CC BY
9ВНИМАНИЕ: ОПЫТ УДК 371.693; 373.57; 378.147
В.Б. Головкина, Л.О. Мокрецова, С.М. Ефименко,
Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС»
Тренажерный комплекс как инструмент развития творческого потенциала и навыков трехмерного компьютерного моделирования у учащихся
В настоящее время значимость графической подготовки студентов в технических вузах неразрывно связана с применением компьютерных технологий. Постоянное совершенствование систем автоматизированного компьютерного 3D-моделирования позволяет создавать методики, эффективно развивающие креативность студентов, выявляющие значимость изучаемых дисциплин, влияющие на уровень мотивации.
Проведенные нами наблюдения показывают, что первокурсники часто испытывают трудности при выполнении практических заданий. На наш взгляд, это объясняется тем, что в школах отсутствует единый государственный экзамен по основам технического черчения и компьютерной графике.
Судить о графической подготовке первокурсников на кафедре инженерной графики и дизайна Национального исследовательского технологического университета «МИСиС» приходится по итогам входного контроля и анкетирования. По результатам мониторинга, в школе по предмету «Черчение» около 76% студентов получили оценки «хорошо» или «отлично». Итоги же входного контроля свидетельствуют о том, что высокий уровень подготовки имеют только 27% обучающихся, средний - 38,6%, низ-
Цифровая лаборатория FabLab Национального исследовательского технологического университета «МИСиС»
кий - 32,4%. В анкетах студенты отмечают формальный подход к изучению черчения и компьютерной графики в школах, отсутствие профессиональных кадров и технологий обучения. Хотя число первокурсников, владеющих пакетом Microsoft Office, неуклонно растет, но работать с системами автоматизированного проектирования «Компас 3D» или «AutoCAD» способны пока только единицы. Отсутствие интереса к компьютерной графике объясняется повышенным внима-
нием к тем дисциплинам, по которым учащиеся сдают единый государственный экзамен.
Уровень подготовки студентов по черчению разнообразен и оценивается в диапазоне от минимального (слышал, что есть предмет «Черчение») до максимального (строит и оформляет чертежи в соответствии с требованиями Единой системы конструкторской документации). В результате наблюдается повышение общего уровня знаний по информатике и отставание студентов в об-
© Головкина В.Б., Мокрецова Л.О., Ефименко С.М., 2015
ВАЛЕРИЯ БОРИСОВНА ГОЛОВКИНА
доцент кафедры инженерной графики и дизайна Национального исследовательского технологического университета «МИСиС». Сфера научных интересов: практическая реализация студентоцентрированного подхода в процессе освоения бакалаврами графических дисциплин в техническом вузе, разработка учебно-методического сопровождения абитуриентов для их практической подготовки к обучению в вузе по графическим дисциплинам. Автор более 40 публикаций
ЛЮДМИЛА
ОЛЕГОВНА
МОКРЕЦОВА
кандидат технических наук, доцент, заведующая кафедрой инженерной графики и дизайна Национального исследовательского технологического университета «МИСиС». Сфера научных интересов: инновационные методы преподавания графических дисциплин. Автор 26 публикаций
СВЕТЛАНА МИХАЙЛОВНА ЕФИМЕНКО
кандидат педагогических наук, доцент кафедры инженерной графики и дизайна Национального исследовательского технологического университета «МИСиС». Сфера научных интересов: подготовка специалистов в вузах и в учреждениях среднего профессионального образования, современные технологии профессионального образования, сравнительно-сопоставительный анализ профессионального образования в различных странах мира, проблемы изучения и реализации инновационного опыта профессионального образования, инновационные технологии в области профессионального образования, компетентностный подход в профессиональной подготовке специалиста. Автор 40 публикаций
Рассматривается разработка тренажерного комплекса на основе трехмерного компьютерного моделирования, а также основные элементы, входящие в его состав. Обосновывается необходимость создания аналогичных комплексов, которые могут использоваться в сфере образования для развития творческого потенциала учащихся.
Ключевые слова: трехмерное компьютерное моделирование, компьютерный тренажер для учащихся, САПР «Компас 3D», средства визуализации, современные методы обучения.
The article focuses on basic theoretical and practical issues related to the development and implementation of the computer training system, based on the three-dimensional computer simulation used in education. The article features the description of the simulator created in CAD system «Kompas 3D», as well as the elements of the system aimed at developing the creative potential of students.
Key words: three-dimensional computer modeling, computer simulator for students, CAD «Kompas 3D», visualization tools, modern teaching methods.
ласти владения графическими программными продуктами.
Для повышения интереса обучающихся к освоению графических дисциплин на кафедре инженерной графики и дизайна Национального исследовательского технологического университета «МИСиС» разработан тренажерный комплекс «Развитие творческого потенциала учащихся через освоение трехмерного компьютерного моделирования».
Сегодня остается открытым вопрос однозначной трактовки понятия «тренажер». Многообразные тренажеры с успехом используются в различных областях человеческой деятельности, а их
определения широко представлены на просторах интернет-ресурсов. В настоящей статье мы сконцентрируемся на разработке компьютерных тренажеров, применяющихся в сфере графической подготовки.
В последние годы в практике инженерной подготовки все чаще появляется информация о работе с тренажерами, которые позволяют построить обучение на основе проблемно-ситуационного подхода и реализовать активные методы обучения [5]. В качестве примера приведем статью «Мультимедиа тренажерные комплексы для технического образования», где авторы рассматривают трена-
жерный комплекс как часть системы дистанционного инженерного образования, способствующей реализации принципа системности обучения на этапах подготовки специалистов технических направлений [4]. Задачник-тренажер, разработанный под общей редакцией В.И. Ниловой, является частью учебно-методического комплекса инновационного содержания, интегрированного в систему непрерывной конструк-торско-графической подготовки студентов [3]. В работе кратко рассматривается концепция разработки интерактивных средств обучения [1].
Возрастающий интерес к разработке и применению тренажеров в образовании объясняется значительными преобразованиями, происходящими в последнее время в вузах страны, а также их оснащением современной мультимедийной техникой и программным обеспечением, что в свою очередь влияет на изменение форм и методов организации учебного процесса [2].
Цель нашего исследования заключалась в создании тренажерного комплекса, позволяющего решать обучающие и тренировочные задачи, опирающиеся на компоненты мультимедийного характера. В отличие от профессиональных тренажеров, где существуют жесткие требования, отвечающие за их реалистичность, при разработке объектов искусственной природы главную роль играют степень геометрического подобия, эстетические, конструктивные и другие характеристики. Так как работа направлена на развитие творческого потенциала учащихся, в качестве объекта-основы для будущего тренажера был выбран фантастический персонаж - робот. В тренажерный комплекс входят: тренажер, программа, содержащая описание проектов последовательной работы с ним, анима-
Рис. Пример трехмерной модели робота
ционный ролик и реальный прототип выбранного персонажа, распечатанный на 3D-принтере. Все эти элементы жестко взаимосвязаны.
Сам тренажер разработан в системе автоматизированного проектирования «Компас3D» ипред-ставляет собой набор последовательных действий обучающихся, направленных на поэтапное освоение основного функционала этого графического пакета с начального уровня подготовки. Работа состоит в поэлементном создании 3D-моделей отдельных деталей, входящих в состав робота. Она организована таким образом, что к моменту его сборки обучающиеся будут владеть основными командами системы автоматизированного проектирования
«Компас 3D» на уровне уверенного пользователя.
Программа содержит описание шести проектов, рассчитанных на 36 часов, из которых 16 выделено на аудиторные занятия, а 20 - на самостоятельную работу.
На примере создания трехмерной модели робота (рис.) учащиеся в сжатой форме осваивают разработку конструкторских документов по следующим темам: «Эскизиро-вание», «Построение трехмерных моделей деталей», «Построение трехмерных моделей сборок», «Ассоциативные чертежи».
Каждый проект имеет свои цели, задачи и тематическое планирование, структуру проведения занятий и прогнозируемые результаты, задания для самостоятельного выполнения, описание
последовательных действий учащихся в прохождении этапов обучения и тренировок по схеме «от простого к сложному». Тематика проектов соответствует составным частям робота.
В конце каждого проекта есть задание, направленное на развитие творческих способностей учащихся, где предлагается более полно продемонстрировать свои навыки моделирования и создать часть своей уникальной модели. Так, итогом первого проекта является модель «эмблемы» (вставки или рельефного украшения) робота, располагающейся на его корпусе. Для этого слушатели осваивают компактную панель «геометрия», «панель свойств» и такие операции, как «выдавливание» и «вырезание».
В процессе дальнейшей работы создаются более сложные детали, из которых состоит робот. Например, четвертый проект (создание сборки руки робота) направлен на приобретение навыков построения сборок и работы с сопряжениями, их видами и параметрами. Работа над пятым проектом позволяет освоить и закрепить этапы преобразования трехмерной сборочной модели в ассоциативный чертеж, а заключительный этап рассматривает методику сборки всего робота из созданных ранее деталей.
Учитывая тот факт, что обучение на тренажере должно быть интересным и увлекательным, мы разработали анимационный ролик в приложении 3DS Max Autodesk, имеющий мотивационный характер и поддерживающий общую идею в вопросе разработки фантастического персонажа. Ролик представляет собой короткометражный флеш-мультфильм, который знакомит учащихся с возможностями трехмерной графики. В видеозаписи робот в процессе движения из человекоподобного устройства перевоплощается в автомобиль. При движении
Школьники на занятиях на кафедре инженерной графики и дизайна университета
камер есть возможность рассмотреть его со всех ракурсов. После перевоплощения автомобиль начинает двигаться в сторону камеры. На заднем стекле возникает надпись, призывающая учащихся приступить к работе. Анимационная 3D-технология создания робота-трансформера является мощным рекламным инструментом, вызывающим у обучающегося заинтересованность, увлеченность проектом-игрой, желание проверить собственные силы.
Реальный прототип робота, распечатанный на 3D-принтере иШтакег 2 в цифровой лаборатории FabLab Национального исследовательского технологического университета «МИСиС», демонстрирует полученные результаты обучения, что, на наш взгляд, положительно влияет на мотивацию обучающихся.
Результатом работы учащихся с тренажерным комплексом в системе автоматизированного проектирования «Компас 3D» явля-
ется создание индивидуального проекта, включающего разработанные трехмерные модели отдельных деталей робота, ассоциативные чертежи и его полную сборку. Затем обучающиеся проводят презентацию работы над проектом. Самый успешный проект выполняется в материале с использованием технологии 3D-печати.
Подготовка учащихся к работе с системами трехмерного компьютерного проектирования ведется на кафедре инженерной графики и дизайна Национального исследовательского технологического университета «МИСиС» уже не первый год и дает положительные результаты. Представленный тренажерный комплекс отличается последовательностью и доступностью изложенного учебного материала, направленного на организацию самостоятельной работы учащихся и повышение мотивации к приобретению новых знаний по графическим дисциплинам, что позволяет студентам первого курса не испытывать трудностей при освоении модулей «Инженерная компьютерная графика», «Инженерная графика сборочных единиц» и др.
ЛИТЕРАТУРА
1. Матлин А.О., Осинцев Д.С., Фоменков С.А. Автоматизированная система «Интерактивные виртуальные тренажеры» // Технологии Microsoft в теории и практике программирования: сб. трудов V Всерос. конф. студентов, аспирантов и молодых ученых. М., 2008. С. 75-76.
2. Мокрецова Л.О., Головкина В.Б. Влияние инновационных технологий на качество образовательного процесса на примере графических дисциплин // Инноватика -2008: сб. трудов междунар. конф. Ульяновск: УлГУ 2008.
3. Нилова В.И., Терновская О.В., Сидорова Т.Г. Инженерная графика: задачник-тренажер / под общей ред. В. И. Нило-вой. 2 изд., перераб. и доп. Воронеж: ВГАСУ, 2010. 225 с.
4. Филатова Н.Н., Вавилова Н.И., Ахремчик О.Л. Мультимедиа тренажерные комплексы для технического образования // Образовательные технологии и общество. Вып. № 3. Т 6. 2003.
5. Швец М.И., Седлецкий В.Ф., Тимофеев В.Н. Тренажер по инженерной графике: учеб.-метод. пособие. М.: МГИУ 2012. 421 с.
LITERATURA
1. Matlin A.O., Osincev D.S., Fomenkov S.A. Avtomatizirovannaja sistema «Interaktivnye virtual'nye trenazhery» // Tehnologii Microsoft v teorii i praktike programmirovanija: sb. trudov V Vseros. konf. studentov, aspirantov i molodyh uchenyh. M., 2008. S. 75-76.
2. Mokrecova L.O., Golovkina V.B. Vlijanie innovacionnyh tehnologij na kachestvo obrazovatel'nogo processa na primere graficheskih disciplin // Innovatika-2008: sb. trudov mezhdunar. konf. Ul'janovsk: UlGU, 2008.
3. Nilova V.I., Ternovskaja O.V., Sidorova T.G. Inzhenernaja grafika: zadachnik-trenazher / pod obshhej red. V. I. Nilovoj. 2 izd., pererab. i dop. Voronezh: VGASU, 2010. 225 s.
4. Filatova N.N., Vavilova N.I., Ahremchik O.L. Mul'timedia trenazhernye kompleksy dlja tehnicheskogo obrazovanija // Obrazovatel'nye tehnologii i obshhestvo. Vyp. № 3. T. 6. 2003.
5. Shvec M.I., Sedleckij V.F., Timofeev V.N. Trenazher po inzhenernoj grafike: ucheb.-metod. posobie. M.: MGIU, 2012. 421 s.
