Особенности преподавания инженерной и компьютерной графики

УДК 378.147

ОСОБЕННОСТИ ПРЕПОДАВАНИЯ ИНЖЕНЕРНОЙ И КОМПЬЮТЕРНОЙ ГРАФИКИ

© 2015

М. Б. Таланова, преподаватель кафедры «Информационные системы и технологии» Нижегородский государственный инженерно-экономический институт, Княгинино

Аннотация. Графическая подготовка студентов технических направлений составляет основу инженерного образования. Изменения в федеральных государственных образовательных стандартах привели к пересмотру содержания и методики преподавания данных учебных дисциплин. Профессиональные компетенции многих дисциплин предполагают освоение студентами средств компьютерной графики. В статье проанализированы различные подходы к содержанию и изучению геометро-графических дисциплин традиционной и современной школ преподавания, которые вызывают различные мнения среди преподавателей. Рассмотрены особенности преподавания дисциплины «Инженерная и компьютерная графика» на кафедре «Информационные системы и технологии» Нижегородского государственного инженерно-экономического института. Разработка рабочей программы дисциплины важная составляющая учебного процесса. «Инженерная и компьютерная графика» относится к профессиональному циклу дисциплин и включена в базовую (общепрофессиональную) часть учебного плана подготовки бакалавров направления «Инфокоммуникационные технологии в сервисах и услугах связи». Дисциплина состоит из трех модулей «Начертательная геометрия», «Инженерная графика», «Компьютерная графика». Преподавание раздела компьютерная графика ориентировано на использование графического редактора AutoCAD для формирования профессиональных качеств будущих специалистов. При изложении нового теоретического материала рекомендуется применять лекции-визуализации, на основе компьютерных презентаций и ресурсов интернета. При проведении практических занятий в деятельность студента входит выполнение задания в ручном варианте и последующее выполнение чертежей в системе автоматизированного проектирования с использованием 2D и 3D моделирования. В ходе самостоятельной работы студент выполняет эскизную заготовку с использованием чертежных инструментов, и выполняют домашнее задания, отвечая на теоретические вопросы. Данный подход позволяет сформировать у студентов пространственное воображение, которое поможет в освоении модулей данной учебной дисциплины.

Ключевые слова: инженерная и компьютерная графика, начертательная геометрия, инженерная графика, компьютерная графика, подходы к содержанию дисциплины, рабочая программа дисциплины, методика преподавания, AutoCAD.

На современном этапе развития общества решение задач инженерной деятельности связаны с применением автоматизированных систем проектирования (САПР) на базе электронно-вычислительной техники. Инженерная и компьютерная графика составляет основу инженерного образования и формирует базовые знания необходимые для изучения специальных дисциплин.

В середине 60-ых годов прошлого века в инженерной графике появился новый раздел - компьютерная (машинная графика) графика, которая основана на теории начертательной геометрии и основах инженерной графики. Проблемами и методами обучения компьютерной графики студентов занимались такие российские ученые, как Арапов В. М. [1], Ошкина Л. М. [2], Сакулина Ю. В., Рожина И. В. [3], Буткарев А. Г., Рыков С. А. [4], Болбат О. Б., Вольхин К. А. [5], Ваншина Е. А. [6].

Федеральные государственные образовательные стандарты высшего профессионального образования нового поколения реализуют компетентностный подход в обучении, который предполагает приобретение студентами познаний и опыта для дальнейшего использования их в профессиональной деятельности.

«Инженерная и компьютерная графика» относится к профессиональному циклу дисциплин и включена в базовую (общепрофессиональную) часть учебного плана подготовки бакалавров направления «Инфокоммуникационные технологии в сервисах и услугах связи». В результате освоения дисциплины студент должен знать: Государственные стандарты ЕСКД, необходимые для разработки и оформления графических конструкторских документов (чертежей и схем), в том числе автоматизированным способом, правила выполнения чертежей деталей, сборочных единиц, стандартных изделий, принципы построения схем электропитания телекоммуникационной аппаратуры и методы моделирования геометрических форм в современных графических САПР. Уметь мысленно представлять форму предметов и их взаимное расположение в пространстве, выполнять и читать чертежи, использовать средства автоматизированного проектирования для решения различных задач (оформление конструкторской документации, геометрическое моделирование).

Традиционно графическая подготовка студентов тех-

нических направлений начинается с изучения начертательной геометрии, как фундаментальной науки, затем инженерной графики, которая включает в себя проекционное и техническое черчение, стандарты оформления чертежей и только потом компьютерную графику.

Подходы к содержанию геометро-графических дисциплин различны и вызывают в профессорско-преподавательской среде немало споров. Представители традиционной школы настаивают, что начертательная геометрия - обязательная составляющая геометрической подготовки будущего специалиста, так как она помогает развивать пространственное мышление. По их мнению, студенты должны изучать компьютерные технологии создания чертежа после освоения методов начертательной геометрии. Сначала решение позиционных и метрических задач, а потом переход к современным технологиям чертежа. Компьютер рассматривается как электронный кульман для создания 2D-методик чертежа.

Противники старой школы считают начертательную геометрию наукой вчерашнего дня, а ее методы неактуальными. Статья профессора А. П. Тунакова «Зачем преподавать студентам умирающие дисциплины» [7] вызвала бурную дискуссию. Профессор сделал достаточно смелое утверждение, назвав начертательную геометрию умирающей дисциплиной, ненужной наукой в вузовских программах. Данное высказывание получило немало критики от традиционной школы, но и получило поддержку прогрессивно настроенных преподавателей графии. Они предлагают взамен начертательной геометрии ввести новый альтернативный теоретический курс: «Теоретические основы 3d-компьютерного геометрического моделирования», разработанный А. Л. Хейфецем [8]. В основе курса лежит работа с 3D-твердотельными моделями на основе прямого оперирования в пространстве, без проекционных преобразований.

Другие ученые считают, что в век компьютерных технологий компьютерную графику следует рассматривать как единое целое с инженерной графикой [9, 10]. Их мнение подтверждает то, что сегодня в средней школе черчение не является обязательным предметом, лишь в единичных случаях факультативный курс. В каждой учебной группе до 80 % студентов приступают к изучению дисциплины с нуля. Они не обладают простран-

ственным мышлением и не умеют организовывать самостоятельную работу [11]. Приведем исследования, проведенные Вольхиным К. А., и Паком Н. И. [12]. Авторы провели анкетирование и тестирование студентов -первокурсников перед началом изучения дисциплины. Приведем некоторые полученные ими результаты. «У студентов 1-го курса наблюдается практически полное отсутствие синтеза целостного образа, изображенного на чертеже объекта». «По двум ортогональным проекциям параллелепипед не узнал ни один студент, а прямой круговой конус - 14 % респондентов. Вместо изображенных на чертеже трехмерных объектов опрошенные студенты узнавали плоские геометрические фигуры: в проекциях параллелепипеда видели 2 прямоугольника (71 %), а конуса - различные сочетания треугольников, окружностей и кругов (57 %)». Результаты данного исследования показывают низкий уровень преподавания черчения в школе. Следовательно, процесс обучения должен быть организован таким образом, чтобы сочеталось ручное и компьютерное черчение.

Рабочая программа дисциплины «Инженерная и компьютерная графика» составлена в соответствии с учебным планом подготовки бакалавров 210700 «Инфокоммуникационные технологии и системы связи» направления «Инфокоммуникационные технологии в сервисах и услугах связи» и федеральных государственных образовательных стандартов 3-его поколения (ФГОС—3) с учетом изучения компьютерных технологий, как единого целого с решением графических задач традиционным способом. Дисциплина изучается в течение первого семестра и состоит из лекций и практических занятий. Общая трудоемкость дисциплины составляет 3 зачетные единицы (108 часов, из них 54 аудиторных из которых 18 часов - теоретический материал и 36 часов - практические занятия.). Вид аттестации - зачет с оценкой, до которого допускаются студенты, выполнившие все практические работы.

Преподавание инженерной и компьютерной графики ведется с применением программного продукта компании Autodesk [13] AutoCAD - система автоматизированного проектирования для 2D и 3D моделирования. Дисциплина состоит из трех модулей «Начертательная геометрия», «Инженерная графика», «Компьютерная графика». Работы по модулю «Начертательная геометрия» выполняются студентами на ватмане с использованием чертежных инструментов без использования графических редакторов. Модуль «Инженерная графика» предусматривает решение задач традиционным способом с последующим использованием графического редактора. Модуль «Компьютерная графика» знакомит студентов с современными возможностями систем САПР на примере использования графического редактора AutoCAD.

Лекции читаются в мультимедийной аудитории по основным разделам дисциплины. Материал представлен в виде слайдов выполненных в программе PowerPoint. В конце лекционного занятия выдаются задания для самостоятельной проработки. Для самостоятельной работы студентов выделены часы на консультации, которые проводятся в компьютерном классе вне учебных занятий. На них находится преподаватель, который отвечает на вопросы вызвавшие затруднения при решении типовых задач, а так же принимает работы.

Практические занятия проходят в специально оборудованной аудитории оснащенной компьютерами и кульманами для ручного черчения. Во время работ даются пояснения по теме в виде мини лекций (15—20 минут), с использованием презентаций. Данный материал размещается на диске сервера компьютерного класса, что позволяет студентам выполнять задания в собственном ритме. Каждый обучающийся получает свое индивидуальное задание [14].

На первом практическом занятие по теме «Изучение общих правил выполнения чертежей» студенты знако-

мятся с интерфейсом программы AutoCAD, настройкой рабочего пространства и выполнением формата листа А4.

Следующие три занятия по первому модулю «Начертательная геометрия» выполняются на ватмане. Для большей наглядности разрешается применять цветные карандаши, что способствует лучшему восприятию и запоминанию темы. Поэтому, в данном учебном году, студентам было предложено сначала решать графические задачи на бумаге с написанием отчета, в котором дается подробный план выполнения работы, с дальнейшим выполнением чертежа на компьютере.

Выполнение работ по темам «Виды. Построение простых разрезов» и «Построение сложных разрезов и наклонного сечения» изучает методы образования чертежа и оформление в соответствии с требованиями ЕСКД [15]. На первом этапе студенты по двум проекциям строят третью, выполняют необходимые разрезы и сечения, проставляют размеры. На втором этапе моделируют трехмерные объекты средствами программы AutoCAD. При компьютерном моделировании объекта приходится часто менять точку зрения, масштабирование и переходить от одной проекции к другой [16], что также позволяет развивать пространственное мышление и творческие способности. На третьем этапе выполнения работ показывается преобразование в проекционный чертеж трехмерной модели.

Практическая работа по теме «Схемы электрические принципиальные» выполняется только на компьютере, это позволяет осваивать технологию создания аннота-тивных блоков, заполнения перечня элементов в виде таблицы согласно требованиям ЕСКД [17].

В ходе изучения дисциплины при самостоятельной проработке материала студенты используют методическую литературу [18, 19, 20] и Интернет-ресурсы [21].

При таком подходе изучение компьютерной графики не сводится только к ознакомительному уровню, а позволяет более полно изучить программу AutoCAD. Работа на компьютерах не просто изучение графического пакета, а продолжение изучения инженерной графики.

Каждый бакалавр, изучающий геометро-графические дисциплины должен владеть чертежным инструментом и уметь выполнить чертеж традиционным способом, поэтому без ручного черчения не обойтись. Мы считаем, что сочетание традиционных и инновационных способов подготовки инженерных чертежей позволит повысить у студентов общий уровень профессиональной подготовки.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:

1. Арапов В. М. Выбор методов обучения инженерной графике при реализации ФГОС для бакалавров. Электронный ресурс (режим доступа): http:// do.gendocs. ru/docs/index-9187.html?page=9.

2. Ошкина Л. М. Особенности преподавания дисциплины «Компьютерная графика» на современном этапе. Электрон. Текстовые дан. - Режим доступа: marhdi.mrsu. ru / 2011-2 / PDF / 0shkina%201.pdf. - Загл. с экрана.

3. Сакулина Ю. В., Рожина И. В. Компьютерная графика как средство формирования профессиональных компетенций // Педагогическое образование в России. 2012, № 6. С. 76 - 80.

4. Буткарев А. Г., Рыков С. А. Формирование чертежа по твердотельной модели в AutoCAD : Учеб. пособие. СПб. : СПбГУНиПТ, 2004. 355 с.

5. Вольхин К. А. Болбат О. Б., Опыт использования САПР в инженерной графической подготовке студентов технического вуза // Омский научный вестник. 2012. № 2 (110). С. 287 - 289.

6. Ваншина Е. А. Объемное моделирование в преподавании графо-геометрических дисциплин в вузе. Электронный ресурс (режим доступа): www.conference. osu.ru/assets/conf reports/conf9/435.doc._

7. Тунаков А. П. Зачем преподавать студентам умирающие дисциплины // Поиск. - 2007. - № 11 (929). С. 6

8. Хейфец А. Л. Учебный курс теоретических основ 3d-компьютерного геометрического моделирования и его перспективы // Информатизация инженерного образования. Москва, 10 - 11 апр. 2012 г.: Труды Международной научно-методич. конф. ИНФОРИНО-2012. М. : Издат. дом МЭИ, 2012. С. 119 - 122.

9. Ярошевич О. В. О. В. Ярошевич, Н. А. Амельченко, Н. Ф. Кулащик Проблемы информатизации графической подготовки // Формирование творческой личности инженера в процессе графической подготовки: материалы респ. науч.-метод. конф., Витебск, 5 декабря 2008 г. Витебск : УО «ВГТУ», 2008. С. 15 - 17.

10. Свичкарева Г. Н., Андрюшина Т. В., Ковалев В. А. Оптимизация структуры и содержания графических дисциплин с позиции модульно-компетентностного подхода // Геометрия и графика. 2013. Т. 1. № 1. С. 77 - 79.

11. Абросимов С. Н. Дисциплина «Инженерная и компьютерная графика» за 68 часов. Возможно ли это? БГТУ «Военмех», 2012.

12. Вольхин К. А., Пак Н. И. О состоянии графической подготовки учащихся в школе с позиции информационного подхода // Вестник Красноярск. гос. пед. ун-та им. В.П. Астафьева. Т. 1. Психолого-педагогические науки. 2011. № 3 (17) / Красноярск. гос. пед. ун-т им. В.П. Астафьева. Красноярск, 2011. С. 74-78.

13. Сайт http: // www.autodesk.ru (дата обращения 15.01.2015).

14. Миронов Б. Г. Б. Г. Миронов, Р. С. Миронова, Д.А. Пяткина, А.А. Пузиков Сборник заданий по инженерной графике с примерами выполнения чертежей на компьютере: Учеб. Пособие. 3-е изд., испр. и доп. М. : Высш. шк., 2004. С. 355, ил.

15. ГОСТ 2.305—68. ЕСКД. Изображения - виды, разрезы, сечения. М. : Изд-во стандартов. 2000. 15 с.

16. Марченко М. Н. Технология обучения технической и компьютерной графике. М. : МПГУ. Кубанский гос. ун-т. 2001. 142 с.

17. ГОСТ 2.701 - 84. Схемы. Виды и типы. Общие требования к выполнению. М.: Изд-во стандартов. 1987. 20 с.

18. Ёлкин В. В., Тозик В. Т. Инженерная графика: учеб. пособие для студ. высш. учеб. заведений / 2-е изд., стер. М.: Издательский центр «Академия», 2009. 304 с.

19. Уваров А.С. Инженерная графика для конструкторов в AutoCAD. М. : ДМК Пресс. 2010. 400 с., ил.

20. Хейфец А. Л., Логиновский А. Н., Буторина И. В., Васильева В.Н. Инженерная 3Б-компьютерная графика : учебное пособие для бакалавров / 2-е изд., перераб. и доп. - М. : Издательство Юрайт, 2013. 464с. Серия : Бакалавр. Базовый курс.

21. Электронные учебные пособия для студентов университетов и абитуриентов, // http://www.bez-dvoek. ru. (дата обращения 20.01.2015).

TEACHING ENGINEERING AND COMPUTER GRAPHICS

© 2015

M. B. Talanova, the teacher of the chair «Informational systems and technologies»

Nizhny Novgorod State Engineering-Economic Institute, Knyaginino

Abstract. Graphic training students in technical areas is the basis for engineering education. Changes in Federal state educational standards led to the revision of the content and teaching methods of data subjects. Professional competence of many disciplines assume OS-development of students means of computer graphics. The article analyzes different approaches to the content and study geometry graphic disciplines of traditional and modern schools of teaching, which cause different opinions among teachers. Peculiarities of teaching the subject is "Engineering and computer graphics" at the chair of Information systems and technology" Nizhny Novgorod state engineering-economic Institute. The work programme is discipline important component of the educational process. "Engineering and computer graphics" refers to the professional subjects included in the basic (General) part of the curriculum of bachelor's direction info communication technologies in services and communication services". Discipline consists of three modules "descriptive geometry", "Engineering graphics", "Computer graphics". The teaching section computer graphics focused on the use of AutoCAD graphic editor for the formation of professional skills of future specialists. When presenting a new theoretical material recommended lectures-visualization, on the basis of computer presentations, and Internet resources. When conducting a practical training in the activities of the student enters the job in hand and the subsequent execution of the drawings in the CAD system using 2D and 3D modeling. During independent work the student completes the sketch of the work piece using the drawing tools, and perform the homework, answering theoretical questions. This approach allows the students to form a spatial imagination, which will help in the development of the modules of this discipline.

Keywords: engineering and computer graphics, descriptive geometry, engineering graphics, computer graphics, approaches to the maintenance of discipline, the working program of the discipline, teaching methods, AutoCAD.

УДК 378.147

РОЛЬ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ В РЕФОРМИРОВАНИИ ОБРАЗОВАНИЯ

© 2015

Е.М. Третьякова, кандидат педагогических наук, доцент кафедры

«Городское строительство и хозяйство» Тольяттинский государственный университет, Тольятти

Аннотация: В статье рассматриваются проблемы стоящие перед образованием в условиях информационного общества, формы использования информационных технологий в образовательном процессе и перспективы их использования в обучении.

Ключевые слова: информационные технологии, информационное общество, учебные методики, система образования, организация учебного процесса.

Активное внедрение информационных технологий в сферу образования несет в себе огромный потенциал для коренных изменений каждодневной практики обучения. Влияние использования этих технологий в области образования не ограничится одним лишь вовлечением преподавателей и обучаемых в учебный процесс, оно также изменит учебную инфраструктуру, отношения и формы поведения внутри системы образования и даже само со-

держание обучения.

Система образования не может не реагировать на появление нового «информационного» общества, которое приходит на смену обществу индустриальному. Если раньше конкурентно способный выпускник профессионального учебного заведения должен был владеть большим объемом знаний для развития промышленного производства, то в наши дни система образования встала