Использование компьютерных технологий в графической подготовке учащихся в системе начального профессионального образования

УДК 744

Москалева З.Н., Мошкова Г.П. ГОУ ВПО ЧГУ, г. Череповец

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ КОМПЬЮТЕРНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ В ГРАФИЧЕСКОЙ ПОДГОТОВКЕ УЧАЩИХСЯ В СИСТЕМЕ НАЧАЛЬНОГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

На этапе информатизации общества роль компьютерной техники и графических информационных технологий значительно возрастает.

Сегодня графические информационные технологии - это:

- возможность познания мира с помощью изображений и геометрических моделей;

- средство представления и хранения знаний о мире в визуальной форме;

- область деятельности, связанная с представлением, синтезом и передачей визуальной информации.

В современном естествознании и технике уже не обойтись без визуализации объектов, процессов, состояний. Основным стилем общения между человеком и компьютером становится графический стиль (интерфейс, виртуальная реальность, компьютерный дизайн и т.д.). Но наиболее характерно использование компьютерной технологии в технике, поскольку общеизвестно, что «чертеж - язык техники» и чертеж является одним из главных носителей технической информации.

Насущной проблемой является информатизация образования, т.е. применение персональных компьютеров в процессе изучения всех дисциплин в школе, учреждениях начальной профессиональной подготовки, средних специальных учебных заведениях и высшей школе. Существенную роль в информатизации образования играет компьютерная графика. Ее значимость объясняется не только традиционно важным значением графики в мире техники, где невозможно обойтись без умения разрабатывать, читать и анализировать графическую информацию, но и новой ролью компьютерной графики как основы предметно-образного стиля общения человека с компьютером.

Используя непосредственные знания по черчению, учащийся одновременно получает новый инструмент работы -компьютер, с помощью которого осваивает новую информационную технологию изготовления современного чертежа, овладевает культурой современного графического труда. Роль графической подготовки в его профессиональном становлении трудно переоценить.

Черчение как составляющая политехнического образования и профессиональной подготовки учащегося по специальности «станочник» способствует развитию технического мышления, пространственного воображения, приемов и способов чтения информации производственного характера. Причем значение такого мышления возрастает в связи с освоением компьютерной технологии, которая берет на себя функции выполнения чертежа, тем самым усиливая ответственность рабочего за правильность чтения информации, от которой зависит конечный результат профессиональной деятельности рабочего.

Использование информационных технологий в процессе преподавания черчения позволяет предъявить учащемуся «динамическое» наглядное пособие, представляющее набор слайдов, демонстрирующих процесс выполнения данного чертежа; графический материал для чтения чертежей; обеспечивает самостоятельную разработку графической документации для изготовления деталей; дает ему возможность решения творческих задач с элементами конструирования.

Курс черчения в том виде, каким он был сформирован несколько десятилетий назад, отстает от современных требований, что снижает мотивацию изучения данного предмета. Учащиеся считают его второстепенным, и одним из средств повышения мотивации является компьютеризация учебного процесса.

В практике накоплен положительный опыт использования графического редактора AutoCad, однако большой объем системы AutoCad, громоздкая архитектура, необходимость современного аппаратного обеспечения, различия в технических стандартах, отсутствие ориентации на ЕСКД, значительная цена и, самое главное, сложность освоения ограничивают выбор данной системы в качестве базовой для учащихся школ и учреждений начальной профессиональной подготовки (НПО). Для формирования первоначальных умений по компьютерной графике, по нашему мнению, целесообразно выбрать чертежно-конструкторский редактор «Компас-График» (КГ), отличающийся простотой и доступностью использования, ориентированный на стандарты ЕСКД.

Чертежно-конструкторский редактор «Компас-График» обеспечивает возможности для реализации требований учебной программы по графической подготовке, которые предъявляются в процессе обучения:

- формировать у учащихся знания о прямоугольном проецировании на одну, две-три взаимно-перпендикулярные плоскости, о построении аксонометрических проекций и приемах выполнения технических рисунков;

- ознакомить учащихся с важнейшими правилами выполнения и оформления чертежей в соответствии с установленными государственными стандартами ЕСКД;

- учить в процессе чтения чертежей воссоздавать образ предметов и анализировать их форму и конструкцию;

- способствовать развитию у учащихся технического и образного мышления, а также пространственных представлений, имеющих большое значение в будущей профессиональной и производственной деятельности и техническом творчестве;

- научить самостоятельно пользоваться справочными пособиями в практике чтения и выполнения чертежей;

- способствовать привитию учащимся интеллектуальной культуры труда при выполнении графической документации.

Естественно, возникает вопрос о том, не заменит ли машинная графика полностью традиционные методы выполнения чертежей. Тенденцию свертывания преподавания традиционного черчения, по-видимому, можно считать ошибочной. Следует отметить, что издаваемые в последнее время в США учебники по инженерной графике большое внимание уделяют технике ручного выполнения чертежей, а в иллюстрациях рабочего места конструктора наряду с компьютером и плоттером обязательно присутствует кульман.

С внедрением и расширением сферы применения компьютерной графики 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, развитого пространственного представления и комбинационного мышления.

Чертежно-конструкторский редактор КГ как современный чертежный инструмент освобождает учащихся от утомительных операций выполнения чертежа, дает возможность работать в индивидуальном темпе, обеспечивая при этом высокое качество выполняемых графических работ.

За прошедшие годы в специальной литературе появились публикации из опыта работы по использованию информационных технологий в процессе преподавания математики, физики, химии, астрономии, иностранного языка, литературы. На сегодняшний день недостаточно разработок по методике использования компьютерных технологий в преподавании общетехнических и специальных дисциплин в учреждениях начального профессионального образования. Можно предположить, что такая ситуация объясняется тем, что структура и содержание начального профессионального образования на данный период не рассчитаны на широкое применение компьютеров в образовательном процессе.

В последние годы информационные технологии нашли свое применение при изучении предмета «Черчение», однако практическое использование компьютеров на уроках черчения весьма ограничено из-за недостатка современных компьютеров в системе начального профессионального образования и слабой методической базы по включению данных технологий в учебный процесс.

Рассмотрим общие вопросы методики использования редактора «Компас-График» в графической подготовке учащихся НПО. Использование информационных технологий, в частности компьютерных технологий, в процессе графической подготовки учащихся позволяет на современном уровне решать ряд учебно-воспитательных задач курса черчения:

- политехническая и профессиональная подготовка учащихся с учетом условий и требований современного производства;

- формирование основ компьютерной графики;

- умение составлять чертежно-графичес-кую документацию с помощью системы автоматизированного проектирования.

Основными задачами методики использования компьютера при обучении черчению являются:

- определение конкретных целей применения компьютера при изучении черчения, познавательное и воспитательное значение современной информационной технологии;

- определение содержания обучения с использованием графического редактора КГ;

- разработка рациональных методов и форм обучения работы с редактором, обеспечивающих успешное усвоение учащимися знаний, умений;

- разработка методики оценки графических знаний и умений учащихся, а также умений работы с графическим редактором.

Графический редактор КГ позволяет показать, что графические изображения во всем своем многообразии являются не только средством передачи информации, но и важным средством познания. С помощью компьютерной графики изображения становятся наглядными и более понятными.

При этом компьютерная графика решает задачу развития познавательного интереса к черчению, что является стимулом к активизации деятельности учащихся. Компьютер как эффективный инструмент позволяет учителю сделать процесс обучения интересным, привлекательным, что побуждает к более напряженной умственной деятельности при работе с чертежом.

Графическая работа, выполненная на компьютере, готовит подростков к самостоятельной работе со справочной информацией - помощь при работе с программой, пробуждает интерес к специальной литературе.

Использование компьютерных технологий в процессе профессиональной подготовки позволяет приобщить учащихся к элементам инженерно-технических знаний в области техники и технологии современного производства, содействовать развитию технического мышления, познавательных способностей учащихся, склонности к усовершенствованию и созданию новых устройств и приспособлений. Применение компьютера позволяет уделить максимальное внимание активизации умственной деятельности учащихся: развитию их мышления, пространственных представлений и творческих способностей, что особенно важно для развития творческих качеств личности будущего рабочего.

Использование компьютера оказывается наиболее эффективным при изучении таких тем, как: изучение методов изображений; чтение чертежей; построение чертежей; применение способов преобразования изображений и простейших приемов конструирования; выполнение деталирования и сборочных чертежей. Целесообразно, по нашему мнению, исключить из традиционной формы обучения изучение таких разделов: «Шрифты», «Правила нанесения размеров», «Деление геометрических элементов на части», «Сопряжения», и перенести их изучение в редакторе КГ.

Компьютеризация учебного процесса по предмету «Черчение» открывает большие возможности в рационализации работ по выполнению чертежей. Так, например, работа со вспомогательными линиями при выполнении чертежа упрощает изучение способов проецирования, позволяет рассмотреть их достаточно полно и последовательно.

При изучении сечений и разрезов педагог имеет возможность предъявить учащемуся хранящиеся в памяти компьютера разнообразные задания, выполнение которых делает представления о сечении и разрезе более подвижными и полными.

Новые возможности в преподавании предмета открываются при выполнении деталирования и сборочных чертежей, т.к. редактор позволяет построить каждую деталь в своем слое, а затем осуществить процесс «сборки» готового изделия. Поскольку данная работа большая по объему, то можно воспользоваться возможностью хранения ранее выполненных рабочих чертежей оригинальных деталей и чертежей типовых деталей (валы, оси, втулки, крепежные детали и т.п.) в виде файлов-фрагментов.

Чрезвычайно интересным для учащихся представляется использование системы твердотельного трехмерного моделирования, которая позволяет на основе прямоугольной проекции получить наглядное изображение геометрических тел и предметов для анализа их формы.

В практике педагогической деятельности в системе общеобразовательной и начальной профессиональной подготовки накоплен некоторый опыт обучения учащихся практическим умениям работы с редактором «Компас-График» через урочную систему, факультативные занятия и внеклассную работу по предмету.

Нами были проведены зкспериментальные занятия в рамках факультатива в объеме 10 часов по предмету «Черчение» с использованием ЭВМ с учащимися 1-го курса (12 чел.), обучающимися по профессии «станочник» в ПУ № 38 г. Череповца.

Основная цель занятий - формирование умений составлять чертежно-графическую документацию с помощью чертежно-конструкторского редактора «Компас-Гра-фик». Практически нами было охвачено все содержание программы по темам первого полугодия и части второго. Особое внимание было уделено тем темам, по которым учащиеся показали низкие результаты: виды, нанесение размеров, резьбы, аксонометрические проекции геометрических тел.

Отбор материала для каждого занятия осуществлялся с учетом типичных ошибок, допущенных учащимися на уроках черчения, а также дидактических принципов профессиональной подготовки в системе начального профессионального образования, которые являются регулирующими средствами научно обоснованных действий преподавателя на уроке.

Рассмотрим более подробно дидактические принципы, на которые мы опирались в своей работе.

Принцип наглядности. Данный принцип является существенным фактором в подготовке рабочего-станочника. Этот принцип нами реализовывался в организации занятия таким образом, чтобы все учащиеся планомерно и систематически получали наглядное отображение информации, необходимое для достижения цели и решения поставленных перед ними задач в усвоении учебного материала.

Наглядность в процессе преподавания черчения является существенным фактором в подготовке рабочих-станочников, необходимым для изучения и усвоения основ графической грамотности. Наглядность (чертеж) является основной частью производственной деятельности станочника. Принцип наглядности на занятиях по компьютерной графике нами был реализован в виде графических заданий с поэтапным изображением детали в процессе ее построения. Вид и способ графической информации, ее объем мы определяли исходя из цели и задач урока, опираясь на графические знания и умения учащихся.

В процессе обучения построения чертежей нами использовались кодограммы, содержащие программный материал по черчению в виде плакатов с изображением деталей, их элементов и таблиц. Занятия показали, что группа учащихся, освоившая умения работы с программой, быстрее и качественнее справлялась с заданием, реже прибегала к предложенным средствам наглядности.

Принцип доступности. От принципа наглядности неотделим принцип доступности, и вытекает он из принципиального требования профессионального обучения - взаимосвязи образования, воспитания и развития.

Данный принцип нами реализовывался в неотделимой связи с наглядностью. При отборе содержания занятия мы опирались на учебную программу, на уровень графической подготовки учащихся. Немаловажным моментом, по нашему мнению, является мотивационная сторона учебной деятельности подростков. Следует отметить повышенный интерес учащихся к урокам черчения с использованием компьютеров. Повышенный интерес и положительная мотивация способствовали усвоению и закреплению как графических знаний, так и специальных новых знаний и умений, например, работа с клавиатурой по требованиям приближается к профессиональным требованиям секретаря-ма-шинистки, необходимых для работы в чертежно-графическом редакторе «Компас-Гра-фик».

Данный принцип способствует проявлению интереса к предмету изучения, стимулирует учащегося на достижение нового уровня усвоения знаний. Для реализации данного принципа содержание учебного материала предъявлялось определенными дозами с учетом подготовленности учащихся к восприятию учебной информации.

Занятия строились по принципу: от простого к сложному, от известного к неизвестному, что способствовало эффективности усвоения информации и активизации обучения. Каждое последующее занятие строилось на материале предыдущего с внесением определенного усложнения и неизвестности. Доза материала определялась индивидуальными особенностями учащихся: уровнем теоретической и практической готовности по «Черчению» и предмету «Основы информатики».

Принцип самостоятельности и активности. Данный принцип требует от преподавателя умелого руководства деятельностью учащихся, приучения их к самостоятельности и самоконтролю. В процессе всех занятий особое внимание нами уделялось самоконтролю, поскольку он является важным условием формирования графических умений по построению изображений на ЭВМ. Данный принцип включает проверку и оценку собственных действий и их результатов. Учитывая специфику построения чертежа на компьютере, где требуется постоянный визуальный контроль правильности вычерчиваемого изображения, роль самоконтроля в выполнении задания особенно важна. Используемый нами программный продукт «Компас-График» при построении чертежей дает возможность учащемуся по строке сообщений контролировать правильность своих действий и, сравнивая их с полученным результатом, вовремя корректировать действия, избегая ошибок в построении.

Принцип компьютеризации обучения. Особое внимание было уделено реализации данного принципа в процессе занятий с использованием компьютера. Включение компьютера в процесс графической подготовки учащихся позволило нам создать логическую конструкцию, соответствующую уровню начальной профессиональной подготовки. Использование ЭВМ как средства обучения позволило нам:

- регулировать количество учебных заданий;

- регулировать уровень трудности учебных заданий;

- регулировать темп подачи учебного материала;

- регулировать темп самостоятельной работы учащихся;

- обеспечить самоконтроль и систематический контроль за учебными действиями учащихся со стороны преподавателя;

- получать ученику и учителю своевременно информацию о правильности выполняемых действий;

- корректировать учебно-познаватель-ную деятельность;

- индивидуализировать учебный процесс.

Политехнический принцип. Данный принцип реализовывался нами через межпредметные (межцикловые) связи. В своей работе мы опирались на теоретические знания и практические умения по таким учебным дисциплинам, как геометрия, черчение, основы информатики, производственное обучение.

Организация факультативных занятий. Занятия проходили один раз в неделю продолжительностью 45 мин. в компьютерном классе, оснащенном 12 компьютерами Intel Celeron 1.8 ГГц, 256 Mb DDR DIMM, HDD 40 Gb ATA 100, FDD, CD-ROM 52x, MS Windows 2000 Pro, MS Office yf. В классе имеется оборудованное место учителя с дополнительным оборудованием: принтер, сканер, ксерокс. Ученики работали по методическим рекомендациям, содержащим текстовую и графические части. Форма организации на вводном занятии носила фронтальный характер, так как учащиеся должны были освоить чертежно-конструкторский редактор «Компас-График», получить навыки работы с ним, применить свои знания по основам информатики и черчению, геометрии, которых им не хватало на первых занятиях, что и обусловило выбор формы занятий.

По мере получения умений работы с редактором познавательная деятельность приобрела индивидуальный характер, которая видоизменялась в зависимости от успехов ученика.

После выполнения 4-5 работ, как показали наблюдения, учащиеся перешли на индивидуальный темп работы, что дало возможность предлагать задачи и упражнения индивидуального характера, значительно меньше стали обращаться за помощью, при возникновении вопросов обращались к справочной службе системы. Учащимся, которые быстро усваивали материал и выполняли чертеж, предлагались задания-упражнения в виде графических файлов в формате фрагментов «Компас-График», графическая часть состояла из двух частей, одна являлась образцом, что позволяло осуществлять самоконтроль правильности построений.

Готовность педагога к проведению занятий с редактором «Компас-График» являлась одним из условий повышения качества графической подготовки при использования информационных технологий. Вопрос готовности педагога работать в условиях информатизации учебного процесса часто обсуждается в последнее время. В связи с доступностью компьютеров и появлением обучающих/контролирующих и т.п. программных продуктов для учебных учреждений возникла новая проблема: как подготовить педагога к новым условиям работы.

Занятия по включению чертежно-конструкторского редактора «Компас-Гра-фик» проводились одновременно двумя преподавателями: преподавателем черчения и преподавателем основ информатики. При этом следует отметить большое желание обоих педагогов овладеть приемами работы в данном редакторе. Преподаватель черчения прошла предварительное обучение по работе с редактором. Перед каждым занятием, используя методические рекомендации, учитель черчения самостоятельно выполняла работу предстоящего занятия. Как показал опыт работы, учителю черчения для работы в редакторе «Компас-График» хватило объема знаний пользователя ПК. Учитель по основам информатики изучала чертежно-конструкторский редактор вместе с учащимися. Учителю информатики желательно владеть объемом графической подготовки на уровне ССУЗ. Следует отметить, что такое сотрудничество было обоюдно полезным для обеих сторон, т.к. на первых занятиях ученикам больше не хватало знаний по информатике, чем по черчению. Когда учащиеся перешли к непосредственному выполнению чертежей, то обнаружились пробелы в знаниях по черчению.

Следует особо отметить загруженность педагогов в первые три занятия. Здесь необходимо отметить такую особенность работы учащихся профессионального училища: ученики игнорировали методическое пособие, им казалось, что в редакторе работать очень просто, в действительности же все оказалось сложнее. Каждый ученик обращался за помощью к педагогу, а не к справочной системе редактора, что свидетельствовало о низком уровне самостоятельности учащихся.

Пока учащиеся не освоили редактор до такого уровня, который позволил перейти на самообучение и самоконтроль, они нуждались в большой дозе помощи как со стороны учителя основ информатики, так и учителя черчения. После окончания занятия педагоги обсуждали результаты, искали пути и средства управления деятельностью с целью снижения психологической и эмоциональной нагрузки с преподавателя.

Занятия с использованием компьютерных технологий имеют свою специфику и, не учитывая ее, как показал эксперимент, трудно добиться положительных результатов. Рассмотрим особенности работы с чертежно-графическим редактором. Одним из условий включения в графическую подготовку ЭВМ является наличие компьютерной грамотности учащихся, которая включает ряд компонентов. Разберем, как мы реализовали на практике обучения редактору КГ составляющие компьютерной грамотности.

В начале каждого занятия преподаватели (черчения и основ информатики) выясняли, какие ближние цели ученик себе ставит и какая конечная цель его работы. Далее анализировали исходные данные - проводили анализ геометрической формы детали, определяли команды и операции поэлементного построения, затем приступали к построению алгоритма. Построение алгоритма было самым трудным этапом в работе. На первом занятии лишь три человека представляли сущность понятия «алгоритм», и поэтому алгоритм построения разрабатывался фронтально с помощью наводящих вопросов и указаний со стороны преподавателя. На двух занятиях для овладения умением составлять алгоритм мы использовали метод от противного: сначала ученик строил изображение, а затем письменно излагал алгоритм. Такой метод оправдал себя, т.к. результаты изменялись положительно от занятия к занятию. Далее для формирования умения алгоритмизации работы мы заранее выдавали на дом карточку с заданием построить алгоритм (этапы) выполнения чертежа.

Работа в диалоговом режиме являлась как бы завершающим этапом, и ее успех зависел от результатов предыдущих этапов. Если ученик допустил просчет, то он обнаруживался на конечном этапе. Ученики далеко не сразу поняли эту зависимость конечного результата от начальных действий. Если на первых занятиях они торопились быстрее начать построение, пренебрегая указаниями, и при этом допускали очень много ошибок, то буквально с 3-4-го занятия начинали деятельность с отработки каждого этапа.

Мы обращали внимание ученика на дозу помощи со стороны преподавателей и помощь со стороны справочной системы редактора. Постепенно большая часть учащихся вообще не обращалась за помощью к преподавателю, т.к. овладела справочной системой редактора. В процессе всех занятий мы отслеживали теоретический и практический уровень готовности к работе с компьютером, словесно поощряли ученика за успехи на каждом занятии. Следует особо отметить очень хорошую дисциплину, высокую активность учеников, стремление выполнить задание и высокий уровень взаимопомощи, причем даже без обращения за ней в случае затруднения, что не проявлялось на уроках по другим дисциплинам.

В качестве важного условия, влияющего на качество графической подготовки при использовании информационных технологий, является опора на межпредметные и внутрипредметные связи. Для успешного овладения умениями работы в редакторе необходимы знания по геометрии и причем хорошие знания. В редакторе используется координатная система задания параметров, и незнание этой системы приводит к слабому усвоению материала, отставанию в темпе, неудовлетворенностью результатами, что мы и наблюдали на занятиях. Учащиеся должны владеть понятийным аппаратом, используемым в геометрии, черчении и информатике. Иногда создавались тупиковые ситуации, когда ученики по этой причине не понимали указаний учителя. Опора на межпредметные и внутрипредметные связи позволила нам сократить время на объяснения, активизировать знания учащихся и их потенциальные возможности. Однако для повышения эффективности необходимо заранее четко прописывать значимость определенных знаний, при изучении каких тем они будут востребованы.

Как показала экспериментальная работа, эффективность и качество усвоения программного материала по предмету «Черчение» при использовании информационных технологий возрастает при условиях, если:

- отбор содержания графических работ осуществляется исходя из содержания учебной программы по предмету «Черчение» с учетом направления профессиональной подготовки, а также дидактических принципов профессиональной подготовки в системе начального профессионального образования;

- обучение командам системы «Компас-График» носит поэтапный характер;

- учитывается исходный уровень графических знаний и умений учащихся;

- учитывается исходный уровень компьютерной грамотности учащихся.