CC BY
35
УДК 378.147
Специфика инженерно-графического образования в аграрном вузе
В.А. ОВТОВ, к.т.н., доцент кафедры основ конструирования механизмов и машин
ФГБОУ ВО Пензенский государственный аграрный университет (ГАУ) (Россия, 440014, г. Пенза, ул. Ботаническая, д. 30). E-mail: [email protected].
Статья посвящена проблемам графического образования на инженерных специальностях аграрного вуза, формированию компетенций у обучающихся в соответствии с требованиями федеральных образовательных стандартов. Также в статье рассматривается проблема, связанная с качеством математической подготовки выпускников, поступающих на технические специальности аграрных вузов, и как следствие - освоением ими технических дисциплин. Основное внимание уделено формированию определенных знаний и умений у студентов первого курса в рамках изучения инженерно-графических дисциплин с использованием современных отечественных программных продуктов автоматизированного проектирования.
Ключевые слова: начертательная геометрия, компьютерная графика, инженерно-графическое образование, автоматизированное проектирование, моделирование, чертеж.
Подготовка специалистов, обеспечивающих развитие экономики, способствующей противостоять внешним и внутренним угрозам, во многом зависит от качества образования в стране.
Система высшего сельскохозяйственного образования является основополагающим фактором подготовки специалистов, обеспечивающих продовольственную безопасность страны и конкурентоспособность на мировом рынке продовольствия.
Федеральные государственные образовательные стандарты высшего образования (ФГОС ВО) предоставили образовательным учреждениям дополнительные академические свободы в формировании содержания и организации учебного процесса. В соответствии с федеральными государственными образовательными стандартами высшего образования акценты в образовательном процессе смещены с минимума содержания на требования к результату образования. Компетентностный подход направлен ориентировать учебный процесс на активное и самостоятельное овладение учащимися теоретических, прикладных знаний и подразумевает хорошую базовую подготовку в средней школе [1]. Следовательно, компетент-ностный подход можно рассматривать как процесс обучения, направленный на соответствие профессионального образования и потребностям рынка труда, который формируется работодателями как основными заказчиками компетентных специалистов.
Изучение графических дисциплин на технических специальностях способствует развитию у обучающихся пространственного воображения и логического мышления.
В условиях научно-технического прогресса проблема графического представления информации приобре-
тает особое значение. Это связано с тем, что в современном мире все шире используется представление информации в виде графических зависимостей как наиболее наглядный и экономически эффективный способ [2]. Графическое образование обучающихся направлено на формирование определенных знаний, навыков и умений в рамках формируемых компетенций определяемых федеральными образовательными стандартами высшего образования. Так, при изучении дисциплины «Начертательная геометрия и инженерная графика» обучающийся по направлению подготовки «Агроинженерия» должен знать теоретические основы и закономерности построения геометрических объектов (точек, прямых, плоскостей, поверхностей и объемных тел), правила и способы выполнения изображений машиностроительных изделий и соединений деталей на чертежах; уметь представлять в объемном виде геометрические объекты и строить их проекции, определять геометрические формы деталей по их изображениям и выполнять эти изображения с натуры и по сборочному чертежу, читать сборочные чертежи, а также выполнять их в соответствии со стандартами; владеть навыками подготовки и оформления конструкторской документации в соответствии с требованиями ЕСКД, в том числе с использованием систем автоматизированного проектирования в рамках освоения общепрофессиональной компетенции «Способность разрабатывать и использовать графическую техническую документацию».
Абитуриенты, поступившие на первый курс, сталкиваются с определенными трудностями: несколько отличной для них системой обучения, адаптацией к новой социальной среде, необходимостью рационально планировать
свое время для самоподготовки и отдыха.
Из-за недостаточных базовых знаний геометрии и развития пространственного воображения многие обучающиеся техническим специальностям испытывают трудности при изучении графических дисциплин. Исследования, проводимые Высшей школой экономики по качеству приема в вузы России, показывают, что на протяжении ряда лет средний балл по ЕГЭ зачисленных студентов в аграрные вузы составляет в большинстве своем от 45 до 55 баллов. При этом средний бал самого слабого студента - от 33 до 42 баллов, то есть, чтобы набрать данное количество баллов по профильному предмету «Математика», необходимо решить от 7 до 9 заданий по математике профильного уровня. Для решения 8-9 заданий с 1 по 10 входящих в контрольно-измерительные материалы ЕГЭ по профильному уровню математики достаточно знаний за 9-й класс, но этого недостаточно для успешного усвоения дисциплины «Начертательная геометрия», являющейся базовой в графическом образовании будущего инженерно-технического работника.
Посредственные знания школьного курса геометрии приводят к снижению качества усвоения обучающимися основных понятий и закономерностей начертательной геометрии. В свою очередь, это влечет за собой ухудшение развития пространственного мышления и, как следствие, трудности при изучении в дальнейшем инженерной графики. Снижение аудиторной нагрузки и увеличение самостоятельной работы, согласно рабочим программам в соответствии с ФГОС, не способствует качественному освоению дисциплины обучающимися [3]. Таким образом, это приводит к тому, что в рамках отведен-
1 ■ 2017 История и педагогика естествознания
ных часов на изучение дисциплины при формировании знаний и умений, определяемых компетенциями, появляются пробелы, которые приходится ликвидировать при изучении дисциплин «Компьютерная графика» и «Компьютерное моделирование». Следовательно, необходимо увеличить аудиторную нагрузку или предусмотреть новые курсы графических дисциплин, позволяющие более полно сформировать знания и умения, определяемые компетенцией.
Известно, что более 90% информации здоровый человек получает через зрение или ассоциирует с геометрическими пространственными образами и представлениями. Компьютерная графика - это специальная область информатики, изучающая методы и средства создания и обработки изображений с помощью программно-аппаратных вычислительных комплексов. Она охватывает все виды и формы представления изображений, доступных для восприятия человеком на экране монитора или в виде копии на внешнем носителе (бумага, кинопленка и т. д.).
В настоящее время рынок программного обеспечения для разработки и редактирования чертежей представлен различными системами автоматизированного проектирования. При этом векторные графические редакторы, входящие в системы автоматизированного проектирования (САПР), позволяют легко манипулировать масштабом изображения без каких бы то ни было геометрических искажений, а потому широко используются при разработке конструкторской документации.
В настоящее время широкое применение в отечественной промышленности нашли следующие системы автоматизированного проектирования: КОМПАС 3D, T-FLEX CAD, AutoCAD, Unigraphics, SolidWorks и т. д. Это, в свою очередь, требует от учебных заведений высшего образования предусмотреть в образовательных программах изучение представленных выше программных средств автоматизированного проектирования. Однако большинство САПР разработаны иностранными компаниями и имеют большую стоимость, а следовательно, не все высшие учебные заведения могут позволить себе их использование в учебном процессе на инженерно-технических специальностях. Кроме того, это, в свою очередь, приводит к импор-тозависимости, снижению конкурентоспособности на мировом рынке в виду современных реалий международной обстановки.
Исходя из функциональности программного продукта, его специальной цены для учебных заведений, Пен-
зенский ГАУ приобрел и успешно использует в образовательном процессе систему автоматизированного проектирования КОМПАС 3D.
Дополнительный вариативный курс «Компьютерная графика», изучаемый на первом курсе, позволил значительно расширить объем часов, отводимых на формирование компетенции «Способность разрабатывать и использовать графическую техническую документацию» в рамках освоения чертежно-гра-фического редактора программы КОМПАС 3D. Так как данный программный продукт создан российскими разработчиками, то он полностью адаптирован к правилам выполнения и оформления чертежей, предъявляемым российскими ГОСТами, и имеет функциональный и легко осваиваемый интерфейс [4]. Как и всему новаторскому, влиянию новых технологий в большей степени подвержено молодое поколение, которое довольно хорошо владеет информационными технологиями, что, в свою очередь, не вызывает больших трудностей при освоении обучающимися чертежно-графического редактора программы КОМПАС 3D.
В процессе изучения редактора студенты выполняют обучающие упражнения на различные элементы построения, используя инструменты графического редактора, при этом они довольно успешно овладевают приемами работы в редакторе, так как для этого не требуется глубоких знаний начертательной геометрии и инженерной графики. Трудности возникают при выполнении рабочих чертежей деталей и сборочных единиц, так как здесь необходимо пространственное мышление, формируемое при изучении начертательной геометрии, а также знания инженерной графики. Имеющиеся обучающие упражнения представлены примерами и пошаговой инструкцией по их выполнению, что значительно улучшает процесс обучения студентов. Оформление рабочих чертежей деталей и сборочных единиц требует знаний единой системы конструкторской документации (ЕСКД), которые студенты приобретают при изучении курса инженерной графики, но так как количество часов, предусмотренных учебным планом, незначительно, то имеются серьезные пробелы в знаниях. В свою очередь, в восполнении этих пробелов в знаниях пользователю большую помощь оказывает чертеж-но-графический редактор программы КОМПАС 3D.
Кроме того, работа с компьютером в какой-то степени позволяет мотивировать студента к получению знаний и умений в рамках формируемой ком-
петенции для дальнейшего использования их в самостоятельной работе при выполнении курсовых проектов по специальным дисциплинам на старших курсах [4, 5].
Успешное освоение обучающимися знаний начертательной геометрии, инженерной графики прежде всего направлено на умение читать рабочие чертежи сборочных единиц и представлять их аксонометрические изображения для лучшего понимания функциональности имеющегося изделия. Компьютерная графика основана на двухмерном (2^) изображении и позволяет только снизить трудоемкость выполнения трехмерных (3^) аксонометрических изображений.
Традиционно в современных САПР используется несколько типовых контекстов создания поверхностей:
• плоская поверхность - получается путем заполнения плоского контура ^-эскиз или набор замкнутых кромок, лежащих в одной плоскости);
• поверхность вытяжки - образуется в результате плоскопараллельного вытягивания замкнутого или разомкнутого 2D в направлении, перпендикулярном плоскости эскиза, или под произвольным углом;
• поверхность вращения - получается путем вращения произвольного профиля ^-эскиз) относительно оси;
• поверхность по траектории - создается движением 2D вдоль криволинейной образующей ^-эскиз, ЗD-кри-вая);
• поверхность по сечениям - аналог поверхности по траектории; отличается тем, что строится не по одному, а по нескольким поперечным сечениям с направляющими кривыми. Имеющиеся современные САПР представляют возможность создавать трехмерные модели деталей с использованием булевых операции (объединение, вычитание и пересечение) над исходными элементарными телами (цилиндр, призма, сфера и т. д.). Для описания сложных тел, моделирующих объекты реального мира, получаемые в процессе обработки материала или неразъемной сборки, используются пакеты современных САПР.
Таким образом, после изучения курса «Компьютерная графика», позволяющего работать с двухмерными (2^) чертежами, возникает необходимость в освоении программ создания трехмерных моделей деталей и сборочных единиц. Данная проблема была решена в Пензенском ГАУ с помощью разработки и введения в учебный процесс вариативного курса «Компьютерное моделирование».
№
История и педагогика естествознания
1 ■2017
Как показывает опыт преподавания курса «Компьютерное моделирование», студенты, освоившие чертеж-но-графический редактор программы КОМПАС 3D, даже не имея глубоких знаний по начертательной геометрии, без проблем создают трехмерные модели деталей. Успешное трехмерное моделирование деталей происходит при поэтапном выполнении студентами последовательных действий, описанных в обучающих упражнениях «Азбуки 3D» программы КОМПАС 3D. Таким образом, в ходе обучающих упражнений у студентов формируется образное пространственное мышление, так как они видят на экране монитора объемное изображение, получаемое из двухмерного эскиза. Преподавание дисциплины «Компьютерное моделирование» и анализ освоения ее студентами позволили выявить определенные трудности в успешном изучении курса. Так, студенты при выполнении самостоятельной работы по трехмерному моделированию детали
с аксонометрического изображения не испытывают больших затруднений. Но при создании трехмерной модели из рабочего чертежа возникают сложности, связанные с тем что необходимо иметь пространственное представление моделируемого изделия. Кроме того, необходимо определиться с порядком (алгоритмом) моделирования, от которого будет зависеть выбор определенных операций и инструментов для создания трехмерной модели. В какой-то степени эту проблему помогает решать сама система автоматизированного проектирования, выдавая информационное сообщение о совершаемой ошибке в процессе создания модели изделия студентом. Таким образом, при выполнении индивидуальных заданий при изучении курса «Компьютерное моделирование» у обучающихся происходит развитие пространственного воображения и пространственных представлений, образного, пространственного, логического, абстрактного мышления, а так-
же формирование навыка применять графические знания и умения для решения различных прикладных задач в дальнейшей проектной деятельности в области технического конструирования и моделирования.
В аграрном вузе разработана траектория графического образования, включающая в себя курсы: «Начертательная геометрия и инженерная графика», Компьютерная графика», «Компьютерное моделирование», которые студенты изучают последовательно один за другим. Представленная система графического образования прошла апробацию и успешно используется в учебном процессе. Опыт преподавания показывает, что выстроенный таким образом образовательный процесс даже с имеющимся слабым поступающим контингентом позволяет сформировать у студентов необходимые знания и умения в рамках осваиваемой компетенции и в дальнейшем успешно их использовать в учебе и практической деятельности.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Малькова Н.Ю., Шишковская И.Л., Красичков В.А. Проблемы преподавания дисциплины «Инженерная графика» // Фундаментальные исследования. 2008. № 1. С. 93-94.
2. Горлицына О.А. Визуализация знаний как условие повышения качества графического образования студентов педагогических вузов // Теория и практика образования в современном мире: матер. III Междунар. науч. конф. СПб.: Реноме, 2013. С. 149-151.
3. Шебашев В.Е. О графической подготовке студентов в условиях модернизации системы высшего образования // Современные наукоемкие технологии. 2007. № 7. С. 81-84.
4. Овтов В.А. Использование программ КОМПАС в инженерно-графическом образовании аграрного вуза // Современные тенденции науки и образования: сб. ст. междунар. (заочной) науч.-практ. конф. «Мир науки». 2016. С. 642-645.
5. Овтов, В.А. Развитие использования информационных систем в учебном процессе инженерного образования / В.А. Овтов, В.А. Чугунов // Современные методологические и психологические аспекты преподавания естественно-научных дисциплин: сб. ст. Всерос. науч.-практ. конференции / МНИЦ ПГСХА. Пенза: РИО ПГСХА, 2016. 80 с. С. 46-49.
THE SPECIFICITY OF ENGINEERING GRAPHICS EDUCATION IN THE AGRICULTURAL UNIVERSITY OVTOV V.A., Cand. Sci. (Tech.), Associate Prof.
Penza State Agrarian University (30, Botanicheskaya St.,440014, Penza, Russia). E-mail: [email protected] ABSTRACT
The article is devoted to the problems of graphic education on engineering specialties of an agricultural university. The formation of competencies in students in accordance with the requirements of Federal educational standards. The article also discusses the problem related to the quality of mathematical training of graduates entering the technical specialties of agrarian universities, and as a result, the mastering of technical disciplines. The focus is on the formation of specific knowledge and skills of 1st year students in the study of engineering and graphic disciplines with the use of modern domestic software computer-aided design.
Keywords: descriptive geometry, computer graphics, engineering graphics education, ramputer-aided design, modeling, drawing. REFERENCES
1. Mal'kova N.YU., Shishkovskaya I.L., Krasichkov V.A. Problems of teaching "engineering graphics" discipline. Fundamental'nyye issledovaniya, 2008, no. 1, pp. 93-94 (In Russian).
2. Gorlitsyna O. A. Vizualizatsiya znaniy kak usloviye povysheniya kachestva graficheskogo obrazovaniya studentov pedagogicheskikh vuzov [Visualization of knowledge as a condition for improving the quality of the graphic education of students at pedagogical universities]. Trudy III Mezhdunaradnoy nauchnoy konferentsii "Teoriya ipraktika obrazovaniya v sovremennom mire" [Proc. 3d International Conference "Theory and practice of education in the modern world"]. Saint-Petersburg, 2013, pp. 149-151.
3. Shebashev V.Ye. About graphic preparation of students in the conditions of modernization of the system of higher education. Sovremennyye nau-koyemkiye tekhnologii, 2007, no. 7, pp. 81-84 (In Russian).
4. Ovtov V.A. Ispol'zovaniye KOMPAS v inzhenerno-graficheskom obra-zovanii agrarnogo vuza [The use of KOMPAS in the engineering and graphic education of an agrarian institution]. Trudy mezhdunarodnoy (zaochnoy) nauchno-prakticheskoy konferentsii "Sovremennyye tendentsii naukii obrazovaniya" [Proc. an international (correspondence) scientific and practical conference "Modern trends in science and education"]. 2016, pp. 642-645.
5. Ovtov V.A., Chugunov V.A. Razvitiye ispol'zovaniya informatsionnykh sistem v uchebnom protsesse inzhenernogo obrazovaniya [Development of the use of information systems in the educational process of engineering education]. Trudy Vserossiyskoy nauchno-prakticheskoy konferentsii "Sovremennyye metodologicheskiye ipsikhologicheskiye aspekty prepodavaniya yestestvennonauchnykh distsiplin" [Proc. the All-Russian Scientific and Practical Conference "Modern methodological and psychological aspects of the teaching of natural science disciplines"]. Penza, 2016, pp. 46-49.
1 ■2017
История и педагогика естествознания
