авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ  БИБЛИОТЕКА

АВТОРЕФЕРАТЫ КАНДИДАТСКИХ, ДОКТОРСКИХ ДИССЕРТАЦИЙ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:   || 2 |

На правах рукоі джанабаев ж аксы л ы к ж умадилович соверш енствование содерж ания и н ж ен ерн о ­ граф ической подготовки специалистов в условиях развития ин ф о рм а ц и он н ы х техн о ло ги й

-- [ Страница 1 ] --
УДК 515.0: 681. 142 На правах рукоі

Джанабаев Ж аксы л ы к Ж умадилович

СОВЕРШ ЕНСТВОВАНИЕ СОДЕРЖ АНИЯ И Н Ж ЕН ЕРН О ­

ГРАФ ИЧЕСКОЙ ПОДГОТОВКИ СПЕЦИАЛИСТОВ В УСЛОВИЯХ

РАЗВИТИЯ ИН Ф О РМ А Ц И ОН Н Ы Х ТЕХН О ЛО ГИ Й

13.00.08 - Теория и методика профессионального обучения

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени доктора педагогических наук Караганда, 2004 Работа выполнена в Южно-Казахстанском государственном университете имени М.О.Ауезова Научный консультант доктор педагогических наук Дуйсенбаев К. А.

Официальные оппоненты:

доктор педагогических наук, профессор Шкутина JI.A.

доктор педагогических наук, профессор Молдабекова М.С.

доктор педагогических наук Адильгазинов Г.З.

Ведущая организация: Павлодарский государственный университет имени С.Торайгырова Защита состоится » J2-&L и 2005 г. в 'І О " часов на заседании объединенного диссертационной/ совета ОД 14.50.05 при Карагандинском государственном университете им. Е.А. Букетова по адресу 470074, г. Караганда, ул. Карбышева, 7, актовый зал.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Карагандинского государственного университета им. Е.А. Букетова по адресу 470074, г. Караганда, ул. Университетская, 28.

2004 г.

Автореферат разослан « A 3 - » MtfibJ d ) Ученый секретарь _/ диссертационного совета Каргин С.Т.

ВВЕДЕНИЕ Актуальность исследования. Государственная программа развития образования в Республике Казахстан на 2005-2010 годы предусматривает разработку мер по:

кардинальным организационным, сгрукгурньтм преобразованиям;

обновлению содержания высшего профессионального образования, направленного на повышение его качества;

решению стратегических задач индустриально-инновационного развития РК на 2003-2015 годы, стоящих перед Казахстанской системой образования в новых экономических и социокультурных условиях.

Конец XX и начало ХХІ-веков ознаменовано быстрым накоплением знаний в различных областях науки и техники и, что характерно, эти знания столь же быстро устаревают. В силу некоторой инертности образовательного процесса, в том числе и в высшей школе, остро встает вопрос коренной перестройки организации этого процесса.

Образование не должно сводится к простой передаче знаний;

оно должно быть построено таким образом, чтобы в основе его лежал принцип формирования у обучаемых мотивов к приобретению и развитию профессионального сознания, овладению творческим мировоззрением, способами мышления, позволяющими осуществлять практическое приложение полученных знаний и усваивать новые тенденции в их изменениях.

Все это составляет основу современной профессиональной подготовки, обеспечение которой является центральной задачей высшей школы. Понятие «профессиональная подготовка» требует тщательного анализа и конкретизации при определении его содержания. Поэтому главными вопросами стратегии и тактики высшего и, в особенности, технического образования являются вопросы «как научить мыслить профессионально» и каким должно быть содержание обучения.

Одной из важнейших характеристик качества профессионального труда инженера является уровень его графической грамотности и творческий настрой, позволяющий 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».

Дисциплина «Инженерная графика» согласно ГОСО РК 5.03.001.- «Образование высшее профессиональное. Бакалавриат. Основные положения» является базовой и закладывает фундамент инженерного образования. Ее роль незаменима в формировании и развитии пространственного мышления - важнейшей составной части профессионального сознания инженера. ' -- В настоящее время в педагогических исследованиях проблема переосмысления содержания и форм инженерно-графической подготовки является глобальной, о чем свидетельствует повышенный интерес к проведению психолого-педагогических исследований не только в нашей стране, но и за рубежом.

Содержание подготовки будущего инженера должно быть ориентировано на его будущую практическую трудовую деятельность. Развитие современного производства базируется на широком использовании достижений информационной технологии в конструкторском проектировании при создании геометрической модели будущего изделия, заполнения модели технологическими данными, проектировании организации з и управления производством, изготовлении изделия, оценке качества продукции - все эти элементы должны составлять основу для разработки содержания подготовки специалистов, чья будущая трудовая деятельность связана с графическими знаниями, а также умениями и навыками работы с компьютером.

Говоря о роли графических знаний в профессиональном становлении специалистов, отметим, что эта область знаний развивалась вначале (до VIII в.) в рамках художественной культуры, мощно стимулируя прогресс науки и техники. История развития теории и практики построения изображений есть история органического синтеза научно-технического, художественно-эстетического знания, представляющая по существу, историю самой инженерной мысли.

Понятие «пространственно-графическое знание» нами определено как средство выражения человечеством своих творческих замыслов в процессе: общественно­ культурной деятельности;

при сооружении культурно-бытовых комплексов;

совершенствовании архитектурного строительного мастерства;

при изготовлении орудии труда и т. д.

Вместе с тем развитие пространственно-графических знаний в Казахстане совершенствовалось на основе использования своих исторических корней. Один из видных представителей раннего средневековья, внесшего значимый вклад в развитие графики, был Аль-Фараби (870-950 гг.). Его богатейшее научное наследие в области графических знаний изучено недостаточно. Поэтому мы считали, что изучение истории развития пространственно-графических знаний будет не только способствовать развитию творческого подхода в условиях применения новых информационных технологий, но и поможет совершенствовать содержание образования, использовать отдельные, забытые приемы и методы.

Теория графических изображений развивалась адекватно с историей архитектуры. Исследованиями истории архитектуры Древнего и Средних веков занимались С.Н.Григорян, Г.А.Пугаченкова, М.М.Хайруллаев, В.А.Нильсон, С.М.Колотов, В.Л.Воронина, В.В.Бартольд, Ю.СЯралов, П.Ш.Захидов и др.

Непосредственно проблемы развития истории графических знаний в Казахстане исследовали А.Х.Маргулан, А.Ж.Машанов М.С.Булатов, Ж.М.Есмуханов, Т.К.Басенов, М.М.Мендыкулов, А.Кубесов и др.

На дальнейшее развитие теории графического изображения, большое влияние оказали исследования ученых-геометров Западной Европы, а позже и России. В период существования СССР достижения графической науки адекватно отражались в содержаниях учебных курсов, входящих в нормативный перечень базовых графических дисциплин, изучаемых в вузе.

Развитие инновационных технологий обучения обусловило внедрение методов программированного обучения. Усилиями ученых многих стран была разработана комбинированная дидактическая система построения учебного процесса, теория построения обучающих программ, основанная на принципах информативности, оперативности, обратной связи. В этот период был накоплен определенный опыт организации учебного процесса по новой технологии обучения, а с внедрением в учебный процесс ЭВМ появилась возможность совершенствовать методы программированного обучения.

В определении методологии данного исследования ключевую роль сыграли труды учёных:

- в области традиционных и инновационных методов обучения графическим дисциплинам: Четверухина Н.Ф., Колотова С.М., Котова И.И., Павлова А.В., Михайленко В.Е., Подгорного А.Л., Рыжова Н.Н., Якунина В.И., Хорунова Р.Х., Фролова С.А., Филиппова П.В., Евстифеева М.Ф., Есмуханова Ж.М., Волкова В.Я., Иванова Г.С., Ковалева С.Н., Тевлина А.М., Мульдекова И.О., Нурмаханова Б.Н., Есмухановой Ж.Ж, Нартя В.И. и др.

- в области актуальных проблем педагогики высшей школы: Анисимова А.С., Архангельского С.И., Бабанского Ю.К., Беспалько В.П., Ботвинникова А.Д, Будасова Е.В., Гальперина П.Я., Кабановой-Меллер Е.Н., Гервера В.А., Талызиной Н.Ф., Гуревича К.М., Качнева В.И., Лернера И.Я., Кузина B.C., Ланда Л.Н., Машбиц Е.П. и др., а также казахстанских ученых Сейтешева А.П., Абдикаримова Б. А., Егорова В.В., Мажитовой Л.Х., Дуйсенбаева К.А., Кусаинова А.К., Наби Ы.А., Смаилова С.С., Шкутиной Л.А., Молдабековой М.С., Абдрамана Ш.А., Кенесариной З.У., Каргина С.Т., Момынбаева Б.К., Наурызбая Ж.Ж., Сыздыкова О., Таубаевой Ш., Исаевой З.А., Минжанова Н.А. и др.;

- в области внедрения в учебный процесс новых информационных технологий:

Горелика А.Г., Михайленко В.Е., Анпилоговой В.А., Полозова Б,С., Романычевой Э.Т., Потемкина А., Сеитова Т.Б., Соловова А.В., Сазонова К.А., Мусина К.С., Скибицкого Э.Г., Адильгазинова Г.З. и др.

За последние 25-30 лет содержание курса инженерной графики почти не изменилось. Видимо поэтому его преподавание во многих вузах ведется без учета современных методов обучения. В результате дипломированные специалисты нередко бывают, не готовы к деятельности в кардинально изменившихся производственных условиях, широкому использованию новых информационных технологий, как в управлении, так и в ведении конструкторско-технической документации.

Кроме того, составители ГОСО в поисках резервов времени для введения в учебный процесс новых современных дисциплин, не видя конкретной практической роли инженерной графики в инженерной и преподавательской деятельности будущих специалистов, стали сокращать количество часов, отводимое на изучение этого курса.

С учетом происходящего резкого сокращения учебных часов на инженерно­ графические дисциплины необходимо было найти пути интенсификации учебного процесса. Такие меры, как переход от экстенсивного к интенсивному развитию методики обучения в пределах прежних подходов, не давали желаемых результатов.

Тогда в целях интенсификации инженерно-графической подготовки мы обратились к использованию достижений развивающейся информационной технологии, В условиях нового становления содержания инженерно-графической подготовки, а также научного осмысления процесса мы использовали системный подход. Процесс этот был рассмотрен нами как совокупность взаимосвязанных элементов и факторов, взаимодействующих между собой и позволяющих получить интегральные результаты, направленные на повышение эффективности и результативности учебной деятельности, активизацию самостоятельной работы студентов.

В исследовании мы опирались на работы по интенсификации учебного процесса, в частности теорию системного подхода (Т.Т.Галиев, Ж.А.Караев, У.С.Абдыкаримова, З.АКуттыкожанова и др.). При определении проектируемого объекта было выбран процесс инженерно-графического образование. Предметом исследования, т.е.

элементом вариативной системы, выбрана подсистема компьютеризации инженерно­ графической подготовки в условиях развития информационных технологий.

Интенсификации учебного процесса путем компьютеризации инженерно­ графической подготовки потребовала целенаправленного информационного обеспечения. Одним из важных факторов, ускоряющимх компьютеризацию инженерно­ графической подготовки, явилось внедрение новой технологии обучения, основанной на новой педагогической системе обеспечения учебного процесса. Благодаря этой системе были созданы условия для:

- сохранения и использования накопленного прежде опыта развития системы образования;

- освоения новых образовательных программ;

- внедрения современных компьютерных технологий обучения.

Следует подчеркнуть, что инженерная графика имеет новую составляющую компьютерную графику, которая меняет не только технологию проектирования, но и ее содержание, сутью которой является создание интегрированной модели продукта на основе его развития, а это в свою очередь, вносит коррективы в традиционное геометро­ графическое образование инженера. В настоящее время у студентов должен сформироваться широкий кругозор в области применения средств и методов компьютерной графики, изучение которой в настоящее время обусловлено:

- широким внедрением системы компьютерной графики для обеспечения систем автоматизированного проектирования, автоматизированных систем конструирования (АСК) и автоматизированных систем технологической подготовки производства (АСТПП) во всех сферах инженерной деятельности;

- значительным обзором перерабатываемой геометрической информации, что составляет 60% - 80% от общего объема информации, необходимой для проектирования, конструирования и производства самолетов, кораблей, автомобилей, сложных архитектурных сооружений и т.д.;

- необходимостью создания и развития систем интерактивного графического моделирования трехмерных объектов разностороннего функционального назначения;

- необходимостью автоматизации чертежно-графических работ;

- необходимостью повышения продуктивности и качества инженерного труда;

- внедрением этих учебных дисциплин во всех развитых странах.

Дидактические проблемы высшей школы в области преподавания графических дисциплин отражены во многих исследованиях, в которых авторы рассматривают принципы совершенствования содержания графических дисциплин. Однако, любое хорошее содержание без достаточно апробированной технологии трансформации (передачи) знаний может быть не доведено до должного уровня. Совершенствование технологии обучения может даже сгладить некоторые недостатки содержания. Поэтому в основу нашего исследования было положено не только изменение содержания инженерно-графической подготовки специалистов, но и проблемы совершенствования технологии процесса обучения.

Необходимость преодоления отмеченных выше противоречий между ростом требований к инженерной подготовке специалистов и быстрым внедрением информационных технологий во все сферы деятельности, с одной стороны, и резким б сокращением учебного времени, отводимого на инженерно-графические дисциплины с другой, обусловила проблему разработки теоретических и практических основ совершенствования содержания инженерно-графической подготовки, соответствующей условиям широкого внедрения информационно-коммуникационных технологий.

Вопросы инженерно-графической подготовки будущих специалистов в вузе на сегодняшний день приобретают особую актуальность и требуют научно-теоретического обоснования. Это и определило выбор темы диссертационного исследования «Совершенствование содержания инженерно-графической подготовки специалистов в условиях развития информационных технологий».

Исходя из актуальности проблемы, в качестве цели исследования, было намечено совершенствование содержания инженерно-графической подготовки в высшем учебном заведении с внедрением в практику организации учебного процесса элементов современных информационных технологий, позволяющих выпускникам выполнять инженерно-графические работы на уровне международных требований с учетом вхождения страны в мировое образовательное пространство в условиях рыночной экономики. Содержание инженерно-графического образования нами рассматривается на уровне типовых и рабочих программ по инженерной графике, учебников и учебно­ методических пособий, технологии организации учебного процесса в поэтапной разработке его до достижения уровня автоматизации выполнения графических работ на основе компьютерной технологии обучения и контроля знаний.

Объект исследования - инженерно-графическая подготовка специалистов в высшем учебном заведении.

Предмет исследования - содержание инженерно-графической подготовки специалистов и его совершенствование в условиях развития информационных технологий.

Содержание инженерно-графической подготовки рассматривалось нами как динамически развивающийся исторический процесс накопления пространственно графических знаний, имеющий непрерывный характер. При этом происходит накопление человечеством пространственно-графических представлений;

совершенствование прикладного характера инженерно-графических знаний, формирование профессиональных умений и навыков, необходимых для практической деятельности инженеров, учителей профессионального образования, технологии и черчения, как в процессе теоретического изучения курса, так и в практической работе при выполнении расчетно-графических работ. Процессы обучения и контроля знаний при этом осуществляются с использованием электронно-вычислительных машин по специально разработанному учебно-методическому комплексу. Поэтому под совершенствованием содержания инженерно-графической подготовки мы имеем в виду не только содержательные аспекты - изменение программ учебного материала, создание новых учебников и учебно-методических пособий, но и процессуальные, связанные с организацией учебного процесса на инновационной основе.

Вопрос улучшения качества графической подготовки будущих инженеров и учителей в процессе обучения графической грамоте рассматривается в контексте преемственности и непрерывности в усвоении графических знаний, умений и навыков, полученных в вузовских курсах дисциплин с помощью различного сочетания новых средств и методов с ранее известными и традиционными методами изучения графических дисциплин.

При разработке тематики исходили из следующей гипотезы исследования: если в содержание инженерно-графической подготовки наряду со сложившимися исторически традиционными приемами и методами обучения в высшей школе будут внедрены новые информационные технологии обучения, то это позволит обеспечить:

- совершенствование содержания инженерно-графического образования будущих специалистов в соответствии с требованиями к инженерно-техническим, педагогическим специальностям в условиях развития новых информационно­ коммуникационных технологий;

- направленность процесса подготовки специалистов на разностороннее развитие личности обучаемых в условиях информатизации обучения;

- соответствие содержания и методов вузовского образования современным тенденциям развития науки и техники, основанных на повсеместном внедрении компьютерных технологий в условиях наступившей эры мультимедиа и телекоммуникаций;

- сочетание общих групповых и индивидуальных форм организации учебного процесса с учетом подготовленности и личностных особенностей студентов;

- применение новых методов и средств обучения и контроля знаний будущих специалистов;

- адаптацию будущих специалистов к самостоятельному выполнению творческой работы с использованием новых информационных технологий;

- выработку практических умений и навыков по использованию выпускниками вуза постоянно совершенствующихся возможностей компьютерной техники, в качестве инструмента для решения различных перспективных производственных и учебных задач.

Для достижения поставленной цели предполагается решение следующих задач исследования:

1) проанализировать литературные источники и научные исследования по древней истории развития архитектуры, техники и искусства с целью установления причин зарождения и становления пространственно-графических знаний, как на территории современного Казахстана, так и в целом в мировой цивилизации;

2) проанализировать научно-методическую литературу по совершенствованию и развитию теории конструирования нового содержания и методов обучения в высших учебных заведениях в целом и инженерно-графической подготовки в частности;

3) разработать новое содержание инженерно-графического образования, способствующее внедрению новых методов обучения на основе компьютерных технологий в условиях применения мультимедиа- и телекоммуникаций;

4) разработать и внедрить программы, учебные пособия, электронный учебник, задания для формирования умений и навыков выполнения графических работ с применением компьютерной технологии;

5) усовершенствовать содержание учебных задач, заданий для самостоятельной работы студентов на основе использования элементов компьютерной графики для формирования необходимых знаний, умений и навыков по автоматизации выполнения практических проектно-конструкторских задач;

6) экспериментально проверить эффективность предлагаемой методики обучения на основе разработанного содержания инженерно-графического образования;

7) разработать рекомендации по широкому внедрению в образовательный процесс вузов опыта работы по совершенствованию инженерно-графической подготовки специалистов.

Ведущая идея: формирование нового содержания и методов инженерно­ графической подготовки специалистов в вузе, отвечающих требованиям развития новых информационных технологий.

Методологическую и теоретическую основу данного исследования составляют философские положения о сущности развития профессионально ориентированной личности, основополагающие концепции теории познания, теории профессионального высшего образования, информатизации системы образования, диалектики исторического развития культуры и знаний в процессе становления общества, теория развития инженерно-графического знания.

Методы исследования. Дгя решения поставленных задач и проверки рабочей гипотезы был использован комплекс методов научно-педагогического исследования.

[.Изучение и анализ литературных источников по проблеме исследования. В частности изучены и проанализированы научные исследования и описания исторических архитектурных памятников, орудий труда, инструментов древности, с целью установления причин развития пространственно графических знаний и их следствий начиная с первобытной и древней деятельности человечества, до становления их в виде системы дисциплин.

2. Изучение и анализ научно-методической литературы по проблеме развития и совершенствования пространственно-графических знаний и инженерно-графических дисциплин в периоды социально-экономического развития общества и промышленного производства до современных условий проникновения мультимедийной, информационной и телекоммуникационной технологии в систему образования.

3. Педагогическое наблюдение, собеседование, анкетирование учителей, учащихся и студентов по выявлению состояния преподавания черчения в общеобразовательных школах, оценки уровня знаний выпускников школ, определение их интереса к инженерно-графическим дисциплинам.

4. Методы исследования систем, путем использования системного подхода, применяя следующую последовательность процедур:

4.1 фиксация существенных элементов объекта - процесса развития инженерно­ графической подготовки специалистов в условиях развития информатизации образования;

4.2 изучение каждого из определенных составляющих элементов объекта;

4.3 определение принципов взаимодействия системы со средой;

4.4 выявление закономерностей изменения и развития инженерно-графического знания и образования в процессе подготовки специалистов;

4.5 выделение основных причинно-следственных связей между элементами (системообразующих связей, обеспечивающих определенную упорядоченность системы);

4.6 анализ основных принципов организации системы инженерно-графической подготовки специалистов;

4.7 изучение процесса управления уровнем и качеством усвоения инженерно­ графических знаний.

Исследования по рассматриваемой проблеме проводились, начиная с 1982 г. в четыре этапа.

Первый этап с 1982 года по 1990 годы. Этап можно назвать поисковым, где усилия были направлены на подбор и апробирование методически продуманных учебных задач, карточек заданий для организации самостоятельных и контрольных работ. Было проведено аналитическое исследование существующего и поиск нового содержания инженерно-графической подготовки, что позволило бы повысить эффективность и уровень приобретаемых знаний по инженерно-графическим дисциплинам.

Второй этап с 1990 года по 1993 год. Определение экспериментального содержания инженерно-графической подготовки на уровне учебных программ и совершенствование преподавания разделов инженерно-графических дисциплин и методических элементов;

занятия по автоматизации учебного процесса.

Третий этап с 1993 года по 1997 год. Экспериментальная проверка и уточнение определения необходимого уровня содержания и разработка новой технологии учебного процесса и организации текущего контроля знаний.

Четвертый этап с 1997 года по 2004 год. Разработка и внедрение в учебный процесс новой информационной технологии инженерно-графической подготовки с разработкой новых программ и подготовки нового поколения учебных пособий по компьютерной графике, направленных на создание условий для самостоятельной работы студентов. Внедрение в учебный процесс усовершенствованных форм контроля знаний и выработка рекомендаций по распространению опыта.

Базой исследования явились факультеты Казахского химико-технологического института, преобразованного в последствии, в результате слияния двух учебных заведений, в Южно-Казахстанский государственный университет им. М.О. Ауезова. На последнем этапе исследования установились связи по внедрению результатов исследования с Казахским национальным техническим университетом им. К. Сатпаева, Алматинским технологическим университетом, Казахским национальным аграрным университетом, Таразским государственным университетом им. М.Х. Дулати, Кзыпординским государственным университетом им. Коркытата и Международным казахско-турецким университетом им. Х.А.Яссави. Кроме непосредственных связей с вузами, процесс внедрения в широкую практику результатов исследования осуществлялся путем участия в работе различных форумов, семинаров, на конференциях, публикацией научно-методических статей, учебно-методических пособий, электронного учебника.

Источниками исследования явились фундаментальные научные труды отечественных и зарубежных ученых по проблеме совершенствования содержания инженерно-графических знаний и подготовке специалистов, законодательные и нормативно-правовые документы, учебно-методические материалы, раскрывающие содержание инженерно-графической подготовки и методы организации контроля знаний, опытно-экспериментальная работа, опыт использования электронных пособий для организации учебного процесса.

Научная новизна и теоретическая значимость исследования заключается:

- в анализе и систематизации этапов зарождения, становления и развития пространственно-графических знаний, умений и навыков в истории культурной деятельности человека;

- в обосновании зависимости развития содержания пространственно-графических знаний от экономического, индустриального, демографического и информационного влияния, существующих в обществе;

- в определении понятия «развитие пространственно-графических знаний в деятельности человечества», как средства выражения своих творческих способностей;

- в установлении принципов развития системы инженерно-графических знаний при разработке подходов по выявлению их практической значимости в процессе развития содержания и дальнейшее их внедрение в учебный процесс на основе использования элементов компьютерной графики;

- в разработке содержания инженерно-графической подготовки специалистов в соответствии со стандартом высшего профессионального образования;

- в разработке новой технологии организации учебного процесса, отвечающего условиям информатизации образования.

Практическая значимость исследования заключается:

1. Во внедрении методики обучения основанной на использовании элементов компьютерной графики 2. Во внедрении в учебный процесс подготовки будущих специалистов следующего методического обеспечения инженерно-графических дисциплин: учебных пособий («Компьютерная графика», «Инженерная компьютерная графика»);

электронного учебника «Инженерная графика»;

электронную тренинг-систему по изучению графического базового редактора «Auto CAD» (лабораторный практикум);

автоматизированного учебного курса «АУК ГРАФ»;

программу надстройки для автоматизированного выполнения машиностроительных и строительных чертежей;

компьютерную диагностику и контроль графических знаний.

На защиту выносятся следующие положения:

- систематизация этапов зарождения, становления и развития пространственно графических знаний, умений и навыков в истории культурной деятельности человека с начала раннего средневековья до середины XX века;

- понятие «развитие пространственно-графических знаний в деятельности человечества», как средства выражения своих творческих способностей;

- принципы развития системы инженерно-графических знаний при разработке подходов по выявлению их практической значимости в процессе развития содержания и дальнейшее их внедрение в учебный процесс на основе использования элементов компьютерной графики;

- инновационная технология инженерно-графической подготовки будущих специалистов на основе использования элементов компьютерной графики.

учебно-мегодический комплекс по инженерно-компьютерной графике, включающий: рабочие учебные программы;

учебные пособия по компьютерной графике;

учебник по инженерной графике;

электронный учебник по инженерной графике;

задачи и задания, апробированные на практике.

Достоверность и обоснованность полученных результатов обеспечены исходными методологическими и теоретическими позициями исследования проблемы, соответствием опытно-экспериментальной работы по разработке инновационного содержания и методики инженерно-графического образования научному аппарату исследования и современным требованиям развития информационных технологий.

Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти разделов, заключения, списка использованных источников, приложений.

Во введении обосновывается актуальность исследуемой проблемы, определяются объект и предмет исследования, формулируются цепь, задачи, рабочая гипотеза, раскрываются ведущая идея, научная новизна, теоретическая и практическая значимость работы, выносимые на защиту, характеризуются методы апробации и внедрения результатов исследования.

В первом разделе - «Становление и развитие пространственно-графических изображений в истории бытовой, строительной и технической деятельности человека» анализируются истоки зарождения графических изображений, начиная с Древней истории деятельности человека и истории развития теории графических знаний в Казахстане и Средней Азии (Восточный ренессанс) до становления и развития теории графических знаний в Европе в эпоху Возрождения.

Во втором разделе - «Развитие пространственно-графических знаний в периоды XVIII - XX столетий» - проводится систематизация теории изображения в период становления и развития начертательной геометрии Г. Монжа, анализируется развитие начертательной геометрии в начале XX века и ее становление как учебной дисциплины в системе высшей школы СССР, дается анализ возникновению прикладной геометрии и современных методов геометрического моделирования в исследованиях как зарубежных, так и Казахстанских ученых.

В третьем разделе - «Развитие теории программированного обучения как необходимая потребность рационализации и решения проблем оптимизации образования» - характеризуется процесс становления и развития программированного обучения в зарубежной практике и в советской педагогике, определены психолого­ педагогические основы программированного обучения как теоретической базы для развития новой технологии инженерно-графического образования, приводится анализ опыта практического внедрения программированного обучения в систему инженерно­ графической подготовки.

В четвертом разделе - «Научно-методические подходы к формированию содержания инженерно-графического образования в процессе внедрения алгоритмов решения задач на ЭВМ» - обосновывается необходимость совершенствования взглядов на инженерно-графические дисциплины в условиях достижения новых информационных технологий, где идея алгоритмизации графических построений является неотъемлемой частью новой технологии обучения графическим дисциплинам и является дидактико-практической основой использования в учебном процессе компьютера - как средства обучения этим графическим дисциплинам. Приводятся авторские программные продукты CUT PLANE, CONOID, ANNA, SFERA по решению прикладных геометрических задач с использованием персонального компьютера.

В пятом разделе - «Педагогические условия становления и развития учебно­ методического комплекса «Инженерная компьютерная графика в условиях информатизации обучения» - проведена педагогическая диагностика эффективности:

электронного учебника, компьютерных обучающих систем решения графических задач, автоматизированных обучающих систем на уровне автоматизированного учебного курса по инженерной графике, особенности внедрения новой кредитной системы обучения, а также итоги экспериментальной работы.

В заключении даны выводы, характеризующие результаты исследований, степени новизны и достоверности решения поставленных задач в сравнении с достижениями в данной области.

Список использованных источников включает литературу по истории развития археологии, архитектуры, изобразительного искусства, начертательной, проективной, прикладной геометрий, инженерной и компьютерной графики, психолого­ педагогическую литературу как зарубежных, так и казахстанских учёных.

В приложении приводится вспомогательный материал, раскрывающий процесс исследования..

ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ Система,, опыт и уровень подготовки специалистов с высшим образованием в СССР, в 60-х - 80-х годах прошлого века занимали одну из передовых позиций в мире. В свою очередь, Казахстан, будучи одной из союзных республик, осуществлял подготовку специалистов по многим техническим специальностям, отвечающую самым высоким требованиям того периода.

Однако в годы реформирования и перестройки высшего образования, при введении различных инноваций, многие достижения в области дидактики высшей школы подверглись необоснованному отрицанию или просто были забыты. Для решения педагогических проблем, использовался прежний опыт, что превращало вузы Казахстана в систему самодостаточности достигнутых результатов и в конечном итоге привело к отставанию и потерям в качестве профессионального высшего образования. В результате была потеряна традиция перспективного планирования содержания подготовки инженерно-технических специалистов, которая определяла их будущую практическую деятельность.

Проведенные реформы в разные годы адекватно отразилось и на содержании графической подготовки специалистов. Разработчики и составители содержания инженерно-графической подготовки и педагогического образования волна за волной сокращали часы, выделяемые на общеинженерные дисциплины. При этом особенно пострадали графические дисциплины: «Начертательная геометрия», «Техническое черчение», а такие предметы как «Техническое рисование» или «Основы художественного конструирования» были вообще ликвидированы. Так было например в начале 80-х годов, когда проходила перестройка высшего образованиятюд лозунгом «от технократизма - к гуманитаризации» и в последующем в период «голых» фраз по всеобщей компьютеризации учебного процесса, когда еще не была подготовлена X/ соответствующая учебно-методическая база по широкомасштабному внедрению ЭВМ в учебный процесс. Тогда у разработчиков концепций развития высшего образования появилось мнение, что в условиях компьютеризации ручное черчение - архаизм, рутина и все чертежи будут выполняться автоматически под руководством «мудрых» машин, а в некоторых случаях производство вообще может обойтись без чертежей. Так было после всплеска научных работ в начале 1990-х годов, когда компьютерная интерпретация какой-либо геометрической или графической задачи претендовала на научное открытие. Однако, со временем, стала явной ошибочность этого мнения.

Компьютер может выдать лишь то, что в него предварительно вкладывает программист.

А программисту задание определяет инженер или конструктор.

Даже в условиях сегодняшнего мира, когда новые информационные технологии меняют не только технологию проектирования, но и содержание графической подготовки специалистов, традиционные цели дисциплины «Инженерная графика» развитие пространственного мышления, творческих способностей по анализу и синтезу пространственных форм и отношений на основе их графических моделей, приобретение знаний и умений инженерного документирования, остаются актуальными и сегодня.

Если в прежние годы отставание достаточно ощутимо не проявлялось, то с переходом страны к условиям рыночной экономики оно стало сказываться во многих сферах, особенно в несовершенстве технологии производства и экономики, в конкурентоспособности производимых товаров и услуг.

Такая ситуация выявила необходимость изучения мирового опыта профессионального высшего образования с целью интеграции в международное образовательное пространство. Это потребовало поиска новых инновационных технологий подготовки специалистов, соответствующих мировым образовательным стандартам. При этом обозначилось основное направление совершенствования системы образования: освоение новых современных образовательных технологий, обеспечивающих как применение компьютерной технологии обучения, так и создание условий для сохранения и использования богатого опыта, что достался по наследству от бывшей системы.

Проведение исследований, связанных с изучением любой системы знаний, особенно содержания знаний и форм образования, требуют обращения к изучению истории этого вопроса. В русле обозначенной проблемы для нас появилась необходимость изучения истории пространственно-графических знаний, начиная с этапов их возникновения, становления и совершенствования. Знание истории графики, ее роли в эволюции строительных ремесел помогает будущим инженерам совершенствовать творческие способности, опираясь на этнические корни в конструировании новой техники, технологического оборудования и архитектурных сооружений.

Результаты графических изображений, выполненных человеком на различных этапах его общественного развития, исследованы в достаточно полном объеме. Однако содержание графических знаний не было исследовано. Мы сделали попытку установить их и выделить в следующем виде.

1. В теории развития пространственно-графических знаний особое место занимала архитектура. Археологические раскопки позволили открыть для историков архитектурные сооружения древних цивилизаций Двуречья и Египта, которые без пространственно-графических представлений и чертежей, выполняемых зодчими, не могли быть воздвигнуты строителями.

2. Высококачественная обработка каменных блоков и колонн, создание крупных монументальных сооружений свидетельствует о развитых пространственно­ графических представлениях и знаний у зодчих древнего Египта. Эти знания позволяли им на основе синтеза изобразительного искусства решать сложные архитектурные задачи по строительству плотин, каналов, водохранилищ. Очевидно, что все это было бы невозможно построить без развернутого плана и чертежей, математических расчетов, учета масштабов.

3. Великим вкладом в развитие пространственно-графических знаний явились труды древнегреческих ученых-геометров, открывших законы построения изображений в перспективе. Начала к развитию теории перспективы, представляющей в настоящее время часть содержания начертательной геометрии, были заложены открытием и развитием наблюдательной перспективы.

4. С появлением нового строительного материала, римского бетона, началось ши­ рокое освоение арочных и сводчатых конструкций, позволивших создавать перекрытия больших пролетов. Все это было результатом эволюции пространственно- графических знаний, который дал римским архитекторам такие широкие композиционные возможности проектно-графического представления, каких не знали их предшественники.

5. В VIH-XII веках Великий шелковый путь создал благоприятные условия для экономического процветания Казахстана, в определенной степени сказавшиеся на развитии образования, науки, искусства, градостроительства. Все возрастающая интенсивность торговых связей благоприятствовала ученым и практикам в смысле концентрации знаний, кристаллизации и синтеза цивилизации и культуры самых разных стран.

Среди научных достижений того времени особый интерес представляет содержание графических знаний, необходимых зодчим, землемерам, ремесленникам.

Этот интерес обусловлен еще и тем, что графические знания обогащалась за счет использования математических расчетов, геометрических построений, позволявших получать новые графические образы пространства.

В книге «Перечисление наук» Аль-Фараби приводит описание раздела «Наука геометрии», имея в виду практическую и теоретическую геометрию. «Практическая геометрия рассматривает линии и поверхности деревянного тепа, если их применяет столяр, железного тела, если их использует кузнец, каменного тела, если их применяет каменщик, поверхности земель и нив, если он землемер».

Характеризуя содержание знаний, которым должен владеть мастер, он указывает на необходимость усвоения понятий линии, поверхности, квадратного, круглого и треугольного тела - как видов материи. Аль-Фараби называет пространственные фигуры телами и относит их одновременно к предметам и геометрии и практического искусства. Его научные трактаты свидетельствуют о разнообразии интересов ученого.

Одни предназначались для кустарных ремесленников и народных умельцев, другие для профессионалов более высокой квалификации, архитекторов, художников, выполняющих орнаменты. Однако объединяет всех этих специалистов сознание потребности в знаниях, умениях и навыках по черчению. Постоянные занятия по решению геометрических задач - условие повышения их квалификации в области графических знаний.

В рукописях Аль-Фараби приводятся рекомендации по построению фигур и доказательству геометрических теорем. Трактат под общим названием «Книга духовных искусных приемов и природных тайн о тонкостях геометрических фигур»

является ярким свидетельством успешности развития графических знаний в Казахстане, Средней Азии и Ближнем Востоке.

Многие исследователи мавзолея Айша-Биби обращают свое внимание на архитектурные особенности проектно-графической работы, реализованной зодчими Казахстана. Изучая соразмерность, они пришли к выводу, что, наряду с использованием гяза, в качестве единицы меры длины применяется метод последовательного деления пополам сторон и диагонали квадрата.

Особенностью графических трудов ученых Средней Азии и Казахстана средневекового периода является связь с жизнью, с практикой своего времени. Эта особенность отличает их от трудов греческих математиков, которые свои труды обычно писали только для образованных людей. При этом они избегали решения практических задач. Трактаты Аль-Хорезми, Аль-Фараби, Апь-Бируни были адресованы не только ученым, они предназначались для практической работы ремесленникам, земледельцам, строителям и купцам.

Исследователи памятников старины Казахстана отмечают, что в целом формы архитектурного ордера на протяжении VIII—XV вв., обладают устойчивыми чертами самостоятельного развития графических знаний, которые дали возможность разработки своего ордера архитектурного орнамента.

Понятие гармонии для зодчих Средней Азии и Казахстана имело свое конкретное содержание. В искусстве зодчих она получила специфическое воплощение в виде строго разработанной системы геометрических построений на плоскости и в пространстве. Вся эта система легла в основу композиционного принципа, оказав огромное влияние на технико-конструктивные решения пространственно-графических задач в Казахстане и Средней Азии, путем воплощения в строительство образов и типологий архитектурных форм в целом.

Путем анализа соразмерностей сохранившихся архитектурных памятников Казахстана была выявлена эволюция системы построения архитектурных форм от элементарно простых, основанных на окружности, квадрате, равностороннем треугольнике и их производных, к более сложным, основанным на производных половины квадрата и делении линии в среднем и крайнем отношении. Развитие этой системы в творчестве зодчих приводит к выработке новой универсальной системы геометрических отношений, развитию пространственно-графических знаний, специфических для Казахстана и Средней Азии.

Исторический опыт развития пространственно-графических знаний свидетельствует, что математизация вообще, а геометрическая гармонизация в частности, служат гносеологической основой перехода метода мышления из области математики в обширную область графических представлений в архитектуре. Эго способствовало развитию прикладных искусств, так как в процессе математизации знаний происходил закономерный процесс перехода таких известных методов и принципов из области математики как соразмерность, пропорциональность, соответствие, подобие в область графического творчества.

В средние века были созданы основы для развития пространственно-графических знаний, отдельные разделы их, ставшие составляющими современных знаний по математике и прикладной геометрии, применяются и сегодня. Разработанное в этот период содержание знаний было обусловлено потребностью строительства, сельского хозяйства, торговли, астрономии, географии, механики и оптики.

Успехи и достижения средневекового графического образования в Средней Азии и Казахстане подготовили эпоху возрождения на Западе. Об этом свидетельствует известное высказывание Леонардо Пизанского о важности арабской мудрости для рода «латинян». Получив начальное образование в Буше (Алжир) на арабском языке у местного учителя и, объездив многие государства Востока, Леонардо Пизанский написал несколько книг по геометрии и математике, по которым многие поколения европейских математиков впервые знакомились и изучали систему исчисления и прикладную геометрию, развитую на Востоке. Поэтому с уверенностью можно сказать, что основы пространственно-графических знаний создавались именно в начале средних веков. Весомую лепту в это внесли и казахстанские мыслители, творчески развившие графические знания древних египтян, греков, римлян и учения арабских теоретиков по прикладной геометрии.

В позднем средневековье (X-XII вв.) инженерно-градостроительная культура стала распространяться не только на юго-востоке. На других территориях Казахстана также успешно развивалось строительство, что было установлено путем археологических раскопок. В общей сложности были выявлены более 60 городищ в бассейнах рек Тургая, Джиланчика, Кенчира, Джезды, Сарысу.

О больших достижениях в области графики свидетельствуют такие архитектурные памятники периода Караханидов, как мавзолеи Бабаджа-Хатун, Карахана, Айша-Биби, Джубан-ана и другие. Материальным воплощением народного гения стад памятник, соответствующий высочайшему уровню инженерной мысли своего времени, - мавзолей Ходжа Ахмеда Ясави в г. Яссы (ныне город Туркестан).

Основы теории и практики перспективы, заложенные учеными арабского Востока в XI веке, были перенесены в Западную Европу. След математической школы арабского Востока повсеместно прослеживается в Европе, и он влиял на развитие пространственно-графических знаний, способствуя возрождению этих знаний в виде элементов начертательной геометрии.

Вместе с практикой изобразительного искусства стала развиваться теория перспективы. Развитие живописи приковывало внимание исследователей к вопросам перспективы. В этот период были разработаны правила: сокращения масштаба;

перспективного изображения плоских фиіур;

графического способа построения перспективы предметов с использованием ортогональных проекций;

построения перспективных изображений предметов и способы определения их размеров;

решение обратных задач.

С развитием теории перспективы и доказательством родственности ортогональных проекций и линейной перспективы, имеющих геометрическую основу, где разница между этими изображениями заключалась лишь в разном расположении точек зрения, связано начало построения теории проективной геометрии. Развитие теории проективной геометрии составило теоретическую основу начертательной геометрии.

Таким образом, к концу XVIII века в Европе оформилась и получила завершенное выражение изобразительная теория, которая возникла в эпоху Возрождения и постепенно развивалась в течение последующих шести веков. Чем шире был комплекс методов проецирования, тем глубже проявлялась их роль в практическом применении.

Появление начертательной геометрии было вызвано возраставшими практическими потребностями в теории изображений. Знания, накопленные по теории и практике изображения пространственных предметов на плоскости, систематизировал и обобщил французский геометр Гаспар Монж (1746-1818 г.г.), заложивший основы начертательной геометрии - науки, составляющей по сегодняшний день основы подготовки каждого инженера, архитектора, художника. Исходя из практических потребностей инженерного дела, ученый предложил рассматривать плоский чертеж в двух проекциях, как результат совмещения двух изображенных фигур в одной плоскости, названный как комплексный чертеж или эпюр Монжа.

К началу XIX века начертательная геометрия перестала быть теоретической дисциплиной, ограничивающейся, в основном, решением практических задач. Уйдя целиком на службу инженерной графике и технике, сделавшись грамматикой чертежа, она не поднялась до теоретических высот и удовольствовалась почетной ролью прислужницы-геометрии.

Зародившаяся в начале XVIII века, теория проективной геометрии к середине ХЖ века достигла наивысшего своего развития, обогатив общую теорию изображений.

Особых успехов в теории достигли немецкие геометры, которые в своих исследованиях сделали серьезные приложения проективной геометрии к теории развития начертательной геометрии.

К концу XIX и в XX столетии, произошло объединение всех разделов теории изображений в одну общую дисциплину - начертательную геометрию. Далее она формируется как научная дисциплина, под общим названием «Инженерная графика».

Развитие научно-технического прогресса, в середине прошлого столетия, потребовало создания условий по обеспечению высокого уровня знаний, умений и навыков обучаемых, без увеличения сроков обучения. Ответом на возникшее несоответствие мевду растущим объемом знаний и возможностью их эффективного усвоения обучаемым, явилась система программированного обучения. Появилось она, как новое направление в образовании с использованием автоматизированных средств и методов обучения, в США в конце 50-х годов XX века и была основана на достижениях исследований в области линейного программирования. Однако, элементы программированного обучения с применением машин для обучения применялись в Советском Союзе уже начиная с 20-х годов ХХ-го столетия, и были внедрены в систему профессионально-технического образования. Поэтому приоритет внедрения программированного обучения, несомненно, принадлежит советской педагогике.

Через десятки лет с начала использования программированного обучения мировая практика так и не выработала единой точки зрения по определению содержания этого понятия. При достаточно богатом разнообразии мнений, как противников, так и сторонников программированного обучения, почти все исследователи были едины в том, что коренной переход к программированному обучению возможен только после нахождения надёжных путей программирования, управления формированием внутренней, психической деятельностью обучаемого по усвоению новых знаний и совершенствования используемых обучающих технических комплексов.

Психолого-педагогический анализ программированного обучения выявил ряд преимуществ этой системы, которые позволяют сегодня на практике осуществлять:

преемственность между различными областями знаний;

широкую вариативность перехода от непосредственной к опосредованной наглядности и усложняющимся умозаключениям;

постепенный переход от стандартных действий к самостоятельным;

многообразную взаимосвязь мевду системами теоретических знаний и практикой;

сохранение неразрывности в формировании научного мышления и научного мировоззрения;

формирование сложного соотношения системности и динамичности как основы теоретического мышления.

Спад интереса к программированному обучению был вызван рядом упомянутых выше причин, но несомненно теоретические положения по внедрению информационных технологий в образовательный процесс базируются на основных положениях системы программированного обучения.

Исходя из понимания сущности понятия «новой технологии» как современной системы обучения, реализация которой обеспечивает достижение планируемого результата, мы вышли на проектирование целостной педагогической системы инженерно-графической подготовки специалистов на основе компьютерной технологии обучения, где дидактические комплексы проектируются как целостная система педагогических программных средств, имеющих единую информационную среду.

С появлением компьютерных средств обучения появилась реальная возможность в обеспечении новыми программными средствами по организации учебного процесса, направленных на совершенствование инженерно-графической подготовки в вузе. Эго потребовало разработки и внедрения в педагогическую практику новых подходов к дидакгико-методическому обеспечению учебного процесса и его реализации в условиях развития и внедрения в систему образования новых информационных технологий.

Для решения этой проблемы нами использовались две самостоятельные, но вместе с тем, взаимосвязанные дидакгико-методические составляющие содержания, которые назовем:

- первую информационной;

- вторую технологической.

Информационная составляющая совершенствования содержания графической подготовки создает условия для учебного взаимодействия между преподавателем и студентом при активном использовании прикладных программ, обеспечивающих и поддерживающих реализацию дидактических целей и задач по усвоению студентами инженерно-графических дисциплин. Она создает условия для проекгирования и конструирования дидактического комплекса как системы дисциплин инженерно­ графической подготовки, позволяющей педагогу осуществлять целостную технологию обучения на инновационной основе в условиях информатизации образования. При этом состав и структура комплекса в зависимости от выбора содержания инженерно­ графической подготовки, могут быть разными. Это рабочие программы, электронные учебники или учебно- методические пособия, привязанные к определенным программам, отдельные учебные задачи, положения или инструктивный материал, гипертекстовый вариант заданий и учебно-методических пособий, автоматизированные системы для контроля и оценки знаний и т.д.

Технологическая составляющая направлена на обеспечение процессуальной стороны инженерно-графической подготовки специалиста в вузе. Особенностями этой составляющей является то, что она выполняет связующую функцию и одновременно является стержнем, вокруг которого разрабатывается и представляется для студента вся необходимая информация для активного педагогического взаимодействия на него преподавателем и выступает в качестве ключевого элемента в процессе инженерно­ графической подготовки.

Разработанное нами информационное и технологическое обеспечение рассматриваются не только как результат совершенствования содержания инженерно­ графической подготовки, но и как инструмент, позволяющий организовать учебный процесс по графическим дисциплинам на новой инновационной основе, на основе новых информационных технологий.

При всем многообразии решения задач, реализуемых с помощью персональных компьютеров применительно к интенсификации учебного процесса по изучению любой дисциплины, можно сказать следующее: это и повышение содержательного уровня курса;

и расширение возможностей познания;

и повышение интереса к изучаемой дисциплине;

и обеспечение развивающего эффекта обучения;

и индивидуализация процесса обучения. В данном случае ориентация на достижение педагогических целей, решение педагогических задач, включающих в себя как дидактические, так и воспитательные аспекты вполне оправданы. Компьютер при этом выступает, с одной стороны, как средство обучения, с другой стороны, как предмет изучения.

Особенность применения компьютера как средства управления учебной деятельностью при изучении начертательной геометрии заключается в том, что этот курс читается в первом семестре, до изучения студентами специальных курсов по применению вычислительной техники. Многие из студентов вообще не знакомы с устройством и основными функциями компьютера. Поэтому мы считаем, что для студентов важно приобретение устойчивых навыков работы с компьютером в режиме пользователя.

Для решения геометрических задач в диалоговом режиме, нужно вводить графические задачи в ЭВМ посредством алгоритмов. Рассмотрим основные принципы алгоритмизации и на их основе автоматизацию содержания инженерно-графических задач, заключающиеся в следующем:

1. Вначале осуществляется пространственный анализ условия задачи и построение пространственной модели в виде наглядного рисунка. Этот этап развивает пространственно-образное мышление студента, является важнейшим элементом развития всякого творчества вообще и технического творчества в частности.

2. Составляется структурный алгоритм пространственного решения в виде последовательности геометрических действий. Этот алгоритм записывается в виде геометрических модулей (блоков) с использованием принятой символики и отображается на пространственной модели. Здесь мы предполагаем развить формально­ логическое мышление студента.

3. Далее осуществляется построение алгоритма графического решения, в виде последовательности графических операций, при помощи которых геометрические модули реализуются на плоскостях проекций комплексного чертежа. Этот алгоритм, в сущности, представляет собой развернутую запись пространственного решения. При этом к а ж д ы й модуль необходимо представить в виде последовательности соответствующих графических действий. На этом этапе требуется знание методов и возможностей начертательной геометрии.

4. Решение задачи, то есть выполнение построений на плоскостях проекций комплексного чертежа с получением результата - искомого геометрического образа.

Этот этап формирует и развивает навык графической, чертежной работы и является необходимым компонентом процесса обучения инженерным дисциплинам проектно­ конструкторского направления.

Наш опьгт работы по созданию программного обеспечения по курсу «Начертательная геометрия» показал, что для плодотворной работы студентов с компьютером необходимо особое внимание обратить на специфику постановки и решения графических задач, для чего необходимо составление и разработка алгоритмизированного представления геометрической информации путем написания сценариев разветвленных обучающих программ, а также вывод графической и символьной информации на экран дисплея, В последнем случае помогает многолетний опыт кафедры использования терминологии, символики теории и алгебры множеств при изучении курса начертательной геометрии, учитывается преемственность школьного курса геометрии, в результате чего упрощаются алгоритмы решения графических задач.

Решение задач начертательной геометрии представляет собой выполнение некоторой последовательности геометрических действий, тогда как работа компьютера сводится к вычислительным операциям над числами и поэтому для того, чтобы поставить в соответствие геометрическому образу его математическую модель, а геометрическому действию - его вычислительный эквивалент, достаточно перейти от комплексного чертежа, представляющего собой графическую модель пространства, к координатной модели пространства.

В результате мы получаем возможность одновременно рассмотреть две модели евклидового пространства: графическую, в виде комплексного чертежа и аналитическую в виде упорядоченных троек чисел. Эти совмещенные модем равноправны и всегда можно перейти от одной модели к другой. Например, любому множеству точек пространства соответствуют с одной стороны проекции точек множества 0] и 0 2, а с другой - уравнение фигуры 0 относительно координат X,Y, Z ее точек:

OlX.V./t О (1) Такой координированный комплексный чертеж может являться графоаналитической моделью евклидового пространства. На этой модели при решении задач в равной мере применяются как графические построения, так и аналитические методы. При этом решение геометрических задач методами аналитической геометрии может быть легко автоматизировано на базе их вычислительных эквивалентов, что послужило причиной широкого распространения этих методов при решении подобных задач. В то же время установлено, что графические методы, имеют ряд преимуществ перед аналитическими. Объясняется это простотой и наглядностью, возможностью контроля правильности решения. Кроме того, нужно учитывать, --что решение геометрических задач в ряде случаев требует введения в ЭВМ информации непосредственно в графической форме. Если при этом геометрические объекты (точка, прямая, поверхность) могут быть описаны своими уравнениями, то любой графической операции соответствует система уравнений. Например, координаты - х, z точки пересечения двух прямых, одна из которых горизонтальная или вертикальная, являются результатом решения системы двух уравнений:

х - xA z - zA (2) xB - xA zB - zA x = xC (3) где уравнение (2) есть математический эквивалент прямой АВ, а уравнение (3) вертикальной прямой, проходящей через точку С.

Вычислительными эквивалентами координат X и Z точки К являются формулы:

х=хС (4) хС-хА z=- (zB-zA)fzA (5) хВ-хА После перевода этих формул на алгоритмический язык получаем машинную процедуру KOR, запись которой на базе формальных параметров имеет вид:

ProcedureKor (al, а2, аЗ, а4, а5: Real;

var аб: Real);

Bigin a6: = (al - а 2 ) /( а З - а 2 ) * (а 4 -а 5 ) + а5;

End., где (al, a2, аЗ, a4, a5, аб) соответственно (хСь хАь хВь zBb zA(, zKi).

Аналогично выводятся вьиислительные эквиваленты других простейших графических операций, таких как: SA (построение точки пересечения двух прямых, каждая из которых занимает общее положение);

OKR (построение окружности по заданному радиусу и центру);

UR (определение точки пересечения прямой и окружности);

ВПС (определение точек пересечения двух окружностей). Затем аналитические вьиислительные эквиваленты переводятся на алгоритмические языки и представляют собой процедуры расчета (подпрограммы) общей программы решения комплексной графической задачи. Составив библиотеку таких подпрограмм, можно обеспечить возможность решения с помощью ЭВМ широкого круга графических задач.

Известно, что задача построения точки пересечения прямой линии с плоскостью является весьма важной среди других позиционных задач и поэтому она называется основной позиционной задачей, так как эта составная задача на определение результата пересечения плоскости с другой фигурой, состоящей из прямых: плоскостью, многогранником, цилиндром, конусом и другими линейчатыми поверхностями.

Рассмотрим пример подготовки графической задачи к решению ее на компьютере.

Например, если требуется построить точку К пересечения прямой MN с плоскостью a {ABC} (рис.1), то для перевода графической информации в математическую, исходные параметры удобно задать координатами точек А (x, у, z), В (x, у, z), С (x, у, z), М (x, у, z), N (x, у, z). При этом операторная форма записи заданных параметров будет иметь вид ХА,YA, ZA, XB,YB, ZB, XC, YC, ZC, ХМ, YM, ZM, XN, YN, ZN. Решение задачи на ЭВМ заключается в расчете координат x, у, z точки К.

Прежде чем приступить к составлению программы решения задачи, рассмотрим план и последовательность выполнения геометрических операций.

Рисунок 1 - Определение точки пересечения прямой с плоскостью E, = (A1 )n (M,N B1 );

2= (F L] ) П (A2C2);

1. 4.

2. F, = (AiCi) П (MiN,);

K2=(E2F2) П (M 5. N2);

3- E2=(E, j ) n ( A 2B2);

6. К, = (К2 к )П (М М ).

Каждую графическую операцию из приведенного алгоритма заменим соответствующей процедурой расчета. Например, координаты х и z точки Ej пересечения прямых A,Bi и M,Ni рассчитываются процедурой SA. Это запишется так:

Е, = SA (А,ВЬ M,N|), [XE.ZE], где в скобках указаны рассчитьшаемые параметры.

Сосгавим алгоритм компьютерного решения задачи:

1. E ^S A C A iB bM M );

F2=KOR(A2C2,F!);

4.

2. Fi = SA(A1 M/N|);

Ci, 5. K2= SA(EjF2, М2№);

3. E2=K OR(A 2B2,E l);

6. K, = KOR(M,Nb K2).

Профамма решения задачи на ЭВМ составляется на основе представленного выше алгоритма компьютерного решения.

В курсе начертательной геометрии важное место занимают позиционные задачи, решаемые на поверхностях. К ним относятся задачи на определение принадлежности какой-либо линии поверхности, задачи на построение плоских сечений и линий перехода. Решение таких задач сводится к определению дискретного множества точек {М, М', М ",..., М"} искомой линии, каждая из которых находится но одному и тому же известному алгоритму, что позволяет автоматизировать их решение.

Нами разработаны учебно-исследовательские программы CUT PLANE, CONOID, SFERA, ANNA, которые используются при выполнении индивидуальных заданий по инженерной графике при изучении раздела «Позиционные задачи».

Диалоговая авторская профамма CUT PLANE предназначена для расчета координат x, у, z дискретного множества точек, определяющих линию пересечения линейчатых поверхностей плоскостью при фафо-аналитическом способе решения этой задачи и реализуется на базе компьютеров IBM PC с операционной системой, начиная с Windows 95. Для создания самой программы использована интегрированная среда программирования Delphi 5.

Программы CONOID и SFERA составлены на языке PASKAL и предназначены для построения плоских сечений линейчатых поверхностей и поверхностей сферы, дающие возможность рассчитать координаты точек, принадлежащих линии пересечения коноида и сферы с плоскостью соответственно, а также получить графическое изображение. Структура программ CONOID и SFERA сформирована на базе алгоритмов графического решения задач на построение плоских сечений различных поверхностей. В общем случае эти сечения представляют собой плоские кривые линии, для ірафического определения которых необходимо построить множество точек {К, F..., К', F',..., К", F",...Kn, F”,...}, определяющих искомую кривую. Составляющие этого множества К1 F1 определяются как точки пересечения,,..., соответствующих образующих поверхностей с плоскостью - для линейчатых поверхностей;

или как точки пересечения прямых, взятых в плоскости с заданной поверхностью - для нелинейчатых поверхностей.

Дня определения координат К’, F1. составляющих искомое множества точек,, сделаны основные расчетные процедуры RAS для обеих программ.

Эти процедуры активизируются в программе многократно, т.е. работают в цикле (рисунок 2). Задавая определенный шаг расчета можно получить достаточно плотное множество точек линии пересечения заданных поверхностей с плоскостью.

Рисунок 2 - Блок-схема программы расчета координат точек Программа ANNA составлена на языке PASKAL и предназначена для построения линии пересечения поверхностей эллиптического цилиндра и сферы с заранее заданными характеристиками, дающая возможность рассчитать координаты точек линии пересечения заданных поверхностей и получить графическое изображение результатов этого расчета.

Нами установлено, что изложенная методика решения графических задач на базе ЭВМ не нарушает традиционного способа изложения содержания начертательной геометрии, разумно распределяет в каждой задаче функции студента и ЭВМ, оставляя учащемуся творческую часть работы.

Многолетний опыт работы кафедры по нашей методике показал, что изучать компьютерную графику следует параллельно с изучением инженерной графики, по возможности, не выделяя в отдельный раздел. Для успешного внедрения компьютерной трафики в учебный процесс на кафедре был создан интегрированный курс инженерной и компьютерной графики.

Осваивая методы начертательной геометрии и правила черчения, традиционно студенты параллельно обучаются средствам компьютерной графики, позволяющим решать те же задачи инженерной графики на базе современных технологий. Часть графических заданий студенты выполняют сначала вручную, а затем автоматизировано, так как такая постановка учебного процесса на наш взгляд позволяет быстрее понять методы работы и сравнить качество получаемых чертежей.

Для выполнения графических заданий на компьютере разработаны специальные объектно-ориентированные системы-надстройки над базовой графической системой. В качестве базовой использовалась графическая система конструирования AutoCAD.

Организационное, методическое, информационное и программное обеспечение дисциплины «Инженерная компьютерная графика» составляет учебно-методический комплекс (УМК), в который входят:

1. Типовые программы дисциплины «Инженерная графика», утвержденные УМО по специальностям: 0313- профессиональное обучение и труд;

390140 - химическая технология органических веществ и материалов;

390240 — химическая технология неорганических веществ;

2. Учебное пособие «Инженерная компьютерная графика», «Компьютерная графика», электронный учебник «Инженерная графика», разработанные автором.

3. Обучающая система - автоматизированный учебный курс «АУК ГРАФ».

4. Электронная тренинг-система (комплекс лабораторных работ) для изучения базового графического редактора AutoCAD (AutoCAD-2000, AutoCAD-2002).

5. Электронная объектно-ориентированная система - надстройка для разработки чертежей сборочной единицы альбома типовых заданий.

6. Электронная объектно-ориентированная система надстройка по подготовке объектно-планировочных решений инженерно-строительных объектов. " Разработанный автором электронный учебник «Инженерная графика», составлен так, что студенту на уровне пользователя предоставлены возможности входа во все вложенные информационные уровни учебника. Учебный материал разбит на кадровые порции, содержащие такие фрагменты как: элементы' теории, вопросы предгесгового •контроля, задачи по изучаемой теме, диагностика уровня знаний обучаемого и выраженная законченная смысловая информация. Практически, любой материал в электронной книге, помимо текста содержит анимированные красочные рисунки, многие примеры осуществлены со звуковым сопровождением. По каждому разделу имеется возможность проверить усвоенный материал с помощью запуска прилагаемых программ тестирован™, не выходя из электронного учебника.

Учебно-методический комплекс (УМК), разработанный нами представляет одну из основных частей новой педагогической системы обеспечения учебного процесса, то есть дидактический комплекс информационного обеспечения учебной дисциплины «Инженерная компьютерная графика». УМК - пример методики ведения учебного процесса с применением компьютерных технологий на современном уровне.

Основная функция компьютерного обучения - педагогическое управление учебной деятельностью студента. Она реализуется через обучающие программы. С точки зрения дидактики систему компьютерного обучения можно представить как систему обучающих программ и способов их реализации.

Нам удалось создать вариант простейшей обучающей системы с элементами адаптивной системы, где в отдельных случаях управление учебной деятельностью студента осуществляется не по ответам, а по процессу решения задачи.

Особенность воздействия любой обучающей программы в нашем случае заключается в том, что она в той или иной мере направлена на реализацию всех сторон учебной деятельности студента: содержательной операциональной (умственные действия) и мотивационной (цели, мотивы, интересы). Каждая из программ имеет свой элемент новизны, свой подход к решению учебных задач и достижению целей.

Наиболее сложной является контрольно-обучающая программа, реализуемая в форме педагогически направленного диалога, при разработке сценария которого нами был учтен целый ряд психолого-педагогических требований.

Обобщая наш опыт работы и исследований, проводимых в течении последних 20 ти лег по выполнению кафедральной госбюджетной темы: Б-ЕПФ-01-10-5 «Повышение эффективности использования вычислительной техники в учебном процессе и производстве» под руководством автора разработана компьютерная обучающая система АУК ГРАФ - Автоматизированный Учебный Курс по графике.

АУК ГРАФ является компонентом автоматизированной обучающей системы и представляет собой компьютерное педагогическое программное средство, предназначенное для предъявления новой информации, ее усвоения, промежуточного тестирования, обладающей системой помощи обучаемому как по отдельной теме, так и по изучаемому предмету.

АУК обладает способностью адаптации к обучаемому - его уровню знаний, скорости мышления, выбору пути продвижения по изучаемому материалу;

дает возможность накопления и анализа статистической информации о каждом обучаемом и оценке его знаний.

АУК ГРАФ предназначен для проведения практических занятий по начертательной геометрии, а также для самостоятельного изучения курса. Обучение ведется в диалоговом режиме по заранее заданному алгоритму, темп прохождения учебного материала и его объем определяется индивидуальными особенностями обучаемого. Учебный материал разбит на независимые порции;

переход к следующей порции осуществляется при достижении определенного уровня обученности по предыдущей теме или разделу.

Контролирующая (тестирующая) программа курса предусматривает несколько типов ответов - альтернативный, цифровой, просто «да» или «нет». Одновременно с контролирующей функцией они обладают способностью осуществлять и обучающую выдавать правильный, разъясняющий ответ или отправлять студента на повторение определенного раздела теории. Учитывая степень усвоения учебного материала, предусмотрено 3 уровня оценки (отл., хор., удовл.).

Алгоритм АУК ГРАФ достаточно универсален и может служить основой для автоматизации обучения по любому разделу как дисциплины «Инженерная графика», так и любой другой (даже гуманитарной), т.к. обладает возможностями реализовать все составляющие процесса обучения:

подача информации -усвоение - закрепление - контроль - оценка.

Экспериментальный подход реализован в виде автоматизированной обучающей системы (АОС), основанной на алгоритмическом подходе к изложению курса начертательной геометрии, в части применения вычислительной техники для решения позиционных задач.

В различные годы (с 1995 по 2004 годы) количество участвующих в эксперименте студентов факультета информационных технологий и механико-строительного факультета ЮКГУ составляло 200-250 человек.

Экспериментальные наблюдения фиксировались по следующим направлениям: 1) полнота выполнения задания;

2) качество усвоения учебного материала;

3) оценка напряженности познавательной деятельности по объему усвоенного студентом учебного материала и затраченному времени;

4) психологическая и физиологическая усталость (оценивалась по числу ошибок, допущенных студентом работе за клавиатурой управления компьютера, и временным затратам на выполнение конкретного учебного задания).

На всем протяжении эксперимента наблюдалось оптимальное сочетание автоматизированной обучающей системы АУК ГРАФ и традиционных форм, методов и средств обучения, применяемых в учебном процессе. Экспериментальные наблюдения показывают, что в рамках применения АОС типа АУК ГРАФ качество усвоения студентами одного и того же учебного материала существенно повышается, а временные затраты, необходимые на это усвоение заметно сокращаются.

Результаты экспериментального обучения полностью доказывают мысль о том, что интегрированное содержание учебных материалов на базе обучающих систем типа АУК ГРАФ, назовем интегративный курс «Инженерная компьютерная графика», позволяет давать знания более глубокие, чем по традиционной форме и повышает эффективность графической подготовки. Процесс экспериментального обучения позволил выявить и недостатки в содержании традиционного курса «Инженерная графика» и возможности его улучшения. На этой основе было пересмотрено содержание традиционного курса в сторону усовершенствования методики преподавания, повлиявшее на повышение успеваемости.

С целью стабильности достоверности результатов педагогический эксперимент проводился на протяжении девяти лет. Эффективность интегративного курса «Инженерная компьютерная графика» в 2003/04 учебном году достигла в общем итоге 95,2%, т.е. на 17,2% выше, чем в контрольных группах (рисунок 3).

•Успеваемость в контрольных группах •НК”" Успеваемость в экспериментальных группа Рисунок 3 - Диаграмма эффективности учебного курса Полученные результаты эксперимента свидетельствуют о том, что в процессе обучения с помощью компьютера происходит не только рост усвоенного материала, но и достигается большая устойчивость следов памяти. В ходе компьютерного обучения значительно возрастает продукшвность усвоения новых знаний у студентов с низкой успеваемостью. Отсюда можно сделать вывод, что низкий уровень усвоения при традиционных методах обучения связан не с низким уровнем развития психических процессов у слабоуспевающих студентов, а с их пассивным отношением к занятиям.

Обучение с помощью компьютеров, будучи более индивидуализированным, значительно повышает активность студентов этой категории и как следствие - их успеваемость.

Приемлемость интегративного курса «Инженерная компьютерная графика»

состоит в том, что для его преподавания затрачивается вдвое меньше времени, чем на преподавание по традиционному курсу «Инженерная графика». Ускоренный процесс обучения инженерно-графическим дисциплинам в настоящее время актуален в связи с переходом на кредитную систему обучения.

С целью прочного приобретения навыков работы с компьютером на кафедре ОПИГ и ТСО им.М.Ауезова внедрен автором лабораторный практикум по выполнению простейших конструкторских работ на уровне пользователя. Работа выполняется студентом в индивидуальном режиме, каждая лабораторная работа (из девяти) состоит из структурированных частей и в начале каждой из них приводятся инструкции. При выполнении той или иной лабораторной работы студент использует современные программные средства для выполнения чертежей в интерактивном режиме графические редакторы AutoCAD. Например, на рисунке 4 представлен фрагмент разработки для сборочного чертежа машиностроительных изделий.

Популярность графической системы AutoCAD предопределила использование ее в качестве базовой в курсе инженерной компьютерной графики, а именно — автоматизации выполнения чертежей.

Р 1»

«« ;

Г « М * м** ;

В ~ Ф. (? рлм ю.•.

« »»л^ :

'.} Т лІИrwt»«»tkg SOW(ечюя«|.Т»ти«г4п«|имад й м т ы» в й (в0| 0» и0ИКеддЖзSн в ш «Ч*аа« 5. и * »

tA n ta( H ffnfrn №( * ac««um 5ч»4зювюм -rtm ;

- Чяв чедваіь '•jirt^weaai f »(*»

9л а»ч»ум «и »« «т іггл *ь : г л {о і Г «®^и*»п»азо ялкі" й ю і *cn»jl * ' « я*ч *ск.»м ц »ь»еи »ч*««» гей ;

B o ito ш wM стттго ЗГ л* ги м тв го с г isj?i к 8 w’ГС Й « !' в МЯ В6Ж-:

Рисунок 4 Фрагмент для разработки сборочного чертежа «Резьбовые соединения в сборе»

Используя язык программирования AutoLISP - один из компонентов системы AutoCAD, нами были разработаны модели - представители для выполнения конструкторской документации инженерно-строительных объектов и машиностроительных изделий.



Pages:   || 2 |
 




 
2013 www.netess.ru - «Бесплатная библиотека авторефератов кандидатских и докторских диссертаций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.