Irina ShirshovaСовременный этап развития общества предъявляет новые требования к организации учебного процесса в техническом высшем учебном заведении. Эта организация должна соответствовать запросам общества и государства, потребностям развития инновационной технологии и осуществляться с использованием структурной модернизации. В идею модернизации заложены следующие принципы: приоритетность образования, его непрерывность, систематическое обновление, вариативность содержания, разнообразие и гибкость учебных программ, их соответствие потребностям развития общества и конкурентоспособность по уровню получаемых знаний [1]. Развитие учебного процесса и повышение его качества может достигаться разработкой новых образовательных программ с использованием интенсивных методик обучения и с практическим применением знаний; обеспечением более тесной связи образования и науки; компьютеризации и информатизации образования; реальным переходом на сопоставимую с мировой систему показателей качества и стандартов образования.
Решение данной задачи и должно определять содержание учебной работы по графическим дисциплинам в технических вузах. При этом также должна обеспечиваться непрерывность графического образования и преемственность знаний при переходе к профилирующим по специальности учебным дисциплинам.
Для получения чертежа необходимо выполнение следующих условий [2]:
- развитое пространственное воображение, необходимое для инженерного творчества в целях создания виртуальной модели детали, изделия, системы или иного объекта;
- техническая эрудиция; знание правил оформления конструкторской документации; специальная информационная подготовка по использованию средств вычислительной техники.
В современных условиях необходим активный поиск гармоничного сочетания фундаментальных положений классической инженерной графики с принципами и технологиями компьютерной графики в целом и трехмерного электронного геометрического моделирования в частности [3]. Включение 3D-технологий в учебный процесс позволит повысить интерес к графической деятельности, более эффективно, в короткие сроки сформировать геометро-графические умения, перенести основной акцент на содержание и увеличение творческих компонентов учебной познавательно-творческой деятельности, на развитие графической, технологической и информационной культуры [4].
Дисциплина «Инженерная графика» основана на методах построения и исследования геометрических моделей и их графическом отображении. Курс является сложным для восприятия многих студентов – не все могут увидеть объемное в плоском.
Основными трудностями, препятствующими формированию геометро-графических умений в изучении дисциплины «Инженерная графика», являются [5]:
- неумение мысленно произвести необходимое пространственное переориентирование графического двумерного изображения; перекодирование его в трехмерное;
- выполнение с ним необходимых преобразований; перевести его обратно в двумерное;
- отображение результата мыслительных действий в виде чертежа, выполненного в соответствии с требованиями системы ЕСКД.
Поэтому на ранних стадиях изучения компьютерной графики, когда обучающимся трудно «прочитать» форму детали, представленной чертежом в «ручном» варианте, большим преимуществом является представление на экране компьютера его динамического трехмерного изображения. В этом случае 3D-модели будут служить как наглядной опорой, так и специальным предметом изучения, то есть выполнять функции натуральной модели и условного графического изображения. Это позволит, на наш взгляд, облегчить выполнение операций представления и оперирования образами объектов, что является необходимым условием развития пространственного представления и пространственного мышления [6].
К тому же на сегодняшний день отменен учебный предмет «Черчение» практически во всех средних школах (особенно периферийных), и, следовательно, студенты-первокурсники, выпускники этих школ, не подготовлены к восприятию курса инженерной графики с учетом предъявляемых требований Федерального государственного образовательного стандарта 3-го поколения к профессиональной компетентности будущих специалистов.
Здесь же нужно учитывать ограниченное число аудиторных часов в учебных планах, которые отводятся на изучение дисциплины «Инженерная графика» во многих технических вузах. Следовательно, особое внимание следует обратить на содержание практических занятий: детализацию тех или иных вопросов, рассмотрение частных случаев и вариантов построений, конструирование геометрических объектов; нужны систематические упражнения с использованием индивидуальных занятий; заслуживает внимания отказ от лекций в потоке и организация в рамках отведенных лекционных часов дополнительных практических и лабораторных занятий в группах, эффективность которых выше.
В процессе обучения студенту сложно понять алгоритм решения графической задачи без пространственного визуального образа рассматриваемых геометрических объектов. Безусловно, эти проблемы связаны с уровнем развития пространственного мышления. В связи с этим возможно и необходимо включить в курс, обучающий инженерному делу, вопросы, отражающие современные компьютерные технологии проектирования и другие аспекты, связанные с геометрическим моделированием, например, делая акцент на инженерные способы проектирования технических поверхностей [7]. Это даст возможность студентам научиться устанавливать ассоциативные связи между визуальными образными данными и их проекциями, понять смысл и назначение проекций. Также на практических занятиях компьютерные технологии можно использовать, например, для демонстрации возможных вариантов решения при варьировании исходных данных.
Из вышесказанного следует, что актуальными являются разработка и внедрение нового теоретического курса по графическим дисциплинам, который должен отражать современные тенденции развития в направлении компьютерного геометрического моделирования, что позволит вооружить студентов новыми методами решения графических задач и существенно повысить их конкурентоспособность на рынке труда [8].
Использование возможностей вычислительной техники как средства формирования специальных знаний, умений и навыков в дополнение к традиционным средствам предметной подготовки, развитие и внедрение компьютерных технологий проектирования – таков новый взгляд на роль инженерной графики как основы формирования теоретической базы инженерного мышления, то есть изменяется привычная идеология конструкторских работ. На смену традиционным методам проектирования приходит полноценное трехмерное моделирование, что, с одной стороны, открывает новые возможности по использованию графики в процессе конструирования, а с другой стороны, предъявляет конструктору повышенные требования к его «геометрическому» интеллекту. 3D-технологии инженерного проектирования предполагают получение чертежа на заключительной стадии проектирования после создания пространственной модели и сохраняют за конструктором задачи определения оптимального содержания чертежа.
В качестве примера рассмотрим сборочную единицу вакуум-насоса (рис. 1). Дадим визуальное представление деталей, составляющих эту сборочную единицу (деталь «Корпус», см. рис. 2, и деталь «Крышка насоса», см. рис. 3). Задача состоит в выполнении учебного рабочего чертежа детали «Крышка насоса» по ее трехмерному изображению (см. рис. 3), который представлен на рис. 4.
Рис. 1. Трехмерная модель сборочной единицы «Вакуум-насос» с вырезом ¼
Рис. 2. Трехмерная модель детали «Корпус»
Рис. 3. Трехмерная модель детали «Крышка насоса»
Содержание чертежа изделия определяется по алгоритму, который состоит из последовательности решения следующих задач: оптимальный выбор необходимых изображений, их построение, компоновка и оформление. Оптимальный выбор необходимых изображений выполняется в соответствии с положениями государственных стандартов. Каждый тип изображения обоснован его назначением и условиями применения. Изображения должны с наибольшей выразительностью и в удобном масштабе передавать формы наружных и внутренних поверхностей детали. При построении необходимых видов, разрезов, сечений и выносных элементов используются задачи начертательной геометрии: построение изображений поверхностей, линии пересечения поверхностей, преобразования комплексного чертежа, которые осуществляются в автоматизированном режиме в 3D-моделировании. Для компоновки изображений используются геометрические преобразования: средства переноса, поворота, масштабирования.
Рис. 4. Рабочий чертеж детали «Крышка насоса»
Рабочий чертеж детали, независимо от ее конструктивного и технологического вида, должен удовлетворять общим требованиям, установленным стандартами ЕСКД, и соответствующим образом оформлен. Основное внимание при выполнении рабочих чертежей деталей следует обратить на увязку формы, размеров и шероховатости поверхностей сопряженных деталей и на разработку конструктивных и технологических элементов деталей [9, 10]. Поскольку при определении оптимального содержания чертежа особенно четко прослеживается взаимосвязь между традиционными графическими науками, а также их современными представительницами: компьютерной графикой и геометрическим моделированием, то переход на 3D-технологии проектирования не должен идти в ущерб знанию фундаментальных наук, формирующих творческого специалиста. Студентам необходимо в первую очередь научиться читать чертежи деталей и сборочных единиц, выполнять графические работы, чертежи и схемы с помощью чертежных инструментов и без них (особое внимание следует уделять техническому рисунку и эскизам). Важным принципом графической подготовки является разумное сочетание традиционных и компьютерных технологий.
Возможности компьютерных технологий должны не только связать теорию с практикой, автоматизировать некоторые виды механической, рутинной работы на занятиях по начертательной геометрии и инженерной графике, но и способствовать познавательной и творческой активности обучающихся, содействовать наиболее полной реализации интеллектуального потенциала студентов, дать им возможность современными средствами ярко и полно отобразить возникающие замыслы. Компьютерные технологии обучения должны органически вписаться в традиционные методы приобретения знаний с целью повышения эффективности процесса обучения.
Обобщая сказанное, можно сделать вывод о том, что применение такого подхода в учебном процессе геометро-графических дисциплин позволит решить, на наш взгляд, следующие задачи:
- сократить время выполнения графических работ, тем более что затраты времени на создание моделей в дальнейшем компенсируются их более быстрой корректировкой;
- установить ассоциативные связи между визуальными образными данными и их проекциями (особенно актуально при небольшом количестве часов на изучение дисциплин графического цикла);
- качественно строить модели проектируемых технических объектов и создавать соответствующую им проектную и рабочую техническую документацию, пригодные для использования на всех этапах жизненного цикла изделия.
Обучаясь с использованием программных продуктов, поддерживающих модельный подход в проектировании, студенты выполняют предусмотренные в рамках дисциплины графические работы качественно и с существенной экономией времени, получают навыки работы с программным продуктом, обеспечивающим решение профессиональных задач, знакомятся с будущей профессией. Учебное время дисциплины направлено на изучение необходимого теоретического материала, моделирование сложных поверхностей, изделий, научную работу студента. В дальнейшем студенты имеют возможность выполнять курсовые, выпускную и дипломную работы осознанно и в соответствии с требованиями производства, получают преимущества при прохождении производственной практики и трудоустройстве по выбранной специальности.