения;  аппарат

вспомогательных построений для имитации работы  "в тонких линиях";

полуавтоматическое фоpмиpование таблиц;  автоматическая простановка

допусков к  pазмеpам т.д.  В любой момент учащемуся  доступен

исчерпывающий режим помощи,  выполнение всех операций сопровождается

подробными подсказками.

Использование средств компьютерной графики позволяет на

современном уровне решать такие учебно-воспитательные задачи как трудовая

политехническая и профессиональная подготовка студентов  технических

специальностей  к условиям современного производства;  формирование основ

компьютерной  инженерной графики; умение составлять чертежно-графическую

документацию  с помощью САПР проектирования.

Новая информационная технология в процессе преподавания позволяет

легко предъявить студенту графический материал для  чтения и выполнения

чертежей,  обеспечивает самостоятельную разработку графической

документации  для изготовления деталей и предметов;  дает студенту

возможность решения  творческих задач с элементами конструирования.

Естественно возникает  вопрос о том,  не заменит ли машинная графика

полностью традиционные методы выполнения чертежей.  Тенденцию

4свертывания  преподавания традиционного черчения,  по-видимому,  можно

считать ошибочной.

С внедрением и  расширением сферы применения САПР потребность в

профессиональном  мастерстве чертежников и конструкторов не может отпасть

или сократиться. Работа с компьютером требует  от конструктора безупречного

владения техникой выполнения чертежных работ,  знания правил оформления

конструкторской документации,  особой геометрической подготовки,

обостренного  чувства пространственных форм и комбинационного мышления.

Поэтому компьютер  рассматривается как совершенный  инструмент чертежника

и конструктора,  обеспечивающий современный уровень  подготовки

производственной  графической и текстово-  графической  документации,  ее

хранение, передачу и размножение. С 2000-го года свободно распространяется

и промышленная система "КОМПАС-График" версии 4.х.

В сложившихся  условиях базовым программным средством  можно

считать систему  геометрического моделирования  "КОМПАС-К3",  которая

предназначена для создания и отображения моделей трехмерных объектов в

процессе выполнения дизайнерских,  проектных и конструкторско-

технологических работ.

Над моделями объектов можно выполнять булевы операции объединения,

пересечения и  вычитания,  в результате которых также будут получены

твердотельные трехмерные модели.  Система К3  дает возможность выполнять

следующие виды работ:  проектирование и редактирование внешней формы

изделий;  получение  и просмотр реалистических полутоновых  изображений

проектируемых объектов; решение компоновочных задач и задач и т.п.

Создание трехмерной модели объекта ведется поэтапно.  Вначале

создается заготовка  проектируемого объекта. В качестве заготовок могут быть

выбраны элементарные тела  (параллелепипед,  цилиндр,  конус,  усеченный

конус,  сфера,  тор),  тела вращения,  тела выдавливания  (призмы),  и другие

кинематические  объекты. Если объект имеет отверстия, выступы и т.д., то для

придания ему  окончательной формы применяются  булевы операции

(пересечение,  объединение и вычитание),  выполняемые над двумя

трехмерными объектами:  моделью заготовки и моделью  формообразующего

инструмента. Фактически,  при этом моделируется процесс получения  объекта

из заготовки  путем ее обработки режущим инструментом. Таким образом, уже

на стадии дизайна может быть определена технология изготовления объекта и

форма обрабатывающего  инструмента.

Система визуализирует  созданные геометрические объекты  на экране

дисплея.

Для этого она  проецирует геометрические объекты  на картинную

плоскость, прямоугольная часть которой отображается на экране и называется

графическим окном.  Одновременно на экране может быть до четырех

различных окон с проекционными изображениями  созданных геометрических

объектов.

Во время выполнения различных команд система запрашивает

выполнения ряда действий,  таких как ввод точек,  величин,  выбор объектов и

5т.п. Все такие  действия практически не зависят  от содержания самой команды  в

выполняются по типовым сценариям.  К таким  сценариям относятся:  выбор

геометрических  объектов,  ввод точки,  ввод протяженности  (расстояния),  ввод

угла и т.п.

Знакомство с  системой начинается с темы  "Современные  технологии

выполнения чертежей".  В разделе  "Метод проецирования  и графические

способы построения изображения"  практически все  задания могут быть вы

полнены в системе  "КОМПАС-К3".  Раздел  "Сечения  и разрезы"  прекрасно

иллюстрируется  разрезами  (вырезами)  в прямоугольной  изометрической

проекции. Имеющие  в комплекте поставки файлы чертежей сборочных единиц

могут быть использованы при изучении раздела "Сборочные чертежи",  в

частности при  деталировании.  Опыт работы показал,  что использование

современного  программного обеспечения на занятиях по инженерной и

компьютерной  графике активизирует познавательную деятельность учащихся,

приводит к  развитию пространственных представлений,  образного мышления

на основе анализа  формы предметов. Чрезвычайно важным представляется и то

обстоятельство,  что применение САПР исключает непродуктивные элементы

графической деятельности учащихся.

Значительным преимуществом интенсификации процесса обучения

компьютерной  графике является построение занятий  и  разработка выдаваемых

заданий таким  образом,  чтобы студенты принимали  участие в создании и

реализации учебно-методического  комплекса по инженерной графике для себя

и последующих  поколений студентов.  Эта творческая работа будет

способствовать  не только более успешному освоению трудной для них,  но

очень важной фундаментальной  инженерной дисциплины, но и формированию

профессиональной  компетентности будущих специалистов.

Очевидно,  что  использование новых технологий обучения студентов,

возможность создания мультимедийных учебников,  электронных  книг и

интерактивных энциклопедий способствует индивидуализации учебного

процесса с  у четом уровня подготовки студентов и их способностей,  а также

способствует  повышению эффективности и наглядности  учебного процесса.

В заключение следует  отметить,  что использование  компьютерных

технологий в  инженерном образовании стало социально-экономической

потребностью,  а инженерное графическое образование,  реализуемое без

применения информационных технологий, не может считаться современным.

Литература

1. Иванов Н.  Компьютерное образование // Компьютер  Пресс, 1996, №8. - С. 

6.

2. Котов Ю.В.,  Павлова А.А.  Основы машинной графики,  учебное пособие

для студентов  художественно-графических факультетов,  Москва,

Просвещение, 1993 г.

3. Машбиц Е.И.  Компьютеризация обучения: проблемы  и перспективы  /Е.И. 

Машбиц. М.: Знание, 1986. 80с.

6