Применение систем автоматизированного проектирования для формирования пространственного мышления у старших дошкольников

УДК 373

ПРИМЕНЕНИЕ СИСТЕМ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ ПРОСТРАНСТВЕННОГО МЫШЛЕНИЯ У СТАРШИХ ДОШКОЛЬНИКОВ

© 2017

Федоров Андрей Львович, кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры «Сварка, обработка металлов давлением и родственные процессы» Еник Оксана Алексеевна, кандидат педагогических наук, доцент, доцент кафедры «Дошкольная педагогика и психология» Тольяттинский государственный университет

Аннотация. Внедрение информационных технологий в дошкольное образование обусловило актуальность разработки методик обучения детей навыкам конструирования трехмерных объектов с помощью современных информационных технологий в условиях дошкольных учреждений. Известные методики ориентированы в основном на использовании традиционных детских игр и конструкторов, как правило, не имеющих компьютеризированных аналогов. Цель: рассмотреть и апробировать подход к формированию пространственного мышления у старших дошкольников, основанный на использовании систем автоматизированного проектирования (САПР). Методика исследования: авторами разработана методика обучения старших дошкольников навыкам трехмерного моделирования, основанная на использовании САПР КОМПАС. Методика, обеспечивающие повышение дидактических возможностей процесса обучения, состоит из нескольких этапов, в выполнении которых участвуют педагог и дети. Приведен пример решения известной задачи сборки куба из заданного количества кубиков. В рамках каждого этапа даны рекомендации и определены приемы работы педагога и детей. Представлены скриншоты результатов проектирования на каждом этапе. Научная новизна: в статье впервые рассмотрена и представлена возможность реализации предлагаемой методики на основе коммерческой САПР AutoCAD. Для упрощения процесса обучения используются ранние версии данной системы, отличающиеся простотой использования. Практическая значимость: Представленная в статье методика прошла успешную апробацию на базе детского сада №204 «Колокольчик» Автономной некоммерческой организации дошкольного образования «Планета детства «Лада» г. Тольятти и может быть рекомендована для применения в системе дошкольного образования РФ.

Ключевые слова: система автоматизированного проектирования, САПР КОМПАС, САПР AutoCAD, формирование пространственного мышления, старший дошкольник, трехмерное моделирование, этапы обучения дошкольников, сборка куба, количество кубиков - 27.

USE OF COMPUTER AIDED DESIGN FOR FORMING OF SPATIAL THINKING AT SENIOR PRESCHOOL CHILDREN

© 2017

Fedorov Andrey Lvovich, candidate of technical sciences, associate professor, associate professor

of the chair «Welding, metal forming and related processes» Enik Oksana Alekseevna, candidate of technical sciences, associate professor, associate professor of the chair «Preschool pedagogy and psychology» Togliatti State University,

Abstract. Introduction of information technologies in pre-school education has led to the development of children learning the relevance of skills of constructing three-dimensional objects using modern information technologies in pre-school institutions. Known methodologies focused on the use of traditional children's games and designers usually do not have computerized counterparts. Objective: to examine and test the approach to the formation of spatial thinking older preschoolers, based on the use of computer-aided design (CAD). Research methodology: a methodology for the training of senior preschool skills 3D modeling, CAD-based COMPASS. Technique for providing improved teaching opportunities learning process consists of several stages, in which the teacher and children are involved. An example of a known cube build tasks from the specified number of cubes. Within each phase of the recommendations and identified techniques educator and children. Screenshots of the results at every stage of the design. Scientific novelty: for the first time in the article reviewed and presented the possibility of implementing the proposed methodology based on commercial CAD SOFTWARE AutoCAD. To simplify the learning process used early versions of this system, distinguished by ease of use. Practical value: the information provided in the article underwent a successful technique approbation based on kindergarten No. 204 of "Bell" of the autonomous non-profit organization "planet preschool childhood LADA Togliatti and can be recommended for use in preschool education of the Russian Federation.

Keywords: computer-aided design, CAD, CAD AutoCAD COMPASS formation of spatial thinking, senior preschooler, three-dimensional modeling, learning steps preschool children, build a cube, the number of cubes-27.

Постановка проблемы в общем виде и ее связь с важными научными и практическими задачами.

Способность создавать и оперировать пространственными образами в процессе решения практических и теоретических задач рассматривается как одна из фундаментальных человеческих способностей, характеризующих уровень пространственного мышления человека.

Сегодня наблюдается устойчивая тенденция к использованию схематического представления информации, замене реальных объектов моделями, наглядных изображений - условными обозначениями.

Вполне очевидно, что любой современный человек должен владеть навыками создания различных пространственных конструкций объектов, в том числе по их графическому представлению. Все эти умения у человека появляются в процессе изучения геометрии. Но

данное умение оперировать образами доступно уже в дошкольном возрасте, когда ребенок конструирует из кубиков [1-5].

Таким образом, представляет актуальность разработка методик обучения детей навыкам конструирования трехмерных объектов с помощью современных информационных технологий в условиях дошкольных учреждений [6-9].

Формирование целей статьи. В настоящее время в решении задач формирования компонентов пространственного мышления у старших дошкольников предпочтение отдается развивающим играм Б.П. Никитина, в частности настольной игре «Уникуб» и «Кубики для всех» [10; 11].

Недостатком данных серий игр является их ограниченные дидактические возможности, обусловленные

сложностью построения в них трехмерных моделей, что объясняется отсутствием компьютеризированных аналогов указанных игр.

Для решения данной задачи в статье предлагается использовать технологии обучения, основанные на применении доступных компьютерных систем автоматизированного проектирования (САПР), позволяющих создавать новые трехмерные модели с помощью встроенной библиотеки готовых объектов.

Выбранные объекты (параллелепипед, шар, цилиндр, конус и т.п.), располагаются должным образом в пространстве и комбинируются друг с другом. В дальнейшем над ними можно проводить различные операции изменения геометрии (снятие фасок на ребрах, обрезка и т.д.) [12-14].

Изложение основного материала исследования с полным обоснованием полученных научных результатов.

Как показывает практика вузовского образования, студенты достаточно быстро осваивают навыки трехмерного моделирования в таких САПР [15].

Это можно объяснить тем, что еще в дошкольном возрасте, играя в кубики, они занимались примерно тем же, что делает инженер-конструктор, создавая трехмерные объекты путем комбинирования встроенного набора трехмерных объектов.

В этой связи применение предлагаемой технологии обучения представляется более перспективной, в том числе для решения несложных задач трехмерного моделирования.

Рассмотрим возможности методики обучения старших дошкольников навыкам трехмерного моделирования, основанной на использовании широко распространенной САПР КОМПАС [16, 17], на примере решения известной задачи сборки куба из заданного количества кубиков.

Предлагаемая методика состоит из следующих этапов.

I. Педагог создает кубик. Раскрашивает его грани, используя три цвета. Две смежные грани имеют одинаковый цвет (рисунок 1). Далее педагог знакомит детей с панелью инструментов, показывая возможности системы.

Рисунок 2 - Создание массива кубиков

Описанные этапы являются подготовительными, после чего к работе приступает ребенок, который предварительно должен получить задание, например, сделать большой куб из нескольких маленьких.

III. Дошкольник, поочередно выбирая кубики и пристраивая их к получаемому объекту, строит модель большого куба (рисунок 3). На первых трех занятиях детям предлагается построить большой куб из 4 - 9 кубиков. На последующих занятиях количество кубиков увеличивается до 27. На этом этапе ребенок самостоятельно строит куб, используя доступные средства САПРа.

Рисунок 3 - Процесс моделирование куба из 27 кубиков

IV. На следующем этапе ребенок переходит от кубиков к другим геометрическим объектам (параллелепипед, шар, цилиндр, конус и др.) и их комбинациям (рисунок 4).

Рисунок 1 - Построение базового кубика

II. Затем создаются копии кубика. Использование метода-массива позволяет создать упорядоченную группу кубиков.

Можно также применить команду копирования и расположить кубики в пространстве хаотично. Если повернуть некоторые из кубиков вдоль произвольной оси на 90°, цвета граней также будут хаотично распределены (рисунок 2).

Данный метод позволяет продемонстрировать ребенку все грани куба и его цвета, и отработать с ребенком навыки поворота куба в трехмерном пространстве.

Рисунок 4 - Звезда четырехлучевая из конусов Следует отметить, что авторами рассмотрена воз-

можность обучения старших дошкольников навыкам трехмерного моделирования, основанная на использовании русифицированной версии САПР AutoCAD [18-20].

Для решения вышеописанной задачи сборки куба из заданного количества кубиков использовали AutoCAD старых версий - 2002, 2004, которые по сравнению с новыми версиями не так перегружены различными дополнительными функциями. Педагог в AutoCAD создает кубик, аналогичным образом раскрашивает его грани. Затем обучаемый создает из базового кубика модель большого кубика (рисунок 5) и других геометрических объектов.

Рисунок 5 - Процесс моделирование куба из 27 кубиков в программе AutoCAD 2004

Однако следует иметь в виду, что САПР AutoCAD является коммерческим программным продуктом.

Выводы исследования и перспективы дальнейших изысканий данного направления.

Применение предложенной методики обеспечило достижение следующих результатов. У детей сформировались умения представлять трехмерные объекты в деталях и цветовом исполнении; создавать новые объекты путем комбинирования исходных элементов; анализировать пространственные свойства и отношения, что является необходимым условием для формирования у детей старшего дошкольного возраста предпосылок пространственного мышления и навыков трехмерного моделирования. Реализации модели на компьютере предшествовало ее построение при помощи традиционных игр «Уникуб» и «Кубики для всех».

Предлагаемая методика прошла успешную апробацию на базе детского сада №204 «Колокольчик» Автономной некоммерческой организации дошкольного образования «Планета детства «Лада» г. Тольятти и обеспечило повышение дидактических возможностей образовательного процесса старших дошкольников.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:

1. Федотова Н.В., Суленко И.А. О необходимости формирования пространственного мышления // Современные наукоемкие технологии. - 2008. - № 8. - С. 44-47; URL: https://www.top-technologies.ru/ru/article/ view?id=24125 (дата обращения: 17.02.2017).

2. Белошистая А.В. Новая методическая система развития пространственного мышления учащихся 1-6 классов // Вопросы психологии. 2006. №1. С. 16-23.

3. Каплунович И.Я. Психологические закономерности развития пространственного мышления //Педагогическая техника: научно -популярный журнал. №1. 1999. - С. 60-68.

4. Якиманская И.С. Возрастные и индивидуальные способности образного мышления учащихся. М., Педагогика, 1989. - 233 с.

5. Якиманская И.С. Развитие пространственного мышления учащихся. М., Просвещение, 1980. - 130 с.

6. Кузнецов А.П. Пространственное мышление - основа развития пространственных представлений у студентов // Психология и педагогика: методика и проблемы практического применения. 2011. № 23. С. 157 - 161.

7. Жуйкова Т.П. Характеристика метода моделирова-

ния в формировании пространственных представлений у детей старшего дошкольного возраста / Актуальные задачи педагогики (II): материалы междунар. заоч. науч. конф. (г. Чита, июнь 2012 г.). Чита: Издательство Молодой ученый, 2012. С.41-44.

8. Егошина С.Н. Математическое моделирование в детском саду // Молодой ученый. 2015. № 22.4. С. 19-31.

9. Вейлерт Н.Т., Еник О.А., Полянская Е.А., Мамонтова М.А. Информационные технологии в логико-математическом развитии старших дошкольников: учебно-методическое пособие. Тольятти, 2012. 92с.

10. Никитин Б.П. Интеллектуальные игры. Изд. 6-е, испр. и доп. Обнинск: «Световид», 2009. - 216 с., илл.

11. Дыбина О.В. Формирование у детей умения решать интеллектуальные задачи // Вестник Чувашского государственного педагогического университета им. И.Я. Яковлева. 2013. №1-2 (77). С.68-75.

12. Гущина О.М., Крайнова О.А. Проектирование системы информационной поддержки управления знаниями // Азимут научных исследований: педагогика и психология. 2013. №3. С. 10-13.

13. Сазонов А. А. Трехмерное моделирование в AutoCAD 2011. М.: ДМК Пресс, 2011. - 376 с.

14. В. Большаков, А. Бочков, А. Сергеев 3Б-моде-лирование в AutoCAD, КОМПАС-3Б, SolidWorks, Inventor, T-Flex. СПб.: Питер, 2011. - 336 с.

15. Федоров А.Л. Обучение навыкам трехмерного моделирования в САПР студентов сварочной специальности в ТГУ // Геометрия и геометрическое образование: Сборник трудов III Международной научной конференции «Геометрия и геометрическое образование в современной средней и высшей школе (к 75-летию Е.В. Потоскуева)». Тольятти, 27-29 ноября. Тольятти: ТГУ, 2014. - С.304-306.

16. Доронин А. М., Жарков Н. В., Минеев М. А., Прокди Р. Г. Компас-3Б v11. Эффективный самоучитель. М.: Наука и техника, 2010. - 688 с.

17. Бочков А.Л. Трехмерное моделирование в системе Компас-3Б (практическое руководство). - СПб: СПбГУ ИТМО, 2007. 84 с.

18. Мидлбрук Марк. AutoCAD 2004 для Чайников. Для сомневающихся. М.: Диалектика, 2003. - 368 с.

19. Эллен Финкельштейн. AutoCAD 2004 Библия пользователя. М.: Диалектика, 2005. - 1184 с.

20. Ткачев Д. AutoCAD 2004: Самоучитель. СПб.: Питер, 2003. - 432 с.

Статья поступила в редакцию 29.04.2017.

Статья принята к публикации 23.06.2017.