Повышение эффективности изучения курса начертательной геометрии за счет применения новых информационных технологий

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

1. Применение современных технологий в усвоении курса начертательной геометрии

2. Методика преподавания начертательной геометрии с помощью персонального компьютера

3. Методика создания информационной технологии обучения начертательной геометрии на базе систем CAD/CAM

Список литературы

1. Применение современных технологий в усвоении курса начертательной геометрии

Начертательная геометрия - это одна из ветвей геометрии, которая занимается вопросами исследования геометрических основ построения изображений предметов на плоскости, вопросами решения пространственных геометрических задач при помощи изображений. Начертательная геометрия относится к числу математических наук. Для неё характерна та общность методов, которая свойственна каждой математической науке.

Методы начертательной геометрии являются теоретической базой для решения задач технического черчения. В технике чертежи являются основным средством выражения человеческих идей. Они должны не только определять форму и размеры предметов, но и быть достаточно простыми и точными в графическом исполнении, помогать всесторонне исследовать предметы и их отдельные детали. Для того чтобы правильно выразить свои мысли с помощью рисунка, эскиза, чертежа требуется знание теоретических основ построения изображений геометрических объектов, их многообразие и отношения между ними, что и составляет предмет начертательной геометрии.

Начертательная геометрия, таким образом, является звеном, соединяющим математические науки с техническими и входит в группу общетехнических дисциплин, составляющих основу всякого инженерного образования. Она учит грамотно владеть выразительным техническим языком - языком чертежа, умению составлять и свободно читать чертежи, решать различные инженерно-технические задачи.

Кроме того, изучение начертательной геометрии способствует развитию у студентов пространственных представлений и пространственного воображения - качеств, характеризующих высокий уровень инженерного мышления и необходимых для решения прикладных задач. В процессе изучения начертательной геометрии достигаются и другие цели, расширяется общенаучный кругозор студентов, развиваются навыки логического мышления, внимательность, наблюдательность, аккуратность и другие качества, развитие которых является одной из задач обучения и воспитания в высшей технической школе.

К сожалению, изучение начертательной геометрии оказывается достаточно сложным для большинства студентов, так как является абсолютно новой (и по содержанию, и по методу) дисциплиной. У начертательной геометрии нет тесных связей с предметами, изучаемыми в средней школе. Дисциплина рассматривает вначале не какие-то определенные объекты , а абстрактные точки, прямые и плоскости, что требует соответствующей перестройки мышления обучаемых. Чертеж в начертательной геометрии занимает ведущее положение, при чем выполняется он не в аксонометрических, а в ортогональных проекциях и для уяснения требует определенных умственных усилий.

Большинство специальностей изучают курс в течении одного семестра, что является очень небольшим сроком для изучения дисциплины, требующей большого внимания и сосредоточенности, абстрактного мышления.

Особую трудность для большинства студентов, изучающих курс начертательной геометрии, представляет мысленное оперирование пространственными фигурами. Развитие у студентов пространственных представлений, пространственного воображения и овладение пространственным мышлением - надежная основа для успешного изучения ими всех инженерных дисциплин по специальности. Практически все действующие в настоящее время программы по дисциплинам чертежно-графического цикла своей целью ставят развитие пространственного воображения студентов, необходимого для формирования творческого, эвристического мышления специалиста отрасли.

Современное инженерное образование невозможно представить без практического использования в учебном процессе новейших достижений научно-технического прогресса, что оказывает большую помощь в усвоении предмета. Обучение с использованием современных информационных технологий, по общепринятому мнению, является наиболее интенсивной формой обучения. Компьютерные технологии позволяют наиболее гибко реагировать на растущие потребности современного студента.

Методика преподавания начертательной геометрии отрабатывалась в течение десятилетий, но как любая наука, она развивается, обогащается новыми формами и методами. Современные информационные технологии позволяют несколько иначе взглянуть и на методику преподавания этой дисциплины, а так же на организацию учебного процесса в целом. Использование в графической подготовке студентов современных технических средств призвано сделать процесс обучения более доступным, интересным, стимулирующим студента к сознательному пониманию учебного материала.

Одним из важнейших элементов учебно-методического комплекса являются электронные издания, мультимедийные и интерактивные обучающие системы.

Информационные технологии прочно вошли во все сферы человеческой деятельности, и современное образование органично связано с ними. Использование информационных технологий значительно расширяет познавательную деятельность и преподавателя, и студентов. Рекомендуется активно применять наряду с классическими педагогическими технологиями инновационные подходы в обучении: на занятиях использовать программное обеспечение персонального компьютера, многочисленные интернет-ресурсы, мультимедийное сопровождение.

В настоящее время все в большей степени в учебном процессе используются интерактивные доски.

Интерактивная доски аккумулируют в себе все существующие возможности современных информационных технологий.

Использование интерактивной технологии в процессе обучения дает возможность:

- повысить заинтересованность студентов в изучении учебной дисциплины; повысить мотивацию обучения.

- воспитывать информационную культуру студентов.

- использовать различные виды информации для восприятия (текстовая, графическая, видео и звуковая);

- наглядно представлять абстрактные объекты, что самое важное, например плоскость, представить условие задачи, например пересечение поверхностей и т.д.;

- рассмотреть все вопросы с наглядными иллюстрациями, с большим кол-личеством графических примеров, с указанием алгоритмов геометрических построений.

Современные информационные технологии позволяют реализовать наглядность, мультимедийность и интерактивность обучения.

Наглядность включает в себя различные виды демонстраций, презентаций, показ графического материала в любом количестве.

Мультимедийность добавляет к традиционным методам обучения использование звуковых, видео -, анимационных эффектов.

Интерактивность объединяет все вышеперечисленное и позволяет воздействовать на виртуальные объекты информационной среды, помогает внедрять элементы личностно ориентированного обучения, предоставляет возможность студентам полнее раскрывать свои способности.

При изучении Начертательной геометрии в большом объеме можно демонстривать графический материал, который при помещении на интерактивную доску позволяет акцентировать внимание на важные детали рисунков. Многие разделы дисциплины напрямую связаны с трехмерным изображениями, и вся информация на интерактивной доске представляет объекты, как на плоскости, так и в пространстве.

Интерактивная доска позволяет в полной мере реализовать дидактические принципы в обучении начертательной геометрии, помогает воспитывать сознательность, активность, самостоятельность студентов. Решение задач в интерактивной информационной среде усиливает прикладную направленность обучения за счет возможности моделирования различных процессов, а использование интерактивности объединяет функции образования, воспитания и развития студентов.

При внедрении интерактивной методики в процессе обучения начертательной геометрии реализуются принципы дидактики: научность, систематичность, последовательность, доступность, прочность усвоения знаний и наглядность. Занятия с использованием интерактивной доски относятся к активным методам обучения, которые способствуют всестороннему развитию личности обучаемых, увеличению познавательного интереса при изучении предмета, повышению заинтересованности студентов в освоении дисциплины, активности на занятии.

Интеграция инновационных и классических педагогических технологий в процессе обучения начертательной геометрии способствует более успешному освоению дисциплины, повышению мотивации обучения, успешной реализации основных дидактических принципов обучения.

2. Методика преподавания начертательной геометрии с помощью персонального компьютера

Опыт показывает, что на современных системах компьютерной графики, например “Компас”, любая задача начертательной геометрии решается просто, наглядно, точно и быстро. Удалось наладить чтение лекций с применением компьютера и мультимедийного проектора. Это позволило строить все чертежи непосредственно на экране, прямо на глазах у студентов. Качество лекций и доходчивость стали существенно выше. Занятия вызывают большой интерес у учащихся. Известны публикации в методической литературе. Обычно в них главный упор делается на то, что студенты с помощью компьютеров значительно лучше осваивают методы начертательной геометрии.

Преподавание начертательной геометрии с использованием мультимедийной техники давно не является новинкой, несомненно, способствует интенсификации учебного процесса, а вот по поводу доходчивости есть сомнение, подтверждённое опытом ряда кафедр вузов. Если профессор заменил чертежи на доске картинками на экране без раздаточных материалов, требующих доработки на лекции, то он просто упростил жизнь себе, но не студентам, которые с интересом посмотрели «кино» и тут же забыли т.к. осталась без подключения важнейшая цепочка в обучении графическим дисциплинам: рука - мозг.

Именно опытные (а не молодые) конструкторы отмечают, что методы начертательной геометрии (часто неосознанно!) позволили решать задачи по компоновке, проектированию обводов, всевозможных лючков и заглушек, расчёту надувных и воздухоопорных сооружений, транспортёров и конвейеров. В космосе успешно работают уникальные редукторы, рассчитанные с использованием методов начертательной геометрии. Нам удалось познакомиться с применением способов преобразования чертежа при составлении алгоритмов программного обеспечения для обработки массивов координат узловых точек профилей зубчатых передач, а также при визуализации процесса зацепления.

Опыт преподавания показывает, что пространственное мышление студентов проще всего вырабатывается при изучении трехмерной компьютерной графики и технического рисования. Их и надо использовать, а не возлагать несбыточные надежды на начертательную геометрию.

Регулярно проводится тестирование пространственного воображения на начало изучения начертательной геометрии и по итогам обучения, которые дают основание не считать, что надежды на начертательную геометрию несбыточны. Это подтверждается и всей 32летней историей проведения внутривузовской и городской олимпиады по начертательной геометрии, в ходе которой студенты с интересом решают прикладные задачи, в полной мере ощущают геометрический смысл стандартов ЕСКД, проявляют фантазию при составлении собственных задач.

Здесь уместна цитата из статьи доктора технических наук Д.В.Волошинова «Начертательная геометрия. Есть ли у неё будущее в вузе?» под каждым тезисом которой автор готов подписаться. Следует заметить, что бытующее иногда мнение о том, что аксонометрическая или же перспективная проекция на экране является 3D изображением, является грубой теоретической ошибкой, которая, к сожалению, пустила крепкие корни и прочно обосновалась в профессиональном сленге. Не менее важен и другой факт. Оперируя лишь единственным изображением проектируемой сцены (конструкции и т.п.), через плоский графический интерфейс полнофункционально взаимодействовать с 3D моделью принципиально невозможно. Именно поэтому процесс проектирования связан с использованием различных видов, занимающих «удобное» положение, покачиванием модели для ощущения ее «пространственности» и другими операциями, подобными этим. Синтез любой задаваемой поверхности подразумевает тот или иной способ двухкартинного (в том числе неявного) формирования ее модели. Даже в условиях безбумажного производства необходим контроль качества выполнения проектных работ. Вряд ли в обозримом будущем удастся изобрести что-то более эффективное для этих целей, чем зрительный анализ изображения (чертежа), вычерченного на плоском листе бумаге в соответствии с требованиями ЕСКД в «неудобных» для понимания ортогональных видах. Перечень операций подобного рода можно продолжать достаточно долго. По сути, в основе всех эти действий лежат теоретические положения все той же начертательной геометрии, которые необходимо понимать. Разве что эпюры больше строить не придется.

В журнале Высшее образование в России (2008г., №5) появилась статья В.Рукавишникова «Геометро-графическая подготовка инженера: время реформ», где отмечается, что с развитием ИПИ технологий начертательная геометрия не соответствуя, в частности, фундаментальности (?) и целостности образовательной парадигмы способствует кризису в области геометро-графического моделирования. Утверждается, что одной из причин кризиса является название дисциплины! Отмечается, что и инженерная графика ограничена рамками двумерного моделирования. Предлагается заменить начертательную геометрию и инженерную графику новым курсом «Инженерное геометрическое моделирование», в задачи которого входит: изучение визуально-образного геометрического языка (семантики и синтаксиса); технологии описания геометрических моделей на этом языке; правил выполнения и оформления конструкторской документации по ЕСКД; технологии четырёхмерного геометрического моделирования; основ технического дизайна.

В статье «О перспективах нового теоретического курса как альтернативе начертательной геометрии» А.Хейфец замечает, что если работать с проекциями и держать в голове пространственный образ, то пространственное мышление активно развивается. Но сейчас это все одно, что “играть в шахматы” - полезно для ума, кому-то доставляет удовольствие, но полезно ли для дела?

Очень полезно. Хотя бы потому, что то, что полезно для ума - полезно для дела. Как известно, школа учит читать, писать, логически мыслить, находить решение в нестандартных ситуациях - рефлексировать как теперь модно говорить. Акцент на рефлексию делается и в проекте «Наша новая школа». Совсем не случайно, для развития этих качеств во многих школах вводятся уроки шахмат. Могу привести множество примеров о достижениях моих бывших студентов и коллег шахматистов (от перворазрядников до гроссмейстера) в науке и технике.

Высшая школа решает те же задачи на другом уровне. Писать - владеть графическими пакетами, знать основы САПР. Читать - знание основ построения проекционного чертежа, умение читать чертежи, которые как архивный материал не потеряют своей ценности. На этом этапе роль начертательной геометрии - вполне подходящей для роли шахмат в деле развития эвристического мышления трудно переоценить. Таковы задачи кафедры, преподающей графические дисциплины.

Теперь трезво оценим первокурсника, вернее 80% поступающего в настоящее время контингента. Это человек со слабо развитым пространственным представлением, не изучавший в школе черчения, плохо знающий геометрию, не умеющий организовать самостоятельную работу, освободившийся от прессинга учителей и родителей и не умеющий адекватно распорядиться свалившейся на голову свободой.

Снова цитирую А.Хейфеца. Итак, как автор видит новый теоретический курс. Концептуально - за основу следует взять структуру учебного курса НГ. По каждому разделу курса показать новые подходы к его раскрытию на основе прямого оперирования в пространстве, без проекционных преобразований. Экскурсы в НГ, конечно, возможны и неизбежны. Но, все-таки, отказ от детального изложения методов НГ дает большие резервы времени для более глубокого изучения геометрических закономерностей, выхода на технологические приложения.

Отрицание необходимости изучения начертательной геометрии как ненужной науки может иметь нежелательные последствия. Данная мысль не преследует цели убедить читателя, что эта наука нужна абсолютно всем в равной мере. Возможно, содержание отдельных ее разделов в учебных курсах следует серьезно пересмотреть, сообразуясь с потребностями производства и веяниями времени. Реалии нынешнего дня таковы, что, видимо, не все студенты в своей будущей профессиональной деятельности столкнутся с решением задач сложного функционального формообразования. Возможно, им достаточно лишь поверхностного изучения основ геометрической науки. Однако незнание методов этой дисциплины может стать серьезной проблемой для тех, кто собирается разрабатывать сложную технику, технологические процессы и специализированные информационные системы - для магистров и аспирантов. Не следует забывать и еще одно обстоятельство, о котором почему-то предпочитают не говорить вслух: владение методами начертательной геометрии при определенных обстоятельствах - знание стратегического значения.

Нет сомнения в том, что преподавание графических дисциплин требует совершенствования. Многое в том, что предлагают и своевременно и интересно. Представляется, что это актуально для современного межкафедрального курса в содружестве с IT специалистами и профилирующими кафедрами. Однако, пока такое редкое содружество не налаживается, не следует делать резких движений и внедряться в сферы специальных кафедр, большинство из которых пока не слишком озабочено проблемами ИПИ технологий. Отечественное образование достаточно инерционно, что позволяет сохранять его фундаментальность.

3. Методика создания информационной технологии обучения начертательной геометрии на базе систем CAD/CAM

Начертательная геометрия является одной из фундаментальных наук, составляющих основу инженерно-технического образования. Начертательная геометрия изучает методы получения изображений пространственных фигур на плоскости и способы графического решения метрических и позиционных задач по этим изображениям.

Достижение требуемого качества обучения требует применения информационных технологий. Целью информатизации обучения является интенсификация образовательного (дидактического) процесса. При этом предусматривается разумное увеличение напряженности интеллектуального труда преподавателя и обучающегося, которая должна компенсироваться заранее продуманной организацией образовательного процесса и мерами по сохранению их состояния и здоровья. Взаимосвязанная деятельность преподавателя и обучающегося осуществляется с помощью средств обучения - носителей учебной информации (слайд, видео- и кинофильм, компьютерные и другие средства). В средствах обучения сосредоточено педагогически отработанное содержание обучения. Появление в последнее десятилетие средств обучения, ориентированных на использование персональных компьютеров, существенно усилило возможности управления обучением и создало предпосылки для адаптивного обучения, следуя Золотареву А.А.( 1 ) . Адаптивное обучение обладает следующими признаками: замкнутое (с обратной связью), направленное (на конкретного обучающегося), автоматическое (без непосредственного участия преподавателя ).

В Московском Государственном Индустриальном Университете ( МГИУ ) на основе многолетнего опыта преподавания начертательной геометрии и компьютерной графики создана методика создания информационной технологии обучения на базе компьютерных средств обучения , включающих :

- компьютерный класс, оборудованный мультимедийным

проектором;

- системы CAD/CAM;

- компьютеризированный учебник;

- компьютеризированный задачник;

- компьютеризированный практикум (расчетно-графические

работы);

- автоматизированная система тестирования;

- компьютеризированный экзаменационный тренинг.

Компьютерный класс имеет 24 рабочих места для обучающихся и рабочее место преподавателя на базе персональных компьютеров, имеющих следующие основные характеристики:

- оперативная память: 512 МВ;

- емкость жесткого диска: 160 ГВ;

- тактовая частота: 3000 МHz;

- память видеокарты: 256 МВ;

- гибкий диск 3.5”;

- диск CD-R.

Компьютерный класс оснащен мультимедиа проектором MITSUBISHI XD205U с физическим разрешением 1024х768 и световым потоком - 2000 ANSI люмен.

В качестве базовых программных средств используется операционная система ОС WINDOWS/ XP PROFESSIONAL, стандартные приложения операционной системы, автоматизированные системы проектирования CAD/CAM/CAE/PDM PRO/ENGINEER и CAD/CAM KREDO.

Разработанная методика используется при построении информационных технологий обучения начертательной геометрии, компьютерной графике и основам автоматизированной подготовки программ для станков с числовым программным управлением (ЧПУ).

Типовой информационный блок автоматизированного учебника включает следующие компьютерные модули:

- оглавление (введение, разделы, темы, заключение,

приложения, литература);

- текстовые материалы;

- чертежи;

- контрольные вопросы;

- тесты.

Типовой информационный блок автоматизированного задачника включает следующие компьютерные модули:

- оглавление (разделы, темы, номера и тексты задач );

- текстовые материалы (методические указания по решению

задач);

- чертежи (решения типовых задач);

- контрольные вопросы;

- тесты.

Типовой информационный блок автоматизированного практикума (расчетно-графических работ ) включает следующие компьютерные модули:

- оглавление (варианты заданий);

- чертежи (образец выполненного задания);

- текстовые материалы (методические указания по

выполнению задания);

- контрольные вопросы;

- тесты.

Типовой информационный блок автоматизированного экзаменационного тренинга включает следующие компьютерные модули:

- оглавление (номера и тексты билетов);

- текстовые материалы (основные теоретические положения);

- чертежи (решения задач);

- контрольные вопросы;

- тесты.

Текстовые материалы создаются при помощи текстового редактора MS WORD, а чертежи при помощи системы CAD/CAM/CAE/PDM PRO/ENGINEER. Взаимосвязь текстового редактора MS WORD и системы CAD/CAM осуществляется через гиперссылки.

Список литературы

начертательная геометрия преподавание компьютер

1.Бегенина Л.Ю. Интерактивная доска как средство организации фронтальной работы // Информатика и образование. 2009. № 7.- С 122-123.

2.Галишникова Е.М. Использование интерактивной доски в процессе обучения // Учитель. 2007. № 4.-С8.

3.Крапивенко А.В.Технологии мультимедиа и восприятие ощущений: учеб. пособие. М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2009.-271с.- ISBN 978-5-94774-967-0

4.Штода В.А. Особенности применения ЦОР и интерактивной доски на уроках // ИКТ в образовании. 2009. № 12 (48).- С 14-15.

5. Тихонов-Бугров Дмитрий Евгеньевич (О проблемах преподавания начертательной геометрии и инженерной графики).

Размещено на Allbest.ru