Выбор, освоение и применение систем автоматизированного проектирования как средство формирования профессиональных графических компетенций
И.
Ю. СкобелеваБиблиографическое описание статьи для цитирования:
Скобелева
И.
Ю.,
Ширшова
И.
А. Выбор, освоение и применение систем автоматизированного проектирования как средство формирования профессиональных графических компетенций // Научно-методический электронный журнал «Концепт». –
2013. – № 9 (сентябрь). – С.
81–85. – URL:
http://e-koncept.ru/2013/13189.htm.
Аннотация. В статье рассмотрены основные компетенции, формирующие профессиональную направленность графической подготовки студентов технических вузов. Представлен опыт подготовки студентов к будущей профессиональной инженерной деятельности с использованием возможностей различных систем автоматизированного проектирования.
Ключевые слова:
профессиональная направленность, графическая подготовка студентов, профессиональные графические компетенции, выбор программного обеспечения
Текст статьи
Скобелева Ирина Юрьевна,старший преподаватель кафедры инженерной графики ФГБОУ ВПО «Нижегородский государственный технический университет им. Р. Е. Алексеева», г. Нижний Новгородskobeleva_irina@mail.ru
Ширшова Ирина Александровна,кандидат педагогических наук, доцент кафедры инженерной графики ФГБОУ ВПО «Нижегородский государственный технический университет им. Р. Е. Алексеева», г. Нижний Новгородiashirshova@rambler.ru
Выбор, освоение и применение систем автоматизированного проектирования как средство формирования профессиональных графических компетенций
Аннотация.В статье рассмотрены основные компетенции, формирующие профессиональную направленность графической подготовки студентов технических вузов. Представлен опыт подготовки студентов к будущей профессиональной инженерной деятельности с использованием возможностей различных систем автоматизированного проектирования.Ключевые слова:графическая подготовка студентов, профессиональные графические компетенции, профессиональная направленность, выбор программного обеспечения.
Перед профессиональным техническим образованием стоит сложная задача формирования профессиональной компетентности специалиста, основанной на совокупности знаний, умений и навыков, а также опыте самостоятельной деятельности и личной ответственности, которые обеспечивают наиболее полную реализацию профессиональных функций. Тенденции изменения социальноэкономической среды и стремительно развивающегося процесса информатизации требуют достаточно быстрой адаптации будущего инженера к часто меняющимся условиям, а, следовательно, повышения значимости следующих компетенций [1, 2]:–умение ориентироваться на рынке труда, менять профиль деятельности в зависимости от изменений стратегии развития предприятия или существующих технологий;–способность работать в различных структурных подразделениях предприятия, быстро адаптироваться кспецифическим требованиям рабочего места;–способность и желание постоянно учиться, готовность связывать свою карьеру с продолжением образования;–использовать возможности современной компьютерной техники и технологий;–умение самостоятельно работать с информацией, принимать решения.Данные требования к личности будущего специалиста и качеству его образования побуждают несколько переосмыслить опыт структуры профессиональной подготовки в целом и графической подготовки в частности. Полное овладение чертежом каксредством выражения мысли конструктора и как производственным документом осуществляется на протяжении всего процесса обучения в техническом высшем учебном заведении. Однако фундамент инженернографической подготовки закладывается при изучении таких дисциплин, как начертательная геометрия, инженерная и компьютерная графика, на базе которых будущий специалист сможет успешно изучать другие конструкторнотехнологические и специальные дисциплины.Рассмотрим основные обобщенные компетенции, которые, на наш взгляд, формируют профессиональную направленность графической подготовки студентов в процессе изучения инженерной компьютерной графики в техническомвысшем учебном заведении. Согласно ФГОС студент в результате обучения должен обладать следующими компетенциями:–способностью и готовностью применять методы графического представления объектов;–способностью в составе коллектива участвовать в разработке проектной и рабочей технической документации новых или модернизируемых технических объектов, оформлении законченных проектноконструкторских работ в соответствии со стандартами, техническими условиями и другими нормативными документами в области профессиональной деятельности;–готовностью к самостоятельной, индивидуальной работе, принятию и обоснованию технических решений в рамках своей профессиональной компетенции;–способностью и готовностью использовать информационные технологии, в том числе современные средства компьютерной графики в своей предметной области;–способностью приобретения с большой степенью самостоятельности новых знаний с использованием современных образовательных и информационных технологий;–способностью проектировать и обеспечивать моделирование технических объектов с использованием стандартных средств автоматизациипроектирования в соответствии с техническим заданием в своей предметной области.В Нижегородском государственном техническом университете им. Р.Е. Алексеева и его филиалах дисциплину «Инженерная компьютерная графика» студенты изучают на базе программногопродукта AutoCADкомпанииAutodesk. При изучении дисциплины выполняется лабораторный практикум, основная функция которого –практическое освоение студентами научнотеоретических положений изучаемого курса в процессе решения учебноисследовательских, экспериментальных и практических задач, формирование и развитие графических умений и навыков, реализация профессиональной направленности.Итогом изучения дисциплины является выполнение курсовой работы по теме «Чтение, деталирование и моделирование чертежа общего вида», когда уже сформированы необходимые умения как в традиционной, т.е. ручной, так и компьютерной технологии и студенты переходят к овладению приемами решения более сложных инженерных задач, составляющих основу проектноконструкторской деятельности.Как показывает практика, уровень аппаратного и программного обеспечения технических вузов достаточно высок, но потенциал информационнокоммуникационных технологий как средства повышения качества подготовки специалиста в образовательной практике используется недостаточно; ключевая для обучения и самообразования информационная компетенция студентов формируется слабо и не играет определяющей роли в становлении профессиональной компетентности студентов технического вуза [3]. Следовательно, одним из наиболее актуальных вопросов является разработка методологических основ теории и практики применения информационных образовательных ресурсов как фактора эффективного формирования профессиональных компетенций [4].Поэтому в рамках выполнения курсовой работы по инженерной компьютерной графике студентам автомобильного института и факультета автоматики и электромеханики было предложено использовать наряду с AutoCADдополнительное программное обеспечение. К рассмотрению были представлены версии известных пакетов, предназначенные для проектирования, конструирования, моделирования, визуализации, создания технической документации в самых разных областях производства: Mechanical Desktop, MechaniCS, Inventor, 3D Studio Max, SolidWorks, T–FLEX CAD, CATIA, Компас и др. После самостоятельного сравнительного анализа студентами было выбрано дополнительное программное обеспечение: в основном студенты остановили свой выбор на программах Inventor и 3dsMaxкомпании Autodesk. Причем выбор обосновывался, как правило, двумя основными причинами:–данные программные продукты были уже знакомы студентам;–возможностью свободного доступа к учебному лицензионному бесплатному программному обеспечению, предоставляемому разработчиком.Варианты использования выбранных программ не регламентировались. В процессе работы студенты самостоятельно освоили выбранные программные продукты. Причем средства информатизации рассматривались, вопервых, как объект изучения, вовторых, как специфический инструмент инженерного познания, используемый в процессе обучения, и, наконец, как средство, с помощью которого производилось обучение. Как показала практика, данная работа потребовала более высокого уровня самостоятельности, умения сравнивать, как одна и та же задача решается в разных системах проектирования. Студенты научились перерабатывать и систематизировать знания, обобщать их и делать собственные выводы, приобретая, таким образом, первоначальные навыки исследовательской и профессиональной деятельности. Таким образом, можно сделать вывод о том, что педагогически целесообразное использование нескольких систем автоматизированного проектирования обеспечило:–предоставление студентам больше инструментальных возможностей исследования, конструирования, моделирования;–индивидуализацию и дифференциацию процесса обучения;–повышение мотивации обучения;–расширение и углубление изучаемой профессиональной области знаний;–расширение сферы самостоятельной профессионально–ориентированной деятельности студентов.В результате данного эксперимента были получены следующие варианты выполнения курсовых работ: для создания модели использовали чаще AutoCAD, реже –Inventor, для визуализации использовали чаще 3ds Max, реже –Inventor, для создания анимационного ролика использовали чаще 3ds Max, реже –Inventor, для создания документации, как правило, использовали AutoCAD. Результаты некоторых работ приведены на рис. 1, 2.Студенты, принявшие участие в данном эксперименте, отметили, что знания, умения и опыт, приобретенные при изучении инженерной компьютерной графики, в дальнейшем могут быть использованы при освоении других программных продуктов в курсе обучения общетехническим и специальным техническим дисциплинам, при выполнении курсовых и дипломных проектов. Также они выразили желание и готовность освоить и другие программыавтоматизированного проектирования, необходимые для использования в области профессиональной деятельности.В рамках подготовки студенческой научнопрактической конференции НГТУ им. Р.Е. Алексеева по графическим дисциплинам [5] перед студентами была поставлена более серьезная задача. Студентам института ядерной энергетики и технической физики было предложено создать произвольную техническую конструкцию с достаточной степеньюдостоверности. По предложению студентов была выбрана модель робота, предназначенного для сбора нефти с поверхности воды. Прежде чем приступить к работе, студенты получили возможность самостоятельно определить критерии выбора программного обеспечения в зависимости от поставленной перед ними конструкторской задачи. По результатам данного этапа была составлена сравнительная таблица возможностей использованного программного обеспечения (табл. 1).
Рис. 1. Сборочная единица «Ролик поддерживающий» в системе AutoCAD
Рис. 2. Сборочнаяединица «Ролик поддерживающий» в системе 3ds Max
После самостоятельно проведенного сравнительного анализа и обоснования выбора программного обеспечения студенты были разделены на конструкторские бюро, целью которых являлась разработка конструкции робота в разных системах автоматического проектирования: AutoCAD, Inventor, 3dsMax, КОМПАС иSmartPlant3D. В процессе работы студенты не только самостоятельно освоили данные программные продукты, но и решили некоторые конструкторские задачи, не предусмотренные классическим курсом инженерной компьютерной графики, например, разработали конструкцию привода транспортера и гребного винта.
Таблица 1
Сравнительная таблица возможностей используемых программных продуктов
Программный продуктДостоинстваНедостаткиAutoCADкомпанияAutodesk–полный набор инструментов для эффективного проектирования и создания документации;–мощные инструменты моделирования;–большие возможности визуализации объектов и достаточно реалистичное изображение;–легкий импорт и экспорт–отсутствие проводника операций;–отсутствие возможностей для создания анимационных роликовInventorкомпанияAutodesk–большая база международных стандартов;–большая библиотека стандартных изделий и материалов;–полный набор инструментов для эффективного проектирования и создания документации в любой отрасли промышленности;–широкие возможности моделирования, анимации и рендеринга;–удобные средства моделирования движения и расчета напряжений и динамических нагрузок;–большие возможности редактирования в любой стадии разработки изделия–невозможность редактирования трехмерных твердотельных моделей, экспортированных из AutoCAD3dsMaxкомпанияAutodesk–мощные средства моделирования, анимации и рендеринга;–легкий импорт моделей из других программ–невозможность создания точного 3D–прототипа изделия;–возможность использования в машиностроении только для визуализацииКОМПАСОАО «АСКОН»–простой и высокоэффективный чертежно–конструкторский редактор;–готовые библиотеки для различных областей применения;–поддержка российских стандартов;–наличие встроенного обучения;–автоматическое получение чертежа по модели–недостаточные возможности для создания реалистичного изображения;–проблемы с импортированием трехмерных моделей из других программSmartPlant 3Dкомпания Intergraph–простота использования;–автоматизированное генерирование изометрических и ортогональных чертежей из созданных трехмерных моделей;–возможности вывода готовых чертежей в AutoCAD;–возможности сетевого использования–ограниченная сфера применения (нефтегазовая, атомная промышленность, тепло–и электроэнергетика)–сложности в создании реалистичного изображения
При выполнении поставленной задачи студентам необходимо было осуществить:
Ширшова Ирина Александровна,кандидат педагогических наук, доцент кафедры инженерной графики ФГБОУ ВПО «Нижегородский государственный технический университет им. Р. Е. Алексеева», г. Нижний Новгородiashirshova@rambler.ru
Выбор, освоение и применение систем автоматизированного проектирования как средство формирования профессиональных графических компетенций
Аннотация.В статье рассмотрены основные компетенции, формирующие профессиональную направленность графической подготовки студентов технических вузов. Представлен опыт подготовки студентов к будущей профессиональной инженерной деятельности с использованием возможностей различных систем автоматизированного проектирования.Ключевые слова:графическая подготовка студентов, профессиональные графические компетенции, профессиональная направленность, выбор программного обеспечения.
Перед профессиональным техническим образованием стоит сложная задача формирования профессиональной компетентности специалиста, основанной на совокупности знаний, умений и навыков, а также опыте самостоятельной деятельности и личной ответственности, которые обеспечивают наиболее полную реализацию профессиональных функций. Тенденции изменения социальноэкономической среды и стремительно развивающегося процесса информатизации требуют достаточно быстрой адаптации будущего инженера к часто меняющимся условиям, а, следовательно, повышения значимости следующих компетенций [1, 2]:–умение ориентироваться на рынке труда, менять профиль деятельности в зависимости от изменений стратегии развития предприятия или существующих технологий;–способность работать в различных структурных подразделениях предприятия, быстро адаптироваться кспецифическим требованиям рабочего места;–способность и желание постоянно учиться, готовность связывать свою карьеру с продолжением образования;–использовать возможности современной компьютерной техники и технологий;–умение самостоятельно работать с информацией, принимать решения.Данные требования к личности будущего специалиста и качеству его образования побуждают несколько переосмыслить опыт структуры профессиональной подготовки в целом и графической подготовки в частности. Полное овладение чертежом каксредством выражения мысли конструктора и как производственным документом осуществляется на протяжении всего процесса обучения в техническом высшем учебном заведении. Однако фундамент инженернографической подготовки закладывается при изучении таких дисциплин, как начертательная геометрия, инженерная и компьютерная графика, на базе которых будущий специалист сможет успешно изучать другие конструкторнотехнологические и специальные дисциплины.Рассмотрим основные обобщенные компетенции, которые, на наш взгляд, формируют профессиональную направленность графической подготовки студентов в процессе изучения инженерной компьютерной графики в техническомвысшем учебном заведении. Согласно ФГОС студент в результате обучения должен обладать следующими компетенциями:–способностью и готовностью применять методы графического представления объектов;–способностью в составе коллектива участвовать в разработке проектной и рабочей технической документации новых или модернизируемых технических объектов, оформлении законченных проектноконструкторских работ в соответствии со стандартами, техническими условиями и другими нормативными документами в области профессиональной деятельности;–готовностью к самостоятельной, индивидуальной работе, принятию и обоснованию технических решений в рамках своей профессиональной компетенции;–способностью и готовностью использовать информационные технологии, в том числе современные средства компьютерной графики в своей предметной области;–способностью приобретения с большой степенью самостоятельности новых знаний с использованием современных образовательных и информационных технологий;–способностью проектировать и обеспечивать моделирование технических объектов с использованием стандартных средств автоматизациипроектирования в соответствии с техническим заданием в своей предметной области.В Нижегородском государственном техническом университете им. Р.Е. Алексеева и его филиалах дисциплину «Инженерная компьютерная графика» студенты изучают на базе программногопродукта AutoCADкомпанииAutodesk. При изучении дисциплины выполняется лабораторный практикум, основная функция которого –практическое освоение студентами научнотеоретических положений изучаемого курса в процессе решения учебноисследовательских, экспериментальных и практических задач, формирование и развитие графических умений и навыков, реализация профессиональной направленности.Итогом изучения дисциплины является выполнение курсовой работы по теме «Чтение, деталирование и моделирование чертежа общего вида», когда уже сформированы необходимые умения как в традиционной, т.е. ручной, так и компьютерной технологии и студенты переходят к овладению приемами решения более сложных инженерных задач, составляющих основу проектноконструкторской деятельности.Как показывает практика, уровень аппаратного и программного обеспечения технических вузов достаточно высок, но потенциал информационнокоммуникационных технологий как средства повышения качества подготовки специалиста в образовательной практике используется недостаточно; ключевая для обучения и самообразования информационная компетенция студентов формируется слабо и не играет определяющей роли в становлении профессиональной компетентности студентов технического вуза [3]. Следовательно, одним из наиболее актуальных вопросов является разработка методологических основ теории и практики применения информационных образовательных ресурсов как фактора эффективного формирования профессиональных компетенций [4].Поэтому в рамках выполнения курсовой работы по инженерной компьютерной графике студентам автомобильного института и факультета автоматики и электромеханики было предложено использовать наряду с AutoCADдополнительное программное обеспечение. К рассмотрению были представлены версии известных пакетов, предназначенные для проектирования, конструирования, моделирования, визуализации, создания технической документации в самых разных областях производства: Mechanical Desktop, MechaniCS, Inventor, 3D Studio Max, SolidWorks, T–FLEX CAD, CATIA, Компас и др. После самостоятельного сравнительного анализа студентами было выбрано дополнительное программное обеспечение: в основном студенты остановили свой выбор на программах Inventor и 3dsMaxкомпании Autodesk. Причем выбор обосновывался, как правило, двумя основными причинами:–данные программные продукты были уже знакомы студентам;–возможностью свободного доступа к учебному лицензионному бесплатному программному обеспечению, предоставляемому разработчиком.Варианты использования выбранных программ не регламентировались. В процессе работы студенты самостоятельно освоили выбранные программные продукты. Причем средства информатизации рассматривались, вопервых, как объект изучения, вовторых, как специфический инструмент инженерного познания, используемый в процессе обучения, и, наконец, как средство, с помощью которого производилось обучение. Как показала практика, данная работа потребовала более высокого уровня самостоятельности, умения сравнивать, как одна и та же задача решается в разных системах проектирования. Студенты научились перерабатывать и систематизировать знания, обобщать их и делать собственные выводы, приобретая, таким образом, первоначальные навыки исследовательской и профессиональной деятельности. Таким образом, можно сделать вывод о том, что педагогически целесообразное использование нескольких систем автоматизированного проектирования обеспечило:–предоставление студентам больше инструментальных возможностей исследования, конструирования, моделирования;–индивидуализацию и дифференциацию процесса обучения;–повышение мотивации обучения;–расширение и углубление изучаемой профессиональной области знаний;–расширение сферы самостоятельной профессионально–ориентированной деятельности студентов.В результате данного эксперимента были получены следующие варианты выполнения курсовых работ: для создания модели использовали чаще AutoCAD, реже –Inventor, для визуализации использовали чаще 3ds Max, реже –Inventor, для создания анимационного ролика использовали чаще 3ds Max, реже –Inventor, для создания документации, как правило, использовали AutoCAD. Результаты некоторых работ приведены на рис. 1, 2.Студенты, принявшие участие в данном эксперименте, отметили, что знания, умения и опыт, приобретенные при изучении инженерной компьютерной графики, в дальнейшем могут быть использованы при освоении других программных продуктов в курсе обучения общетехническим и специальным техническим дисциплинам, при выполнении курсовых и дипломных проектов. Также они выразили желание и готовность освоить и другие программыавтоматизированного проектирования, необходимые для использования в области профессиональной деятельности.В рамках подготовки студенческой научнопрактической конференции НГТУ им. Р.Е. Алексеева по графическим дисциплинам [5] перед студентами была поставлена более серьезная задача. Студентам института ядерной энергетики и технической физики было предложено создать произвольную техническую конструкцию с достаточной степеньюдостоверности. По предложению студентов была выбрана модель робота, предназначенного для сбора нефти с поверхности воды. Прежде чем приступить к работе, студенты получили возможность самостоятельно определить критерии выбора программного обеспечения в зависимости от поставленной перед ними конструкторской задачи. По результатам данного этапа была составлена сравнительная таблица возможностей использованного программного обеспечения (табл. 1).
Рис. 1. Сборочная единица «Ролик поддерживающий» в системе AutoCAD
Рис. 2. Сборочнаяединица «Ролик поддерживающий» в системе 3ds Max
После самостоятельно проведенного сравнительного анализа и обоснования выбора программного обеспечения студенты были разделены на конструкторские бюро, целью которых являлась разработка конструкции робота в разных системах автоматического проектирования: AutoCAD, Inventor, 3dsMax, КОМПАС иSmartPlant3D. В процессе работы студенты не только самостоятельно освоили данные программные продукты, но и решили некоторые конструкторские задачи, не предусмотренные классическим курсом инженерной компьютерной графики, например, разработали конструкцию привода транспортера и гребного винта.
Таблица 1
Сравнительная таблица возможностей используемых программных продуктов
Программный продуктДостоинстваНедостаткиAutoCADкомпанияAutodesk–полный набор инструментов для эффективного проектирования и создания документации;–мощные инструменты моделирования;–большие возможности визуализации объектов и достаточно реалистичное изображение;–легкий импорт и экспорт–отсутствие проводника операций;–отсутствие возможностей для создания анимационных роликовInventorкомпанияAutodesk–большая база международных стандартов;–большая библиотека стандартных изделий и материалов;–полный набор инструментов для эффективного проектирования и создания документации в любой отрасли промышленности;–широкие возможности моделирования, анимации и рендеринга;–удобные средства моделирования движения и расчета напряжений и динамических нагрузок;–большие возможности редактирования в любой стадии разработки изделия–невозможность редактирования трехмерных твердотельных моделей, экспортированных из AutoCAD3dsMaxкомпанияAutodesk–мощные средства моделирования, анимации и рендеринга;–легкий импорт моделей из других программ–невозможность создания точного 3D–прототипа изделия;–возможность использования в машиностроении только для визуализацииКОМПАСОАО «АСКОН»–простой и высокоэффективный чертежно–конструкторский редактор;–готовые библиотеки для различных областей применения;–поддержка российских стандартов;–наличие встроенного обучения;–автоматическое получение чертежа по модели–недостаточные возможности для создания реалистичного изображения;–проблемы с импортированием трехмерных моделей из других программSmartPlant 3Dкомпания Intergraph–простота использования;–автоматизированное генерирование изометрических и ортогональных чертежей из созданных трехмерных моделей;–возможности вывода готовых чертежей в AutoCAD;–возможности сетевого использования–ограниченная сфера применения (нефтегазовая, атомная промышленность, тепло–и электроэнергетика)–сложности в создании реалистичного изображения
При выполнении поставленной задачи студентам необходимо было осуществить:
