КОМПЬЮТЕРНАЯ ГРАФИКА – ОСНОВА ГЕОМЕТРО-ГРАФИЧЕСКОЙ ПОДГОТОВКИ

Гузненков В.Н.¹, Якунин В.И.², Серегин В.И.³, Журбенко П.А.⁴

¹ доктор педагогических наук, доцент; ² доктор технических наук, профессор; ³ кандидат технических наук, доцент; ⁴ старший преподаватель; Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана (МГТУ им. Н.Э. Баумана)

КОМПЬЮТЕРНАЯ ГРАФИКА – ОСНОВА ГЕОМЕТРО-ГРАФИЧЕСКОЙ ПОДГОТОВКИ

Аннотация

Предлагается информационная структура геометро-графических дисциплин. Описана предметная область учебных дисциплин. Дано определение профессиональной геометро-графической компетентности. Представлены цели геометро-графической подготовки. Описано обучение студентов геометро-графическим дисциплинам в МГТУ им. Н.Э. Баумана.

Ключевые слова: геометро-графическая подготовка, компьютерная графика, учебный процесс.

Guznenkov V.N.¹, Yakunin V.I.², Seregin V.I.³, Zhurbenko P.A.⁴

¹ PhD in Pedagogy; ² PhD in Engineering; ² PhD in Engineering; ³ Senior Lecturer; Bauman Moscow State Technical University

COMPUTER GRAPHICS – BASICS GEOMETRIC-GRAPHIC PREPARATION

Abstract

Is proposed information structure geometric-graphic disciplines. It describes the subject area disciplines. The definition of professional geometric-graphics competence. Presented purpose geometric-graphic preparation. Described student learning geometric-graphic disciplines in the BMSTU.

Keywords: geometric-graphic preparation, computer graphics, the learning process.

Переход высшей школы Российской Федерации на подготовку бакалавров и магистров, активное развитие вычислительной техники и информационно-коммуникационных технологий – все это требует дальнейшего совершенствования образовательного процесса в высшем профессиональном образовании.

Все студенты высших технических учебных заведений изучают геометро-графические дисциплины на младших курсах. К геометро-графическим дисциплинам базовой геометро-графической подготовки в техническом университете, относятся: начертательная геометрия, инженерная графика и компьютерная графика. Начертательная геометрия, как теория геометрического моделирования, являясь теоретическим ядром этих дисциплин, обеспечивает преподавание целого ряда технических дисциплин в высшем профессиональном образовании. По сути, являясь составной частью инженерной геометрии и компьютерной графики, она определяет освоение теоретических основ компьютерной графики и геометрии и является базой геометро-графической подготовки в техническом университете. Инженерная графика – практическая, прикладная дисциплина. Компьютерную графику принято рассматривать, как информационную технологическую дисциплину.

Совершенствованию содержания геометро-графической подготовки посвящено много исследований [1 – 4]. В данной работе предлагается информационная структура геометро-графических дисциплин.

Под компьютерной графикой будем понимать технологии создания, хранения, редактирования и передачи электронной графической информации.

Предметная область геометро-графической подготовки в системе высшего профессионального образования – это геометрическое формообразование и создание технической документации (текстовой и графической) [5]. За геометрическое формообразование отвечает учебная дисциплина «Начертательная геометрия [6]. Выполнение чертежей – область учебной дисциплины «Инженерная графика [7]. Компьютерная графика рассматривалась как часть инженерной графики, обеспечивающая возможность выполнения чертежей без чертежных инструментов, но с применением вычислительной техники.

Постоянно развивающиеся информационные, коммуникационные и компьютерные технологии оказывают большое влияние на сферу геометро-графического образования. Это связано с новым содержанием профессиональной деятельности, на всех стадиях которой используются информационно-коммуникационные технологии, компьютерные средства и вычислительная техника.

Развитие систем автоматизированного проектирования (САПР) привело к созданию пакетов трехмерного моделирования: Компас 3D, Inventor, SolidWorks и др. Сегодня в САПР можно не только выполнять конструкторскую документацию, но и создавать и изучать электронные геометрические модели простых и сложных тел и их комбинаций.

Формообразование целиком перекладывается на системы автоматизированного проектирования с их широкими возможностями визуализации. Тем самым учебная дисциплина «Начертательная геометрия» получила мощную визуализационную поддержку.

Создание электронных геометрических моделей деталей и сборочных единиц – следующий шаг геометро-графической подготовки. Выполнение чертежей и других видов графической информации выполняется в САПР в полуавтоматическом и даже автоматическом режиме.

Таким образом, в геометро-графической подготовке системы автоматизированного проектирования выступают в роли предмета для изучения и инструментария для геометрического трехмерного моделирования и создания плоскостных изображений, и все это в электронном виде, что облегчает редактирование, хранение и передачу графической информации.

Под профессиональной геометро-графической компетентностью понимается уровень осознанного применения геометро-графических знаний и умений, опирающихся на понимание функциональных и конструктивных особенностей моделируемых объектов, опыт геометро-графической профессионально-ориентированной деятельности, а также свободная ориентация в графических информационных технологиях [8].

В современных условиях роль геометро-графической подготовки существенно возрастает, поскольку постоянно расширяется область приложения геометрических знаний в различных сферах практической деятельности. Это связано, прежде всего, с тем, что в компьютерных технологиях проектирования важное место занимает электронная геометрическая модель, которая является начальным этапом при проектировании, изготовлении и эксплуатации изделий, инженерных сооружений и других конструктивных систем. Современный процесс проектирования начинается именно с создания трехмерной электронной модели на основе геометрических данных. Такая модель дает возможность специалисту визуализировать образ будущей конструкции, выполнить расчеты, провести проверку работоспособности, спроектировать технологию производства, проверить «сборку-разборку», изготовить конструкторскую документацию и др. При этом, компьютерное моделирование позволяет исследовать объект, а также контролировать результаты на любой стадии проектирования.

В отличие от целей, которые формируются в традиционной модели образования, цель геометро-графической подготовки рассматривается нами в единстве двух составляющих: предметно-содержательной и профессионально-деятельностной. Предметно-содержательный компонент включает: фундаментальную геометро-графическую подготовку специалиста, ориентированного на инновационную деятельность и на освоение новых знаний; развитие способности и готовности реализовать эти знания в профессиональной деятельности; графическую культуру специалиста, отражающую его компетентность в области знаний, умений и навыков по разработке и применению графической информации. Профессионально-деятельностный аспект предполагает подготовку специалиста высокой профессиональной квалификации, способного комплексно сочетать проектно-конструкторскую, исследовательскую и научную деятельность в профессиональной области.

Отдельного внимания заслуживает использование пакетов САПР в организации учебного процесса. Это и создание учебной литературы, и методическое обеспечение, и информационное обеспечение занятий [9, 10].

В Московском государственном техническом университете им. Н.Э. Баумана (МГТУ им. Н.Э. Баумана) на кафедре «Инженерная графика» реализован процесс обучения студентов геометро-графическим дисциплинам, который начинается с изучения функционала САПР, включает в себя начертательную геометрию, как теорию геометрического моделирования и заканчивается выполнением электронных моделей сборочных единиц и электронных сборочных чертежей со спецификацией.

Будущие бакалавры изучают геометро-графические дисциплины в течение 3-х семестров. Студенты, обучающиеся по программам подготовки специалистов, изучают геометро-графические дисциплины в течение 4-х семестров. Разница в программах подготовки – в сложности моделируемых объектов.

За основной пакет САПР принят Autodesk Inventor [11, 12].

Полученные геометро-графические компетенции студенты используют: в следующих дисциплинах общепрофессионального цикла – теория механизмов и машин, детали машин; в курсовом проектировании; при выполнении дипломной работы или дипломного проекта.

Литература

1. Иванов Г.С. Компетентностный подход к содержанию курса начертательной геометрии // Геометрия и графика. – 2013. – Т. 2. – № 2. – С. 3–5.
2. Бочарова И.Н., Демидов С.Г. Актуальные проблемы преподавания проекционного черчения в техническом университете // Инженерный вестник. – 2015. – № 4. – С. 14.
3. Серегин В.И., Иванов Г.С., Суркова Н.Г., Боровиков И.Ф. Новые подходы к преподаванию начертательной геометрии в условиях использования информационных образовательных технологий // Инженерный вестник. – 2014. – № 12. – С. 44.
4. Гузненков В.Н. Геометро-графическое образование в техническом университете // Alma mater (Вестник высшей школы). – 2014. – № 10. – С. 71–75.
5. Якунин В.И., Гузненков В.Н. Геометро-графические дисциплины в техническом университете // Теория и практика общественного развития. – 2014. – № 17. – С. 191–195.
6. Гузненков В.Н., Журбенко П.А. Модель как ключевое понятие геометро-графической подготовки // Alma mater (Вестник высшей школы). – 2013. – № 4. – С. 82–87.
7. Гузненков В.Н. Тенденция развития геометро-графического образования в техническом университете // Инновации в образовании. – 2014. – № 12. – С. 131–137.
8. Гузненков В.Н. Формирование геометро-графического образования в техническом университете. – Москва: Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2014. – 224 с.
9. Гузненков В.Н., Журбенко П.А. Информационное оснащение аудиторных занятий // Теория и практика общественного развития. – 2013. – № 12. – С. 249–252.
10. Гузненков В.Н., Журбенко П.А. Учебный процесс с использованием графических пакетов // Теория и практика общественного развития. – 2014. – № 1. – С. 173–175.
11. 11. Гузненков В.Н., Демидов С.Г. Autodesk Inventor в курсе инженерной графики. Учебное пособие для вузов. – М.: Горячая линия–Телеком, 2009. – 144 с.
12. Гузненков В.Н., Журбенко П.А. Autodesk Inventor 2012. Трехмерное моделирование деталей и создание чертежей: учеб. пособие. – М.: ДМК Пресс, 2012. – 120 с.

References

1. Ivanov G.S. Kompetentnostnyy podkhod k soderzhaniyu kursa nachertatelnoy geometrii // Geometriya i grafika. – 2013. – Т. 2. – № 2. – S. 3–5
2. Bocharova I.N., Demidov S.G. Aktualnye problemy prepodavaniya proektsionnogo chercheniya v tekhnicheskom universitete // Inzhenernyy vestnik. – 2015. – № 4. – S. 14.
3. Seregin V.I., Ivanov G.S., Surkova N.G., Borovikov I.F. Novye podkhody k prepodavaniyu nachertatelnoy geometrii v usloviyakh ispolzovaniya informatsionnykh obrazovatelnykh tekhnologiy // Inzhenernyy vestnik. – 2014. – № 12. – S. 44.
4. Guznenkov V.N. Geometro-graficheskoe obrazovanie v tekhnicheskom universitete // Alma mater. – 2014. – № 10. – S. 71–75.
5. Yakunin V.I., Guznenkov V.N. Geometro-graficheskie distsipliny v tekhnicheskom universitete // Teoriya i praktika obschestvennogo razvitiya. – 2014. – № 17. – S. 191–195.
6. Guznenkov V.N., Zhurbenko P.A. Моdel kak klyuchevoe ponyatie geometro-graficheskoy podgotovki // Alma mater. – 2013. – № 4. – S. 82–87.
7. Guznenkov V.N. Tendentsiya razvitiya geometro-graficheskogo obrazovaniya v tekhnicheskom universitete // Innovatsii v obrazovanii. – 2014. – № 12. – S. 131–137.
8. Guznenkov V.N. Formirovanie geometro-graficheskouj obrazovaniya v tekhnicheskom universitete. – Moskow: BMSTU, 2014. – 224 s.
9. Guznenkov V.N., Zhurbenko P.A. Informatsionnoe osnaschenie auditornykh zanyatiy // Theory and practice of social development. – 2013. – № 12. – S. 249–252.
10. Guznenkov V.N., Zhurbenko P.A. Uchebnyi protsess s ispolzovaniem graficheskikh paketov // Theory and practice of social development. – 2014. – № 1. – S. 173–175.
11. 11. Guznenkov V.N., Demidov S.G. Autodesk Inventor v kurse inzhenernoy grafiki. – М.: Goryachaya liniya–Telecom, 2009. – 144 s.
12. Guznenkov V.N., Zhurbenko P.A. Autodesk Inventor 2012. – М.: DМК Press, 2012. – 120 s.