CC BY
39DOI: 10.25586/RNU.HET.19.07.P.08 УДК 378.147
Н.И. Красовская, А.В. Сычева, Н.В. Бауэр,
Тюменский индустриальный университет
Роль начертательной геометрии в развитии пространственного мышления студентов
Тюменский индустриальный университет
Дисциплина «Начертательная геометрия» преподается, как правило, на первом курсе технических высших учебных заведений. Ведущая цель ее изучения - развитие пространственного мышления и воображения студентов. Необходимые для этого качества, способности и компетенции приобретаются обучающимися не сразу, а вырабатываются в процессе основательного изучения теоретического материала, самостоятельного решения задач и анализа уже решенных задач в ходе их мысленного воспроизведения в пространстве.
Курс начертательной геометрии - первая ступень в освоении комплекса так называемых графических дисциплин, включающего, в частности, инженерную и компьютерную графику, системы ав-© Красовская Н.И., Сычева А.В., Бауэр Н.В., 2019 8
томатизированного проектирования и 3D-моделирование и формирующего геометро-графическую компетентность инженеров. В рассматриваемой связи нелишне будет вспомнить, что, как отмечает М.В. Покровская, из всего многообразия знаковых систем и языков, созданных мировой культурой, графический язык является уникальным в представлении научно-технической информации, что позволило ему стать профессионально ориентированным языком в инжиниринге [4]. «Этот язык -древнейший из языков мира. Он универсален: любая визуализация информации об объектах, процессах и явлениях в любой области человеческих знаний осуществляется средствами графического языка, алфавитом которого является визуальный ряд графических фи-
гур - точек, отрезков прямых и дуг плоских кривых линий. Это международный язык общения, точный, наглядный и лаконичный» [6, с. 91].
Методические решения дидактических проблем формирования пространственного мышления и воображения студентов в процессе обучения весьма широко и обстоятельно представлены в отечественной науке. Эта тема освещена в работах Х.А. Арустамова, И.И. Котова,
A.Д. Ботвинникова, А.В. Ивановой,
B.И. Якунина.
Под пространственным мышлением и воображением понимается специфический вид мыслительной деятельности, направленной на решение задач, требующих ориентации в практическом и теоретическом пространстве - как видимом, так и воображаемом [3]. Исследования в области психологии восприятия показали, что задатками пространственного мышления обладает только малая часть населения, всего несколько процентов [1].
В силу этого обстоятельства и ряда других причин преподаватели вузов сталкиваются с проблемой низкого уровня подготовки студентов первого курса к изучению даже элементарных понятий о проекционном черчении. Дело в том, что черчение в большинстве школ не преподается, а если и преподается, то находится на втором плане, проще говоря, отдано на откуп другим дисциплинам: в лучшем случае ма-
НИНА ИВАНОВНА КРАСОВСКАЯ
кандидат технических наук, доцент, заведующая кафедрой начертательной геометрии и графики Тюменского индустриального университета. Сфера научных интересов: методика преподавания графических дисциплин, использование пластиковых труб в народном хозяйстве. Автор более 70 опубликованных научных трудов. Электронная почта: krass51@mail.ru
АНАСТАСИЯ ВАЛЕНТИНОВНА СЫЧЕВА
ассистент кафедры начертательной геометрии и графики Тюменского индустриального университета. Сфера научных интересов: методика преподавания геометро-графических дисциплин в техническом вузе. Автор 2 опубликованных научных трудов. Электронная почта: krs2000@mail.ru.
^ НАТАЛЬЯ ВАЛЕНТИНОВНА БАУЭР
кандидат философских наук, доцент кафедры начертательной геометрии и графики Тюменского индустриального университета. Сфера J^^Bfi научных интересов: методика преподавания геометро-графических m дисциплин в техническом вузе. Автор более 40 опубликованных на-
^^B^^ki учных трудов. Электронная почта: nbauer@list.ru
Отмечается основополагающая роль начертательной геометрии в формировании пространственного мышления и воображения будущих инженеров. Рассматриваются актуальные проблемы преподавания этой дисциплины. Показано, что во многом они обусловлены низким уровнем исходной геометро-графической подготовки поступающих в вузы. Приводятся результаты исследования развития пространственного мышления и воображения студентов в ходе изучения начертательной геометрии. Обосновано повышение ее роли как фундаментальной дисциплины, во многом определяющей качество подготовки кадров применительно к условиям широкого использования эБ-моделирования в инженерном деле. Предлагается подход к решению задач, обновлению содержания, форм и методов изучения начертательной геометрии, адекватный новым требованиям к геометро-графической подготовке инженеров.
Ключевые слова: начертательная геометрия, инженерная графика, формирование пространственного мышления, экспериментальные исследования, эБ-моделирование.
The level of spatial imagination of students in a technical college is the most important characteristic of the qualifications of a future specialist. The process of forming the spatial imagination of students at the university is closely connected with the study of descriptive geometry, engineering graphics, computer graphics and other graphic disciplines. The spatial thinking underlying the design abilities of a person is formed precisely on a graphic basis, for which the main means of representation is highly illustrative visibility, reflecting in the conventions (lines, signs) the spatial characteristics of objects. This article discusses the effectiveness of classes in descriptive geometry, the effect of the subject on the level of spatial representation of objects in three-dimensional space, the results of three stages of experimental research are published and a brief analysis is given.
Key words: descriptive geometry, engineering graphics, the formation of spatial thinking, experimental studies, 3D modeling.
тематике, изобразительному искусству, а в худшем - курсу технологии. В результате у большинства студентов первого курса отсутствуют базовые знания по черчению. Более того, обучающиеся изначально обладают разным уровнем восприятия пространства и неравнозначными способностями моделировать его объекты на двухмерном носителе.
Если преподаватель ставит своей целью добиться освоения начертательной геометрии всеми студентами без исключения, то, прежде чем приступить к развитию пространственного воображения студентов, он должен начать с определения начального уровня знаний обучающихся в данной области и оценить их способность представ-
ИМПЕРАТИВ ИННО1 МИМ Щ
лять трехмерные объекты и изображать их графическими средствами [2].
Задача эта носит нетривиальный характер и по сию пору решается на основе интуиции и педагогического опыта отдельных преподавателей. В связи с этим на кафедре начертательной геометрии и графики Тюменского индустриального университета в рамках госбюджетной научной работы было решено провести исследование в данной области, первые результаты которого представлены в настоящей статье.
Цель исследования - анализ уровня подготовленности первокурсников к изучению теоретических положений курса начертательной геометрии и решению геометро-графических задач. Исследование предусматривало изучение влияния дисциплины «Начертательная геометрия» на развитие пространственного мышления обучающихся, необходимого для формирования профессиональных компетенций, в том числе ПК-1 -способности разрабатывать и использовать графическую документацию.
Объект нашего исследования: графическая подготовка студентов первого курса технического вуза.
Предмет исследования: процесс поэтапного формирования пространственного мышления и воображения студентов первого курса на занятиях по начертательной геометрии.
Гипотеза исследования: по окончании изучения всех модулей дисциплины способность к пространственному мышлению и воображению может повыситься у всех обучающихся. Этого можно добиться только при условии:
- изучения всех теоретических положений курса, которые будут закрепляться в процессе решения задач, обеспечивающих развитие пространственных представлений на основе индивидуального подхода [5];
- разработки полноценного эффективного методического обеспечения;
- систематического контроля получаемых знаний;
- использования творческих заданий.
Исследование проводилось в три этапа:
• первый этап - определение (на первом занятии) начального уровня подготовки студентов к решению графических задач с помощью так называемого входного контроля;
• второй этап - определение уровня пространственного мышления обучающихся после изучения первого и второго модулей дисциплины;
• третий этап - определение уровня пространственного мышления по окончании изучения всего курса начертательной геометрии.
На первом этапе уровень подготовленности к восприятию начертательной геометрии как одной из важнейших базовых дисциплин технического вуза определялся на начальном занятии с помощью простого задания, отображенного на рис. 1. Задание предусматривает построение студентами изображения предмета в трех видах: спереди, сверху и слева. При этом обучающимся демонстрировался образец выполнения этого задания и давались краткие пояснения, что такое вид предмета спереди, вид сверху и вид слева.
На втором этапе после изучения первых двух модулей дисциплины, а именно проецирования основных геометрических объектов пространства, метрических и позиционных задач, задание, предлагаемое студентам, как показано на рис. 2, усложнялось. Ну а самое сложное задание (см. рис. 3) выдавалось на последнем этапе после изучения всех разделов дисциплины.
Выполнение заданий студентами оценивалось следующим образом: 3 балла - отлично, 2 балла - хоро-
шо, 1 балл - удовлетворительно, ниже 1 балла - неудовлетворительно. Оценки записывались в журнал преподавателя, но использовались только для проведения эксперимента и не влияли на показатели академической успеваемости студентов.
В таблице представлены результаты всех этапов тестирования от входного до итогового.
В ходе анализа результатов исследования сравнивались данные тестирования студентов на каждом последующем этапе с предыдущим, а также заключительного этапа с первым.
Из таблицы видно, что максимальные показатели темпов развития пространственного мышления студентов наблюдаются к середине изучения курса начертательной геометрии (22,1%), а его рост со второго по третий этап незначителен (5,3%). Объясняется это тем, что в процессе изучения первого модуля программы обучающимися осваиваются основные понятия дисциплины: аппарат проецирования и правила изображения объектов трехмерного пространства на двухмерных носителях и способы определения их отношений. Как и ожидалось, после изучения всего курса начертательной геометрии отмечается общее повышение уровня пространственного мышления (27,4%).
Эксперимент показал, что, несмотря на усложнение заданий ко второму и третьему этапам тестирования, почти все студенты в той или иной степени продвинулись в освоении основ пространственного мышления. Снижение оценок наблюдалось лишь у отдельных студентов, что можно объяснить как усложнением заданий, так и пропусками занятий.
Студенты, имевшие изначально высокий исходный уровень подготовки к изучению геометро-графических дисциплин, в дальнейшем получали индивидуальные творческие задания и участвовали в групповых проектах, конфе-
ренциях, олимпиадах. Сам факт малочисленности этой группы студентов подтвердил тот факт, что задатки пространственного мышления имеет незначительная часть молодых людей и что обучающиеся обладают разным уровнем восприятия пространства и способностью моделировать его объекты на двухмерном носителе.
Рис. 1. Задание первого уровня сложности
Рис. 2. Задание второго уровня сложности
Рис. 3. Задание третьего уровня сложности
ИМПЕРАТИ1 11ННм| МИМ Щ
Тем не менее относительно слабая выраженность задатков пространственного мышления и воображения у большей части студентов не является непреодолимым препятствием для их развития в ходе обучения. Видимо, как и при изучении письма и счета, здесь следует идти по пути формирования у обучающихся универсальных умений, обеспечивающих восприятие, понимание и использование геометро-графического «языка» на интуитивном уровне, то есть автоматически.
Почему мы предлагаем такое понимание задач изучения начертательной геометрии?
Казалось бы, эпоха кульманов, ватмана, огромных массивов чертежей навсегда ушла в прошлое. Теперь по заданным параметрам все делает компьютер. И делает это автоматически, что освобождает управляющего им инженера от потребности в автоматически реализуемых умениях пространственного мышления.
Но в действительности дело обстоит прямо противоположным образом. Под влиянием информатизации или, как часто теперь говорится, цифровизации развернулась глубокая модернизация всей геометро-графической подготовки инженеров. Ее целью стало овладение обучающимися знаниями, навыками, умениями и компетенциями 3D-моделирования, предполагающими существенно более высокий уровень пространственного мышления и воображения. Проще говоря, современный инженер не может обойтись без того, чтобы в диалоге с компьютером создавать сложные графические объекты, проектировать их с использованием технических систем, а затем превращать виртуальные объекты в реальные. Следовательно, от инженера требуется своего рода геометро-графическое визионерство. В этих условиях повышается роль начертательной геометрии как фундаментальной дисциплины - как теории геоме-
Таблица
Результаты тестирования (в баллах)
№ студента в группе Результаты первого тестирования Результаты второго тести-рова-ния Разница результатов первого и второго тестирований Результаты третьего тестирования Разница результатов второго и третьего тестирований Разница результатов первого и третьего тестирований
2,5 2,6 +0,1 2,7 +0,1 +0,2
2,0 3,0 + 1,0 2,8 -0,2 +0,8
2,9 3,0 +0,1 3,0 0,0 +0,1
3,0 3,0 0,0 3,0 0,0 0,0
0,0 3,0 +3,0 3,0 0,0 +3,0
2,8 3,0 +0,2 3,0 0,0 +0,2
1,0 2,0 + 1,0 2,1 +0,1 + 1,1
2,8 2,8 0,0 3,0 +0,2 +0,2
2,8 3,0 +0,2 3,0 0,0 +0,2
2,8 3,0 +0,2 3,0 0,0 +0,2
1,0 3,0 +2,0 3,0 0,0 +2,0
1,0 2,0 + 1,0 2,5 +0,5 + 1,5
1,0 2,8 + 1,8 2,9 +0,1 +1,9
2,0 3,0 + 1,0 3,0 0,0 + 1,0
2,5 3,0 +0,5 3,0 0,0 +0,5
2,0 2,8 +0,8 3,0 +0,2 + 1,0
2,5 2,8 +0,3 2,9 +0,1 +0,4
3,0 3,0 0,0 3,0 0,0 0,0
3,0 3,0 0,0 3,0 0,0 0,0
1,0 2,0 + 1,0 2,6 +0,6 +1,6
2,6 2,8 +0,2 3,0 +0,2 +0,4
2,0 2,1 +0,1 2,5 +0,4 +0,5
2,8 2,9 +0,1 3,0 +0,1 +0,2
2,0 2,8 +0,8 1,0 -1,8 -1,0
2,0 2,9 +0,9 3,0 +0,1 + 1,0
1,0 2,8 + 1,8 3,0 +0,2 +2,0
0,0 0,1 +0,1 2,5 +2,4 +2,5
1,0 2,0 + 1,0 2,8 +0,8 + 1,8
2,0 2,0 0,0 2,5 +0,5 +0,5
Темп развития навыков +0,662 (22,1%) +0,158 (5,3%) +0,821 (27,4%)
На занятии по начертательной геометрии
трического моделирования, лежащей в основе всего инженерного образования.
Следуя этим общим идеям и положениям, авторы в ходе исследования, отправные результаты которого изложены в настоящей статье, намерены определить методологию и методику изучения начертательной геометрии с гарантированными результатами и прочным успехом. С этой целью предусмотрено продолжить наши исследования на базе теории поэтапного
формирования умственных действий П.Я. Гальперина с последующей реализацией полученных результатов на основе компетент-ностного подхода в той его интерпретации, которая предложена А.А. Вербицким.
Это позволит перейти к следующему этапу нашей работы: экспериментальному внедрению обновленной методики преподавания начертательной геометрии в тесной взаимосвязи с улучшением качества подготовки студен-
тов в области инженерной и компьютерной графики. Одну из своих задач мы видим в том, чтобы существенно продвинуться вперед в формировании пространственного мышления и воображения студентов без увеличения объема аудиторных занятий, то есть за счет обновления содержания учебно-программного материала, методов и форм обучения, в том числе с использованием потенциала новых информационных технологий.
ЛИТЕРАТУРА
1. Брыкова Л.В. О прикладной направленности геометро-графического образования // Молодежь и научно-технический прогресс: сб. докладов междунар. науч.-практ. конф. студентов, аспирантов, молодых ученых. Ч. II. Губкин: Губкинский филиал БГТУ, 2011. С. 53-56.
2. Рукавишникова Е.Л. О проблемах преподавания «Инженерной графики» студентам, не имеющим базовых знаний по черчению // Педагогика: традиции и инновации: материалы междунар. науч. конф. (г. Челябинск, октябрь 2011 г.). Т. II. Челябинск: Два комсомольца, 2011. С. 86. 1^1.: https://moluch.ru/conf/ped/archive/19/1099/ (дата обращения: 30.04.2019).
3. Русинова Л.П. Развитие пространственного мышления у студентов в начале изучения курса «Начертательная геометрия» // Молодой ученый. 2012. № 3. С. 391-394.
4. Покровская М.В. Инженерная графика: панорамный взгляд (научно-педагогическое исследование). М., 1999. 138 с.
5. Хубиев А.И. Формирование пространственных представлений студентов в процессе обучения начертательной геометрии на художественно-графическом факультете: автореф. дис. ... канд. пед. наук. М., 1998. 16 с.
6. Якунин В.И., Гузненков В.Н. Геометро-графические дисциплины в техническом университете // Теория и практика общественного развития. 2014. № 14. С. 191-195.
LITERATURA
1. Bry'kova L.V. O prikLadnoj napravlennosti geometro-graficheskogo obrazovaniya // Molodezh i nauchno-tekhnicheskiy progress: sb. dokladov mezhdunar. nauch.-prakt. konf. studentov, aspirantov, molodyh uchenyh. Ch. II. Gubkin: Gubkinskiy filial BGTU, 2011. S. 53-56.
2. Rukavishnikova E.L. O problemax prepodavaniya «Inzhenernoj grafiki» studentam, ne imeyushhim bazovy'x znanij po chercheniyu // Pedagogika: tradicii i innovacii: materialy' mezhdunar. nauch. konf. (g. Chelyabinsk, oktyabr' 2011 g.). T. II. Chelyabinsk: Dva komsomol'cza, 2011. S. 86. URL: https://moluch.ru/conf/ped/archive/19/1099/ (data obrashheniya: 30.04.2019).
3. Rusinova L.P. Razvitie prostranstvennogo my'shleniya u studentov v nachale izucheniya kursa «Nachertatel'naya geometriya» // Molodoj uchenyj. 2012. № 3. S. 391-394.
4. Pokrovskaya M.V. Inzhenernaya grafika: panoramny'j vzglyad (nauchno-pedagogicheskoe issledovanie). M., 1999. 138 s.
5. XubievA.I. Formirovanie prostranstvenny'x predstavlenij studentov v processe obucheniya nachertatel'noj geometrii na xudozhestvenno-graficheskom fakul'tete: avtoref. dis. ... kand. ped. nauk. M., 1998. 16 s.
6. Yakunin V.I., Guznenkov V.N. Geometro-graficheskie discipliny* v texnicheskom universitete // Teoriya i praktika obshhestvennogo razvitiya. 2014. № 14. S. 191-195.
