Особенности преподавания начертательной геометрии и инженерной графики с использованием современных компьютерных технологий

В статье рассмотрены вопросы применения компьютерных технологий в учебном процессе по «Начертательной геометрии и инженерной графике». Особое внимание уделено формированию у студентов навыков пространственного воображения. Также освещены вопросы подготовки и применения дидактических материалов на основе компьютерных технологий.

Ключевые слова: начертательная геометрия и инженерная графика, сборники задач, контрольные вопросы, опорные понятия, компьютерные игры, тренажёры, видеоурок, многовариантные тесты, глоссарий.

Развитие науки и техники, высокие результаты в различных областях, достигнутые государством непосредственно связаны с развитием и состоянием системы образования. Система образования — эта динамическая система, меняющееся со временем, требующая постоянного обновления. Одной из актуальных проблем высшего образования является подготовка конкурентоспособных кадров, отвечающих мировым стандартам. В практику учебных заведений давно вошли современные компьютерные технологии и техника.

С принятием в Узбекистане «Национальной программы подготовки кадров» и «Закона об образовании» (1997) вопрос подготовки высококвалифицированных кадров стал ключевым. Одним из основных требований этой программы является применение современной компьютерной техники и технологий при подготовке этих кадров, на что направлены указы Президента и Кабинета Министров. Сейчас в Республике по этим проблемам ведутся научные исследования, направленные на разработку современных методик создания мобильных учебных планов, программ, моделирования учебного процесса, создания модели специалиста. Профессиональная подготовка специалиста непосредственно связана с его графической грамотностью, умением моделировать реальные производственные процессы, современные механизмы или организационно-технические комплексы. На формирование такого уровня грамотности большое влияние оказывает содержание графических дисциплин, интегрированных в одну дисциплину «Инженерная графика"[1]. Инженерная графика-дисциплина, входящая в блок «Общепрофессиональных дисциплин», занимает особое место в подготовке специалиста. Для высших учебных заведений постсоветского пространства содержание и методы преподавания данной дисциплины, для которой характерна хроническая неуспеваемость студентов, практически не изменились за последние 25 лет. Научные разработки в области преподавания графических дисциплин направлены на совершенствование содержания и создание технологий передачи знаний в учебном процессе, что обусловлено противоречием между ростом требований к инженерной подготовке специалистов и быстрым внедрением информационных технологий во все сферы деятельности, с одной стороны, и резким сокращением учебного времени, отводимого на инженерно-графические дисциплины с другой.

Люди с богатым пространственным воображением быстро воспринимают и анализируют информацию. Они являются профессионалами своего дела. Например, писатели-фантасты, режиссеры мультфильмов и кинофильмов, архитекторы зданий и сооружений, конструкторы механизмов и машин. Информация в виде произведения, которые они создают, вначале появляется в их воображении в нескольких вариантах, они выбирают оптимальный среди них, после этого преподносят окончательный вариант массам [2].

В процессе использования электронных учебников учащийся себя чувствует свободно, видя на экране наглядно тему и цветные рисунки, повторно пересматривая, пошагово решая задачи, имея возможность после каждого шага вернуться, что облегчает учащемуся понимание материала и появляется вера в себя при выполнении этого задания [3].

Значит, что применение информационно-коммуникационных технологий на занятиях повышает усвояемость учащихся.

В результате ряда исследований выявлено, что усвоение курса начертательной геометрии и инженерной графики, одного из основных предметов общетехнического цикла, облегчает студентам усвоение последующих предметов по специальности[3].

Плодотворность применения компьютерных технологий в образовании научно доказали в своих работах В. И. Батищев, Ж. Ж. Джанабаев, В. Ю. Мишин, В. П. Довгун, В. Е. Авраменко, П. П. Дьячук, В. В. Шевельков, А. Р. Фастыковский. Это подтвердили в своих работах А. К. Хамракулов, С. В. Панюкова, М. А. Файзиев, О. Ж. Бабамурадов, У. В. Ядгаров, Н. И. Тайлаков, К. Т. Алимов, Г. С. Иргашева, А. Г. Хайитов, А. Х. Гаффаров, С. А. Адилова, Ч. Т. Шакирова, В. В. Кондратова, А. С. Каменев, А. И. Тажигулова, Н. Г. Семенова, О. И. Беляков, Н. С. Анисимова и другие.

Современная технология обучения предусматривает внедрение в учебную практику системно-деятельного подхода с выделением замкнутых учебных единиц (модулей), соподчиненных и взаимосвязанных между собой, нацеленных на решение задач и формирование определенных видов деятельности.

Методология системно-деятельного подхода позволяет представить процесс обучения как четко спланированную систему усвоения студентами учебно-профессиональной деятельности.

Именно на основе такого подхода проведены исследования Джанабаева Ж. Ж., направленные на совершенствование содержания дисциплины «Инженерная графика» [1] и Рузиева И. Э., нацеленные на разработку концепции модульного разбиения курса данной дисциплины[3].

В последние годы возникла специальная отрасль информационной технологии — инженерия знаний, направленная на исследование проблем представления и использования знаний. Инженерия знаний — эта «область в теории искусственного интеллекта, которая занимается языками для представления знаний, методами пополнения знаний, процедурами проверки их корректности и непротиворечивости и, наконец, использованием знаний при решении различных задач и созданием практических систем для хранения и обработки знаний"[4].

В эпоху информационной насыщенности проблемы компоновки знания и оперативного его использования приобретают колоссальную значимость, с этой целью в русле концепции инженерии знаний рассматриваются всевозможные типы моделей представления знаний в «сжатом», компактном, удобном для использования виде. Среди них логическая модель; продукционная модель; фреймовая модель; модель семитической сети.

Технологическое «сжатие» учебной информации может быть достигнуто различными методическими приемами, описание которых содержится не только в теории инженерии знаний, но и в исследованиях по формированию системности знаний студентов. Наиболее действенными зарекомендовали себя следующие методические приемы: моделирование в предметной, графической и знаковой форме, укрупненное упражнение и сверхсимвол, структурная блок-схема темы, опорный конспект генеалогическое дерево и.т.д. Вместе с тем следует учитывать тот факт, что при осуществлении «сжатия» программного материала «наибольшая прочность освоения достигается при подаче учебной информации одновременно на четырех кодах: рисуночном, числовом, символическом и словесном"[5].

Данный подход был использован при подготовке электронного учебника по «Начертательной геометрии и инженерной графике» на кафедре «НГ и ИГ» Наманганского инженерно-педагогического института.

Как известно, наглядная информация в виде чертежей, графиков и диаграмм является более понятной пользователю. Кроме этого, представление такой информации посредством компьютерных технологий ещё более усиливает результаты. При усвоении технических дисциплин пространственное воображение студента имеет важное значение, а развивать ее можно визуализацией технологических процессов. Так как это не всегда возможно на производственных объектах, решить задачу можно посредством компьютерных технологий.

Последовательный показ изменения формы предмета, с помощью наглядных изображений, даёт представление о последовательности построения наглядного изображения, которое адекватно представляемому образу предмета. Каждому этапу построения наглядного изображения в этой цепи соответствуют определенные представляемые образы проекций, которые фиксируются на листе в виде чертежа [6].

Программно-педагогические средства, графические программы, электронные учебники и другие дидактические материалы, созданные на основе компьютерных технологий, формируют самостоятельное мышление студентов. Электронные учебники должны отвечать не только современным требованиям информационных технологий, но и содержать в себе достаточную учебную информацию. Кроме электронных учебных материалов мы используем такие CAD (computer aided design) системы компьютерного проектирования как AutoCAD, 3D Max (CШA); Кoмпас (Россия).

На сегодняшний день CAD системы имеют возможность не только 3D моделирования, но и 4D моделирования, т. е. параметризации, что намного расширяет сферу использования. Например, система AutoCAD широко применяемая в системе образования, позволяет проведение занятий на результативном уровне по таким темам как: сопряжения, виды, разрезы, сечения, сборочные чертежи, деталировка. Кроме этого, система позволяет разработать проекты машин и механизмов, зданий и сооружений. Мы не всегда имеем возможность демонстрации того или иного объекта изучения в натуральном виде, такую возможность дает виртуальная демонстрация. Виртуальные образцы изучаемых объектов, созданные в системе AutoCAD, позволяют глубоко анализировать учебный материал в разных ракурсах.

Организации учебного процесса по «Начертательной геометрии и инженерной графике» на основе компьютерных технологий продемонстрирована на Рис. 1. Обучение на основе компьютерных технологий позволяет объемно моделировать детали, давать разрезы, применять цветовые схемы, нанести размеры. Еще одним преимуществом компьютерных технологий является моделирование различных процессов, воспроизведение которых в реальных условиях очень трудно или невозможно.

Применение компьютерных технологий в процессе преподавания «Начертательной геометрии и инженерной графики» дает возможность:

• · совместного применения в учебном процессе современных компьютерных и педагогических технологий;
• · создания и внедрения в учебном процессе электронного учебника 4-го уровня «Начертательной геометрии и инженерной графики»;
• · составления многовариантных тестовых вопросов различного уровня;
• · создания тренажёров;
• · включения занятий ведущих преподавателей в составе электронного учебника в виде видео-уроков;
• · создания компьютерных игр по темам предмета;
• · использования 3D графических программ;
• · совместного выполнения графических работ в бумажном и компьютерном варианте;
• · связи учебного материала с реальной жизнью.

В зависимости от изучаемой темы кроме AutoCAD, можно использовать демонстрационные программы, например MS PowerPoint, особенно на лекционных занятиях. Организация занятия с помощью электронных учебников позволяет создать и представить базу данных, содержащую в себе всю учебную информация по данному предмету, которую можно использовать также и во внеаудиторных занятиях.

компьютерный пространственный графика учебный.

• 1. Джанабаев Ж. Ж. Совершенствование содержания инженерно-графической подготовки специалистов в условиях развития информационных технологий. Автореф. дисс. … док. пед. наук. Караганда —2004. 40 с.
• 2. Мадумаров К. Х., А. А. Каххаров. Факторы повышения пространственного мышления. Проблемы интеграции науки и производства. Наманган. 29−30 мая 2008 г., 399−400 с.
• 3. Хамракулов А. К., Нажмиддинова Е. Р. Роль информационно-коммуникационных технологий в самостоятельном обучении ВЫСШАЯ ШКОЛА. — № 4, 2015, с. 32−34.
• 4. Рузиев Э. И. Научно-методические основы подготовки учителей графики в высших учебных заведениях. Автореф. дисс. … док. пед. наук. Ташкент —2005, 44 с.
• 5. Чошанов М. А. Гибкая технология проблемно-модульного обучения: Методическое пособие. М. Народное образование, 1996.
• 6. Тубаев Г. М., Хамракулов А. К., Уматалиев М. А. Особенности оперирования наглядными изображениями при решении учебных графических задач //Science Time. — 2015. — № 1 (13), с.444−451.