СОДЕРЖАНИЕ И МЕТОДИКА ТЕМЫ «ПРОЕКЦИОННОЕ ЧЕРЧЕНИЕ» В КУРСЕ «ИНЖЕНЕРНАЯ ГРАФИКА» МГТУ ИМ. Н.Э. БАУМАНА

СОДЕРЖАНИЕ И МЕТОДИКА ТЕМЫ «ПРОЕКЦИОННОЕ ЧЕРЧЕНИЕ» В КУРСЕ «ИНЖЕНЕРНАЯ ГРАФИКА» МГТУ ИМ. Н.Э. БАУМАНА

Научная статья

Добровольская Н.А.¹, Новоселова Л.В.^2, *, Суркова Н.Г.³, Золотаревская Н.Е.⁴

¹ ORCID: 0000-0002-9588-4704;

² ORCID: 0000-0002-7717-8718;

³ ORCID: 0000-0002-1825-0097;

⁴ ORCID: 0000-0001-8364-0852,

Московский Государственный Технический Университет им. Н.Э.Баумана, Москва, Россия

* Корреспондирующий автор (l6834343[at]mail.ru)

Аннотация

Статья посвящена описанию методики проведения занятий по теме «Проекционное черчение», которая является основой всего курса «Машиностроительное черчение». В методике уделяется внимание использованию положений теории поэтапного формирования умственных действий:ориентировочной основе второго типа и поэтапному усвоению умения и навыков проекционного черчения. Для развития творческого мышления предлагается решение небольших творческих задач,для решения которых используются методологические положения,изложенные в работах психологов. Описанная методика дает студентам возможность успешно усвоить и применить полученные знания в своей будущей работе.

Ключевые слова: проекционное черчение, машиностроительное черчение, методика проведения занятий, усвоение знаний, проекции геометрических фигур, умения и навыки.

CONTENTS AND METHODOLOGY OF PROJECTION DRAWING TOPIC IN ENGINEERING GRAPHICS COURSE IN MSTU

Research article

Dobrovolskaya N.A.¹, Novoselova L.V.^2, *, Surkova N.G.³, Zolotarevskaya N.E.⁴

¹ ORCID: 0000-0002-9588-4704;

² ORCID: 0000-0002-7717-8718;

³ ORCID: 0000-0002-1825-0097;

⁴ ORCID: 0000-0001-8364-0852,

Bauman Moscow State Technical University, Moscow, Russia

* Corresponding author (l6834343[at]mail.ru)

Abstract

The article presents the description of the methods of conducting classes on the "Projection drawing" topic which is the basis of the entire course on machine-building drawing. The methodology is focused on the use of the theory of the step-by-step formation of mental actions: an indicative basis of the second type and phased assimilation of the skill of projective drawing. A solution of small creative tasks is proposed for the development of creative thinking, the methodological provisions described in the works of psychologists are used for their solution. The described technique provides students with the opportunity to successfully master and apply the acquired knowledge in their future work.

Keywords: projection drawing, engineering drawing, methods of conducting classes, mastering knowledge, projection of geometric figures, skills. 

В число дисциплин, на которых базируется общеконструкторская подготовка инженера входит инженерная графика. Задачей этой дисциплины является овладение будущим инженером графической грамотой и культурой при решении и оформлении конструкторских задач.

Работа конструктора связана с поиском конструкции, которая бы отвечала требованиям технического задания. Этот поиск ведется в умственном и графических планах, может сопровождаться значительным числом расчетов, и в ряде случаев потребуется построение промежуточных макетов и действующих моделей. Но расчеты, макетирование и конструирование, как и оформление чертежей не составляет специфики конструкторской деятельности. Психологически она связана именно с построением образа искомого устройства. Отсюда особую роль в конструировании играет пространственное мышление, то есть мышление характеризующееся мысленным оперированием образами различных технических устройств, узлов и т.д. в трехмерном пространстве. Вот что пишет об этом процессе известный авиаконструктор Яковлев А.С.: «Когда инженер-конструктор задумывает какую-нибудь машину, он мысленно во всех деталях должен представить себе свое творение и уметь изобразить его на бумаге».

Инженерная графика, задачей которой является обучение студентов навыкам и умениям создавать и читать чертежи, является среди дисциплин общеконструкторской подготовки, единственной, которая развивает пространственное мышление. Именно в этой дисциплине при получении изображения объемной фигуры на плоскости и представления объемного образа по плоскому изображению и происходит становление пространственного воображения.

Фундаментом всего курса «Машиностроительное черчение» являются циклы знаний по проекционному черчению и начертательной геометрии, где студенты изучают правила и приобретают умения и навыки проецирования геометрических образов и решения задач, связанных с ними.

Содержание и методика курса «Проекционное черчение» должны быть разработаны так, чтобы обеспечить студентам полноценное владение материалом и умением применять его на практике.

Курс проекционного черчения в МГТУ им. Н.Э. Баумана кроме теоретических положений содержит набор задач [3, С. 35].

Цикл задач по проекционному черчению включает шесть задач (рис.1) на построение по двум проекциям третьей.

Рис. 1 – Вариант задания на построение третьей проекции по двум заданным

 

Задачи расположены по мере возрастания трудности их выполнения: так в 1-ой задаче представлена совокупность геометрических фигур без отверстия, а в 5-ой задаче основная фигура имеет две пересекающиеся полости.

Фигуры, представленные в задачах, являются различными комбинациями простых геометрических тел: призм, пирамид, цилиндров, конусов, сфер.

Для решения задачи студенту необходимо прочитать чертеж фигуры, данной в задании, то есть из комбинации простых геометрических тел выделить проекции каждого тела и построить третий вид как совокупность видов каждой простой фигуры, составляющей задание.

Отсюда следует, что 1-ой ступенькой в решении задачи на построение проекций сложных фигур являются задачи на построение проекций простых геометрических тел.

Поэтому изначально решение именно этих задач должно быть успешно усвоено обучаемыми и методика обучения проекционному черчению должна это обеспечить.

Программа управления и усвоения знаний в указанной выше последовательности была реализована с позиции теории поэтапного формирования умственных действий, разработанной П.Я. Гальпериным [1, С.90-96].

Данная теория формирует следующие общие условия любой познавательной деятельности:

1. выделение ориентировочной основы деятельности;
2. организация поэтапной отработки деятельности.

Ориентировочная основа деятельности – это система условий, на которую реально опирается человек при выполнении деятельности. [1,С.90-96; 10, С.89].

В разработанной программе ориентировочная основа деятельности была представлена циклом трех карт, содержащих состав действий по выполнению указанной деятельности и сопровождающие их знания, необходимые для выполнения действий. В качестве примера представлена карта №1.

 

Таблица 1 – Карта №1

Состав действий	Ориентировочные признаки
1. Создать из развертки объемную фигуру.
2. Определить вид поверхностей, ограничивающих фигуру.	Фигуры, представленные в задании, могут быть ограничены плоскими, цилиндрическими, коническими, сферическими поверхностями.
3.Определить положение поверхностей, ограничивающих фигуру, относительно плоскостей проекции.	Поверхности, ограничивающие фигуру относительно плоскости проекций, могут занимать проецирующее или произвольное положение.
4. Построить три проекции данной фигуры.
5. Определить на чертеже проекции каждой поверхности, ограничивающей данную фигуру.

 

Полное содержание цикла карт изложено в статье «Управление процессом усвоения знаний в проекционном черчении» [5, С. 39-40].

Другим важным условием согласно теории П.Я.Гальперина является применение адекватного метода формирования выделенной ориентировочной основы[10, С. 64-74]. Таким методом является поэтапное формирование умственных действий. Он предполагает отработку действий по следующим этапам: предварительной ориентировки в задании, материального действия, внешнеречевого действия, умственного действия, который включает и этап речи про себя.

Процесс усвоения решения задач согласно этой методике подробно представлен в статье «Формирование умений и навыков решения задач проекционного черчения в техническом вузе».[4, С. 29-30], [8, С. 28-31].

Но опорным этапом в этой работе является этап материального действия, для которого разработаны специальные средства материализации – развертки простых геометрических фигур: призмы, цилиндры, пирамиды, конусы (рис.2).

Рис. 2 – Развертка пирамиды

 

Примером работы студентов на материальном этапе действий служит описание процесса решения задачи на построение вида слева треугольной пирамиды по двум данным видам и определение вида ее поверхностей студентом Шаинским Д. (гр.РКТ2-11) согласно первой карте (рис.3).

Дано: две ортогональные проекции пирамиды – главный вид и вид сверху. Требуется: 1)       построить вид слева и 2)      найти недостающие проекции точек А, В, С, D и линий m и p, принадлежащих граням и ребрам пирамиды.  

Рис. 3 – Пример задачи на построение пирамиды

 

1. Первое действие. Студент создает из развертки объемную фигуру и ставит ее на горизонтальную плоскость в положение, указанное на чертеже. Преподаватель контролирует действие студента.
2. Второе действие. Определяет виды поверхностей, ограничивающих фигуру. Студент внимательно смотрит на фигуру, изучая поворачивает ее и на вопрос преподавателя отвечает, что фигура со всех сторон ограничена плоскостями.
3. Третье действие. Определяет положение поверхностей, ограничивающих фигуру относительно каждой плоскости проекции.

Студент задумался, рассматривая плоскости пирамиды, а затем ответил преподавателю: «Все три плоскости произвольно наклонены к горизонтальной плоскости проекции и относительно этой плоскости являются плоскостями общего положения». Определяя положение граней пирамиды относительно фронтальной плоскости проекции, студент приложил к каждой грани треугольник, чтобы зрительно увеличить площадь плоскости этих граней и легче представить их положение. После этого сделал вывод, что они наклонены произвольно к фронтальной плоскости и являются плоскостями общего положения. Относительно профильной плоскости он подытожил, что две грани занимают общее положение относительно нее. К третьей он опять приставил треугольник и решил, что она будет перпендикулярна профильной плоскости проекции, но ее теоретическое название он забыл. Преподаватель посоветовал ему обратиться к лекциям по начертательной геометрии к теме «Проецирование плоскостей». «Это профильно-проецирующая плоскость» - сказал студент, заглянув в лекции. Преподаватель согласился и студент перешел к следующему действию.

4. Четвертое действие. Строит три проекции данной фигуры.

Рассмотрев еще раз фигуру, и взглянув на нее слева, студент говорит, что вид слева будет треугольник и строит его методом прямоугольного проецирования, пользуясь знаниями начертательной геометрии. Преподаватель проверяет построение.

5. Пятое действие. Определяет на чертеже проекции каждой поверхности.

Студент показывает преподавателю последовательно проекции каждой поверхности объемной фигуры и соответствующие им проекции на чертеже. Если студент ошибается, то преподаватель его поправляет.

Именно этап материального действия обеспечивает включение в работу всех познавательных процессов: ощущения, восприятия, памяти, речи и внимания. При работе с развертками простых геометрических фигур, их объемами и проекциями, у студента формируется полноценная взаимосвязь между объемной фигурой, ее проекцией и наоборот. Одновременно работа с картами, проговаривание правил и положений начертательной геометрии, необходимых при построении чертежа во время консультаций преподавателя создают полную и устойчивую картину процесса проецирования и позволяют переходить студентам к решению сложных задач, представленных в задании. Студент читает чертеж сложной фигуры, данной в задании, то есть из комбинации простых геометрических тел выделяет проекции каждого тела и строит третий вид как совокупность видов каждой простой фигуры, составляющей задачу.

Он производит сначала анализ наружных форм фигуры, затем анализирует внутреннее строение фигуры. Такие умственные действия как анализ и синтез простых геометрических фигур знакомит его с процессом формообразования, который закрепляется и расширяется при выполнении чертежей в следующих семестрах.

В рамках этой программы студенты усваивают правила выполнения чертежей, изложенные в ГОСТах, и согласно им выполняют разрезы, необходимые для выявления внутреннего строения фигур, представленных в задании, и проставляют размеры.

Черновая проработка задания и чертежи студенты выполняют карандашом. Они отрабатывают толщину линий, шрифты, исправляют ошибки различного рода, иногда по нескольку раз одно и то же. Действия, выполняемые студентом вручную (мелкая моторика) способствуют развитию внимания, запоминания и мышления.

После решения шести задач студентам предлагается решить не большую творческую задачу конструирование пробки, закрывающей отверстия разных форм (рис.4) [9, С. 39-40].

Рис. 4 – Отверстия разных форм, которые можно закрыть одной пробкой

 

Решение задач такого типа является комплексной проверкой знаний на владение студентами структурой поверхностей, использование их особенностей в создании композиции, соответствующей требованиям задачи и уровнем развития пространственного представления. Эта деятельность является первой ступенькой, ведущей в мир конструкторского проектирования, где одной из составляющих является процесс формообразования. На рисунке 5 представлены фронтальные проекции отверстий.

Рис. 5 – Фронтальные проекции отверстий

На решение задачи отводилось 15 минут. Из двадцати студентов, решающих эту задачу в течении 10 мин. четверо дали следующее решение (рис.7(а)).

Попытки решения задачи остальными студентами были безрезультатны, а четверо сообщили, что вообще не знают как решить задачу. Большое затруднение, как выяснилось из бесед с каждым, вызвало определение пробки, перекрывающей отверстия, ограниченные поверхностью правильной четырехгранной призмой 1 (рис.4) и цилиндрической поверхностью 3 (рис.4).

Для решения возникшей задачи студентам предлагались наводящие вопросы, которые раскрывали взаимосвязи между одинаковыми структурными элементами условия задачи, требуемого решения и самого решения. Согласно этим взаимосвязям выделенные одинаковые структурные элементы условия и требования являются структурными элементами самого решения [6, С. 2-3], [7, С. 20-22].

Вопросы:

1. Провести анализ формы призматического отверстия 1(рис.4): установить вид поверхностей, ограничивающих отверстие, его размеры и фронтальную проекцию.
2. Провести анализ цилиндра, закрывающего цилиндрическое отверстие 3 (рис.4): установить вид поверхностей его ограничивающих, расположение цилиндра, относительно плоскостей проекций (i перпендикулярна 1, 2, 3), форму и размеры фронтальных проекций цилиндра в каждом случае.
3. Установить совпадающие проекции отверстия и цилиндра в каждом случае.
4. Определить форму, размеры и положение пробки, закрывающей отверстие 1 (рис.4).

Строение поверхностей, особенности их проецирования были освоены студентами в процессе занятий черчением и начертательной геометрией. Поэтому на каждый вопрос они давали правильный ответ:

1.Отверстие 1 (рис.4) ограничено проецирующими плоскостями. Его фронтальная проекция – квадрат со стороной n.

2.Цилиндр – линейчатая поверхность вращения, ограниченная двумя плоскими основаниями диаметром n.

Если ось цилиндра перпендикулярна горизонтальной плоскости проекции, то его фронтальная проекция прямоугольник с образующими параллельными оси цилиндра.

Если диаметр цилиндра равен высоте цилиндра, фронтальная проекция цилиндра – квадрат (рис.6а).

Если ось цилиндра перпендикулярна профильной плоскости проекции, то фронтальная проекция цилиндра – квадрат, с образующими параллельными оси цилиндра (рис.6а).

Рис. 6а – Ось цилиндра перпендикулярна горизонтальной плоскости проекций

Рис. 6б – Ось цилиндра перпендикулярна профильной плоскости проекций

3.Фронтальные проекции цилиндра в случаях а и б (рис.6) совпадают с фронтальной проекцией отверстия 1 (рис.4) по форме и размерам.

4.Цилиндрическая пробка высотой n и диаметром n может перекрыть отверстие призмы (рис.7а,б) В случае а (рис.7) основания пробки совпадают с горизонтальными плоскостями, ограничивающими отверстие, а очерковые образующие цилиндра касаются боковых граней. В случае б (рис.7) основание цилиндра совпадает с боковыми гранями отверстия, а очерковые образующие цилиндра касаются верхней и нижней грани.

Определив форму и размеры пробки, закрывающей отверстия 1 (рис.4) и 3 (рис.4), студенты в каждом варианте расположения пробки а и б (рис.6) срезают части поверхностей в соответствии с формой отверстия 2 (рис.4) и получают два варианта пробок.

Рис. 7а – Первый вариант пробки

Рис. 7б – Второй вариант пробки

Анализ задачи, проведенной студентами с использованием взаимосвязей между структурными составляющими задачи (условие, требование, решение) привели студентов к двум решениям задачи а и б (рис.7) вместо одного известного а (рис.7).

Студенты, занимавшиеся по представленной выше программе «Проекционное черчение», где построение проекций, обеспечивается знаниями начертательной геометрии, а выполнение чертежей вручную помогает усвоению материала, успешно выполняют работы в следующих семестрах. Овладев процессом формообразования и выполнением чертежей вручную, они легко создают эскизы отдельных деталей и эскизы деталей, составляющих сборочную единицу.

Студенты, освоив курс «Инженерная графика» (четыре семестра) утверждают, что знания и умения по черчению, сформированные при изучении темы «Проекционное черчение» обеспечили выполнение заданий в последующих семестрах, в том числе и в компьютерных курсах 2D и 3D-моделирования[2, С.45]

Выпускники МГТУ им. Н.Э. Баумана имеют хорошую репутацию за счет серьезной инженерной подготовки. Одним из достоинств которой, по словам специалистов, является наличие умений читать и грамотно выполнять чертежи, что объясняется методически правильно организованным процессом обучения машиностроительному черчению.

Конфликт интересов Не указан.

Conflict of Interest None declared.

Список литературы / References

1. Гальперин П.Я. Введение в психологию. М.: Изд-во МГУ им. М. В. Ломоносова, 1976. 150 с.
2. Горячкина А. Ю. Введение в раздел «Проекционное черчение» учебной дисциплины «Инженерная графика» / Горячкина А. Ю., Иванова Н. С., Мурашкина Т. И. и др. // Альманах современной науки и образования. 2015. № 8 (98). С. 44-47.
3. Горячкина А.Ю. Методика преподавания раздела «Проекционного черчения» учебной дисциплины «Инженерная графика» / Горячкина А.Ю., Иванова Н.С., Мурашкина Т.И. и др. // Альманах современной науки и образования. 2016. №3(105). С.34-38.
4. Добровольская Н.А. Формирование умений и навыков решения задач проекционного черчения в техническом вузе / Добровольская Н.А., Золотаревская Н.Е., Новосёлова Л.В. и др. // Педагогика. Вопросы теории и практики. Тамбов: Грамота, 2017. № 3(07) C. 27-33.
5. Добровольская Н.А., Новосёлова Л.В., Суркова Н.Г. Управление процессом усвоения знаний в проекционном черчении / Добровольская Н.А., Новосёлова Л.В., Суркова Н.Г. // Альманах современной науки и образования. 2016. №9 (116).С. 37-40.
6. Добровольская Н. А. Учебное пособие «Формирование поверхностей-посредников при построении линии пересечения двух поверхностей» / Добровольская Н. А., Жирных Б. Г. М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2011. 36 с.
7. Колошина И.П. Творческие задачи на создание дополнительных построений / Колошина И.П., Добровольская Н.А. // Изд-во Ростовского Университета. 1984. с.155.
8. Мелкумян О. Г. Рабочая тетрадь по инженерной графике / Мелкумян О. Г., Серегин В. И., Суркова Н. Г. // М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2015. 45 с.
9. Пугачев А.С. Задачи-головоломки по черчению // Изд-во «Судостроение». Ленинград. 1965. с.190.
10. Талызина Н. Ф. Управление процессом усвоения знаний. М.: Изд-во МГУ им. М. В. Ломоносова, 1984. 250 с.

Список литературы на английском языке / References in English

1. Galperin P.Ya. Vvedeniye v psikhologiyu [Introduction to Psychology]. Moscow: MSU Publishing House. of Lomonosov MSU, 1976. 150 p. [in Russian]
2. Goryachkina A. Yu. Vvedeniye v razdel Proyektsionnoye chercheniye uchebnoy distsipliny Inzhenernaya grafika [Introduction to Projection Drawing Section of Engineering Graphics Course] / Goryachkina A. Yu., Ivanova N.S., Murashkina T.I. and others // Almanac of modern science and education. 2015. No. 8 (98). P. 44-47. [in Russian]
3. Goryachkin A.Yu. Metodika prepodavaniya razdela Proyektsionnogo chercheniya uchebnoy distsipliny Inzhenernaya grafika [Teaching Methodology of Projection Drawing Section of the Engineering Graphics course] / Goryachkin A.Yu., Ivanova N.S., Murashkina T.I. and others // Al'manakh sovremennoy nauki i obrazovaniya [Almanac of modern science and education]. 2016. No. 3 (105). P.34-38. [in Russian]
4. Dobrovolskaya N.A. Formirovaniye umeniy i navykov resheniya zadach proyektsionnogo chercheniya v tekhnicheskom vuze [Formation of Skills in Solving Problems of Projection Drawing in Technical College] / Dobrovolskaya N.A., Zolotarevskaya N.E., Novoselova L.V. and others // Pedagogika. Voprosy teorii i praktiki [Pedagogy. Questions of theory and practice] Tambov: Gramota, 2017. № 3(07) C. 27-33. [in Russian]
5. Dobrovolskaya N.A. Upravleniye protsessom usvoyeniya znaniy v proyektsionnom cherchenii [Management of Process of Mastering Knowledge in Projective Drawing] / Dobrovolskaya N.A., Novoselova L.V., Surkova N.G. // Al'manakh sovremennoy nauki i obrazovaniya [Almanac of modern science and education]. 2016. No. 9 (116). 37-40. [in Russian]
6. Dobrovolskaya N.A. Uchebnoye posobiye Formirovaniye poverkhnostey-posrednikov pri postroyenii linii peresecheniya dvukh poverkhnostey [Forming Mediator Surfaces when Constructing Intersection Line of Two Surfaces. Teaching guide] / Dobrovolskaya N.A., Zhirnykh B.G. // Moscow: Bauman MSTU, 2011. 36 p. [in Russian]
7. Koloshina I.P. Tvorcheskiye zadachi na sozdaniye dopolnitel'nykh postroyeniy [Creative Tasks for Additional Constructions Creation] / Koloshina I.P., Dobrovolskaya N.A. // Rostov University Publishing house. 1984. p.155. [in Russian]
8. Melkumyan O.G. Rabochaya tetrad' po inzhenernoy grafike [Workbook on Engineering Graphics] / Melkumyan O.G., Seregin V.I., Surkova N.G. // Moscow: Bauman MSTU, 2015. 45 p. [in Russian]
9. Pugachev A.S. Zadachi-golovolomki po chercheniyu [Tasks-Puzzles for Drawing] // Sudostroitelnoye publishing house. Leningrad. 1965. p. 190. [in Russian]
10. Talyzina, N.F. Upravleniye protsessom usvoyeniya znaniy [Management of Process of Mastering Knowledge]. Moscow: Lomonosov MSU Publishing House., 1984. 250 p. [in Russian]