CC BY
24
Зелев А. П. Zelev А. Р.
кандидат технических наук, доцент кафедры «Управление и сервис в технических системах», ФГБОУВО «Уфимский государственный нефтяной технический университет», г. Уфа, Российская Федерация
УДК 004.9
Муфтеев В. Г. Muftejev V. G.
кандидат технических наук, доцент кафедры «Механика и инженерная графика», ФГБОУ ВО «Башкирский государственный аграрный университет», г. Уфа, Российская Федерация
А
Талыпов М. А. Talypov M. A.
ассистент кафедры «Механика и инженерная
графика», ФГБОУ ВО «Башкирский государственный аграрный университет», г. Уфа, Российская Федерация
КОНЦЕПЦИЯ ИНФОРМАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ ПРЕПОДАВАНИЯ ГРАФИЧЕСКИХ ДИСЦИПЛИН
Предлагается интерактивная мультимедийная система преподавания геометрических основ конструирования изделий машиностроения.
Ведение лекций в системе построено на апробированной методике, характеризующейся легкостью восприятия и усвоения учебного материала, исключающей потери времени на рутинное ведение конспектов студентами.
Практические и лабораторные занятия построены на эффективной методике быстрой загрузки упражнений с интерактивного сайта непосредственно в среду CAD-систем. Упражнение содержит образец выполнения и методические указания.
Система в целом обеспечивает эффективное использование аудиторного времени и позволяет освоить большой учебный материал при ограниченном ресурсе времени.
Ключевые слова: интерактивная мультимедийная система, CAD-системы, геометрические основы конструирования.
TONCEPT OF THE INFORMATION SYSTEM FOR TEACHING
GRAPHIC DISCIPLINES
An interactive multimedia system to teach geometric fundamentals of engineering product design is offered.
The system implies delivering lectures using a proven methodology characterized by ease of perception and effective learning of study material, which eliminates time consuming note-taking.
Practical and laboratory classes are designed to use an effective technique which allows quick download from the interactive website directly into CAD-system. An exercise includes an example and methodical recommendations.
The entire system ensures quality classroom time and enables to master a large number of learning material within the limited amount of time.
Keywords: interactive multimedia system, CAD-systems, geometric bases of construction.
Data PROCESSiNG FACiUTiES AND SYSTEMS
Актуальность многофункциональной информационной системы при преподавании вузовских графических дисциплин
Известно: объем информации в каждой отрасли знаний удваивается каждые 3-5 лет. Увеличивается дифференциация отраслей. Период же обучения в техническом вузе остается постоянным и составляет 4-5 лет. Отсюда является актуальным стремление к сокращению учебного времени по отдельным дисциплинам, к оптимизации процесса обучения: а) дать больше современных знаний студентам при сокращении аудиторного времени: б) научить учиться самостоятельно (подготовить специалиста воспринимать новые знания после окончания вуза).
Объективно над каждой вузовской дисциплиной нависает угроза сокращения количества учебных часов. И это сокращение происходит постоянно, высвобождая учебное время для непрерывно расширяющегося объема новых знаний.
Возникают задачи оптимизации учебного процесса: а) дать больше современных знаний, умений, навыков в условиях уменьшения учебного времени за счет избавления от ненужных действий в аудиторное время; б) перенести часть функций обучения за пределы аудитории.
1. Лекционные занятия
Какие действия убрать из методики проведения лекций, чтобы высвободить аудиторное время?
При изучении графических дисциплин много времени расходуется на перечерчивание студентами изображений с доски.
Детализируем процесс появления картины в конспекте (рисунок 1):
1) на доске лектор с нуля вычерчивает условие задачи, создает стартовую картину (интервал Л1-Л2);
2) лектор объясняет теоретический материал, развивая стартовую картину и двигаясь в сторону завершения задачи (интервал Л2-Л3);
3) появляется интервал времени на перечерчивание картины с доски в конспект студенту (интервал С1-С3).
Рисунок 1. Течение лекционного времени «классная доска + мел»
Все три этапа характеризуются пониженным вниманием студента, так как его мыслительный потенциал расходуется по двум направлениям: перечертить и услышать. Таким образом, происходит потеря времени с одновременным, не самым высоким качеством восприятия учебного материала.
Напрашивается технология лекции, при которой присутствует лишь интервал Л2-Л3: стартовая картина должна возникнуть моментально, без потерь времени на 1 этапе (рисование условия на доске). Студент должен освободиться от перечерчивания без потерь времени на 3 этапе. Студент не пишет конспект, а с максимальным вниманием воспринимает новую информацию. Лектор передает студенту готовый конспект заранее, до лекции, с качественными чертежами и внятным сопроводительным текстом.
Опыт ведения лекций. Авторы имеют опыт проведения лекций по данной технологии. Все графические операции выполнялись в графическом редакторе КОМПАС 3D. Стартовые картины лектор готовил заранее. Процесс решения задачи, развитие чертежа выполнялись в режиме онлайн с применением мультимедиапроектора. Студенты задолго до лекции получили от преподавателя электронный конспект и имели возможность при желании вывести конспект на печать до лекции, ознакомиться с ним. Во время лекции студенты не отвлекаются на перечерчивание, а, имея в руках готовый конспект, воспринимают новую информацию, задают вопросы.
Развитие лекционной технологии. Авторы опираются на имеющийся многолетний опыт преподавания начертательной геометрии (НГ), инженерной графики, компьютерной графики, геометрического моделирования в САПР, а также многолетний опыт програм-
мирования в области разработки программного обеспечения конструирования сложных технических поверхностей, разработки программного обеспечения в 1С предприятие.
Практика преподавания показывает, что сегодня необходима специальная многофункциональная информационная система, позволяющая оптимизировать все стадии преподавания. Отдельные подсистемы собственной разработки уже имеются и применяются более 5 лет, по отдельным подсистемам имеется практика применения, накоплена практика проведения аудиторных и дистанционных занятий.
В данный момент у авторов выстраивается комплексное представление о многофункциональной информационной системе преподавания перечисленных графических дисциплин, которую нужно поэтапно разрабатывать и применять в практике преподавания. Разрабатываемая информационная система включает, в частности, подсистему сопровождения лекций.
2. Контроль знаний студентов
Дистанционный контроль знаний. В условиях сокращения аудиторного времени целесообразно время аудиторного контроля знаний сократить до минимума, а значительную часть контроля вынести за пределы аудиторного времени. Компьютерные технологии позволяют большую часть контроля знаний и самоконтроль вывести в область дистанционного общения.
Попутно возникает вопрос: можно ли доверять результатам дистанционного контроля знаний, если преподаватель не видит, насколько самостоятельно студент выполнял контрольные задания. Корреляционный анализ результатов дистанционного контроля и аудиторного контроля, на наш взгляд, позволит выработать правильное отношение преподавателя к результатам дистанционного контроля. К этому анализу нам предстоит вернуться более взвешенно в дальнейшей преподавательской деятельности в условиях применения описываемой информационной системы.
Опыт дистанционного контроля знаний. Авторы имеют опыт проведения дистанционного контроля, состоящего в тестировании
студентов по нескольким темам. Достоверность авторства результатов тестирования не проверялась (студент лично проходил тестирование либо обращался за помощью к сторонним исполнителям). Для развития дистанционного тестирования предполагается применение соответствующего математического аппарата.
Опыт показывает положительные стороны дистанционного контроля: а) не требуется компьютерный класс для контроля знаний; б) студент планирует свое время так, чтобы ему было удобно вне расписания провести дистанционный контроль собственных знаний и самоконтроль.
Разрабатываемая информационная система включает подсистему дистанционного контроля знаний и самоконтроля.
3. Электронные практические занятия
Практические занятия по начертательной
геометрии целесообразно проводить с помощью чертежно-графических редакторов КОМПАС 3D, AutoCAD или с применением других известных программных продуктов. Положительные моменты: а) точное выполнение графических операций, б) приобретение навыков работы с графическим редактором, в) применение 3D моделирования при решении задач начертательной геометрии, г) индивидуальный подход с учетом уровня подготовленности студентов.
Разрабатываемая информационная система включает подсистему электронных практических занятий.
4. Рейтинговый показатель успеваемости студентов
Психология студента требует знания объективной оценки собственного уровня прохождения учебного процесса для возможной корректировки подхода к прохождению учебы. Собственно учебный процесс со стороны преподавателя тоже требует ясного объективного представления о том, насколько успешно студент справляется с учебной нагрузкой.
Авторы имеют опыт разработки и применения рейтинговой системы, программирования алгоритмов на базе метаданных системы 1С предприятие.
Data PROCESSiNG FACILITIES AND SYSTEMS
Разрабатываемая информационная система включает подсистему расчета текущего рейтинга студента.
5. Обучение и самообучение основам геометрического моделирования для САПР Компьютерные технологии открывают большие возможности самообучения: а) предоставление иллюстрированного обучающего теоретического и практического материала, б) предоставление студенту набора вычисляемых упражнений, задач, курсовых работ различного уровня сложности.
Опыт применения обучающей подсистемы. Авторский программный продукт применяется более 7 лет в качестве обучающего компьютерного методического материала, на котором студенты знакомятся и осваивают основы геометрического моделирования сложных объектов.
На сайте Башкирского государственного аграрного университета в бегущей нижней строке находятся кнопки перехода на тематические сайты. Кнопка <Обучение САПР> переводит пользователя на учебный сайт, где предлагается пройти обучение САПР на базе КОМПАС 3D и AutoCAD (рисунок 2).
Рисунок 2. Фрагмент главной страницы сайта Башкирского государственного аграрного университета
При посещении страницы «Обучение САПР» студент оказывается перед выбором одного из многих направлений, предлагаемых древовидным списком направлений самообучения.
Преподавание геометрического моделирования в САПР мультимедийными средствами в БГАУ ведется с 2012 г. Накоплен определенный опыт. Разработана мультимедийная система интерактивного обучения САПР [1].
Обучение геометрическому моделированию в САПР на базе КОМПАС 3D разбито на два раздела: КОМПАС ГРАФИК и КОМПАС 3D.
Представляют интерес теоретические и практические разработки моделирования кривых линий и поверхностей высокого качества (рисунок 3).
По каждой теме выполняется определенный набор упражнений.
Технология выполнения упражнений заимствована из методики Соколовой Т.Ю. [2]. На учебном сайте находятся файлы упражнений. Для каждого упражнения показана картинка с упражнением и методические указания к выполнению. При указании номера упражнения файл упражнения скачивается и устанавливается в графической среде КОМПАС 3D (или AutoCAD).
Раздел КОМПАС ГРАФИК содержит 6 тем:
1. Основные элементы интерфейса;
2. Общие положения;
3. Основные приемы редактирования;
4. Приемы создания обозначений и объектов оформления;
5. Чертеж. Создание чертежей;
6. Создание объектов спецификации в чертеже.
Educational and Scientific Centre "CAD Studio"
Welcome to Educational and Scientific Centre "CAD Studio" at the Bashkir State Agrarian University
Добро пожаловать в Образовательный Научный Центр "САПР Студий" при Башкирском Государственном Аграрном Университете
1. Образовательные услуги: 1.1. обучение AvfoCAP Л2. обучение ЦРМНАСЗР
2. Теоретические и практические разработки:
2.1 .Theory and innovations. Моделирование кривых линий и поверхностей высокого качества
Рисунок 3. «Reception» раздела сайта по основам САПР
Первые 4 темы и упражнения взяты из подготовительного курса компании «АСКОН» для сдачи экзамена на сертификат первой ступени. Последние 2 темы — реальные пункты экзаменационного билета при сдаче на сертификат одного из авторов.
Рекомендуется окна в Windows установить так, чтобы одновременно в поле зрения были и методические указания на сайте, и окно с упражнением в графической среде КОМПАС.
Обучение КОМПАС 3D выполняется с использованием встроенного учебника <Азбука КОМПАС 3D>.
<Азбука КОМПАС 3D> содержит ряд тем. В нашей учебной программе последовательность прохождения тем следующая:
1. Операция выдавливания. Модель вилка;
2. Создание сборки;
3. Создание чертежей;
4. Создание спецификации;
5. Операция вращения;
6. Операция по сечениям;
7. Кинематическая операция;
8. Операции с листовым материалом;
9. Поверхность по сети точек;
10. Поверхность по сети кривых.
Первые 4 темы обязательны. Прохождение
остальных тем в аудиторном режиме зависит от ресурса учебного времени, отведенного на курс. В любом случае после освоения методики обучения в Азбуке КОМПАС 3D по первым 4 темам и приобретения общекультурной компетенции (читать, понимать, уметь повторить) остальные темы можно пройти самостоятельно в рамках ресурса учебной программы на самостоятельную работу.
После завершения выполнения тем студент может проверить себя выполнением тестов в интерактивном режиме с получением оценки.
Имеется база данных тестов на выполнение 3D моделирования трех уровней сложности.
Предлагаемая технология позволяет подготовить студентов к сдаче экзаменов на сертификаты первой и второй ступеней. И такой опыт имеется. К сожалению, в настоящее время экзамены платные. И не все студенты
могут себе позволить роскошь сдачи экзаменов на сертификаты.
Обобщение методик
Преподавание САПР с применением КОМПАС 3D на этапе обучения геометрическому моделированию требует определенных знаний о методах проецирования, которые они получают из курса начертательной геометрии.
Разрабатываемая информационная система включает подсистему обучения графическим дисциплинам, часть которой: «Обучение САПР» успешно применяется более 5 лет.
Перспективы создания информационной системы преподавания графических дисциплин
Возникает необходимость создания комплексной информационной системы и комплексной образовательной программы, которые позволят объединить процесс обучения основам геометрического моделирования в САПР с обучением основам теории проецирования НГ.
Проблему создания комплексной информационной системы и комплексной образовательной программы может решить коллектив профессионалов, имеющих опыт преподавания как НГ, так и основ геометрического моделирования в САПР, объединяющих в себе опыт программирования графических редакторов, геометрического моделирования, программного продукта дистанционного взаимодействия «Преподаватель — Студент».
Полученный авторами опыт преподавания графических дисциплин в вузе с применением мультимедийной методики позволил сформулировать концепцию разработки комплексной информационной системы преподавания графических дисциплин, которую могли бы взять на вооружение коллективы разработчиков образовательного программного обеспечения.
Концепция информационной системы
Авторами предлагается концепция системы, в которой функционально выделяются 5 подсистем:
1. Подсистема сопровождения лекционных занятий (пройдена апробация графической части в редакторе КОМПАС 3D);
Data processing facilmes and systems
2. Подсистема промежуточного контроля знаний студентов, в том числе, дистанционно (пройдена апробация с помощью интернет ресурсов);
3. Подсистема сопровождения практических занятий;
4. Подсистема рейтинговой оценки работы студентов (пройдена апробация методик с помощью разработанных алгоритмов в системе 1С Предприятие);
5. Подсистема обучения и самообучения для студентов.
1. Подсистема сопровождения лекционных занятий
Задачи подсистемы:
а) формирование стартовой картины;
б) формирование методического видео;
в) развитие стартовой картины лектором в процессе подачи учебного материала;
г) хронологические перемещения по графической базе в любую точку временного пространства;
д) акустическое сопровождение;
е) формирование электронного конспекта, содержащего методические видеофрагменты, статические иллюстрации, тексты.
Программный продукт позволяет а) подготовить стартовые картины и видеофрагменты для применения на лекции; б) использовать графические средства развития стартовых картин как по оригинальному пути, так и по пути, сформированному заранее; в) сформировать электронный конспект со статическими изображениями, видеофрагментами, текстами.
2. Подсистема промежуточного контроля знаний обучаемых
Промежуточный контроль охватывает текущие контрольные работы, зачеты, экзамены. В результате проведенного контроля система выдает оценку выполненной студентом работы.
Задачи подсистемы:
а) накопление базы контрольных заданий;
б) формирование алгоритмов подбора контрольных заданий в зависимости от различных факторов - специальности, уровня сложности, тематики и др.;
в) диагностика выполненных заданий.
Подсистема включает логические программные средства оперативного комплектования заданий для контрольных работ, коллоквиумов, зачетов, экзаменов на основе вектора параметров. Программный продукт разрабатывается на основе метаданных и языковых средств системы 1С Предприятие.
3. Подсистема сопровождения практических занятий
Задачи подсистемы:
а) создание базы двумерных и трехмерных условий графических задач для использования их на практических занятиях;
б) предоставление студентам средств графического редактора, с помощью которых на экране он выполняет решение задачи;
в) создание оценочных средств по решенной задаче.
Преподавательский коллектив подготавливает электронную базу условий задач в формате графического редактора, а также графические или видео иллюстрации, поясняющие условие задачи. Студент во время занятия развивает данное условие задачи средствами графического редактора. Диагностический инструмент оценивает решение, выставляет оценку по задаче и обеспечивает сбор статистической информации по результатам решения задач.
4. Подсистема рейтинговой оценки обучаемых
Задачи подсистемы:
а) предоставление преподавателю возможности простой установки алгоритмов расчета рейтинговой оценки учебной деятельности студента;
б) автоматическая выработка рейтинговой оценки студента на любой момент времени.
5. Подсистема самообучения
Подсистема самообучения содержит методическую информацию для самостоятельного изучения геометрического моделирования, основ САПР, начертательной геометрии, инженерной графики. Широко используются графические возможности систем КОМПАС 3D, AutoCAD.
Выводы
1. Опыт авторов по разработке и применению отдельных модулей и подсистем в системе преподавания графических дисци-
плин привел к возможности формирования концепции соответствующей информационной системы преподавания.
2. Разработана концепция многофункциональной системы преподавания графических вузовских дисциплин, обеспечивающая мультимедийную технологию ведения всех видов учебных занятий, включая самоподготовку, промежуточный контроль знаний и самоконтроль.
3. Наличие большого количества задач для студентов, превышающего 5-10-кратный
Список литературы
1. Муфтеев В.Г. и др. 2012-2017. Интерактивная система обучения САПР. http://fair-nurbs-ru.1gb.ru.
2. Соколова Т.Ю. AutoCAD 2009 (+CD): учеб. пособие для вузов. СПб.: Питер, 2008. 574 с.
запас относительно решаемых на занятиях в течение семестра, позволяет держать их в открытом доступе, включая экзаменационные задачи.
Мобильность автоматизированного комплектования различных блоков задач по заданному вектору целевых параметров обеспечивает оперативность и удобство подготовки к учебным занятиям с учетом уровня подготовленности студентов, к мероприятиям промежуточного контроля знаний студентов в условиях открытости базы задач для студентов.
References
1. Mufteev V.G. i dr. 2012-2017. Interaktivnaja sistema obuchenija SAPR. http:// fair-nurbs-ru.1gb.ru.
2. Sokolova T.Ju. AutoCAD 2009 (+CD): ucheb. posobie dlja vuzov. SPb.: Piter, 2008. 574 s.
