Проблема качества графической подготовки студентов в техническом вуз

эскизы моделей деталей, фрагменты резьбовых соединений, сборочный чертеж по заданному набору деталей и схеме СЕ и схема энергетическая (Р3) тепловой установки. Заметим, что логика описанного сюжета с акцентированным анализом детали не предполагала ее изучение как таковой, а естественно присутствовала в процессе выполнения задания.

Подготовку текстовой и иллюстративной части статьи авторы, конечно, выполнили уже за пределами расписания. Такое пролонгированное общение студента и преподавателя может рассматриваться как фрагмент индивидуализации отдельных элементов инженерной подготовки. Для утверждения она, разумеется, требует дополнительного времени и организационной поддержки.

Список литературы

1. Лепаров М.Н., Попов М.Х. Состояние и тенденции геометрографической подготовки как компонент инженерного образования

вБолгарии // Проблемы качества графической подготовки студентов

втехническом вузе: традиции и инновации: сб. материалов IV Междунар. науч.-практ. интернет-конф. – Пермь: Изд-во Перм. нац. исслед. поли-

техн. ун-та, 2014. – С. 61–76.

2.Абросимов С.Н., Тихонов-Бугров Д.Е. Проектно-конструктор- ское обучение инженерной графике: вчера, сегодня, завтра // Геометрия и графика. – 2016. – Т. 3, № 3. – С. 47–57.

3.Иващенко В.И., Ермаков А.И., Чемпинский Л.А. Задачи кафедры инженерной графики СГАУ в контексте реинжиниринга учебных планов // Материалы и доклады Всерос. совещ. зав. кафедрами инженернографических дисциплин техн. вузов. – Ростов н/Д, 2013. – С. 56–63.

4.Варушкин В.П. Использование САПР для курсового проектирования // Проблемы качества графической подготовки студентов в техническом вузе: традиции и инновации: материалы IV Междунар. науч.- практ. интернет-конф. – Пермь, 2015. – С. 152–160.

5.Корнилкова Е.В., Шахова А.Б. Курсовое проектирование в курсе «Инженерная графикиа // Проблемы качества графической подготовки

студентов в техническом вузе: традиции и инновации: материалы

VМеждунар. науч.-практ. интернет-конф. – Пермь, 2015. – С. 268–278.

6.Абросимов С.Н., Рыбин Б.И. Скицирование и восстановление геометрической информации в образовательном процессе // Проблемы качества графической подготовки студентов в техническом вузе: тради-

231

ции и инновации: материалы V Междунар. науч.-практ. интернет-конф. –

Пермь, 2015. – С. 522–529.

7.Горнов А.О., Усанова Е.В., Шацилло Л.А. ГГП – состояние, тенденции, прогнозы // Проблемы качества графической подготовки студентов в техническом вузе в условиях перехода на образовательные стандарты нового поколения: материалы III Междунар. науч.-практ. интернет-конф. – Пермь, 2013. – С. 39–47.

8.Горнов A.О. Основание для алгоритмизации простановки размеров / А.О. Горнов, А.Ю. Губарев, Л.В. Захарова // Информационные средства и технологи: сб. тр. Междунар. науч.-техн. конф. – М., 2010. –

С. 56–62.

9.Горнов А.О., Кауркин В.Н. Новые информационные технологии

имеждисциплинарные связи // Информатизация инженерного образова-

ния: тр. МНМК. – М.: Изд. дом МЭИ, 2012. – C. 27–28.

10.Методика художественного конструирования. Дизайн-прог- рамма / под ред. Л.А. Кузьмичева, В.Ф. Сидоренко, Д.Н. Щелкунова. –

М.: ВНИИТЭ, 1987.

232

КОГНИТИВНЫЕ АСПЕКТЫ ПРИМЕНЕНИЯ ЭЛЕМЕНТАРНОЙ ГЕОМЕТРИИ ПРИ ФОРМИРОВАНИИ ЭЛЕКТРОННОЙ МОДЕЛИ

Е.С. Дударь, К.Г. Носов

Пермский национальный исследовательский политехнический университет, Пермь

Рассматриваются роль базовых понятий евклидовой геометрии и их влияние на процесс создания электронной модели изделия. Приведен анализ типичных ошибок при построении эскиза модели. Предложены варианты решения данной проблемы.

Ключевые слова: геометрические знания, электронная модель изделия, когнитивный подход.

COGNITIVE ASPECTS OF THE APPLICATION

OF ELEMENTARY GEOMETRY IN FORMING

THE ELECTRONIC MODEL

E.S. Dudar’, K.G. Nosov

Perm National Research Polytechnic University, Perm

In the article the role of the basic concepts of Euclidean Geometry and their influence on the designing of electronic model of product is considered. The analysis of typical mistakes at creation of the model's sketch is discussed, the options of a solution are proposed.

Keywords: geometrical knowledge, electronic model of product, cognitive approach.

Изменение характера и методологии профессиональной деятельности инженера, вызванное компьютеризацией производства, обусловило более жесткие требования к качеству подготовки молодых специалистов, уровню их квалификации, в том числе и в области проектноконструкторской деятельности. Высокотехнологичному производству необходимы инженеры, обладающие системными знаниями, владеющие современными технологиями проектирования, способные гибко реагировать на изменяющиеся требования рынка.

Пересмотр традиционных подходов к организации образовательного процесса, переход от дискретно-дисциплинарной к модульноуровневой структуре инженерной подготовки, от абстрактного метода школы к практико-ориентированному типу образования [1] выдвигают новые требования как к личности педагога, так и к личности обучающегося. Для педагога становится важным не только передавать готовые

233

знания, сохраняя при этом основы фундаментального теоретического содержания, но и показывать перспективы применения этих знаний для решения профессиональных задач [2–4].

Формирование новой образовательной парадигмы предполагает существенные изменения как характера обучения, так и роли обучаемого в образовательном процессе. Рассматривая образование как взаимосвязанный и взаимообусловленный процесс познания, предполагается, что студент перейдет от пассивного потребления информации к поло- жительно-мотивированному и, следовательно, во многом к самостоятельному обучению. Оставим в стороне вопросы о трудностях формирования такой мотивации у среднестатистического студента, обусловленных зависимостью когнитивной составляющей обучения от типа личности учащегося, а также о многочисленных педагогических новациях, призванных способствовать развитию познавательной активности учащихся. Выделим только один аспект проблемы, а именно отсутствие у большинства студентов базовой геометрической подготовки и, даже при наличии такой подготовки, отсутствие когнитивного аппарата ее применения в практике решения конкретных задач.

О слабом знании студентами школьной геометрии неоднократно говорили профессора Н.А. Сальков [5], Д.Е. Тихонов-Бугров [6] и др. Входное тестирование на знание школьного курса геометрии и определение степени развития пространственного мышления, проводимое в ПНИПУ для первокурсников, стабильно показывает уровень подготовки к изучению дисциплин геометро-графического цикла в пределах

50–60 % [7].

Отсутствие элементарных геометрических знаний особенно заметно при изучении компьютерной графики. При этом подразумевается, что обучаемый должен не только уметь «нажимать на кнопки», но и в рамках проектно-целевого подхода к обучению [8] уметь моделировать простые изделия и сборки. Резко обостряют проблему не только интенсивное изложение материала, информационная насыщенность занятий (по 8 часов в 1 и 2-м семестрах), но и индивидуализация обучения за компьютером, когда практически отсутствует возможность угадывания, списывания и т.д. Многие первокурсники плохо представляют себе, что такое симметрия, подобие, коллинеарность, концентричность, не могут провести касательную к плоской кривой, путают, даже после подготовки на практических занятиях, параллельность и перпендикуляр-

234

ность с вертикальностью и горизонтальностью. Точно такие же проблемы могут наблюдаться и у студентов 2–4-х курсов, уже применяющих полученные навыки моделирования и проектирования, но не имеющих элементарных понятий об инструментарии автоматизации тех САПР, в которых они работают. Речь идет об инструментарии автоматизации наложения и создания взаимосвязей между плоскими геометрическими объектами – параметризации. Например, в САПР «Компас-3D» или SolidWorks такие связи чаще всего создаются в эскизе автоматически самой программой или по команде пользователя. Основной сложностью в понимании логики применения такого инструментария является отсутствие прямой связи (и, как следствие, необходимости в анализе) между теоретическими знаниями геометрии, практическим применением параметрических связей при моделировании и необходимостью минимизации количества этих связей. Вопрос определения минимально необходимого количества параметрических связей, т.е. выработка некоего алгоритма поиска оптимального решения, является предметом отдельных исследований по когнитивному анализу и теории параметризации [9]. Однако на лабораторных занятиях по компьютерной графике при выполнении простых построений необходимо рассматривать эти вопросы, акцентируя внимание на понимании сути процесса конструирования, анализе взаимосвязей теоретических положений и их практического применения, прогнозе результатов принятых решений. В качестве основы подобного рода знаний, прежде всего, выступают фундаментальные понятия элементарной геометрии.

Ниже приводится анализ типичных студенческих ошибок, которые встречаются при построении эскиза модели на занятиях по компьютерной графике. Представлены работы студентов, имеющих показатели успеваемости выше среднего по группе. Следует отметить, что студенты соблюдают топологию объектов, однако отсутствие пространственного мышления, плохое знание основ геометрии ведут к незначительным, на первый взгляд, погрешностям, которые трудно заметить при проверке эскиза. В дальнейшем такие небольшие погрешности приводят к созданию некачественных параметрических моделей (таблица).

Применение когнитивного (познавательного) подхода при моделировании и проектировании [10] позволяет представить модель изделия как параметризованную систему входных и выходных данных, что дает возможность не толькоиспользоватьшаблоны решенных ранее задач,

235

Анализ типичных ошибок при построении эскиза модели

236

но и вносить изменения в ходе проектирования, учитывая, кроме всего прочего, умения и навыки решения подобных задач из других областей знания. Следует отметить, что при таком подходе формальное знание имеющегося объема исходных данных и применение к нему заданного алгоритма операций моделирования становятся вторичными. Основным фактором проектирования становится понимание физического смысла этих данных и возможности различных вариантов их комбинирования сдругими данными, напрямуюневходящимивзаданныйдиапазонвходныхивыходныхусловий.

Таким образом, когнитивный подход к моделированию мысленных геометрических образов подразумевает как обоснованный подход к постановке задачи и анализу исходных данных, так и структурирование мышления как процесса получения новых знаний, опирающегося на содержательный, логический, прогнозный, альтернативный и другие компоненты когнитивного процесса. При этом акцент на объективной сути, фундаментальных знаниях элементарной геометрии, анализе ее закономерностей и взаимосвя-

237

зей, выделение общего и существенного дает возможность предвидеть и логически обосновать выбор возможных параметрических связей модели, что непосредственно связано сэффективностью процесса проектирования, уменьшениемтрудозатративременныхресурсов.

Список литературы

1.Вербицкий А.А. Проблемы проектно-контекстной подготовки специалиста // Высшее образование сегодня. – 2015. – № 4. – C. 2–8.

2.Тихонов-Бугров Д.Е., Абросимов С.Н. Проектно-конструктор- ское обучение инженерной графике: вчера, сегодня, завтра // Геометрия

играфика. – 2015. – Т. 3, вып. 3. – C. 47–57. DOI: 10.12737/14419

3.Головнин А.А., Горнов А.О. Размышления о сущности и традиционной трактовке некоторых понятий и процедур, связанных с проекционными техническими изображениями // Проблемы качества графической подготовки студентов в техническом вузе: традиции и инновации: материалы V Междунар. науч.-практ. интернет-конф. – Пермь: Изд-во ПНИПУ, 2015. – С. 490–510.

4.Дударь Е.С. Специализация при обучении инженеров-строи- телей в университетах Германии и России // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Строительство и архитектура. – 2014. – № 1. – С. 72–79.

5. Сальков Н.А. Американизация геометрического образования в России и начертательная геометрия // Геометрия и графика. – 2015. –

Т. 3, вып. 3. – С. 38–46. DOI: 10.12737/14418

6.Тихонов-Бугров Д.Е. О некоторых проблемах графической подготовки в технических вузах (взгляд из Санкт-Петербурга) // Геометрия

играфика. – 2014. – Т. 2, вып. 1. – C. 46–52. DOI: 10.12737/3848

7.Варушкин В.П., Крайнова М.Н. Входной контроль и управление качеством обучения бакалавров // Проблемы качества графической подготовки студентов в техническом вузе в условиях ФГОС ВПО: материалы III Науч.-практ. интернет-конф. – Пермь: Изд-воПНИПУ, 2013. – С. 35–39.

8.Александрова Е.П., Носов К.Г., Столбова И.Д. Практическая реализация проектно-ориентированной деятельности студентов в ходе графическойподготовки// Открытоеобразование. – 2015. – №5. – C. 55–62.

9.Логиновский А.Н., Хейфец А.Л. Решение задач на основе параметризации в пакете AutoCad // Геометрия и графика. – 2013. – Т. 1,

вып. 2. – C. 58–61.

10.Носов К.Г. Когнитивный подход к решению задач моделирования и проектирования в САПР // Прикладная математика и вопросы управления. – 2015. – № 1. – С. 73–85.

238

ГРАФИЧЕСКИЕ ЗАДАЧИ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ НАДУВНЫХ КОНСТРУКЦИЙ

В.А. Дюмин, В.А. Семенов, Д.Е. Тихонов-Бугров

Балтийский государственный технический университет «Военмех» им. Д.Ф. Устинова, Санкт-Петербург

Рассматривается опыт применения метода проектов при обучении инженерной графике, основанный на профессиональном опыте преподавателей – специалистов в области проектирования надувных конструкций.

Ключевые слова: метод проектов, надувные конструкции, начертательная геометрия.

GRAPHIC PROBLEMS IN THE DESIGN

OF INFLATABLE STRUCTURES

V.A. Dyumin, V.A. Semenov,

D.E. Tikhonov-Bugrov

Baltic State Technical University “Voenmekh” named after D.F. Ustinov, Saint Petersburg

This article discusses the application of project method in teaching engineering graphics based on the professional experience of teachers – specialists in the design of inflatable structures.

Keywords: the method of projects, inflatable structures, descriptive geometry.

Метод проектов является одним из главных методов обучения инженерному делу. В его основе лежит развитие познавательных навыков студентов, умения самостоятельно конструировать свои знания, ориентироваться в информационном пространстве, критически мыслить. Это совокупность приемов, операций овладения определенной областью практического и теоретического знания, способ достижения дидактической цели через детальную разработку проблемы, которая должна завершиться вполне реальным, практическим результатом. Чтобы добиться такого результата, необходимо научить студентов самостоятельно мыслить, находить и решать проблемы, привлекая для этой цели знания из разных областей, умения прогнозировать результаты и возможные последствия разных вариантов решения, умения устанавливать причин- но-следственные связи.

239

Некоторые технические университеты, расположенные на разных континентах, позиционируют себя как полностью перешедшие на систему проектно-ориентированного обучения (PBL) [1, 2]. Однако такого рода переход встречает ряд трудностей организационного и методического характера. Это проблемы мотивации студентов, разделение самостоятельной работы и обязательных лекций, оценка учебных достижений и, самое главное, поиск реальных проектов, которые могут быть разработаны студентами. Выбор тематики проектов при обучении инженерной графике обычно базируется на практическом опыте преподавателя, НИР кафедры. Выбираются проблемы, посильные для студента

икомплексно охватывающие изучаемые дисциплины, в том числе начертательную геометрию (как она отражена в стандарте), инженерную графику, компьютерную графику, основы САПР.

Наш опыт преподавания инженерной графики убеждает в том, что

имного лет назад учебный процесс в отечественной высшей школе (мы говорим о преподавании инженерной графики) во многих технических вузах отвечал большинству тех требований, которые предъявляются в настоящее время [3]. Изменился только инструментарий благодаря компьютерной графике.

Практическая направленность учебных заданий и демонстрация методов начертательной геометрии при решении прикладных инженерных задач могут быть обеспечены на примере проектирования разного рода надувных конструкций [4]. Из этого ряда можно выделить так называемые надувные каркасы, обеспечивающие заданную форму изделия: надувные каркасы мобильных госпиталей, ангаров и т.д.; стартовые

ифинишные створы на трассах соревнований; баллоны надувных лодок

ит.п. Примеры таких конструкций представлены на рис. 1.

Методика проведения занятий проектного характера может меняться в зависимости от аудиторной нагрузки, уровня базовой подготовки студентов, численности состава группы, однако неизменным остается требование получения реального конечного продукта. Применительно к данным конструкциям с учетом указанных выше факторов конечным продуктом может считаться получение разверток (выкроек) отдельных звеньев и макета всего изделия. Из-за больших размеров изделия макет, как правило, изготавливается в уменьшенном масштабе и распечатывается на 3D-принтере.

Создание такого проекта – большая и трудоемкая работа, поэтому одним из вариантов проведения занятий является моделирование реальной производственной ситуации – создание на базе группы некоего сек-

240