Применение информационных технологий в графических дисциплинах технического университета

В настоящее время в высшем техническом профессиональном образовании успешно развивается инновационная стратегия комплексной информатизации графической подготовки, разработанная Научно-методическим советом по начертательной геометрии и инженерной графике Минобрнауки РФ [8]. В стратегии, в свете перехода на федеральные образовательные стандарты третьего поколения (ФГОС), выделяется компетентно стный подход к подготовке студентов технических университетов. Особенность такого подхода заключается в необходимости обеспечения требований информационной поддержки жизненного цикла изделий (PLM-технологий).

Главной чертой современной графической подготовки является 3D-модели-рование. Оно значительно повышает производительность и качество моделирования, его вариативность и наглядность. На всех стадиях жизненного цикла изделий присутствуют информационные модели, в число которых входят 3D геометрические модели. Современное производство предполагает, что над созданием нового изделия могут одновременно работать дизайнеры, инженеры, экономисты и т. д. В этой связи основополагающей становится трехмерная геометрическая модель — математическое описание структуры изделия и геометрических характеристик его элементов. Электронным воплощением геометрической модели служит электронная модель. По существу, электронная модель представляет собой набор данных, однозначно определяющих форму, структуру и размеры изделия. Электронная модель может быть каркасной, поверхностной или твердотельной. При необходимости 3D-модель преобразовывается в 2D-мо-дель, т. е. чертеж изделия. Именно электронная модель играет роль первоисточника для всех этапов жизненного цикла изделия, хранится в базе данных проекта и обеспечивает решение инженерных задач при проектировании, производстве, эксплуатации и утилизации.

Для реализации предлагаемой стратегии графической подготовки в курс графических дисциплин технического университета должны входить следующие дисциплины [10]:

• —    фундаментальная — «Начертательная геометрия» («Теория геометрического моделирования»);

• —    прикладная — «Инженерная графика»;

— технологическая — «Компьютерная графика».

Начертательная геометрия является наукой о построении конструктивных моделей пространств, т. е. таких моделей, в которых, в отличие от аналитических моделей, элементы пространства отображаются графическими образами [3]. Основная задача науки — разработка теории, методики, алгоритмов построе-

ния геометрических моделей объектов, явлений, технологических процессов, или, другими словами, создание теории геометрического моделирования. В начертательной геометрии моделирование объекта решается прямой задачей: по данному объекту и аппарату проецирования получить модель. Конструирование объекта решается обратной задачей: по данной модели и аппарату проецирования сконструировать объект. Наличие конструктивной взаимосвязи объектов и моделей дает возможность изучать свойства оригиналов по их моделям. Современная начертательная геометрия с ядром — теорией геометрического моделирования — позволяет упорядочить имеющиеся методы изображений и осуществить направленный поиск моделей с заранее заданными свойствами для тех или иных областей приложений.

Университетский курс начертательной геометрии включает в себя лекции и практические занятия. Так как «Начертательная геометрия» является одной из основополагающих дисциплин цикла общепрофессиональных дисциплин, на лекции возможно объединение учебных групп в потоки.

Студенты I курса не готовы сразу приступить к изучению компьютерной графики, поскольку еще не имеют достаточных знаний по формообразованию, по оформлению изображений. Основная задача учебной дисциплины «Инженерная графика» — построение и оформление изображений в соответствии с ГОСТами, а также создание технической документации. В дисциплину входит деловая графика — построение диаграмм, графиков, схем и таблиц.

Выпускник технического университета должен быть всесторонне графически грамотным. Одним из средств, повышающих графическую культуру, выступает технический рисунок. Целью преподавания соответствующей дисциплины является получение студентами знаний, приемов и правил выполнения объемных изображений с натуры и по ортогональному чертежу. Задачи рисунка сводятся к тому, чтобы развить у студентов про странственное восприятие формы, чувство пропорций и красоты. Курс технического рисунка как составная часть инженерной графики систематизирует материал по выбору метода наглядного изображения, знакомит с вопросами цвета, отмывки и штриховки, дает краткие сведения по построению светотени и падающих теней.

Программой дисциплины «Технический рисунок» предусмотрены лекции, содержащие теоретический материал, а также практические занятия, в том числе в рисовальных классах, с выполнением графических заданий.

Содержание учебной дисциплины «Компьютерная графика» составляют стандарты по созданию электронных конструкторских и технологических документов, терминология, классификация и структура модели. Основная задача дисциплины — построение 3D геометрических моделей и оформление технической документации в системах автоматизированного проектирования (САПР).

Анализ способов создания твердотельных моделей в современных САПР, таких как КОМПАС, AutoCAD, Inventor, Solid Works, Tflex, CATIA и др., позволяет говорить о возможности создания единого алгоритма твердотельного моделирования в зависимости от геометрии детали. С этим алгоритмом необходимо знакомить студентов уже на младших курсах.

Обучение в инструментальной среде организовано в виде аудиторных занятий в компьютерных классах. Каждый студент обеспечивается учебным пособием, комплектом домашних заданий и лицензионной копией пакета среднего САПР. Благодаря этому студенты могут самостоятельно прорабатывать материал, полученный на аудиторных занятиях, а на последующих занятиях разбирать возникшие вопросы.

Сквозная информационная подготовка студентов технического университета предполагает использование определенной САПР [7]. При выборе системы автоматизированного проектирования необходимо учитывать следующее:

• —    перспективность и инновационность используемых информационных технологий;

• —    конкурентоспособность на мировом и отечественном рынках;

• —    распространенность на мировом и отечественном рынках;

• —    адаптируемость к отечественным нормативным документам (ГОСТам, СНИПам и др.);

• —    наличие разветвленной дилерской, системной и учебной сети по стране и в мире;

• —    ценовую политику компании-разработчика;

— задачи, стоящие перед будущими выпускниками — бакалаврами, специалистами и магистрами в области техники и технологий, — обусловленные их профессиональными компетенциями.

С учетом указанных требований, а также интересов работодателей для студентов факультета «Машиностроительные технологии» МГТУ им. Н. Э. Баумана в качестве базовой САПР был выбран Autodesk Inventor . Между компанией Аутодеск Гмбх и МГТУ им. Н. Э. Баумана в июле 2008 г. подписаны «Меморандум о взаимопонимании» и дополнительные соглашения, которые решили вопрос об официальном использовании программных продуктов компании в учебном процессе.

Использование компьютерных технологий дает возможность интенсифицировать учебный процесс за счет повышения интереса к обучению и активного освоения учащимися разделов дисциплины. Студентам оно позволяет использовать полученные знания и навыки при выполнении графических задач как на младших курсах, так и на старших в индивидуальных образовательных траекториях.

Еще один аспект использования информационных технологий в учебном процессе — информационное, методическое и организационное сопровождение. Так, преподавателями кафедры инженерной графики разработаны учебнометодические комплексы дисциплин [5], создан электронный конспект лекций по начертательной геометрии [9], электронные модели геометрических тел дополняют коллекцию деталей кафедры [6], типовые задания выложены на сайте кафедры, успеваемость студентов фиксируется в системе «Электронный университет» [4].

В таких условиях геометро-графические дисциплины наряду с выполнением своих непосредственных образовательных функций выступают в качестве теоретической основы для изучения общепрофессиональных и специальных дисциплин.

Выполнение требований ФГОС — переход на компетентностную парадигму, на многоуровневую подготовку, использование информационно-коммуникационных технологий в учебном процессе — с соблюдением указанных общепедагогических принципов целостного педагогического процесса должно обеспечить повышение качества образования даже при сокращении учебных часов (по крайней мере, аудиторных) по общеинженерным дисциплинам.

Главная цель модернизации графической подготовки заключается в существенном росте качества обучения без увеличения количества учебных часов. Поскольку графическая подготовка является начальной и базовой, ее основная задача — создание информационно-графической основы для внедрения методов PLM в общетехнические и специальные дисциплины на всех этапах обучения, включая курсовое и дипломное проектирование.

В соответствии с ФГОС результатами обучения являются усвоенные компетенции, в первую очередь профессиональные. При этом под компетенцией понимается способность применять знания, умения и личностные качества для успешной деятельности в определенной области. Отсюда вытекает требование к общепрофессиональной компетентности по геометро-графической подготовке — значительно расширить объем моделирования, приблизить его к реальным задачам комплексной информатизации [1; 2].

список

ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

• 1.    Алиева, Н. П. Построение моделей и создание чертежей деталей в системе Autodesk Inventor / Н. П. Алиева, П. А. Журбенко, Л. С. Сенченко-ва. — Москва : ДМК Пресс, 2011. — 142 с.

• 2.    Гузненков, В. Н. Autodesk Inventor 2013. Трехмерное моделирование деталей и создание чертежей : учебное пособие / В. Н. Гузненков, П. А. Журбенко. — Москва : ДМК Пресс, 2012. — 120 с.

• 3.    Джапаридзе, И. С. Начертательная геометрия в свете геометрического моделирования / И. С. Джапаридзе. — Тбилиси : Ганатлеба, 1983. — 208 с.

• 4.    Информационная управляющая система МГТУ им. Н. Э. Баумана «Электронный университет» : концепция и реализация / Т. И. Агеева и др. ; [под ред. И. Б. Федорова, В. М. Черненького]. — Москва : Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2009. — 376 с.

• 5.    Информационные технологии в инженерном образовании / под ред. С. В. Коршунова, В. Н. Гу-зненкова. — Москва : Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2007. — 432 с.

• 6.    Коллекция виртуальных моделей геометрических фигур и технических форм [Электронный ресурс] : электронное учебное пособие : регистрационное свидетельство № 8296 от 25 июля 2006 г. / П. Н. Васильева [и др.]. — Федеральный депозитарий электронных изданий, ФГУП НТЦ «Информрегистр» Федерального агентства по

  информационным технологиям Министерства информационных технологий и связи РФ. — 1 электрон. опт. диск (CD-ROM). - № гос. регистрации 0320601000.

• 7.    Наумкин, Н. И. Принцип выделения информационных содержательных линий в дисциплинах инженерных специальностей вузов / Н. И. Наумкин, Г. И. Шабанов // Интеграция образования. — 2005. — № 4. — С. 132—135.

• 8.    Научно-методические проблемы графической подготовки в техническом вузе на современном этапе : материалы Международной научнометодической конференции, посвященной 80-летию АГТУ, 15—17 сентября 2010 г. — Астрахань : Изд-во АГТУ, 2010. — 244 с.

• 9.    Покровская, М. В. Электронный конспект лекций «Начертательная геометрия» [Электронный ресурс] : свидетельство об официальной регистрации базы данных № 2007620206 от 8 июня 2007 г. / М. В. Покровская, И. Н. Лунина. — Федеральная служба по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам. — 1 электрон. опт. диск (CD-ROM).

• 10.    Сидорук Р. М. Инновационная стратегия модернизации компьютерной геометрической и графической подготовки в университетах России [Электронный ресурс] / Р. М. Сидорук, Л. И. Райкин // Всероссийский научно-практический семинар «Информационные технологии в образовании. Теория и практика». 23.03.2011. — Режим доступа: http://seminar-ite.informika.ru/seminar.php . — Дата обращения: 30.04.2012.

Поступила 03.12.12.