Применение современных систем автоматизированного проектирования в обучении студентов инженерной графике

Современное развитие информационных технологий повлекло за собой изменения во всех сферах человеческой деятельности, а возможности систем автоматизированного проектирования (САПР), в частности, привели к видоизменению инженерной деятельности. На сегодняшний день основу конструирования составляют трехмерное моделирование, автоматизированное получение чертежа, параметризация геометрических объектов и создание на их основе графических баз данных по деталям. Вопросы применения современных технологий проектирования геометрических объектов в процессе обучения студентов инженерной графике рассматривались в работах П.А. Острожкова, А.Б. Пузанковой, А.Л. Хейфеца [1] и других авторов. Анализ использования информационных технологий в образовательном процессе дает основание утверждать, что современные способы конструирования недостаточно применяются в процессе обучения студентов инженерной графике.

В связи с проводимыми реформами в высшем образовании уменьшилось количество аудиторных часов на изучение дисциплин геометро-графического цикла и увеличилось время, выделяемое на самостоятельную работу студентов. Это актуализировало необходимость формирования у студентов навыков самостоятельного изучения инженерной графики.

Для разрешения проблемы, связанной с изменением содержания курса инженерной графики на базе современных технологий САПР и способов обучения студентов в условиях сокращенных аудиторных часов, было предложено:

• –    обучение студентов созданию трехмерных моделей геометрических объектов и автоматизированному получению электронного чертежа с помощью средств САПР;

• –    обучение студентов параметризации моделей и созданию на их основе учебной графической базы по деталям и функциональным элементам;

• –    использование дистанционных технологий для самостоятельного изучения студентами типовых процедур инженерной графики [2];

• –    использование автоматизированной проверки индивидуальных графических заданий с помощью системы AutoCAD;

• –    тестирование теоретических знаний.

Для обучения студентов параметризации трехмерных моделей деталей использовалась матрица смежности, в которую заносятся параметры формы, положения, взаимосвязи форм и положений всех тел (примитивов), образующих деталь [3]. На основе этих данных выполнялся подсчет общего количества независимых параметров и создавалась трехмерная модель в САПР с занесением в таблицу всех выявленных независимых параметров.

Как отмечает С.Ю. Шалова, «правильно организованный контроль в учебном процессе не только выполняет функцию обратной связи, но и оказывает воспитательное влияние на обучающегося: способствует повышению интереса к учению, обеспечивает формирование навыков самоконтроля и самооценки знаний» [4, с. 128]. Учитывая это и необходимость оптимально использовать аудиторное время, применялась автоматизированная проверка домашних графических заданий (например, двумерное изображение винтового соединения), суть которой базируется на возможности создания в одном электронном чертеже нескольких слоев с различными построениями, отображение которых можно включать последовательно.

Студенту выдавалось задание в электронном виде в системе AutoCAD (линии черного цвета). Далее в этом же файле выполнялось решение, после чего включался слой с проверочным решением и на экране происходило наложение линий построений студента и цветных линий, отображающих правильное решение задачи (рис. 1). Таким образом студент, не дожидаясь следующего занятия, мог проверить правильность своего решения и самостоятельно оценить его. Также был разработан комплект тестовых заданий для проверки теоретических знаний студентов.

В двух проекциях выполнить конструктивное соединение винтом М12×40 по ГОСТу 17473–80. Рассчитать глубину сверленого отверстия и длину резьбы в нем.

Рисунок 1 – Индивидуальное задание с проверочным решением

Предложенные методы самостоятельной проверки и оценки студентами выполненных графических заданий, тестирование теоретических знаний на промежуточных этапах обучения не только позволили освободить преподавателя от проверки типовых заданий и выделить больше аудиторного времени на консультации, но также заметно повысили мотивацию к обучению у студентов и уровень адекватности самооценки знаний.

Еще одной особенностью предложенной методики являются учебные материалы, ориентированные на самостоятельное изучение студентами формализуемых типовых задач инженерной графики с помощью дистанционных технологий. Принцип демонстрации пошаговых решений типовых задач основан так же, как и автоматизированная проверка, – на создании в одном электронном документе (чертеже) нескольких слоев, в каждый из которых помещается отдельный этап решения задачи с объяснением представленных построений и расчетами необходимых параметров. Каждый этап отображается различным цветом, что позволяет наглядно демонстрировать ход решения задачи. Использование разных слоев позволяет видеть на экране как любой отдельный этап решения, так и все построения одновременно.

Для проверки эффективности предложенных методов обучения инженерной графике был проведен педагогический эксперимент на базе Московского института радиотехнических и телекоммуникационных систем. Вначале по результатам тестирования исходных знаний и мотивации к изучаемой дисциплине была проведена проверка однородности четырех групп студентов первого курса, обучающихся по специальности «Конструирование и технология электронных средств». По результатам статистической обработки, произведенной с помощью статистического пакета Statistica 6, однородными оказались три группы из четырех. В ходе эксперимента две группы (Э-1, Э-2) обучались по предложенной методике, а одна по традиционной (К-1).

По итогам проведенного эксперимента был произведен сравнительный анализ успеваемости студентов контрольной и экспериментальных групп, результаты которого представлены на рисунке 2.

II II II

тема №2

тема №3

тема №4

тема №5

■ Э-1 ■ Э-2 ■ К-1

Рисунок 2 – Сравнительный анализ успеваемости студентов контрольной и экспериментальных групп

Анализ данных показал, что успеваемость в течение всего семестра в экспериментальных группах выше, чем в контрольной группе. Отметим также, что успеваемость по первой теме практически одинаковая во всех группах, затем наблюдается сильное расхождение в контрольной и экспериментальных группах. Это связано с тем, что студенты, впервые столкнувшись с возможностью самопроверки выполненных домашних работ, завышают оценку своих знаний и умений, несмотря на наличие проверочного решения. При проведении итогового контроля по первой теме, который осуществляется преподавателем, во всех группах наблюдалась переоценка своих знаний, даже в группах, где использовалась автоматизированная проверка заданий. После несовпадения оценок знаний самих студентов и преподавателей студенты экспериментальных групп по следующим темам стали адекватно использовать автоматизированную проверку заданий и своевременно восполнять пробелы в знаниях.

Также в экспериментальных группах, где производилось обучение параметрическому трехмерному моделированию, использованию при проектировании сборочных единиц готовых моделей из графической базы данных и автоматизированному получению чертежа, наблюдалась бо̀ льшая заинтересованность в изучаемой дисциплине, чем в контрольных группах, где эти средства не изучались.

Предложенное решение поставленной проблемы позволяет не только обучать студентов необходимым знаниям и навыкам с помощью дистанционных технологий, но и развивать такие личностные качества, как дисциплинированность и ответственность, способность самостоятельно обучаться и умение адекватно оценивать выполненную работу. Включение в программу дисциплины изучения технологий проектирования, используемых в современной инженерной деятельности, реализует компетентностный подход, являющийся основополагающим во ФГОС третьего поколения.

Ссылки:

• 1.    Причины снижения уровня геометро-графической подготовки студентов: противоречия и пути их разрешения / П.А. Острожков, М.А. Кузнецов, С.И. Лазарев, Г.М. Михайлов // Вопросы современной науки и практики. Университет им. В.И. Вернадского. 2011. № 4. С. 188–199 ; Пузанкова А.Б. Формирование профессиональных инженерно-графических компетенций студентов в процессе их обучения компьютерной графике : автореф. дис. … канд. пед. наук. Самара, 2012 ; Хейфец А.Л. Концепции нового учебного курса «Теоретические основы 3D-компьютерного геометрического моделирования» // Проблемы геометрического моделирования в автоматизированном проектировании и производстве : сб. материалов 1-й Междунар. науч. конф. М., 2008. С. 373–377.

• 2.    Sozcu O.F., Ziatdinov R., Ipek I. The effects of computer-assisted and distance learning of geometric modeling // European Researcher. 2013. Vol. 39, no. 1–2. Р. 175–181.

• 3.    Горшков Г.Ф. Графические основы геометрического моделирования : учеб. пособие. М., 2009.

• 4.    Шалова С.Ю. Инновационные технологии итогового контроля при изучении гуманитарных дисциплин // Вестник Воронежского государственного университета. Серия: Проблемы высшего образования. 2011. № 2. С. 128–130.