CC BY
90
УДК 004.92
МОРЯКОВА Елена Владимировна, аспирант кафедры информатики, вычислительной техники и методики преподавания информатики Поморского государственного университета имени М.В. Ломоносова, преподаватель Архангельского колледжа телекоммуникаций (филиал) Санкт-Петербургского государственного университета телекоммуникаций имени М.А. Бонч-Бруевича
ОБУЧЕНИЕ САПР ЧЕРЕЗ СОЧЕТАНИЕ
АЛГОРИТМИЧЕСКОЙ И ЭВРИСТИЧЕСКОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ПРИ РЕШЕНИИ ГРАФИЧЕСКИХ ЗАДАЧ
В статье рассматриваются элементы методики обучения работе в системе автоматизированного проектирования (САПР) «AutoCAD 2009» на занятиях инженерной графики и предлагается путь повышения эффективности обучения, описываются этапы деятельности студентов при решении графических задач: алгоритмический, с элементами эвристической деятельности и эвристический.
Среднее профессиональное образование, система автоматизированного проектирования, алгоритмическая деятельность, эвристическая деятельность, графическая задача
Интенсивный процесс обновления техники и технологии в отрасли телекоммуникаций требует совершенствования системы подготовки специалиста. В настоящее время для создания конкурентоспособного продукта как в материальной, так и в интеллектуальной сфере любой отрасли востребован специалист, умеющий генерировать новые идеи, конструктивно мыслить, творчески подходить к решению профессиональных задач. Для подготовки такого специалиста необходимо применять методику обучения, формирующую готовность использования способов творческой деятельности.
В отечественной психологии и педагогике обращение к понятию деятельности связано с
именами П.Я. Гальперина, А.Н. Леонтьева, В.П. Беспалько и др. Согласно деятельностной теории в процессе обучения ученик выполняет действия, предусмотренные программой деятельности. В свою очередь каждое действие тоже может быть разбито на частные действия или операции (С.Л. Рубинштейн, П.Я. Гальперин, В.А. Иванников1). «Любую разумную деятельность человек выполняет на основе ранее усвоенной информации о методике выполнения этой деятельности»2. По способу использования усвоенной информации различают два вида деятельности: репродуктивную и продуктивную. Для репродуктивной деятельности характерны алгоритмические действия. Мы, соглас-
© Морякова Е.В., 2011
но определению Б. Чада3, алгоритмической деятельностью называем совокупность действий, выполняемых по алгоритмическому описанию. В процессе продуктивной деятельности обучающийся «генерирует новую информа-цию»2, отличающуюся от содержащейся в алгоритмическом описании, т.е. его деятельность, по нашему пониманию, приобретает эвристический характер. Областью нашего исследования является методика обучения решению графических задач средствами САПР через сочетание алгоритмической и эвристической деятельности студентов в рамках учебной дисциплины «Инженерная графика».
В федеральном государственном образовательном стандарте среднего профессионального образования (ФГОС СПО) по специальности 210414 Техническое обслуживание и ремонт радиоэлектронной техники указано, что в результате изучения инженерной графики обучающийся должен обладать определенными знаниями и умениями, например уметь решать задачи геометрического моделирования, знать основные правила построения чертежей и схем, способы графического представления пространственных образов. Образовательным стандартом так же ставится цель научить будущих специалистов применять интерактивные графические системы для выполнения и редактирования изображений и чертежей, т.е. научить способам деятельности в САПР. Как базовый компонент в Архангельском колледже телекоммуникаций используется САПР «AutoCAD 2009». Для повышения эффективности обучения решению графических задач средствами САПР, подготовки к использованию способов творческой деятельности нами выявлена необходимость сочетания алгоритмических и эвристических методов обучения.
Для того, чтобы работать в САПР необходимо владеть языком постановки графических задач. Решение задач является важным средством формирования у студентов системы знаний и способов деятельности, основной формой учебной работы студентов на занятиях инженерной графики.
В экспериментальных исследованиях школы П.Я. Гальперина критерием выделения де-
ятельности служит задача. Задачный подход к определению деятельности рассматривали Г. А. Балл, В.П. Беспалько и др. Исходя из того, что деятельность субъекта может быть представлена как система процессов решения задач4, эвристическая деятельность может быть представлена как система процессов решения эвристических задач. В работе Г.Ф. Хакимова, РР Вахитова5 под эвристическими задачами понимаются задачи с заданными и самостоятельно определяемыми метаориентирами. Под метаориентирами (от греч. meta - после, за, через) авторы понимают данные в условии задачи, которые позволяют определить вид преобразования и систему его ориентиров.
Задачи на преобразование формы и пространственного положения объектов появились в 70-е годы прошлого века и позже в работах А.Д. Ботвинникова, В.А. Гервера и др. Графическая деятельность, связанная с решением задач на преобразование формы и пространственного положения предметов и их частей, выполняется манипулированием пространственными образами, обозначаемым в психологии понятием «представливание» (Б.М. Теплов и др.). И.С. Якиманская выделяет три основных типа оперирования пространственными образами, приводящим к изменению положения воображаемого объекта, изменению его структуры, комбинации этих преобразований6. Анализируя эвристические приемы, сформулированные Г.Ф. Хакимовым, РР Вахитовым, А.И. Поло-винкиным7, Г. О. Бушем8, и учитывая собственный опыт работы, нами выделены следующие эвристические приемы: преобразование формы, преобразования в пространстве, преобразование материала и вещества, приемы дифференциации, количественные изменения и др., имеющие определенное содержание.
Согласно классификации уровней усвоения деятельности В.П. Беспалько (ученический, алгоритмический, эвристический, творческий), нами установлены этапы обучения: пропедевтический, алгоритмический, с элементами эвристической деятельности и эвристический. Пропедевтический этап знакомит студентов с особенностями соответствующей компьютерной графичес-
кой программы и развивает готовность к дальнейшему выполнению работы. Алгоритмический этап предусматривает решение графической задачи по алгоритмическому описанию, которое составлено нами с подробным указанием последовательности действий, точное выполнение которых позволяет получить запланированный результат деятельности. Согласно технологическому анализу деятельности В.А. Иванникова1 нами выделены действия, обеспечивающие достижение промежуточных результатов, выполнение которых контролируется (рис. 1).
- приемы дифференциации: представление объекта в виде составной конструкции.
Для того, чтобы эвристические приемы были осознаны студентами, мы акцентируем их внимание на том, что овладение этими приемами поможет выполнить следующий этап работы. Интерес, который студенты проявляют к геометрическому моделированию, мотивирует их для дальнейшей деятельности.
Этап с элементами эвристической деятельности подготавливает студентов к выполнению эвристического задания и предусматривает ре-
Вход
Алгоритмическое описание, регламентирующее процесс деятельности
Мониторинг и измерения (до, во время и после завершения деятельности)
Рис. 1. Схематическое изображение алгоритмической деятельности
Некоторые действия студентов, выполняемые по алгоритмическому описанию, при решении графической задачи «Взаимное пересечение поверхностей геометрических тел» приведены в таблице.
Данная задача, выполняемая по алгоритмическому описанию, знакомит студентов с эвристическими приемами:
- преобразование формы: выполнение объекта в заданной форме, выполнение в объекте отверстия;
- преобразования в пространстве: изменение пространственного положения объекта относительно плоскостей проекций, размещение объектов один внутри другого;
шение задачи следующего типа: по двум заданным видам (рис. 2) выполнить изображение геометрической модели в четырех видовых экранах.
Студенты переносят алгоритм решения ранее выполненной задачи (см. таблица) в новую ситуацию. Нами разработаны несколько вариантов заданий, используемых на этом этапе. Для решения задачи студенты используют следующие эвристические приемы: преобразование формы, преобразования в пространстве, приемы дифференциации.
Эвристический этап заключается в том, что для решения задач недостаточно применить известный алгоритм. Неопределенность
АЛГОРИТМИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ ДЕЙСТВИЙ
Краткое описание действия
Отображение на экране
о
к
М
Н
О
эй
Вычертить цилиндр: центр нижнего основания расположен в точке с координатами (0,0,0); основание цилиндра 0100мм; высота цилиндра 200мм.
Соответствующая команда: «Рисование» ^ «Моделирование» ^ «Цилиндр»
<и
«
«
н
о
<и
<и
«
«
н
о
<и
Задать цилиндру горизонтальное положение, т.е. повернуть цилиндр через базовую точку с координатами (0,0,100) вокруг оси координат <^».
Команда: «Редактировать» ^ «3D операции» ^ «3D поворот»
Вычертить два вертикально расположенных цилиндра: центр
нижнего основания цилиндра, расположенного слева — в точке с координатами (-50,0,0); центр нижнего основания цилиндра, расположенного справа — в точке с координатами (50,0,0); основания цилиндров 080мм; высота цилиндров 200мм.
е
и
в
т
с
«
е
Выполнить объединение горизонтально расположенного цилиндра и правого вертикально расположенного цилиндра. Команда: «Редактировать» ^ «Редактирование тела» ^ «Объединение».
Выполнить вычитание левого вертикально расположенного цилиндра из горизонтально расположенного цилиндра. Команда: «Редактировать» ^ «Редактирование тела» ^ «Вычитание»
е
и
в
т
с
«
е
Изображения геометрической модели представить в четырех видовых экранах. В правом нижнем экране поместить изометрию модели. В остальных видовых экранах изображения скомпоновать по правилам получения комплексного чертежа модели.
пути решения относительна. Одна и та же задача разными студентами может быть истолкована как алгоритмическая, с элементами эвристической деятельности и эвристическая. При выдаче студенту варианта задачи следует учитывать субъективность восприятия. На практике, контролируя и фиксируя результаты действий, наблюдая за деятельностью студентов, мы определяем, какого уровня сложности выдать задание.
Для обеспечения профессиональной направленности заданий, которые ставятся на эвристическом этапе, необходимо продемонстрировать студентам взаимосвязь фундаментальных знаний с будущей профессиональной деятельностью. Для этого надо сопоставить приобретаемые знания и умения по вычерчиванию контуров технических деталей с контурами изделий, встречающимися в будущей профессиональной деятельности, например, предложить смоделиро-
Рис. 2. Условие графической задачи с элементами эвристической деятельности
вать геометрическую форму корпуса вентилятора (рис. 3), дополнительно можно предложить студентам повернуть созданную модель в про-
странстве, разделить ее на элементы, задать элементам новое положение. Эвристика решения задачи состоит в создании геометрической формы модели, определении ее габаритных размеров и размеров ее элементов, изменении пространственного положения.
Разработанная и используемая нами методика обучения решению графических задач средствами САПР через сочетание алгоритмической и эвристической деятельности учит студентов организовывать собственную деятельность, повышает эффективность обучения в условиях дефицита времени, позволяет обеспечить уровень знаний и умений в соответствии ФГОС СПО, подготавливает к творческой деятельности.
Рис. 3. Пример эвристической графической задачи Примечания
1 ИванниковВ.А. Введение в психологию: курс лекций. М., 2006. С. 156.
2БеспалькоВ.П. Слагаемые педагогической технологии. М., 1989. С. 192.
3 Чада Б. Развивать алгоритмическую культуру учащихся // Математика в школе. 1983. N° 2. С. 62.
4Балл Г.А. Теория учебных задач: Психолого-педагогический аспект. М., 1990. С. 184.
5Хакимов Г Ф., ВахитовР.Р. Эвристические графические задачи: В помощь учителю черчения. М., 1999. С. 112. 6ЯкиманскаяИ.С. Развитие пространственного мышления школьников. М., 1980. С. 240.
7 Половинкин А.И. Основы инженерного творчества: учеб. пособие для студентов втузов. М., 1988. С. 368.
8 Буш Г.й. Основы эвристики для изобретателей. Учебно-методическое пособие для народных университетов технического творчества. Ч. 2. Рига, 1977.
Moryakova Elena
INSTRUCTION IN ADS THROUGH COMBINATION OF ALGORITHMIC AND HEURISTIC ACTIVITY IN SOLVING GRAPHIC PROBLEMS
The article considers the elements of instruction methods in the automation designing system (ADS) «AutoCAD 2009» at the mechanical drawing classes and the way of instruction efficiency improvement is suggested. The stages of the students’ activities in solving graphical problems - algorithmic, with elements of heuristics and heuristical - are described in the article.
Контактная информация: e-mail: MoryakovaElena@yandex.ru
Рецензент - Шабанова М.В., доктор педагогических наук, профессор кафедры методики преподавания математики Поморского государственного университета имени М.В. Ломоносова
