CC BY
85
УДК 378.147.39+ 004 ББК 32.973
Новгородова Н.Г.
ЗБ-ВИЗУАЛИЗАЦИЯ - ИННОВАЦИОННЫЙ ДИДАКТИЧЕСКИЙ ИНСТРУМЕНТ ПРОФЕССИОНАЛЬНО-ПЕДАГОГИЧЕСКОГО
ОБРАЗОВАНИЯ
Novgorodova N.G
3D-VISUALIZATION - INNOVATIVE DIDACTIC TOOL OF PROFESSIONAL-PEDAGOGICAL EDUCATION PROCESS
Ключевые слова: ЗD-визуализация, курсовом проектировании по дисциплине «Детали машин», информационные технологии, мультимедийные курсы, динамичные средства SD-визуализации, качество образования, мотивация к самообразованию.
Keywords: 3D-visualisation, engineering design “In Machinery Discipline ”,
information technologies, multi-media courses, dynamic means of 3D-visualization, quality of education, motivation to self-education.
Аннотация
Применение SD-визуализации в учебном процессе мотивирует студентов к созданию новый компьютерных технологий. 3Д визуализация является новым педагогическим методом, который позволяет учителю улучшить восприятие нового учебного материала студентами.
Abstract
The application of 3D-visualisation in the process raises quality of education, stimulates students to develop new computer technologies. 3d-visualisation is the innovative pedagogical tool allowing the teacher to improve dramatically the process of comprehension of a teaching material by students.
Современное развитие отечественной системы образования в направлении информатизации учебного процесса становится частью государственной политики. Бесспорно, что, чем выше уровень образования населения страны, тем выше темпы развития государства, тем большее влияние оно имеет в мировом сообществе. Доминирующими показателями национального богатства страны становятся результаты образовательной деятельности - уровень образованности населения, уровень развития науки и техники.
Государство поставило перед высшим образованием актуальную задачу перехода на компетентностный подход в подготовке молодых специалистов -выпускников вузов страны. А это значит, что каждый выпускник обязан стать разносторонне образованной творческой личностью. Преподаватели же вузов обязаны суметь раскрыть потенциал студента и так организовать весь процесс его обучения, чтобы каждому студенту стало интересно познавать все новые и новые дисциплины, осознавать свои собственные возможности и непрерывно развивать свои творческие способности.
Таким образом, современный этап применения инновационных технологий в высшем профессиональном образовании настоятельно диктует использование компьютера, как средства обучения, как инструмента образования не эпизодически, а систематически с первого до последнего занятия при любом виде обучения.
Индивидуальная настройка обучающей информационной среды позволит личностно ориентировать содержание учебного материала дисциплины под каждого студента, исходя из зафиксированных образовательных задач и места конкретного
предмета в учебном плане, а также, исходя из вариативных уровней мультимедийного содержания дисциплины. Студент реально получит возможность выбирать: формы, методы, приемы и средства изучения конкретного учебного материала; выбирать и планировать время и темп изучения; время, форму и содержание консультаций; время, форму и уровень отчетности и др. [2].
Вполне понятно, что такая постановка дидактических задач потребует от администрации и преподавателей вузов определенной перестройки всего учебного процесса:
• учебный процесс надо будет построить таким образом, чтобы знания компьютерных программ органично сливались с изучаемыми общеобразовательными и профессиональными дисциплинами;
• изучение компьютерных технологий должно быть вариативно, то есть с учетом уровня подготовки каждого студента и уровнем решаемых предметных задач;
• итоговая степень овладения компьютерными технологиями каждого студента должна полностью соответствовать требованиям, предъявляемым к молодому специалисту.
Для обеспечения более высокого уровня профессиональной подготовки будущих специалистов, востребованных на рынке труда, необходимо выполнение таких условий, как:
• усиление прикладной и профессиональной направленности обучения, в том числе посредством изменения соотношения теоретической и практической подготовки;
• увеличение доли курсов по выбору студентов, более полно позволяющих познакомить их с особенностями профессиональной деятельности;
• увеличение доли самостоятельной внеаудиторной работы и использование современных методов и средств ее контроля;
• применение современных педагогических и информационных технологий, психолого-дидактических концепций, обеспечивающих приближение учебной деятельности к профессиональной (идеи контекстного обучения);
• проектирование новых профессионально-значимых учебных курсов и их учебно-методического обеспечения, неотъемлемым компонентом которого должны стать электронные энциклопедии, электронные учебники, образовательные порталы и
др.;
• модернизация методических систем обучения основным профессиональнозначимым курсам на основе компетентностного подхода [1].
В этой связи особые требования предъявляются к профессорско-преподавательскому составу высшей школы. В настоящее время необходимым условием совершенствования профессиональной деятельности научно-педагогического корпуса вузов является переход от информирования к организации, к управлению самостоятельной учебно-познавательной и профессионально-практической деятельностью студентов.
С каждым годом лавинообразно возрастает объем учебной информации, который приходится «переварить» студентам. Одновременно, количество часов аудиторных занятий постоянно сокращается. В то же время возможности студентов к обучению не безграничны. В связи с этим, требования работодателей предъявляются уже не только и не столько к количественной, сколько к качественной стороне обучения молодых специалистов.
Как показывают многочисленные аналитические исследования качества высшего образования, традиционная схема обучения студентов, основанная на передаче готовых знаний, оказывается мало эффективной. И, к сожалению, не всегда закрепление полученных теоретических знаний в практической деятельности студентов осуществляется одновременно с их получением. Чаще всего передача готовых знаний не побуждает студента к готовности их усвоения, а также к использованию их для
решения поставленных учебных задач и к самостоятельному поиску пути их решения.
Сегодня требуется совершенно иной подход к организации обучения будущих специалистов. Сегодня необходима другая система взаимоотношений и взаи-модействий между преподавателем и студентом. Основные дидактические задачи, стоящие перед современными преподавателями, заключаются в подготовке студентов к самообразованию, в умении развить у студентов мотивацию к обучению, вызвать познавательные потребности, сформировать умения и навыки самостоятельного умственного труда.
Роль преподавателя должна измениться коренным образом: ему следует выйти из рамок Учителя, владеющего глубокими теоретическими знаниями и различными методиками решения многообразных задач. Он должен стать квалифицированным менеджером-консультантом, владеющим современными профессиональными методиками и информационными технологиями обучающего процесса.
Традиционные формы преподавания на наших глазах постепенно уходят в прошлое. На первое место выходят активные методы обучения, которые предоставляют студентам возможность самим активно участвовать в учебном процессе. Студенты сами анализируют информацию, вырабатывают критерии и возможные пути решения учебных задач в соответствии с поставленной преподавателем целью. Роль современного преподавателя заключается в создании условий, побуждающих студентов сделать правильный выбор методов решения поставленных задач. Таким образом, в процессе решения поставленных задач студент целенаправленно пополняет теоретические знания, связанные с этими задачами и самостоятельно находит новые информационные технологии для оригинального их решения.
Для реализации этого инновационного перехода у преподавателя вуза есть множество инструментов:
• вычислительная техника и компьютерные технологии;
• мультимедийные средства обучения, используемые во всех видах учебного процесса: на лекциях, практических и лабораторных занятиях, для консультаций и организации самостоятельной работы студентов;
• интернет-технологии: электронная почта, Skype, ICQ, чат, форум, Википедия
и др.;
• Информационно-обучающая среда (ИОС);
• традиционные аудиторные занятия и консультации.
Однако иметь набор инновационных и разнообразных инструментов не достаточно, чтобы все в корне поменять в самом процессе образования. Прежде всего, самому преподавателю надо захотеть и суметь так подать свои знания, чтобы студентам в ответ захотелось ими обладать, т.е. создать у студентов мотивацию к образованию.
Иными словами - надо спроектировать индивидуальные маршруты образования для каждого студента, т.е. необходимо выявить личностный потенциал студента, его заинтересованность в получении новых знаний и его способности к этому. На это, конечно, требуется достаточно много времени, которое ни в какие индивидуальные планы преподавателя не запишешь. Зато, какое удовольствие получает каждый профессиональный преподаватель, когда его ученики достигают призовых мест в солидных конкурсах, олимпиадах, продолжают свое обучение в аспирантуре!
С 2007 года в Российском государственном профессионально-педагогическом университете началось обучение студентов дисциплине «Детали машин» с использованием информационных технологий.
Дисциплина «Детали машин» занимает в учебном процессе любого профессионально-педагогического и технического вуза завершающее место в общетехнической подготовке специалиста. Эта дисциплина предназначена для
систематизации всех инженерных знании, накопленных студентами к третьему курсу обучения, и качественного дополнения их новыми, расширенными практическими знаниями и умениями на основе изученных теоретических курсов.
Чтение лекций и проведение практических занятий с иллюстрациями сложных узлов машин в 3D-формате существенно повысило посещаемость этих занятий. Внедрение ЭБ-визуализации в процесс курсового проектирования позволило адаптировать учебный материал, облегчить восприятие студентами всех тонкостей конструирования редукторных передач.
Курсовое проектирование по дисциплине «Детали машин» позволяет закрепить эти знания и умения и выработать практические навыки проектирования и конструирования типовых деталей и узлов, из которых состоит любая машина. К сожалению, не каждый студент обладает пространственным воображением, которое формируется еще в школе при изучении дисциплины «Черчение». Еще в школе учащемуся прививают навыки работы с карандашом, дают основные знания по выполнению проекций одного объекта, грамотного оформления чертежа по соответствующим отечественным стандартам. На первом курсе обучения в вузе, студенты закрепляют и дополняют уже полученные знания и в дальнейшем применяют их при выполнении курсовых и дипломных проектов.
Однако машиностроительное черчение отличается повышенной сложностью и не редко студент не в силах представить какой-либо объект в пространственном виде, а тем более изобразить его на плоскости в нескольких проекциях. Использование таких компьютерных графических пакетов, как «Компас», «АШюёевкАШюСАВ» и др., существенно упрощает процессы вычерчивания любых объектов машиностроения, оставляя для пользователя этих пакетов свободу творчества, для проявления самостоятельности при решении графических задач.
Расцвеченная 3D-модель редуктора позволяет преподавателю упростить процесс объяснения назначения и конструкции каждой детали редуктора. А студент, наблюдая трехмерную модель редукторной передачи, каждая деталь которой раскрашена в свой цвет, лучше понимает ее конструкцию, ее место в узле и назначение в редукторе (рисунке 1).
Рисунок 1 - Редуктор зубчатый цилиндрический двухступенчатый без крышки
Внедрение информационных технологий в курсовое проектирование по дисциплине «Детали машин» позволяет преподавателю осуществлять дифференцированный подход к постановке задач проектирования каждому студенту (в зависимости от качества накопленных им знаний и степени компьютерной компетентности).
Информационно-образовательная среда, созданная в Российском государственном профессионально-педагогическом университете, - прекрасный инновационный инструмент в руках профессионального преподавателя. Сам доступ к его содержимому является мощным мотивом для включения в процесс формирования знаний и умений для студента, поскольку только самостоятельно добытые знания могут дать образование.
На Информационно-образовательном портале расположены: график
прохождения дисциплины в учебном семестре, конспект лекций, исходные данные к выполнению домашних заданий, методические материалы для выполнения домашних заданий, график самостоятельной работы студентов, рейтинговая система оценки получаемых студентами знаний, раздел «Консультации», раздел «Объявления», Чат, Вики (рис.2).
Рисунок 2 - Укрупненная схема сайта «Детали машин»
Размещение учебных и консультативных материалов на образовательном портале университета существенно сокращает время преподавателей и студентов в процессе выполнения самостоятельных работ студентов. Достаточно преподавателю разместить информацию на образовательном портале о повторяющихся ошибках в самостоятельных работах студентов, чтобы они их учли и не дублировали.
Как известно, рейтинговая система оценки качества успеваемости студентов -важный фактор стимулирования студентов к формированию систематических знаний. Размещение групповых журналов на образовательном портале университета позволило каждому студенту отследить свою успеваемость в рамках учебного графика прохождения дисциплины. Каждый студент имел возможность скорректировать свою успеваемость в соответствии с рейтинговыми баллами, выставленными в групповой журнал, и уяснить свое место в рейтинге группы.
Проведение консультаций через электронную почту также позволяет преподавателю ответить на вопросы студентов или проверить их работы в удобное для преподавателя время. Студентам консультации по электронной почте позволяют сократить время на ожидание получения ответа на вопросы, что часто затягивается
надолго при аудиторной консультации, а также упростить исправление ошибок в самостоятельных работах, т.к. они выполнены в электронном виде [3].
Накопленный опыт работы в Информационно-образовательная среде позволяет сделать следующие выводы:
• студенты учатся распределять свое время, согласуя его с графиком прохождения учебной дисциплины в семестре;
• студенты следят за процессом накопления рейтинговых баллов, как в течение семестра, так и к контрольным точкам семестра;
• студент, имея качественный конспект по дисциплине, экономит время на вычерчивание рисунков по тематике лекции, и вместо старательного записывания того, что услышал от лектора, задает вопросы по наиболее сложным вопросам лекции. При этом, получая ответы, заносит их дополнительно в конспект;
• студент, используя интернет-технологии (например, электронную почту), не привязан к конкретной аудиторной консультации преподавателя и может получить консультацию в любое время;
• студент может отправить по электронной почте свою домашнюю работу на проверку преподавателю, затем - получить проверенную работу обратно;
• преподаватель на мультимедийной лекции не пересказывает свой конспект, а дает аудитории основные и дополнительные знания по теме лекции;
• преподаватель, используя 3 D-визуализацию на всех видах занятий, существенно быстрее достигает положительного результата - формирования стабильных знаний у студентов;
• преподаватель, используя возможности Информационно-образовательной среды, может оперативно дать консультацию всем студентам потока, например, по часто встречающимся ошибкам в их домашних заданиях. Такая экспресс-консультация позволит улучшить качество самостоятельной работы студентов;
• преподаватель, вводя рейтинговые баллы в электронный групповой журнал после каждого занятия, облегчает себе труд подведения рейтинговых итогов, например, к аттестационной неделе.
Внедрение ЭБ-визуализации в учебный процесс изучения дисциплины «Детали машин» неизменно вызывает повышенный интерес как к самому предмету (если студенту понятен предмет, то и интерес к его изучению возникает), так и к 3D-визуализации.
Использование преподавателем 3D-моделей на лекциях и практических занятиях позволяет адаптировать процесс понимания наиболее сложных разделов дисциплины: как известно, лучше один раз увидеть. Трехмерная модель узла (или передачи) на глазах аудитории может быть демонтирована (с комментариями преподавателя), модель можно повернуть на любой угол или разрезать с целью объяснения особенностей ее конструкции. Такой замечательный дидактический инструмент позволяет студентам лучше понять все нюансы проектирования типовых деталей механических передач, и, следовательно, в будущем облегчит задачу изучения ими специальных дисциплин.
С 2008 года в Машиностроительном институте нашего университета преподают в качестве дополнительного предмета трехмерное моделирование в графическом пакете «Autodesk Inventor Professional». По окончании получения стартовых знаний и умений работы в этом графическом пакете студенты продолжают совершенствовать свои навыки. Так в 2008г. трое студентов нашего института приняли участие в конкурсе стран СНГ, проводимом компанией Autodesk. В настоящее время силами студентов нашего института создается библиотека 3D-моделей редукторных передач, которая будет размещена на сайте дисциплины «Детали машин» Информационнообразовательного портала университета, в разделе «Курсовое проектирование».
Как известно, студенчество - авангард общества. Поэтому внедрение 3D-визуализации на основе графического пакета «Autodesk Inventor Professional», в образовательный процесс курсового проектирования по дисциплине «Детали машин» -естественный эволюционный процесс. Создание трехмерных моделей редукторных передач обогащает студентов инновационными знаниями и умениями. Расположение 3D-моделей редукторных передач на Информационно-образовательном портале университета - прекрасный дидактический материал для последующих поколений студентов.
Ориентируясь на будущее трудоустройство в конструкторскую организацию, студент осознанно приобретает навыки компьютерного моделирования и проектирования еще в процессе обучения в вузе. Компьютерные технологии позволяют освободить студента от рутинной, не добавляющей знаний, работы, например: вычерчивание рамки формата, основной и угловой надписей на чертеже и их заполнение.
Работа в графических пакетах развивает у студентов виртуальное мышление, облегчает процессы вычерчивания и исправления чертежей, развивает аналитические способности студента, позволяющие ему выбрать наиболее рациональное решение поставленной графической задачи.
Особенно увлекателен процесс трехмерного твердотельного моделирования, позволяющий создать любое изделие в объемном виде, и реализовать любой замысел, например, в графическом пакете «Autodesk inventor system», который способен осуществить интеграцию 2D-чертежей в 3D-пространство моделирования и наоборот. Следовательно, студенты, работающие в компьютерных графических пакетах объемного моделирования, приобретают навыки [4]:
• навыки создания трехмерных моделей любого изделия, узла или машины в процессе курсового и дипломного проектирования;
• навыки выполнения чертежей и оформления технической документации в полном соответствии с отечественными стандартами;
• навыки инженерного 3D-моделирования любого изделия и любой машины.
Выпускники вуза, имеющие знания, умения и навыки инженерного 2D и
3D-моделирования, безусловно, являются высококвалифицированными специалистами, отвечающими требованиям современности, способными работать творчески на любом предприятии машиностроения и быть конкурентоспособными в условиях современного рынка труда.
Таким образом, современность поставила перед отечественными вузами актуальную задачу - подготовить разносторонне образованного специалиста, обладающего достойным профессиональным образованием, в которое органично «вплетены» инновационные информационные технологии. И в настоящее время Российские вузы успешно реализуют решение этой образовательной задачи.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Малышева А.А., Невраева И.В. Компетенции молодых выпускников вузов, обеспечивающие конкурентоспособность на рынке труда.[Электронный ресурс]. Режим доступа к http://www.youwe.tom.шсвободный.
2. Новгородова Н.Г. Дидактические аспекты применения мультимедийных инновационных технологий в высшем профессиональном образовании [Текст] / Н.Г. Новгородова // Вестник Учебно-методического объединения по профессиональнопедагогическому образованию: сб. науч. ст. - Екатеринбург: ГОУ ВПО «Рос. гос. проф.-пед. ун-т», 2007. - Вып.1 (40). - С.84-87.
3. Новгородова Н.Г. Внедрение информационно-коммуникационных технологий в учебный процесс профессионально-педагогического образования [Текст]:
материалы 7 международной научно-методической конференции «Новые образовательные технологии в вузе» (8-10 февраля 2010 г.) / Н.Г. Новгородова; в 2-х ч. - Ч. 2. - Екатеринбург: ГОУ ВПО «УГТУ-УПИ имени первого Президента России Б.Н. Ельцина», 2010. - С. 363-366.
4. Новгородова Н.Г. Твердотельное трехмерное моделирование в инженерном образовании [Текст] / Н.Г. Новгородова // Проблемы электроэнергетики, информатики и образования: сб. науч. ст. - Екатеринбург: ГОУ ВПО «Рос. гос. проф. -пед. ун-т», 2009. - Вып.1. - С.228-231.
