249

Успехи в области компьютеризации инженерной подготовки пока в основном обусловлены подготовкой электронных контентов (оцифровкой старого содержания и методической сущности). Ситуация же с применением компью-

терной графики (КГ) в учебном процессе похожа на давно пройденные этапы освоения вычислительного программного обеспечения. Удовлетворение от этих результатов, как правило, связано с самим фактом применения инженерных инфо-коммуникационных технологий (ИКТ) и КГ, а не с изменениями струк-

туры и содержания учебного материала и самой стратегии ГГП, предопреде-

ляемыми ее информатизацией. Более того, остается старой дискретно-дисципли- нарная структура инженерной подготовки, слабо используются появившиеся резервы повышения эффективности обучения за счет усиления междисциплинарных связей, трудно реализуемые ранее без применения ИКТ. При этом формирование представлений о системности получаемых знаний и методологии инженерной деятельности, образно говоря, поручается самим обучаемым.

Поскольку современные САD-системы ориентированы на анализ и создание электронной 3D-модели изделия, следовательно, меняется сам подход к содержанию и возможностям использования средств представления и преобразования информации. Механизм мышления оперирует уже целостными смысловыми и графическими образами, подвергая их разностороннему анализу и трансформации.

Анализ опыта зарубежных вузов, испытывающих более сильное внешнее воздействие среды (учредители, спонсоры, высокотехнологичные фирмы и т.д.) показывает, что они мобильнее реагируют на потребности рынка, оперативно совершенствуют структуру подготовки, в частности в области прикладной геометрии, креативной и когнитивной графики. Обучение графике (исключительно компьютерной, что не кажется абсолютно правильным) идет в процессе решения прикладных задач сопредельных дисциплин. А существующие у нас кафедры графики уже, как правило, «растворились» в среде подразделений (departments), обучающих профильным дисциплинам.

В наших условиях этот естественный процесс начинается путем передачи части ГГП в состав смежных и последующих дисциплин для подачи на актуальном для специальных кафедр предметном материале с использованием специализированного программного обеспечения. Оставшаяся часть ГГП на кафедрах графики в этих случаях постепенно теряет привлекательность для студентов, так как изолирует ГГП от сопредельных дисциплин, подчеркивает дискретность подготовки, не закладывает системных представлений.

Для сравнения. Для формирования оптимальных моделей профессиональной подготовки, своевременной корректировки содержания образования в корпоративных (GM, Kettering University) и классических государственных (Ford, The University of Michigan-Flint) технических университетах США учебные планы пересматривается с периодичностью 1 раз в полгода и 1 раз в год соот-

41

elib.pstu.ru

ветственно, при участии привлеченных экспертов из числа представителей предприятий кластера [1]. Примером такой корректировки в условиях России может служить взаимодействие КАМАЗа и КНИТУ–КАИ. Предприятие разработало перечень компетенций для подготовки инженеров с ориентацией на профессиональную деятельность в САD/САЕ/САМ/РDМ, рассматривая будущих инженеров как IТ-специалистов в области разработки изделий, имеющих представление о технологиях «бережливого производства», NPD и др. КНИТУ– КАИ предстоит оперативно пересмотреть учебные планы ряда направлений подготовки с тем, чтобы выпускники были готовыми вписаться в профиль требований, диктуемых современным производством.

Вуровневой системе высшего инженерного образования логичным решением проблем непрерывности и последовательности ГГП и ее интеграции с общепрофессиональными и специальными дисциплинами, реализации межпредметных связей, естественно, является такая организация образовательного процесса, когда в процессе базовой графической подготовки (БГП) приобретаются

общепрофессиональные компетенции, а далее, в профильной проектноконструкторской подготовке (ПКП), – профильно-ориентированные и специ-

альные. Содержательная часть, структура и методологии обучения профильным дисциплинам тоже должны быть пересмотрены. Интересен при этом зарубежный опыт организации БГП и структуры обучения. Содержание базовой подготовки у них несколько иное.

Для сравнения: Базовая графическая подготовка в цитируемых выше университетах США и Германии осуществляется в течение 11 недель с начала обу-

чения в курсе MECH-100 Engineering Graphical Communication в информацион-

но-образовательной среде на базе платформы управления образовательным процессом Black Board и сразу с применением CAD-систем высокого уровня («тяжелых» систем) [1]. В школах черчение не изучается. Графическая подготовка для учащихся технических колледжей осуществляется на CAD-системах среднего уровня. В образовательных программах мирового лидера в области технологического образования МТИ – Массачусетского технологического института

(Massachusetts Institute of Technology, MIT) заложено, что проектно-графическая подготовка студентов, обучающихся по машиностроительным направлениям, осуществляется в интегрированных практико-ориентированных курсах по схеме: CAD (3D-моделирование → 2D-чертежи) → CAD/CAE → CAD/CAM → CAD/CAE/CAM [2]. К базовому блоку относится САD-подготовка, но, кроме освоения 3D-моделирования, в нем изучают офис, PPT и веб-программное обеспечение для использования в студенческих презентациях и аналитических материалах, для обучения навыкам наглядной демонстрации визуальных и текстовых материалов, связанных с рекламой и реализацией продукции.

Вэтой, по нашему мнению, непростой ситуации предпосылки к совершенствованию ГГП все же есть.

42

elib.pstu.ru

К моменту поступления во втуз у современных абитуриентов уже отсутствует психологический и имущественный барьер к применению компьютерных технологий, упрощаются интерфейсы программного обеспечения широкого и специального назначения, в школах шире используются графические пакеты, естественным стало использование Интернета с его практически неограниченными информационными возможностями. Да и самим втузам доступно аппаратное и программное обеспечение практически любого уровня.

Нам представляется, что наряду с анализом методических и практических результатов, которые актуальны, как говорят, «здесь и сейчас», имеет смысл попытаться спрогнозировать в общих чертах наиболее важные моменты в ГГП инженера, хочется надеяться, на ближайшее будущее. При этом мы будем иметь в виду ее базовую часть, традиционно являющуюся заботой кафедр инженерной графики. В то же время не будем оперировать темами (модулями), их объемами (часами и кредитами), порядком их изучения в традиционных курсах, – это вторично, а попытаемся спрогнозировать укрупненно весьма значимые аспек-

ты этой базовой ГГП, учитывая названные объективные факторы.

Прогноз

Повторим здесь еще раз, что структура современного компьютеризированного процесса проектирования опирается на логику PLM-методологии [3] или СЕ-концепцию [4], предопределенную потребностями интенсификации процессов проектирования и конструирования (ПК) и базируется на 3D-моделирова- нии в проектно-технологическом модуле САD/CAE/CAM-систем. Обе концеп-

ции похожи, по сути, порождены естественным развитием практики проек-

тирования и не являются, в общем-то, предварительно обоснованными. Однако обратим внимание на то, что в начале 1990-х гг. в работе [5] была предложена концепция естественного структурирования инженерной подготовки (Naturally occurring Leaning, NL – естественно происходящее обучение), предполагающая гармонизацию ее межпредметных связей именно на основе логики естественного взаимодействия ЖЦ технических объектов и инвариантной логики преобразующе-познавательной функции деятельности. Поэтому в рамках NL-

концепции появление в структуре образовательного процесса PLM- и CE-мето- дологий, как ее частных составляющих, вполне естественно. Но, находясь в рамках старой дискретно-дисциплинарной структуры, эти методические новации не смогут полностью реализоваться. Дело в том, что, будучи призваны отразить в инженерной подготовке современную ПКД, эти методологии несут информацию и об инвариантной структуре деятельности вообще [5]. При этом они органически вписались бы в общую структуру, если бы элементы других видов деятельности в ней структурно были представлены аналогично. Под «другими» имеются в виду элементы репродуктивной, эксплуатационной, ремонтной, производственной, прикладных исследований и управленческой дея-

43

elib.pstu.ru

тельности в технике [5]. Есть все основания полагать, что процесс естествен-

ного структурирования пойдет и дальше, усиливая межпредметные связи,

асимптотически стремясь к NL. Кстати, необходимость преподавания своего предмета в среде его прикладных задач и связей ощущают и педагоги в области математики [6]. Как быстро пойдет процесс естественного структурирования далее? Это зависит от многих объективных и субъективных причин. Главная проблема в том, что традиционные структуры наших вузов имеют ту же дискретную структуру по видам знаний. Для реализации же NL-концепции структурирование должно быть по видам деятельности (по PLM). В зарубежной практике признаки такого структурирования есть и при более сильном влиянии указанных естественных факторов, видимо, этот процесс там, уже начавшись, пойдет быстрее.

Расширение возможностей, а главное, дальнейшее «очеловечивание» интерфейсов графических систем, их доступность, упрощение процедур создания и модификации электронных графических моделей технических объектов, более высокая адаптация студентов к их применению предполагают, что произой-

дет смещение акцентов в ГГП с графических на геометрические. Обратим вни-

мание, что сейчас в программах инженерной подготовки на ее начальных этапах, и не только в России, мало или совсем нет прикладной геометрии, в буквальном смысле, т.е. связанной, в частности, с анализом геометрии неадаптированных (не подвергнутых сильному упрощению) моделей технических объектов (ТО) будущей специализации инженера. Имеется в виду не только геометрия формы, но и геометрия пространственных траекторий, описывающих динамические состояния технических объектов.

О каких моделях для анализа геометрических форм ТО идет речь? В сфере проектирования, да и образовательной сфере тоже, накоплен и продолжает накапливаться банк электронных моделей реальных деталей (ЭМД) и сборочных единиц (ЭМСЕ), предполагающих возможность их различной трансформации, редактирования и декомпозиции. Они, или специально созданные модели ТО, представляют для обучаемого в таком виде не только сам ТО в качестве носителя функциональных характеристик, но и уровень проектно-конструкторской мысли, технологий проектирования и формообразования, характеристик материалов, т.е. всей надсистемы ТО. Это должны быть не иллюстрации для любования, а модели-прототипы для последующей декомпозиции и анализа с целью наполнения ГГП полноценными с прикладных позиций объектами [7]. В этом случае базовая ГГП будет способна утолять жажду к познанию техники в начале инженерной подготовки, поддерживая интерес к деятельности в технике, выбранной специальности.

Важнейшей составляющей указанного смещения центра важности в ГГП должно стать и обучение геометрическому моделированию (ГМ) в его изна-

чальном смысле – замене мысленного или физического прототипа его геомет-

44

elib.pstu.ru

рической моделью. В связи с этим должны рассматриваться обязательные аспекты любого моделирования, в том числе геометрического:

–адекватность модели;

–чувствительность к параметрам;

–прогнозные характеристики – возможность прогнозирования каких-либо характеристик изделия на основе модели.

В контексте обучения моделированию и всей начальной подготовки ведущей должна стать методическая презумпция анализа геометрии формы технических объектов перед синтезом. Анализа не созерцательного, а систематизированного, выявляющего характеристики как самого объекта, так и его связей

ссопредельными объектами и средой.

В рамках базовой ГГП становятся необходимыми знания и навыки о методике чтения функциональной нагрузки геометрии ТО, включая эстетическую. Этот анализ должен быть качественно-количественным, а функции трактоваться обобщенно (например, по Коллеру [8]). Геометрическими примитивами становятся базовые тела с их функциональным портретом, который зависит не только от качественных характеристик формы, но и от ее параметров. Технические объекты различных классификационных групп отличает определенная геометрическая стилистика, знакомство с которой тоже необходимо. Эти первичные 3D-электронные «примитивы» и их сочетания как объекты анализа методически «порождают» поверхности, линии и точки как «материал» для синтеза. Так, от целого (не общего, а целого!) к его элементам функционирует естественное человеческое восприятие геометрии окружающего мира.

Классическим в базовой ГГП должен стать раздел параметризации моделей. В контексте проблем реализуемости и эстетики сложных форм и особенно сборочных единиц должны рассматриваться вопросы предельных отклонений формы, положения и размеров, пока вне технологических аспектов.

Электронные модели прототипов сборочных единиц (ЭМСЕ) – это основа, как и прежде, для деталирования и поузлового анализа, создания структурных описаний, а также решения обратных задач – синтеза модернизированных ва-

риантов сборочных единиц (СЕ) на основе содержащихся в базах данных вари-

антов деталей, узлов и заданных структур технических объектов (ТО).

Что касается роли ручной графики, которой должно быть место, то лучше, чем говорят в среде суперпрофессионалов КГ и анимации, не скажешь: «Креативная графика – это карандаш и бумага...». Мы не случайно вопрос об инструментальной компоненте ГГП – стратегии применения CAD, САЕ, САМ систем – затрагиваем одним из последних. Этим еще раз хотим подчеркнуть, что именно содержание ГГП призвано начинать решать задачи базовой подготовки инженера. Есть хорошая мудрость на этот счет: «Художник

45

elib.pstu.ru

не тот, кто умеет рисовать, а тот, кто знает что рисовать...». Применять надо ту систему, в которой удобно решать данную задачу, может быть, делая несколько выстрелов «из пушки по воробьям». В конце концов, в каждой из этих систем есть инвариантное ядро.

Представляется, что роль методов начертательной геометрии становится другой. Вместо инструментария для решения соответствующих задач они остаются необходимыми для анализа геометрических условий, целеполагания и мониторинга результатов работы аппарата КГ. Непреходящее значение методов НГ – в возможности наглядной иллюстрации (графически, образно) связи условия задачи и результата, т.е. способности показать оператор и ответить на вопрос, почему так. Это надо иметь в виду, ибо речь идет не только об обучении ремеслу, но и о высшем образовании. В рамках ГГП роль НГ становится более когнитивной. Однако в любом случае давно назрела необходимость согласования и унификации ряда понятий и терминологии предмета с КГ, обобщения и сжатия ряда понятий. Не повторяя аргументов [9], надо иметь в виду, что место и роль НГ в ГГП определит все же потребность в ней, и не обязательно повсеместная и единовременная.

Может показаться, что те базовые элементы, о которых мы говорили, требуют увеличение времени, которым располагают кафедры ИГ. Отчасти это, наверное, так. Но только отчасти. В большей степени для этого нужна работа по выделению главного, существа излагаемого, полидисциплинарный подход к материалу и постоянное расширение эрудиции преподавателей, поиск форм, увлекающих студентов процессом обучения.

В этом контексте, учитывая и зарубежный опыт, можно предвидеть следующие сценарии. Кафедры графики усиливают свое влияние, реагируя на ведущие тенденции и потребности учета межпредметных методологий (СЕ, РLМ, NL) и продолжают развиваться. Или... потребности специальных кафедр совместить геометрографическую подготовку с решением своих образовательных задач, используя возможности современных пакетов КГ, перетянут одеяло на себя...

Наш прогноз, как и любой другой, может оправдаться полностью или частично, но если на небе тучи и обещают дожди, то лучше подготовиться и взять в дорогу зонтик.

Список литературы

1.http://www.kettering.edu.

2.http://web.mit.edu.

3.Сидорук Р.М., Райкин Л.И., Соснина О.А. Стратегия компьютерно-гра- фической подготовки IT-кадров в условиях перехода на ФГОС третьего поко-

ления [Электронный ресурс]. – URL: http://tm.ifmo.ru/tm2009/src/083a.pdf.

46

elib.pstu.ru

4.Усанова Е.В. Вопросы проектирования геометрографической подготовки

вконтексте технологий параллельного инжиниринга [Электронный ресурс] //

Проблемы качества графической подготовки студентов в техническом вузе в условиях ФГОС ВПО (КГП–2011): материалы II Междунар. науч.-практ. ин-

тернет-конф. – URL: http://dgng.pstu.ru/ conf2011/papers/72.

5.Горнов А.О., Анисимов В.А. Естественные и искусственные структуры учебного процесса // Инф.-аналит. сб. НИИВО. – 1994. – Вып. 9–10. – С. 1–45.

6.Ижуткин В.С. Применение информационных технологий в образовании // Информатизация инженерного образования: тр. МНМК. ИНФОРИНО–2012. –

М.: Изд-во МЭИ, 2012. – С. 27–28.

7.Горнов А.О., Кауркин В.Н. Новые информационные технологии и междисциплинарные связи / Информатизация инженерного образования: тр. МНМК.

ИНФОРИНО–2012. – М.: Изд-во МЭИ, 2012. – С. 27–28.

8.Половинкин А.И. Основы инженерного творчества. – СПб.: Лань, 2007. –

368 с.

9.Горнов А.О. К дискуссии о судьбе начертательной геометрии [Элек-

тронный ресурс] // Проблемы качества графической подготовки студентов в техническом вузе в условиях ФГОС ВПО (КГП–2011): материалы II Междунар.

науч.-практ. интернет-конф. – URL: http://dgng.pstu.ru/conf2011/ papers/50.

ГЕОМЕТРИЧЕСКАЯ И ГРАФИЧЕСКАЯ ПОДГОТОВКА В СТРУКТУРЕ СОДЕРЖАНИЯ КОМПЕТЕНТНОСТНОЙ МОДЕЛИ ВЫСШЕГО ТЕХНИЧЕСКОГО ОБРАЗОВАНИЯ

Потребность в модернизации геометрической и графической подготовки в технических вузах возникла не сейчас. Изменения обусловлены необходимостью приведения системы подготовки выпускников в соответствие с требованиями экономики, в которой изменились идеология и технология проектноконструкторского труда [1]. В 80-х и 90-х годах прошлого века предпринимались попытки реформирования геометрической и графической подготовки. Однако проблема осталась неразрешенной.

47

elib.pstu.ru

Первая значительная попытка отражения новых требований к геометрической и графической подготовке была предпринята в 1988 году введением программы дисциплины «Начертательная геометрия. Инженерная графика» с включенными модулями «Машинная графика» и «Вычислительная геометрия».

Втаком варианте базовая дисциплина не получила признания по ряду причин:

–содержание оказалось явно перегруженным разнопредметными составляющими дисциплины;

–низкая обеспеченность кафедр графики информационными ресурсами, а большие ЭВМ в вузах того периода не позволяли организовать интерактивный режим работы;

–преподавательский состав кафедр графики не был готов к такой структурной перестройке содержания.

Однако тот опыт выхода за рамки традиционной дисциплины дал толчок развитию и распространению некоторого множества новых курсов, направленных на введение компьютерной геометрии и графики в содержание учебного процесса. Этому способствовали монографии и учебные пособия по компьютерной графике, вычислительной геометрии и геометрическому моделированию зарубежных авторов: В. Гилой, Д. Роджерс, А. Фокс и М. Пратт, Дж. Фоли и А. вэн Дэм, Л. Аммерал и др., а также отечественных авторов: Ю.В. Котова, А.М. Тевлина, В.С. Полозова, В.И. Якунина, В.Е. Михайленко, В.Н. Кислоокого, А.В. Борескова, Е.В. Шикина и др.

Следует отметить большой интерес к компьютерной геометрии и графике в начале 1990-х годов, который возник с массовым появлением в высшей школе персональных компьютеров и доступного программного обеспечения к ним

(Pascal Turbo, C++, AutoCAD, «КОМПАС», «Базис» и др.). Особенно важно от-

метить положительную роль, которую сыграли конференции тех лет в Нижнем Новгороде «Кограф» и GraphiCon в деле информационного обеспечения геометрической и графической подготовки.

Однако ни это движение, ни переход в нашем образовании на государственные стандарты (ГОС ВПО 1-го и 2-го поколения) не изменило традиционный подход к геометрической и графической подготовке. Пожалуй, последний регламентирующий документ общегогосударственного образца – программа дисциплины «Начертательная геометрия. Инженерная графика» 1996 года – реализует старый подход к базовой подготовке.

Вусловиях новой модели содержания традиционное содержание дисциплины вступает в противоречие с позициями интегративности и междисциплинарности, поскольку «Начертательная геометрия» требует предметного подхода. Она имеет свои предмет, гносеологию, целостность, метод и т.д. Попытки постоянного «урезания» дисциплины вслед за сокращением часов в стандартах на нее приводят (привели) к печальным результатам: дисциплина выхолащивается. Сюда нужно добавить вечные методические проблемы дисциплины: ре-

48

elib.pstu.ru

цептурность, преподавание на уровне частностей, разобщенность разных геометрий, плохая демонстрация применения метода и способов на практике – все это подвергается жесткой критике. Налицо полная неразбериха в целях изучения дисциплины, непонимание того, какое место она занимает, путаница

вобозначении целей, задач и предмета в сопоставлении с другой дисциплиной – «Компьютерная графика». Как результат, происходит отказ от дисциплины

вновых образовательных программах.

Множество вариантов новых курсов и модулей, выстроенных как начальное освоение САПР (AutoCAD, «КОМПАС» и др.), является важным и нужным, но не решает всей проблемы геометрической и графической подготовки. В них явно прослеживается проблема: не хватает знаний геометрии, т.е. знаний о законах геометрии, методах и способах геометрического конструирования объектов. При этом осваивается инструментарий той или иной среды, а это только пользовательский аспект в современной проектноконструкторской деятельности. Поэтому чаще всего работа идет по образцу, по готовой форме. Как следствие, нет условий для творческой работы по моделированию новых объектов.

Ну и, наконец, еще одна проблема. Мы сейчас переживаем очередной этап модернизации – введение ФГОС ВПО. Полным ходом идет процесс реализации образовательных программ, спроектированных в вузах на основе стандарта. Программы спроектированы, а вопросы остались: Что задает новый стандарт? Какие изменения в содержании обучения регламентированы? Как выстраивать геометрическую и графическую подготовку в соответствии с требованиями нового стандарта? Попробуем разобраться.

Проблема перехода к модели обучения, задаваемой ФГОС ВПО

Наиболее существенной позицией новой модели, задаваемой ФГОС ВПО, является компетентностный подход. В нашей педагогической науке разрабатывались и вводились много подходов, но ни один из них до сих пор нормативно в стандарте не задавался. Поэтому подчеркнем, что компетентностный подход задан в отличие от многих других подходов, применяемых в проектировании и организации процесса образования и обучения.

Компетентностный подход – это подход, акцентирующий внимание на результате образования, причем в качестве результата рассматривается не сумма усвоенной информации, а способность человека действовать в различных проблемных жизненных и профессиональных ситуациях. Ключевым понятием выступает понятие компетентности (интегративное свойство личности, обусловленное совокупностью качеств личности студента – знаний, умений, навыков, опыта, способностей, ценностно-смысловых ориентаций, которые обеспечивают и усиливают его готовность к работе по специальности), характеристика ее видов и состава.

49

elib.pstu.ru

Анализ появившейся практики вузов свидетельствует о том, что процесс освоения компетентностного подхода и новых категорий образования – компетенций и компетентностей – происходит противоречиво. Чаще всего мы видим, что компетенции формируются хаотично, вне определенной целенаправленной и последовательной организации процесса обучения. При этом, как правило, решается частнодидактическая задача освоения какой-либо компетенции из большого набора заданных в образовательной программе. Однако необходим выход на понимание общей структуры содержания и процесса обучения; необходим этап обобщения – формулирование инвариантных к частной задаче принципов и положений проектирования структуры содержания обучения в компетентностной модели ВПО.

Одна из главных причин затруднений заключается в том, что в новом стандарте задается неопределенность позиции содержания. Если следовать стандарту, то заданный формат целей образования – компетенции – задают и содержательное поле для процесса обучения. Но такая постановка не дает ответа на то, каковы принципы построения содержания обучения, каковы структурные единицы и структура процесса обучения.

А поэтому допускается тотальная ошибка – формирование компетентностей организуется в рамках традиционной модели процесса. Следует признать, что для освоения компетенций и формирования профессиональной компетентности выпускника традиционная модель процесса обучения не подходит. Ее недостаточно. Она пассивна по отношению к новым конструктам процесса образования и обучения. В традиционной модели заложена предметно-содер- жательная логика развертывания содержания обучения. Такая модель концентрирует внимание на количественных, ресурсных, поэлементно-регламенти- рованных параметрах процесса. Компетентностный подход переносит это внимание на конечный результат образовательного процесса.

В компетентностной модели структура содержания явно меняется, поскольку компетентность определяется не составом дисциплин, а перечнем компетенций, представляющих собой целостные образования, позволяющие выпускникам учебных заведений выполнять те или иные функции. А это означает, что складывавшаяся веками научно-дисциплинарная структура учебного процесса должна быть заново выведена из совокупности компетенций и развернута в виде новой целостной системы содержания обучения.

Решение проблемы содержания обучения в компетентностной модели ВПО можно получить, очевидно, путем постановки следующих ключевых вопросов и ответа на них:

– В какой мере компетентностный подход затрагивает традиционное содержание процесса обучения? Как транслировать содержательные аспекты новых конструктов образования и обучения в содержание обучения?

50

elib.pstu.ru