Использование информационных технологий в курсе начертательной геометрии

ОПЫТ ПРИМЕНЕНИЯ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ В УЧЕБНОМ ПРОЦЕССЕ ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 2 (110) 2012

а Т. Г. Костюченко из Национального исследовательского Томского политехнического университета рассказывает о подготовке магистров по магистерской программе «САПР в приборостроении».

О дидактических и методических требованиях к разработке электронных образовательных ресурсов нам рассказывают в своей статье Н. В. Кайгородцева и И. И. Первушина (ОмГТУ), а в статье Эттель В. А., Красновой Н. Н., Мутовиной Н. В. и Романова С. В. из Карагандинского государственного технического университета отображено текущее состояние и перспективы развития электронных образовательных технологий в КарГТУ.

Надеемся, что изложенный в статьях рубрики опыт использования информационных технологий в обучении студентов техническим дисциплинам будет интересен и полезен не только участникам семинара, но и широкому кругу преподавателей вузов.

Библиографический список

1. Батенькина, О. В. О внедрении информационных технологий в учебный процесс / О. В. Батенькина, С. П. Шамец // Омский научный вестник. — 2010. №1(87). — С. 233 — 235.

2. Зюзько, И. В. Всероссийские студенческие олимпиады в ОмГТУ / И. В Зюзько, М. С. Князева, С. П. Шамец // Омский научный вестник. — 2011. №1(97). — С. 195 — 197.

ЗЮЗЬКО Ирина Владимировна, специалист по учебно-методической работе Центра информационных технологий, ассистент кафедры «Машины и технология литейного производства».

Адрес для переписки: irina.zyuzko@mail.ru и

ziv@omgtu.ru

КНЯЗЕВА Марьяна Сергеевна, специалист по учебнометодической работе Центра информационных технологий.

Адрес для переписки: kms@omgtu.ru ШАМЕЦ Сергей Парфирьевич, кандидат технических наук, доцент, начальник Центра информационных технологий.

Адрес для переписки: sha@omgtu.ru

Статья поступила в редакцию 23.12.2011 г.

© И. В. Зюзько, М. С. Князева, С. П. Шамец

УДК 37.01:007+514.18 К. А. ВОЛЬХИН

Т. А. АСТАХОВА

Новосибирский государственный архитектурно-строительный университет

Сибирский государственный университет путей сообщения, г. Новосибирск

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ В КУРСЕ

НАЧЕРТАТЕЛЬНОЙ ГЕОМЕТРИИ_________________

В статье рассмотрены варианты использования информационных технологий в организации практических занятий по начертательной геометрии и их влияние на успеваемость студентов.

Ключевые слова: информационные технологии, начертательная геометрия, графический пакет.

Компьютерные технологии стали неотъемлемой частью инженерной деятельности, вся конструкторско-технологическая документация создается с помощью различных систем автоматизированного проектирования. Информационная поддержка жизненного цикла изделия требует производить его проектирование с помощью современных графических пакетов посредством создания информационной модели. В связи с этим актуальным становится вопрос о внедрении информационных технологий в процесс обучения дисциплинам, формирующим навыки графического представления информации.

Дисциплинами, ответственными за формирование навыков работы с графическими моделями объектов, в школе являются рисование, геометрия, черчение,

а в вузе — начертательная геометрия и инженерная графика. Традиционно в процессе изучения этих дисциплин учащийся приобретал навыки построения графических изображений. В школе учащийся знакомился с приемами работы простейшими чертежными инструментами, а студент в среднеспециальном и высшем учебных заведениях — профессиональными. Приобретение навыков работы с тем или иным чертежным инструментом происходит опосредствованно в процессе выполнения графических заданий, предусмотренных учебными программами дисциплины. Эволюция инструмента от треугольника и линейки к «кульману» — универ -сальному чертежному прибору конструктора при переходе в профессиональное образование спо-

собствовала подготовке конкурентоспособного специалиста.

Активное перевооружение общеобразовательных учреждений приводит к тому, что в высшие учебные заведения начинают приходить абитуриенты, имеющие опыт работы с графическими пакетами. Таким образом, использование простейших чертежных инструментов при выполнении графических заданий в процессе изучения начертательной геометрии и инженерной графики не только не способствует развитию навыков использования современных средств представления графической информации, но и подрывает значимость содержания самой дисциплины, как устаревшей и не нужной для профессиональной деятельности.

С другой стороны, системы автоматизированного проектирования (САПР) в обучении начертательной геометрии и инженерной графике открывает новые перспективы для применения аппаратных и программных средств, современных информационнокоммуникационных технологий (ИКТ) для учебного процесса. САПР становятся важнейшим инструментом формирования информационно-образовательной среды для дисциплин графического цикла, неотъемлемой частью которой является коммуникационная составляющая — возможность использования современных средств связи для организации учебного процесса. Графические задания, выполненные в электронном виде, могут быть представлены преподавателю для получения консультации или на проверку с помощью электронной почты.

Все студенты первого курса имеют навыки использования простейших чертежных инструментов, полученные во время обучения в школе, а знание инструментальных возможностей чертежных программ в настоящее время — пока редкое явление. Это является одним из основных аргументов противников использования САПР как инструмента графических построений в начертательной геометрии в условиях снижения времени, отведенного учебными планами на изучение дисциплины.

Чтобы оценить степень влияния на процесс обучения начертательной геометрии использования вместо простейших чертежных инструментов компьютерных, мы организовали экспериментальное обучение в нескольких группах. В связи с тем, что навыки выполнения графических построений приобретаются во время работы над индивидуальными графическими заданиями и при решении учебных задач на практических занятиях, основное внимание было уделено этим видам учебной деятельности.

Можно выделить различные варианты использования САПР субъектами в процессе инженерной графической подготовки. Самый простой, получивший

уже широкое распространение, — мультимедийное сопровождение практических занятий, предполагающий использование графических программ для подготовки различных презентационных материалов. Более динамичным вариантом можно считать применение преподавателем чертежно-графического пакета для демонстрации решения типовых задач с различным аппаратным обеспечением (проектор, интерактивная доска). Самый оптимальным является вариант, когда САПР становится инструментом для выполнения геометрических построений студентом при решении задач и оформлении индивидуальных графических заданий во время практических занятий и домашней самостоятельной работе.

Первая контрольная группа студентов обучалась по традиционной методике, в аудитории, не оборудованной проекционной техникой, преподаватель представлял учебную информацию с использованием меловой доски и простейших чертежных инструментов, а студенты все графические построения выполняли по карандашно-бумажной технологии. Во второй группе занятия проводились в мультимедийной аудитории, учебная информация представлялась в графической среде КОМПАС-3Б, студенты работали с традиционными чертежными инструментами. Третья и четвертая группы студентов изучали начертательную геометрию в терминальном классе, оборудованном мультимедийным проектором — все субъекты образовательного процесса имели возможность работать в среде КОМПАС. Практические занятия четвертой группы проводились в терминальном классе, оборудованном интерактивной доской.

Результаты контрольных недель (КН) (табл. 1), показали, что во всех группах наблюдаются студенты, отстающие от учебного графика по разным причинам. Средние значения успеваемости ниже максимальных показателей в 30 и 65 баллов. При этом по итогам первой контрольной недели (6 учебная неделя) наблюдается небольшое отставание средней успеваемости у студентов второй и третьей групп, которое ко второму контрольному сроку практически исчезает.

Результаты успеваемости по итогам первой контрольной недели показали, что группа, обучающаяся без использования информационных технологий, более активно включилась в учебную деятельность, своевременно представляя выполненные задания преподавателю на проверку. Для студентов этой группы, изучение алгоритмов решения позиционных и метрических задач сопровождалось напоминанием приемов геометрических построений с помощью треугольников, линеек и циркуля в процессе решении задач на доске преподавателем. В то время как во второй группе геометрические построения препода-

Таблица 1

Успеваемость студентов по начертательной геометрии

Использование САПР во время практического занятия Количество студентов Средний рейтинг студентов

КН 1

1. Нет 10 23,35 45,04

2. Объяснение алгоритмов решения задач в среде КОМПАС 9 19,24 46,45

3. Объяснение алгоритмов решения задач и выполнение индивидуальных графических заданий в среде КОМПАС 9 18,54 46,49

4. Объяснение алгоритмов решения задач на интерактивной доске и выполнение индивидуальных графических заданий в среде КОМПАС 11 23 46,78

ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 2 (110) 2012 ОПЫТ ПРИМЕНЕНИЯ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ В УЧЕБНОМ ПРОЦЕССЕ

ОПЫТ ПРИМЕНЕНИЯ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ В УЧЕБНОМ ПРОЦЕССЕ ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 2 (110) 2012

вателем выполнялись в среде графического редактора, исключалась возможность приобретения навыков работы с традиционными чертежными инструментами на примере решения задач, а опосредствованное знакомство с инструментальными возможностями чертёжной программы не имело практической значимости. Это сразу отрицательно сказалось на средней успеваемости и активности сдачи индивидуальных графических заданий.

Самый низкий уровень показала третья группа студентов, которым было предложено индивидуальные графические задания выполнять в среде графического пакета. Среди студентов, результаты учебной деятельности которых анализируются в этой статье, никто не имел опыта выполнения геометр ичес-ких построений в какой-либо чертежной программе, в частности КОМПАС. Это и стало первопричиной некоторого отставания от графика выполнения индивидуальных графических заданий.

Результаты четвертой группы практически не отличаются от первой (контрольной), при этом все же отмечается некоторое отставание от графика представления индивидуальных графических заданий на проверку. Условия обучения студентов третьей и четвертой групп разнились только тем, что в сопровождении занятий четвертой группы использовалась интерактивная доска. Результаты контрольной недели показали, что применение интерактивной доски для представления учебной информации в среде графического пакета способствовало более быстрому приобретению навыков работы с программой и как следствие повышению успешности изучения дисциплины. Это связано с тем, что управление геометрическими построениями становится более наглядным, когда пиктограммы инструментов нажимаются на доске рукой, а не курсором мыши, за которым очень часто трудно уследить, кроме того, возвращение преподавателя к доске вносит некоторые организующие начала.

Анализ временных затрат студентов на подготовку к занятиям и на самостоятельную работу над индивидуальными графическими заданиями показал, что до первого контрольного срока в среднем около часа в неделю студенты экспериментальных групп тратили на изучение инструментальных возможностей чертежной программы.

Использование КОМПАС-График в процессе изучения начертательной геометрии обусловлено тем, что эта система предназначена для создания плоских геометрических моделей объектов, изучение которых и является ее предметной областью. Объяснение преподавателем алгоритмов решения позиционных и метрических задач в среде КОМПАС-График с использованием мультимедийной техники позволяет одновременно с содержательной частью предмета знакомить студента на репродуктивном уровне с основными инструментальными возможностями системы [1, с. 73].

г

Рис. 1. Системы координат 1 — КОМПАС-График, 2 — начертательной геометрии

Для более подробного знакомства с приемами работы в КОМПАС студентам предлагались учебнометодические материалы, предназначенные для самостоятельного изучения. Фактически знакомство с интерфейсом и инструментами КОМПАС происходило непосредственно в процессе выполнения геометрических построений на компьютере во время оформления индивидуальных графических домашних заданий. Опрос студентов показал, что изучение графического редактора для 90 % респондентов осуществлялось методом проб и ошибок, на основании визуального опыта, полученного во время практических занятий.

Кроме того, определенную сложность в использовании графического пакета в качестве инструмента геометрических построений для решения задач начертательной геометрии представляет несоответствие систем координат (рис. 1). Рабочее пространство графического пакета — это плоскость, положение любой точки в которой задается координатами х и у. По умолчанию координатные оси имеют направления, принятые в математике. Формирование комплексного чертежа в начертательной геометрии происходит совмещением двух взаимно перпендикулярных плоскостей проекций, вращением горизонтальной плоскости проекций вокруг оси х до совмещения с фронтальной плоскостью. На полученной таким образом плоскости мы используем для построения проекций объекта три координаты (х, у, z). Кроме того, направления осей координат в начертательной геометрии и мировой системе, установленной по умолчанию в любом графическом пакете, отличаются. Если направление осей х и у можно привести в соответствие введением пользовательской системы координат, то введение координаты z требует дополнительных условностей [2]. Эта проблема обостряется на этапе решения задач, исходными данными для которых являются координаты точек. На примере (рис. 2) представлено решение индивидуального графического задания «Прямая и плоскость», оформленного в КОМПАС. На бумажном чертеже по направлению осей откладываются линейкой координаты х, у, z, а в КОМПАС-График есть возможность вводить только две координаты точки — х и у, необ-

Таблица 2

Востребованность консультаций по электронной почте

' Учебный год Количество 2008-2009 2009-2010 2010-2011

Всего студентов, применяющих САПР для оформления графических заданий 78 74 79

В том числе студентов, использующих электронную почту для общения с преподавателем 50 56 74

Обращений студентов по электронной почте 314 270 727

Рис. 2. Индивидуальное графическое задание «Прямая и плоскость»

ходимые для построения горизонтальной проекции точки. Чтобы построить фронтальную проекцию точки по координатам х и z приходится для последней использовать окно координаты у с учетом того, что положительное направление оси z соответствует отрицательному направлению оси у.

На результат индивидуальных графических заданий всегда оказывает влияние качество графики. Понимание предмета и правильное применение того или иного алгоритма при решении позиционных или метрических задач при низком качестве геометрических построений (незначительное отклонение от параллельности или перпендикулярности линий, произошедшие из-за несовершенных чертежных инструментов или неумения пользоваться ими) приводят к неверному результату. Поэтому от первого предъявления работы на проверку до ее зачтения идет длительная работа по исправлению и перечерчиванию. Ошибки, допущенные при решении задач, когда для геометрических построений применяются инструменты графического пакета, возникают только из-за непонимания содержания предмета и от невнимательности.

Известно, что навыки графического представления информации у первокурсников сформированы недостаточно. Поэтому для качественного оформления индивидуальных графических заданий студенту необходимо их совершенствовать. Вызывает сомнение целесообразность формирования умений представления графической информации карандашом на бумаге в процессе высшего образования, когда эти умения не влияют на успешность в будущей профессиональной деятельности.

Временные потери студентов, выполняющих графические задания в среде КОМПАСа, связанные с его освоением, оказали существенное влияние только на итог первой промежуточной аттестации, потому что дальнейшие затраты времени на доработку и исправление ошибок существенно снизились по сравнению с контрольной группой, выполняющей геометрические построения карандашом с применением простейших чертежных инструментов.

В условиях увеличения доли самостоятельной работы в образовательном процессе обучение приемам работы в графическом пакете во время аудиторных занятий по начертательной геометрии может быть

ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 2 (110) 2012 ОПЫТ ПРИМЕНЕНИЯ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ В УЧЕБНОМ ПРОЦЕССЕ

ОПЫТ ПРИМЕНЕНИЯ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ В УЧЕБНОМ ПРОЦЕССЕ ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 2 (110) 2012

только опосредствованным, т.е. выполнение преподавателем графических построений на компьютере демонстрирует возможности программы. При этом следует отметить, что ни один студент не отказался от возможности, предоставленной преподавателем, выполнять эпюры с использованием компьютера как электронного кульмана. Осознание студентом того, что он осваивает современные методы графического представления технической информации, приводит к повышению мотивации изучения начертательной геометрии.

Кроме того, применение компьютерных технологий для оформления чертежа позволяет использовать современные средства коммуникации для получения консультации по работе или представления ее на проверку преподавателю, что активизирует учебную деятельность, повышает ее эффективность. Сравним временные потери студента и преподавателя для организации очных (аудиторных) и дистанционных (по электронной почте) индивидуальных консультаций. При очной консультации, чтобы разрешить возникшую проблему, студенту нужно прийти в университет, дождаться своей очереди — это бесполезно потраченное время. Нередко бывает, что на консультации нет очереди, тогда время теряет преподаватель. Время очной консультации назначается преподавателем в соответствии с расписанием аудиторных занятий и никак не сопоставляется с индивидуальным графиком самостоятельной работы студента, в процессе которой у него возникают вопросы. Электронная почта или другие современные средства коммуникации позволяют избежать бесполезной траты времени и предоставить студенту своевременную помощь. В связи с этим интенсивность работы преподавателя существенно возрастает. Опыт проведения ежедневных консультаций по электронной почте показывает, что в среднем на составление одного письменного ответа студенту тратится около 5 минут. Так, в 2008/09 учебном году для составления ответов на 314 электронных обращений потрачено около 26 часов, а в 2010/11 — чтобы ответить на 727, — 60 часов. К сожалению, это время никак не отражается в учебной нагрузке преподавателя. При этом, как видно из таблицы 2, востребованность подобного вида учебной деятельности воз-

растает и в 2010/11 учебном году электронную почту для представления работы на проверку или получения консультации по предмету использовали 94 % студентов, выполняющих графические задания в среде САПР.

По результатам проведенного эксперимента можно сделать следующие выводы.

Использование САПР в процессе выполнения геометрических построений для решения задач начертательной геометрии не снижает качества обучения дисциплине.

Время на оформление индивидуальных графических заданий снижается и повышается эффективность использования учебного времени за счет приобретения профессионально значимых навыков представления графической информации с использованием современных чертежно-графических программ.

Библиографический список

1. Астахова, Т. А. Обучение начертательной геометрии в среде КОМПАС / Т. А. Астахова, К. А. Вольхин // Проблемы качества графической подготовки студентов в техническом вузе в условиях перехода на образовательные стандарты нового поколения : материалы Междунар. науч.-практ. интернет-конференция. Февраль — апрель 2010. — Пермь : Пермский государственный технический университет, 2010. — С. 73 — 78.

2. Вольхин, К. А. Изучение начертательной геометрии в свете информатизации инженерного графического образования / К. А. Вольхин // САПР и графика — 2010. — № 11. — С. 70-72.

ВОЛЬХИН Константин Анатольевич, кандидат педагогических наук, доцент кафедры начертательной геометрии Новосибирского государственного архитектурно-строительного университета (Сибстрин). Адрес для переписки: wolchin@yandex.ru АСТАХОВА Татьяна Анатольевна, преподаватель кафедры графики Сибирского государственного университета путей сообщения.

Адрес для переписки: taastakhova@yandex.ru

Статья поступила в редакцию 12.12.2011 г.

© К. А. Вольхин, Т. А. Астахова

Книжная полка

Вальке, А. А. Информатика : конспект лекций / А. А. Вальке ; ОмГТУ. - Омск : Изд-во ОмГТУ, 2010. - 55 с.

Конспект лекций разработан в соответствии с требованиями образовательного стандарта ОмГТУ. Рассматриваются предмет и структура информатики, системы счисления, основы булевой алгебры, базовые элементы компьютерных систем, архитектура персональных компьютеров и их программное обеспечение.

Рожков, Н. Ф. Информатика : учеб. пособие / Н. Ф. Рожков, Е. В. Румянцева ; ОмГТУ. -Омск : Изд-во ОмГТУ, 2010. - 88 с. - ISBN 978-5-8149-0992-3.

В настоящем учебном пособии рассматриваются основы информатики, арифметические и логические основы работы ЭВМ, описывается структура современного персонального компьютера и его аппаратные средства, приводится их классификация.