CC BY
11Развивающее обучение инженерной графике
Степура Екатерина Анатольевна,
старший преподаватель, Научно-исследовательский университет Московский государственный строительный университет
E-mail: StepuraEA@mgsu.ru
Развивающее обучение, как дидактическая основа практических методик преподавания базовых дисциплин, в техническом вузе приобретает особую актуальность в связи с задачами импортозамещения в производственной сфере. В настоящее время необходимы специалисты, которые способны творчески решать нестандартные производственные задачи в сжатые сроки, вести за собой коллектив. К сожалению, в ходе реформирования высшего технического профессионального образования, постоянно снижалось время, выделенное в рабочих программах графических дисциплин на изучение начертательной геометрии как теоретической части курса инженерной графики; приоритет отдавался овладению цифровым инструментарием работы над чертежом. Этот дисбаланс отрицательно сказался на формировании такого важнейшего навыка будущего инженера как умение читать чертеж. Кроме того, дефицит времени привел к значительному сокращению содержания темы «Поверхности», что также негативно повлияло на уровень ге-ометрографической грамотности будущих инженеров. Автор видит выход из ситуации в активной разработке и внедрении методик развивающего обучения на базе цифровизации процесса обучения графическим дисциплинам в техническом вузе.
Ключевые слова: инженерная графика, начертательная геометрия, компьютерная графика, чтение чертежа, геометрическое моделирование поверхностей, развивающее обучение.
о с
U
со см о см
<3
В настоящее время проблемы в преподавании графических дисциплин, как отмечают исследователи [1], связаны с несколькими факторами. 1. Крайне низкий уровень развития пространственного мышления и геометрографической грамотности выпускников основной общеобразовательной школы. Несмотря на неоднократно поднимавшийся специалистами вопрос о необходимости формирования единой методической системы развития пространственного мышления школьников, по-прежнему никаких серьезных сдвигов в этом направлении нет. По нашим наблюдениям, не более 50 процентов студентов МГСУ изучали предмет «Черчение» в средней школе. Снижение доли ручного труда, технического творчества, рукоделия как последствий урбанизации, исследователи называют в качестве одной из объективных причин снижения уровня развития пространственного мышления школьников [4, с. 278.]. 2. Переход к бакалавриату в рамках Болонского процесса привел к сокращению часов аудиторных занятий по базовым дисциплинам технических вузов и, фактически, к отмене теоретической части геометрогра-фических дисциплин - начертательной геометрии, как учебного предмета [5, с.113]. 3. Применение компьютерной графики и переход к технологиям информационного моделирования в проектировании дает все возрастающие возможности для моделирования сложных и эффективных поверхностей в строительстве, но уровень знаний студентов о видах, геометрических свойствах поверхностей, способах геометрического моделирования и исследования таких поверхностей резко снизился из-за отсутствия полноценного преподавания раздела начертательная геометрия в таких дисциплинах, как «Инженерная и компьютерная графика». Это резко сужает доступную студентам-старшекурсникам область информационного моделирования сооружений из-за крайне слабой теоретической подготовки по графическим дисциплинам и, в целом, низкой геометрографической культуры будущих специалистов.
В процессе подготовки к научно-практической конференции МГСУ, студентами-докладчиками было проведено в студенческих группах бакалавриата анкетирование, ставившее цель выявить, каким спектром базовых представлений о применяемых в современном строительстве поверхностях владеют студенты первого курса. Анкетирование проводилось по окончании изучения дисциплины «Инженерная и компьютерная графика». Оказалось, что это: цилиндры, сферы, конусы, параллелепипеды, пирамиды и правильные многогранники. Никто не назвал закрытые или открытые торы, винтовые поверхности, эллиптические
конусы и цилиндры, хотя на занятиях эти поверхности рассматривались и присутствовали в практических заданиях. Описывая геометрическую форму зданий на предъявленных фотоиллюстрациях, опрошенные студенты употребляли такие определения, как «тарелки, овалы, дуги, треугольники» наряду с «цилиндрами, сферами, пирамидами». Это говорит о том, что при рассматривании фотографий пространственных объектов у значительной части студентов преобладает «плоское» восприятие контура, недостаточны навыки формирования пространственных представлений на основе изображения. [2]
Большинство преподавателей - практиков приходят к выводу, что необходима глубокая переработка содержания раздела начертательная геометрия [6] на базе тех возможностей, которые дает цифровая среда, с целью углубления исследовательской направленности учебных заданий, повышения качественного уровня наглядности иллюстративного материала.[3] Необходимо учитывать значительные различия уровней развития пространственного мышления студентов-первокурсников: желательна разработка индивидуальных траекторий обучения [10, с.365], организация пропедевтических курсов. Что касается применения цифрового инструментария к решению задач, то необходимо учитывать, что трудности на этом пути связаны с отсутствием, в частности, «теоретической основы 3d методов применительно к задачам инженерной графики... Необходима база методов и алгоритмов для инженерного компьютерного 3d моделирования» [9, с. 57]. Отказ от эскизного (вручную) решения задач начертательной геометрии и инженерной графики нарушает процесс поэтапного формирования умственных действий, теория которого детально разработана в отечественной педагогической психологии. В частности, сформулирована последовательность перехода от внешних, материализованных, развернутых форм учебных действий, обязательно включающих работу «вручную», к все более свернутым и абстрактным. [9]
Автором разработан тематический план раздела «Основы геометрографического моделирования поверхностей», который мог бы быть реализован как раздел дисциплины «Инженерная и компьютерная графика», либо в качестве дисциплины по выбору на первом курсе строительного университета, либо как часть теоретического раздела дисциплины «Основы технологий информационного моделирования поверхностей», а также мог бы использоваться при обучении в магистратуре или в научно-исследовательской работе студентов. Предложенная тематика может быть реализована в формах практических занятий и компьютерного практикума с использованием как учебной работы «вручную», так и компьютерного моделирования. Наглядные средства могут быть представлены как в форме эскизов, чертежей, макетов, так и в виде 3d моделей, анимационных видеороликов и т.д. [7] Предполагается разработка учебного матери-
ала с участием команд студентов, с последующим углубленным изучением выбранных ими тем в рамках научно-исследовательской работы.
Тематический план «Основы геометрографи-ческого моделирования поверхностей»
Часть I «Геометрографическое исследование поверхностей»
Тема 1. Кинематический способ образования поверхностей. Классификация поверхностей. Способы задания поверхностей на проекционном чертеже.
Тема 2. Геометрические свойства многогранных поверхностей. Правильные и полуправильные многогранники, их параметры. Исследование свойств многогранных поверхностей с помощью сечений.
Тема 3. Построение сечений призмы и пирамиды плоскостями общего и частного положений. Определение натуральной величины фигур сечений с помощью способов преобразования проекций.
Тема 4. Способы построения разверток многогранников. Развертки наклонной пирамиды и наклонной призмы.
Тема 5. Геометрические свойства поверхностей вращения. Исследование свойств поверхностей вращения с помощью сечений. Сечения цилиндра, конуса, сферы, тора. Сечения поверхностей вращения плоскостями общего и частного положений. Определение натуральных величин фигур сечений.
Тема 6. Определение круговых сечений эллиптических (наклонных) цилиндра и конуса. Построение сечений эллиптических конуса и цилиндра плоскостями частного положения.
Тема 7. Построение разверток линейчатых поверхностей вращения. Построение разверток эллиптических конуса и цилиндра.
Тема 8. Поверхности Каталана (поверхности с плоскостью параллелизма). Классификация, способы задания на проекционном чертеже.
Тема 9. Исследование свойств косой плоскости, коноида, цилиндроида с помощью сечений плоскостями частного положения. Определение натуральных величин фигур сечений.
Часть II «Развертки и модели пересекающихся поверхностей»
Тема 1. Пересечение поверхностей. Определение характера и опорных точек линии пересечения в зависимости от вида пересекающихся поверхностей.
Тема 2. Способы построения линий пересечения поверхностей. Пересечение поверхностей Ка-талана (поверхности с плоскостью параллелизма) проецирующими призмой и цилиндром. Способ вспомогательных секущих плоскостей.
Тема 3. Пересечение поверхностей вращения. Способ сфер. Теорема Монжа.
Тема 5. Пересечение наклонных призмы, пирамиды, цилиндра, конуса. Способ пучка плоскостей.
Тема 6. Построение разверток пересекающихся поверхностей с нанесением линии их пересе-
сз о со "О
1=1 А
—I
о
сз т; о т О от
З
и о со
чения. Определение видимости ребер и участков линии пересечения (на проекциях) с помощью схематических разверток пересекающихся поверхностей. Способы выполнения моделей - макетов пересекающихся поверхностей.
Вывод. Предложенный план раздела «Основы геометрографического моделирования поверхностей» может быть использован при разработке недостающего звена между дисциплинами «Инженерная и компьютерная графика» и «Основы технологий информационного моделирования». Намечены подходы к качественному изменению содержания раздела начертательная геометрия с позиций теории развивающего обучения.
Литература
1. Л.В. Антонова Развивающее обучение в системе современного образования//Вестник Бурятского Государственного университета. 2009. № 15. С. 3-71.
2. Василенко А.В. Развитие пространственного мышления учащихся в процессе обучения геометрии: психологический аспект//Психология и образование. 2010. № 2. С. 170-175.
3. Дорофеев С.Н., Наземнова Н.В. Деятельност-ный подход к обучению старшеклассников// АНИ: педагогика и психология. 2017. № 2(15). С. 52-55
4. Мехтиев М.Г., Исмаилова З.Н. О некоторых аспектах обучения геометрии//Вестник университета. 2012. № 13. С. 277-282.
5. Кайгородцева Н.В. История и современное состояние геометро-графического образования// Высшее образование в России. 2013. № 4. С.112-117
6. Космин В.С. Совершенствование учебного процесса по дисциплине «Начертательная геометрия»// Мир науки, культуры, образования. 2013. № 6(43). С. 243-246
7. Подаев М.В. Динамическая визуализация геометрических понятий как средство развития пространственных представлений подростков// Вестник ТГПУ. 2009. Выпуск 9(17). С. 9193
8. Степанова М.А. Представления о параметрах умственных действий в психологическом учении П.Я. Гальперина (по материалам архива)// Вестник Моск. ун-та. Сер.14. Психология. 1998. № 3. С. 95-1038.
9. Хейфец А.Л. Алгоритмы 3d-компьютерного геометрического моделирования на примере задачи совмещения коники с квадрикой //Вестник Южно-Уральского Государственного университета. 2019. № 3. С. 57-62
10. Шевченко О.Н., Ванишина Е.А. Организационно-педагогические условия формирования геометро-графической культуры бакалавров технических направлений//Концепт. Научно-методический электронный журнал. 2018. № 6. С.358-368
DEVELOPING TRAINING IN ENGINEERING GRAPHICS
Stepura E.A.
Research University Moscow State University of Civil Engineering
Developing training, as a didactic basis for practical methods of teaching basic disciplines, in a technical university is becoming particularly relevant in connection with the tasks of import substitution in the production sector. Currently, specialists are needed who are able to creatively solve non-standard production tasks in a short time, to lead a team. Unfortunately, during the reform of higher technical vocational education, the time allocated in the working programs of graphic disciplines for the study of descriptive geometry as a theoretical part of the course of engineering graphics was constantly reduced; priority was given to mastering digital tools for working on a drawing. This imbalance negatively affected the formation of such an important skill of a future engineer as the ability to read a drawing. In addition, the lack of time led to a significant reduction in the topic of "Surfaces", which also negatively affected the level of geometric and graphic literacy of future engineers. The author sees a way out of the situation in the active development and implementation of methods of developmental learning based on digitalization of the process of teaching graphic disciplines at a technical university.
Keywords: engineering graphics, descriptive geometry, computer graphics, drawing reading, geometric modeling of surfaces, developmental learning.
References
1. L.V. Antonova Developing education in the system of modern education // Bulletin of the Buryat State University. 2009. No. 15. S. 3-71.
2. Vasilenko A.V. The development of spatial thinking of students in the process of teaching geometry: a psychological aspect / / Psychology and education. 2010. № 2. pp.170-175.
3. Dorofeev S.N., Nazemnova N.V. Activity approach to teaching high school students//API: Pedagogy and Psychology. 2017. No. 2 (15). S.52-55
4. Mehtiev M.G., Ismailova Z.N. On some aspects of teaching ge-ometry//Bulletin of the university. 2012. No. 13. pp.277-282.
5. Kaigorodtseva N.V. History and current state of geometric and graphic education// Higher education in Russia. 2013. No. 4. pp.112-117
6. Kosmin V.S. Improving the educational process in the discipline "Descriptive geometry"// World of science, culture, education. 2013. No. 6(43). pp.243-246
7. Podaev M.V. Dynamic visualization of geometric concepts as a means of developing spatial representations of adolescents // Bulletin of the TSPU. 2009. Issue 9(17). S.91-93
8. Stepanova M.A. Ideas about the parameters of mental actions in the psychological teachings of P. Ya. Galperin (based on archive materials) // Bulletin of Moscow. university Series 14. Psychology. 1998. No. 3. S.95-1038.
9. Kheifets A.L. Algorithms for 3d-computer geometric modeling on the example of the problem of combining a conic with a quadric // Bulletin of the South Ural State University. 2019. № 3. pp.57-62
10. Shevchenko O.N., Vanishina E.A. Organizational and pedagogical conditions for the formation of geometric-graphic culture of bachelors of technical fields//Concept. Scientific and methodical electronic journal. 2018. № 6. pp.358-368
о с
u
см
CM
