CC BY
31
УДК 378.146:004
Е. Е. ШМУЛЕНКОВА
Омский государственный технический университет
ОПЫТ И АНАЛИЗ ВНЕДРЕНИЯ СИСТЕМЫ ПРОВЕРКИ ГРАФИЧЕСКИХ ПОСТРОЕНИЙ В УЧЕБНЫЙ ПРОЦЕСС_
Целью нашей работы является разработка функций-подпрограмм, позволяющих ввести новое символическое описание процедур проверки графических построений. Для оценки работоспособности системы проверки графических построений (СПГП) было осуществлено внедрение в учебный процесс. СПГП создана на основе пакета САПР ACAD и алгоритмического языка программирования AutoLISP. В статье представлен анализ сравнения работоспособности системы «ПРОМЕТЕЙ» и СПГП на основе проведенного анкетирования студентов.
Ключевые слова: начертательная геометрия, система проверки графических построений (СПГП), функции-подпрограммы, проверка остаточных знаний, проверочные задачи.
В настоящее время развитие компьютерных технологий привело к интенсивному использованию их в учебном процессе, в том числе и при изучении таких дисциплин, как «11ачертательиая геометрия» и «Инженерная графика». Этому использованию способствует как рост числа обучающих программных продуктов, так и снижение затрат на внедрение интерактивных обучающих систем в учебный процесс. Заметим, что применение тестирующих программ на различных этапах подготовки студентов становится теперь нормой во многих учебных заведениях |! |. Тем не менее сохраняется ещё множество сфер учебной деятельности, в которых обучающий потенциал компьютерных технологий использован слабо. Примером этого является отсутствие программ, позволяющих проводить оценку графических построений.
При разработке автоматизированной СПГП, позволяющей проводить анализ решений большинства задач, возникла необходимость в создании однотипных функций-подпрограмм на основе пакета САПР ACAD. Поэтому была предпринята попытка разработать ряд таких функций-подпрограмм, которые позволили бы оценивать построения графических примитивов но определенным признакам при оценке СПГП решения задач студентами. Данные функции-подпрограммы используют при составлении текстов программ, описывающих процедуры проверки большинства задач. Это приводит к значительной экономии времени при составлении и отладке указанных выше программ за счет упрощения и сокращения записей. Использование функций-подпрограмм позволило создать новую символическую запись описания процедур оценки графических примитивов. Заметим, что при создании функций-подпрограмм используются допуски построений примитивов, используемых при решении задач студентами (например, не всегда удается провести прямую через заданную точку и это приходиться делать с погрешностью минимальное значение которой определяется удалением прямой от заданной точки). В таблице 1 приведены наиболее часто используемые
функции-подпрограммы при оценке графических построений. Аргументы данных функций могут быть значения координаты точек, значения углов, расст ояний и допуски, влияющие на погрешности в вычислениях при оценке положения построенных примитивов. Использование других программ, например системы КОМПАС, при разработке СПГП затруднено отсутствием в данных программах функций, обеспечивающих доступ к примитивам.
Кроме перечисленных функций-подпрограмм, представленных в табл. I, используются также подпрограммы:
1. БР-ЫЫЕ - программа, создающая список примитивов, состоящая из отрезков и определяющая значения координат их начальных и конечных точек;
2. 5Р-Сис1е — программа, создающая список примитивов из окружностей и формирующая значения координат центров окружностей и их радиусов.
Рассмотрим пример составления текста программы проверки графических построений задачи, связанной с построением прямой, проходящей через за-даннуюточку и перпендикулярной к заданной фронтально-проецирующей плоскости на основе использования функций-подпрограмм, представленных в таблице I (рис. 1). В указанной задаче также необходимо построить точку пересечения перпендикуляра с плоскостью.
При решении этой задачи необходимо использовать следующие функции-подпрограммы, представленные втабл. 1:
1. (Упе-Р1-РАК-Р2-Р3 Р1 Р2 РЗР-Р Р-11), 2. (Упе-Р!-РЕЯ-Р2-РЗ Р1 Р2 РЗ Р-Э Р-и), 3. (ипе-Р1-Р2 Р1 Р2 Р-Г>), 4.(Снс1е-Р1-1*Р1 И Р1-0 Я-Э), 5. (1ех(-Р1-Р2АЗР1 Р2), 6. (БР-иЫЕ) 7. (5Р-Спс1е). В записях функций в скобках в начале находится название функции, например, ипе-Р)-РАК-Р2-РЗ, а затем аргументы функций Р1 Р2 РЗ Р-Э Р-и, при этом аргументы Р-1Э Р-11 задают допуски (см. табл. 1).
Приведем фрагмент текста основной программы, отражающей запись процедур проверки графических пост роений, связанных с решением указанной задачи (рис. 1).
Таблица I
Спис ок функций-подпрограмм, позволяющих кодированное описание процедур распознавания графических примитивов,
построенных в ходе решения задач
N9 Изображение геометрических объектов и оцениваемых примитивов Обозначение функций-подпрограмм Назначение функции-подпрограммы и описание допуска
ОЦЕНКА ПОЛОЖЕНИЯ ОТРЕЗКОВ ПРЯМЫХ
1 1
Р1
(Ип»-Р1-00Я Р1 Р-1. Р-0)
Программа осуществляет поиск горизонтальной
прямой из набора примигшюп проходящую,
через •заданную точку /',
(Р-Ь — допуск на горизонтальность;
РО — допуск на точку)
Р1
(Ыпо-Р1-УЕР Р1 Р-ЬР-Р)
11|юграмма осу|цествляет поиск вертикальной
прямой, из набора примитива«, проходящей
через заданную точку Р,
(Р-1. — допуск на вертикальность;
Р-И —допуск на точку)
и* 180
(UnoP1UGl.P1 иР-ОР-и)
Прог|)амма осуществляет поиск прямой, из набора примитивов, проходящей через заданную точку Р1 и имеющей определенный угол наклона 11 (Р-П — допуск на точку; Р-0 — допуск на угол)
(1.1пе-Р1-Р2Р1 Р2Р-0)
Программе осуществляет поиск прямой, из набора примитивов, проходящей через две заданные точки (Р! и Р2) (Р-0 — допуск на точку)
(Ипо-Р1-РАР-Р2 РЗ Р1 Р2 РЗ Р-0 Р-и)
Программа осуществляет поиск прямой, из набора примитивов, проходящей через заданную точку Р,
и параллельную другой прямой, проходящей
«срез две заданные точки Р, и Р,
(Р-1) — допуск на точку; Р-и — допуск на угол)
(1.1по-Р1 -РЕЯ-Р2-Р3 Р1 Р2 РЗ Р-Э Р-и)
П|юграмма, осущес твляющая поиск прямой из набора примитивов, проходящей через заданную точку Р1 и являющуюся перпендикуляром к прямой, проходящей через две заданные точки Р2 и РЗ (Р-П — допуск на точку; Р-1) — допуск на угол)
У
(Llno-GOR.h1.h2 М Ь2 Р-Э)
£
Ь2
м
I программа осуществляет поиск
горизонтальной прямой, принадлежащей области,
заданной прямыми /■ 1 и /Г2,
где прямая /Н — определяет нижнюю границу
области
с минимальным значением координаты у™у„„, Л2 — определяет верхнюю границу области с максимальным значением координаты у-у_, (Р-Р — допуск на точку).
I
Е
X
X ю
о»
I !
У
1 * Г _иил
М.
Л шах
(Llne.VER-h1.h2 М Ь2 Р-0)
Программа, осуществляющая поиск вертикальной прямой, принадлежащей области, заданной прямыми Ы и Л2,
где прямая ЛI — определяет левую границу области с минимальным значением координаты прямая Л2 — определяет п|мвую границу области с минимальным значением координаты х~*„ (Р-1) — допуск на точку|
Продолжение табл. 1
9 Р1 V Ч \ \ Р2 (Llne-PAR-P1-P2 Р1 Р2 P-U) Программа осуществляет поиск прямой, и 1 набора примитимон параллельных прямой, проходящей через точки Р1 и Р2 (Р-и — допуск на угол)
10 Р1 \Р2 X (Llno-PER-P1-P2 Р1 Р2 P-D P U) Программа, осущостиляюща" поиск отрезков прямой, перпендикулярной прямой, п|юходящей через точки Р1 и Р2 (Р-П — допуск на точку; Р-и — допуск на угол)
ОЦЕНКА И РАСЧЕТ ПОЛОЖЕНИЯ ТОЧЕК
II Р2 (Point-P1-P2-distans P1 Р2 L P-D L-D) Программ* осуществляе т расчет точки находящейся цЛ прямой, проходящей через точки Р1 и 1*2. на заданном расстоянии (.отточки П (Р-Г) — допуск на точку; Ю — допуск на |>лсстоянне 1.|
ОЦЕНКА ПОЛОЖЕНИЯ И СОДЕРЖАНИЕ ГЕКСГОВ
12 Р2 | A3 | Р1 (text-P1-P2 A3 P1 P2) П|юграмма, осуществляющая поиск текста обозначения точки A3, находящейся в области прямоугольника, заданного точками PI и Р2 на его диагонали Вазовая точка текста располагается в области этого прямоугольника
ОЦЕНКА ПОЛОЖЕНИЯ ОКРУЖНОСТЕЙ
13 Р2 РЗ Г7 (Clrcle-P1-P2-P3 Р1 Р2 РЗ P1-D R-D) 11рограмма, осуществляющая поиск окружности с центром, инцендентным точке Р1, и |)11Диусом, определяемым расстоянием между точками /'2 и РЗ. (Р1-0 — допуск на точку, 11-1) — допуск на радиус)
14 (Clrcle-PI-RP1 RP1-DR-D) Программа, осуществляющая поиск окружности с центром, инцидентным точке Р1, и радиусом, определяемым значением И (14 Т) — допуск па точку, И-Э — допуск на радиус)
(DEFUN Prov-Tl-zl ()
(SP-LINE) — программа для создания списка примитивов из прямых
(setq LLI LL$) —обозначение списка прямых LL$ переменной LLI.
Поиск прямой па фронтальной проекции, проходящей через точку К2 и перпендикулярной отрезку Л2С2
(sotq РК2 (list 100 160) РА2 (list 110 220) PC2 (list 180 170) PERP$ (list)) переменная PK2 - задает координаты точки К2, переменные РА2 и РС2 задают координаты соответственно точек А2 и С2
(selq P-D 3 P-U 0.087); значения аргументов P-D Р-U (см. табл. 1)
(Line-PI -PER-P2-P3 РК2 РЛ2 РС2 P-D P-U).
Поиск прямой, параллельной оси х и проходящая через заданную точку, РК1 — ¡задает координаты точки К1
(setq PKI (list 100 90) РХ1 (list 50 MO) PX2 (list 250 140) PARALLS (list)); переменная PK1 - задает координаты точки Kl, переменные PX1 и PX2 задают начальные и конечные координаты точек оси х
(setq P-D 3 P-U 0.069) — значения аргументов P-D P-U (см. табл. I )
(Line-PI-PAR-P2-P3 PK 1 РХI РХ2 P-D P-U) (setq N_PAR 1 N_PAR$ K_PAR1 K_PAR$) — присвоение значений координат начальной и конечной точек отрезка горизонтальной проекции перпендикуляра.
Поиск линии проекционной связи
£3 Правка AutoCAD 2006 Tonal Т е и а 2 Проверить Помощь
•! я г ■
J> S S J> s в
/
0 A
Тема 2 Задача 2
Прямая и плоскость (позиционные и метрические задачи)
Задана фронтально проецирующая плоскость и точка К
Через точку К построить отрезок, перпендикулярный заданной плоскости Построить точку пересечения(Е1.Е2) перпендикупяра с плоскостью
Рис. I. Исходные данные задачи «Построение перпендикуляра через заданную точку к фронтально-проецирующей плоскости»
(setq PEI (list 131 204) РЕ2 (list 131 90) OTR$ (list)); точки P7 и P8 задают координат точек El и Е2, которые задаются при формировании исходных данных рисунка
(setq P-D 3); значение аргумента P-D (см. табл. I)
(Line-Pi-Р2 PEI РЕ2 P-D)
окончание функции Prov-Tl-zl.
В этом фрагменте текста программы использованы 4 функци-подпрограммы. Каждая из этих функций-подпрограмм состоит в среднем из 50 строк. При использовании функций-подпрограмм сокращена запись программы с 50 до 3 строк. Заметим, что при этом экономится время на создание программ проверки каждой отдельной задачи. Это значительно упрощает процесс составления и отладки программ проверки графических построений. На рис. 2 представлено содержание графической зоны СПГП после проведения процедуры проверки задачи.
В настоящее время на основе указанных функций-подпрограмм составлены более 20 проверочных задач на темы «Изображения точек, прямых и плоскостей на комплексном чертеже» и «Взаимное положение прямой и плоскости».
При работе в СПГП студент использует только 4 команды из панели геометрии AutoCAD (точка, текст, окружность, прямая). В связи с этим достаточно вводного курса по принципу работы в этом графическом редакт оре, который можно провести перед началом кон троля, затратив на него около 20 минут.
Для оценки работоспособности СПГП в Омском государственном техническом университете было осуществлено внедрение в учебный процесс.
В группах проводился контроль остаточных знаний с помощью использования данной системы. Каждому студенту предлагалась I тема из курса начертательной геометрии, состоящая из 5 задач. Порядок работы пользователя в системе СПГП осуществлялся в следующей последовательности:
1. Студент запускает программу AutoCAD (рис. За);
2. Щелкает па кнопку «Тестирование». Пункт
«Тестирование» добавлен в стандартное выпадающее меню системы «AutoCAD» (рис 36). Возврат к стандартному меню AutoCAD осуществляется указанием опции «AutoCAD», в строке меню (рис. Зг);
3. В появившемся окне студент вводит пароль, выданный заранее преподавателем индивидуал!,но для каждого пользователя системы, а также номер группы (рис. Зв);
4. Выбирает проверочную задачу (рис. Зг). После этого загружается текстовый файл на языке Ли-toLISP, формирующий изображение исходных данных проверочной задачи (рис. 1|;
5. Выполнив определенные построения, пользователь загружает с помощью падающего меню процедуру проверки решенной задачи (рис. Зд). После этого СПГП выводит комментарии анализа построений, с присвоением рейтингового балла за каждый проделанный шаг в ходе решения всей задачи. На рис. 2 представлено решение проверочной задачи и комментарии после загрузки процедуры проверки задачи. Далее пользователь системы с помощью падающего меню выбирает следующую задачу темы;
6. После решения всех задач пользова тель получает сообщение о том, что он завершил тестирование. При этом в появившемся окне необходимо щелкнуть но кнопке ОК (рис. Зе);
7. На основе анализа решений СПГП выводит пользователю отчего результатах проверки графических построений всех задач по теме. В этом отчете отражаются рейтинговый балл за каждую отдельную задачу и общая оценка (рис. 4) Рейтинговый балл также сохраняется в файле, содержащем информацию о результатах решения задач студентами, по каждой отдельной группе.
После окончания практического занятия, связанного с проверкой остаточных знаний, с помощью СПГП студен там предлагалось заполни ть анкету, состоящую из 10 вопросов, касающихся принципа работы и сравнения СПГП с тестирующей системой «ПРОМЕТЕЙ» |3|. С целью анализа результатов анкетирования студентов в таблице 2 представлен ряддиа-грамм, построенных на основе обработ ки резульга-
Файл Правка АъХоСАО 2006 Т е н а I Т с м а 2 Проверить Помощь
я ^ о & г • с? у ^ ^ у у ^ в
/ о
А
Тема 2 Задача 2
Прямая и плоскость (позиционные и метрические задачи)
Задана фронтально-проецирующая плоскость и точка К Через точку К построить отрезок, перпендикулярный заданной плоскости Построить точку пересечения(Е1.Е2) порпондикупяра с плоскостью
Оценка по тосту
1 Построение фронтапь-ной проекции лорпонди- | куляра к ппоскости
2 Построение горизонтальной проекции пор- | пендикуляра
3. Построение линий | проекционной саязи
4 Обозначение фрон- 2 тальной и горизонталь ной проекции точки Е
Общий балл 5
Рис. 2. Пример решении примерочной задачи пользователем СПГП и содержание комментарием анализа графических построений
ш
a-.iw.av мил а
м*> | ТКЫРЦО.*«*' НА
гез! ЧУ ■ «>•*<.* ~ П
•»ио Г
АиТоСАО 2006 1 «на 1 | 1« и « г Проверить ПОИОЩЬ 1 Проверить 1 По»*лиь
С И:о6 р»««ни* ТО1» II и» У.Ч. ► | ' задача! Задачу У У
1 [ У Задачаг
Задача] »У Задача*
АШоСАО Монако 'X
Рис. 3. Осноипме этапы работы пользопателн н СПГП
^Н» С« АиоСАО2006 Т«н»| Т• п«2 Проверить ННр
я о & г - ^ «^асии
о
Отчет о результатах проверки решенных Прямая и плоскость (позиционные и метрические задачи)
Оценка поовильности посгооамип при реиссии задош Задоио1 ....._____.... 5 Задача? ______________5 ЗадачаЗ .................. 4 Эадачо4 3 ЗадачаЗ 3 Пользователь' Иванов ИИ Гоуппо! А-117
Оценка по тестированию!
Максимальны!* яал'с?5 Ваи ьа/» ______________ го 4
1
Рис. 4. Вынод результатом отчета о пронерке графических построений
Д||<|ф<1мм<1
Результаты проведения анкетировании,«-пигдиногос внедрением СПГП в уи'Амш! процесс
№ вопроса
Диаграммы. хп|мкгери сующие применение СПГП и системы 11РОМЕТЕЙ
Вопрос I
110 И10ЛМ1ГТ ЛИ СПГП ПОВЫСИЛ пРо-ектинж* п. -шаний обучаемых?
Вопрос 2
Целесообразно ли использовать СПИ 1 для самоизучения дисциплины «11лче|тгателмия геометрия» ?
г-, М
(но после изучения
Ди1оСАО|
□
НЕТ
Вопрос :1
Какая из сисшм коцфоля пиний в Полыней степени исключает вероятное?!, угадывания правильного решения?
□ ПРОМЕТЕИ
□ спгп
Вопрос 4
Какой балл можно потта вить
при оценке у|ювня сервиса
(органи 1ации диалоги ноль юна |еля с системой)
I ттемы «ПРОМЕТЕЙ» и СПГП?
ПГ0М1ТМ
(Зотпичио
'-1— Оу*»«п
0
СПГП
тон ответов на соответствующие вопросы, касающиеся СПГП и системы «ПРОМЕТЕЙ».
Анализируя диаграммы, характеризующие применение СПГП для контроля знаний при решении задач в курсе «Начертательная геометрия» и сравнения СПГП с системой «ПРОМЕТЕЙ», можно сделать следующие выводы:
1. Объективность знаний обучаемых по дисциплине «Начертательная геометрия» более точно опре-деляетСПГП, чем система «ПРОМЕТЕЙ». Это связано с тем, что при использовании СПГП необходимо выполнять определенные графические построения, в отличие от системы «ПРОМЕТЕЙ», где в основном нужно только выбирать предлагаемые варианты ответов (диаграмма, вопрос 1).
2. Диаграмма ответов на вопрос 2 показывает, что большинство студентов использовали бы СПГП в режиме самообучения (диаграмма, вопрос 2).
3. Диаграмма ответов на вопрос 3 показывает процент количества студентов группы, которые считают, что степень элементов угадывания н системе «ПРОМЕТЕЙ» выше, чем в СПГП, т.к. в СПГП необходимо осуществлять определенные графические построения.
4. При оценке уровня сервиса студентами отдается предпочтение системе «ПРОМЕТЕЙ» на основании того, что студенту проще работа ть в программе «ПРОМЕТЕЙ». В то время какСПГП требует элементарных практических знаний в курсе «Начертательная геометрия» и умение решать предлагаемые системой задачи с помощью построения графических примитивов в среде АиЮСАЙ. (диаграмма, вопрос 4).
По результатам исследования можно сделать следующие выводы:
1 Функции-подпрограммы, на основе которых создана СПГП, упрощают составление и отладку программ проверки графических решений задач начертателы юй геометрии.
2. Из результатов анкетирования студентов следует, что существует целесообразность внедрения СПГП при изучении дисциплины «Начертательная геометрия». Это оказывает значительную помощь преподавателям в контроле знаний, экономя тем самым их время. При использовании в режиме самоизучения студенты повышают свой уровень знаний и приходят морально подготовленными на контроль. Практические навыки решения задач более точно определяет СПГП, т.к. в ней необходимо осуществлять графические построения, в то время как в системе «ПРОМЕТЕЙ» — выбирать правильные ответы.
Библиографический список
1. Казанцем А.К. Моделирование бизнес-процессов современного вуза нл основе информационных технологий / А.К Казанцев // Образование и инновации. - 2007. - N9 1(52). -С. 131-134.
2. Притыкин Ф.М., Анищенко А.И , Мащук Д.А. Приты-кин Ф I1. Система тестирования знаний студентов по дисциплине начертательная геометрия // Материалы седьмой Всероссийской научно-технической конференции «Теоретические и прикладные вопросы современных информационных технологий». -Улан-Удэ: 24-30июля2006 Часть2 - С. 364 - 367
3. Разработка тестов в СДО «Прометей» |Текст| : учебно-метод, пособие для преподавателей, работающих по дистанционной технологии. — Омск.: Иэд-во ОмГТУ, 2005 — 52 с.
ШМУАЕНКОВА Елена Евгеньевна, аспирантка кафедры «Начертательная геометрия, инженерная и компьютерная графика» Омского государственного технического универси тета, инженер кафедры «Детали машин и инженерная графика» Омского государственного аграрного университета.
Статья поступила в редакцию 29.12.08 г. © Е. Е. Шмуленкова
