Использование моделей при обучении черчению

Содержание

1. Основные сведения о моделях

1.1 Назначение моделей

1.2 Классификация моделей

1.3 Демонстрационные возможности моделей

2. Дидактический потенциал использования моделей в процессе обучения

2.1 Модель как наглядность

2.2 Технология моделирования

2.3 Моделирование и конструирование на уроках черчения и геометрии

3. Методика применения моделей на уроках черчения

3.1 Модели в черчении

3.2 Урок с применением моделей в черчении

3.3 Практическая работа ученика с моделью на уроке черчения

3.4 Экспериментальная апробация компьютерных методов обучения на уроках черчения Заключение Список использованной литературы

Черчение является таким предметом, при изучении которого учащиеся знакомятся с широким кругом технических понятий. Знание черчения облегчает изучение многих других общетехнических предметов.

Условиями успешного овладения техническими знаниями являются умение читать чертежи и знание правил выполнения и оформления чертежей. Чертеж является одним из главных носителей технической информации, без которой не обходится ни одно производство.

Потребность изображать предметы появились у людей очень давно. Еще в древности люди изображали на камнях диких зверей, охоту и др. Позднее подобные изображения появились на предметах домашнего обихода — сосудах, вазах и на другой утвари. Так возникли первые изображения предметов и явлений, которые человек наблюдал в окружающей его жизни.

В процессе трудовой деятельности человека возникла необходимость изображать еще не существующие предметы и строения. Такая задача стала, например, перед зодчими при сооружении храмов, театров и дворцов.

Чертежи планов и фасадов зданий были известны еще в Древнем Египте, о чем свидетельствуют дошедшие до нас изображения построек на папирусах. Однако потребовался большой период времени, прежде чем отдельные изображения плана и фасада предмета были объедены в систему двух видов, т. е. чертеж предмета в современном понимании этого слова.

Способы изображения предметов на плоскости развивались своими путями от примитивных и условных зарисовок, до более совершенных, приближающихся к современным проекционным чертежам.

Индустриализация нашей страны, создание отечественного машиностроения и других производств, сооружение новых фабрик, заводов и городов привели к более широкому использованию чертежей, к разработке конструкторских.

Актуальность работы обусловлена вышеизложенными сведениями.

Цель данной дипломной работы заключается в том, чтобы описать возможности использования моделей пери обучении черчению.

В соответствии с поставленной целью сформулированы следующие задачи:

— Изучить основные вопросы моделирования и описать основные сведения о моделях.

— Проанализировать дидактический потенциал использования моделей в процессе обучения.

— Рассмотреть возможности и методики применения моделирования на уроках черчения.

В работе применялись теоретические и практические методы исследования. Теоретические: анализ литературы по теме дипломной работы — педагогической и психологической, научно-педагогической, методической, ресурсов интернет. Практические: проведение эксперимента, математическая обработка его результатов.

1. Основные сведения о моделях

1.1 Назначение моделей

Модель в общем смысле (обобщенная модель) есть создаваемый с целью получения и (или) хранения информации специфический объект (в форме мысленного образа, описания знаковыми средствами либо материальной системы), отражающий свойства, характеристики и связи объекта-оригинала произвольной природы, существенные для задачи, решаемой субъектом. Для теории принятия решений наиболее полезны модели, которые выражаются словами или формулами, алгоритмами и иными математическими средствами.

Потребность в моделировании возникает в таких областях как:

1) познание;

2) общение (в широком смысле слова);

3) практическая деятельность.

Аспектами моделирования могут быть внешний вид, структура, поведение объекта моделирования, а также все их возможные комбинации.

Структурой объекта называют совокупность его элементов, а также существующих между ними связей.

Поведением объекта назовём изменение его внешнего вида и структуры с течением времени в результате взаимодействия с другими объектами.

Моделирование внешнего вида используется для:

1) идентификации (узнавания) объекта;

2) долговременного хранения образа.

Моделирование структуры объекта используется для:

1) её наглядного представления;

2) изучения свойств объекта;

3) выявления значимых связей;

4) изучения стабильности объекта.

Моделирование поведения применяется при:

1) планировании, прогнозировании;

2) установления связей с другими объектами;

3) выявления причинно — следственных связей;

4) управлении;

5) конструировании технических устройств и так далее.

В процессе моделирования каждый аспект моделирования раскрывается через совокупность свойств.

В моделях отражаются не все свойства, а только существенные с точки зрения целей моделирования.

Каждый аспект моделирования характеризуется своим набором свойств:

1) внешний вид — набором признаков;

2) структура — перечнем элементов и указанием отношений между ними;

3) поведение — изменением внешнего вида и структуры с течением времени.

Некоторые свойства объекта моделирования могут быть выражены величинами, принимающими числовые значения. Такие величины носят название параметров модели[2].

Информационную модель можно рассматривать как некоторый новый информационный объект, который тоже, в свою очередь, может быть объектом моделирования.

Определение понятия «модель» .

Модель — это:

1) некоторое упрощенное подобие реального объекта;

2) воспроизведение предмета в уменьшенном или увеличенном виде (макет);

3) схема, изображение или описание какого — либо явления или процесса в природе и обществе;

4) физический или информационный аналог объекта, функционирование которого по определённым параметрам подобно функционированию реального объекта;

5) некий объект — заменительый, который в определённых условиях может заменять объект — оригинал, воспроизводя интересующие нас его свойства и характеристики, причем имеет существенные преимущества и удобства (наглядность, обозримость, доступность испытаний, лёгкость оперирования с ним и так далее);

6) новый объект, который отражает некоторые стороны изучаемого объекта или явления, существенные с точки зрения целей моделирования;

7) новый объект (реальный, информационный или воображаемый), отличный от исходного, который обладает существенными для целей моделирования свойствами и в рамках этих целей полностью заменяет исходный объект.

Модель представляет собой способ существования знаний.

Цели моделирования Решение любой практической задачи всегда связано с исследованием, преобразованием некоторого объекта (материального или информационного) или управления им.

Цель моделирования возникает, когда субъект моделирования решает поставленную перед ним задачу, и зависит как от решаемой задачи, так и от субъекта моделирования. То есть цель моделирования имеет двойственную природу: с одной стороны, она объективна, так как вытекает из задачи исследования, с другой — субъективна, поскольку исследователь всегда корректирует её в зависимости от опыта, интересов, мотивов деятельности.

Для одного объекта один субъект может построить несколько моделей, если он решает разные задачи, приводящие к разным целям моделирования.

Для одного объекта разные субъекты могут построить разные модели, даже если задача моделирования у них одна. Выбор вида модели и её построение зависят от знаний, опыта, предпочтений, личных интересов субъекта.

Разные объект могут иметь одинаковые по виду модели, даже ели их строили разные субъекты, исходя из разных целей моделирования.

Основные этапы построения моделей Этапы моделирования:

1. Постановка цели моделирования

2. Анализ моделирования объекта и выделение всех его известных свойств

3. Анализ его выделенных свойств с точки зрения цели моделирования и определение, какие из них следует считать существенными

4. Выбор формы представления модели

5. Формализация

6. Анализ полученной модели на непротиворечивость

7. Анализ адекватности полученной модели объекты и цели моделирования Не существует универсальных правил определения, какие из известных свойств объекта являются существенными для конкретного случая.

Если условия моделирования позволяют, то рекомендуется построить несколько моделей с разными наборами «существенных» свойств и затем оценить их на адекватность объекту и цели моделирования.

Виды моделей:

1.По характеристике объекта моделирования:

1.1.Модель внешнего вида.

1.2.Модель структуры.

1.3Модель поведения

2.По сферам деятельности субъекта моделирования:

2.1.Познавательные.

2.2.Коммуникативные.

2.3.Модели, возникающие в сфере практической деятельности.

3.По сущности:

3.1.Вещественно-энергетические (натуральные).

3.2.Идеальные (воображаемые).

3.3.Информационные.

4.По роли управления объектом моделирования:

4.1.Регистрирующие.

4.2.Эталонные.

4.3.Прогностические.

4.4.Имитационные.

4.5.Оптимизационные.

5.По степени формализации:

5.1.Неформализованные.

5.2.Частично формализованные.

5.3.Формализованные.

6.По счету фактора времени:

6.1.Статические.

6.2.Динамические.

6.2.1.Детерминированные.

6.2.2.Стохастические (вероятностные).

Виды информационных моделей:

1.Дискриптивные (выражены на языке описания):

1.1.На естественном языке.

1.1.1.Словесное описание.

1.2.На специальном языке.

1.2.1.Научные:

1.2.1.1 математические формулы;

1.2.1.2 алгоритмы.

1.2.2.Технические:

1.2.2.1 техкарты;

1.2.2.2 программы.

2.Смешанные.

2.1.Таблицы.

2.2.Графы.

2.2.1.Деревья.

2.2.2.Сети.

2.2.3.Блок-схемы.

2.3.Схемы.

2.4.Карты.

2.5.Видеофильмы.

3.Наглядные (выраженные на языке представления).

3.1.Рисунки.

3.2.Чертежи.

3.3.Графики.

3.4.Фотографии.

Формализация. В процессе познания и общения мы сталкиваемся с формализацией практически на каждом шагу: формулируем мысли, оформляем отчёты, заполняем всевозможные формуляры, преобразуем формулы.

В общем виде формализация понимается как сведение некоторого содержания (содержания текста, смысла научной теории, воспринимаемых сигналов и так далее) к выбранной форме.

Пример:

Оглавление книги — это формализация её содержательных частей, а сам текст книги можно рассматривать как формализацию по средством языковых конструкций мыслей, идей, размышлений автора. Итогом формализации научной теории является, как правило, совокупность формул, графиков, схем, таблиц и так далее. План действий в результате формализации переводится в алгоритм.

1.2 Классификация моделей

Для моделей можно составить различные виды классификаций в зависимости от одного или нескольких признаков, общих для той или иной группы моделей[3].

Наиболее распространенные виды классификации моделей определяются следующими признаками:

1. Область использования.

2. Учет в модели временного фактора (динамики).

3. Отрасль знаний.

4. Способ представления моделей.

1. Классификация по области использования.

Учебные модели используются при обучении. Это могут быть наглядные пособия, различные тренажеры, обучающие программы.

Опытные модели используются для исследования объекта и прогнозирования его будущих характеристик. На, модель крыла самолета «продувается» в аэродинамической трубе, с целью исследования его обтекаемости; модель здания используется для привязки его к конкретной местности. Такие модели представляют собой уменьшенные или увеличенные копии проектируемого объекта.

Научно-технические модели создаются для исследования процессов и явлений. К таким моделям можно отнести прибор для получения грозового электрического разряда, модель движения планет Солнечной системы, модель работы двигателя внутреннего сгорания.

Игровые модели — это различного рода игры: деловые, экономические, военные. С помощью таких моделей можно разрешать конфликтные ситуации, оказывать психологическую помощь, проигрывать поведение объекта в различных ситуациях[4].

Имитационные модели не просто отражают реальность с той или иной степенью точности, а имитируют ее. Эксперимент с моделью либо многократно повторяется при разных исходных данных, чтобы изучить и оценить последствия каких-либо действий на реальную обстановку, либо проводится одновременно со многими другими похожими объектами, но поставленными в разные условия. По результатам исследования делаются выводы.

Любая экономическая реформа, проводимая в стране, затрагивает интересы всех слоев общества. Поэтому она должна быть тщательно продумана, а ее результаты предсказуемы. Но проводить реальные эксперименты в этой области практически невозможно, поэтому прибегают к имитационному моделированию.

Еще одним ом области, где нельзя исследовать реальные модели, является медицина. Так прежде чем хирурги приступили к операциям по пересадке органов человеку, было сделано огромное количество подобных операций разным животным.

2. Классификация с учетом временного фактора (динамики).

Статические модели отражают объект в определенный момент времени, без учета происходящих с ним изменений. В этих моделях отсутствует временной фактор.

Примером статической модели может служить макет или рисунок молекулы воды, состоящей из атомов водорода и кислорода (рисунок1).

Рисунок 1. Молекула воды

Динамические модели отражают процесс изменения объекта во времени.

Химический опыт, проводимый в лаборатории, является примером динамической модели. Известно, что кислород реагирует с водородом с выделением энергии. Поэтому даже при малых количествах исходных веществ реакция сопровождается громким хлопком. Таким образом, модель, позволяет предсказать возможные последствия соединения этих распространенных в природе и жизненно необходимых человеку веществ[5].

3. Классификация по отрасли знаний

Здесь можно выделить следующие виды моделей:

1. Физические.

2. Химические.

3. Географические.

4. Исторические.

5. Социологические.

6. Экономические.

7. Математические.

В биологии, на, с помощью моделей исследуется развитие биосистем.

Широкое распространение получили интерактивные географические карты.

Примером исторической модели может служить генеалогическое дерево.

Существуют также различные модели общества, на пример конфликтная модель обществатеория социального конфликта Р. Дарендорфа, согласно которой наличие конфликтов в социальных процессах:

1) естественно и неизбежно;

2) присуще любому типу общества;

3) является источником изменений общества.

Экономико-математические модели используются как инструмент прогноза, планирования и управления хозяйством.

4. Классификация по способу представления

В соответствии с этой классификацией модели делятся на две большие группы: материальные (иначе их называют предметные или натурные) и информационные (абстрактные).

Материальная модель воспроизводит геометрические, физические и другие свойства оригинала в материальной форме.

В школе при изучении наук вам помогают такие материальные модели, как чучело птицы и скелет человека (на уроках биологии), наклонная плоскость и макет многоступенчатой ракеты (на уроках физики и астрономии), различные химические опыты и т. п.

Информационная модель — это описание объекта.

Типы информационных моделей Примером словесной модели может служить такой литературный жанр, как басня, поскольку в ней реальные отношения между людьми переносятся на отношения между животными или вымышленными персонажами. На самом деле любое литературное произведение можно рассматривать как модель. Так в романе Л. Н. Толстого «Война и мир» можно найти словесное описание Бородинского сражения. Причем автор описывает как динамику событий, так и костюмы действующих лиц.

А картина, написанная художником, и схема из учебника истории являются графическими моделями того же объекта.

Решая задачи по физике, вы составляете математические модели различных явлений и процессов.

Математические модели — это модели, построенные с использованием математических понятий и формул[7].

На, модель равноускоренного прямолинейного движения:

(1)

где: S — путь, пройденный телом за время t;

a — ускорение;

v0 — начальная скорость.

Существуют и другие подходы к классификации информационных моделей.

Так в зависимости от строгости описания различают образно-знаковые и знаковые модели. Из рассмотренных выше моделей к первой группе относятся словесные и графические. Математические модели относятся к знаковым.

В зависимости от структуры информационные модели делятся на

1) табличные;

2) иерархические;

3) сетевые.

В табличной информационной модели объекты или их свойства представлены в виде списка, а их значения размещаются в ячейках таблицы.

Примером химической табличной модели служит хорошо вам известная Периодическая система элементов Менделеева.

В иерархической информационной модели объекты распределены по уровням, причем элементы нижнего уровня входят в состав одного из элементов более высокого уровня[8].

Такие модели строятся в процессе классификации объектов. примером может служить модель классификации современных компьютеров.

Рисунок 2. Классификация современных компьютеров Сетевые информационные модели применяются для описания таких систем, в кото-рых связь между элементами имеет сложную структуру.

В информатике рассматриваются модели, которые можно создавать и исследовать с помощью компьютера. В этом случае модели делят на компьютерные и некомпьютерные[9].

В настоящее время выделяют два вида компьютерных моделей:

1) структурно-функциональные, которые представляют собой условный образ объекта, описанный с помощью компьютерных технологий;

2) имитационные, представляющие собой программу или комплекс программ, позволяющий воспроизводить процессы функционирования объекта в разных условиях.

Значение компьютерного моделирования сложно переоценить. К нему прибегают при исследовании сложных систем в различных областях науки, при создании образов исчезнувших животных, растений, зданий и т. п. Редкий кинорежиссер сегодня обходится без компьютерных эффектов.

Кроме того, современное компьютерное моделирование является мощным инструментом развития науки.

1.3 Демонстрационные возможности моделей

Демонстрационные динамические модели нередко называют анимационными моделями или просто анимациями. Это так называемые «живые» рисунки, таблицы, графики, диаграммы и пр. Параметры работы таких моделей изначально заданы в алгоритме программы и не могут изменяться пользователем.

Демонстрационные динамические модели относятся к наиболее распространенному в электронных учебных изданиях виду. Демонстрационные динамические модели расширяют спектр возможностей представлении информации[10].

Более интересными являются манипулятивные динамические модели. Это модели, в которых пользователю открыт в той или иной мере доступ к управлению их работой. Чаще всего пользователь имеет возможность изменения исходных данных, определяющих характер поведения модели, что позволяет учащимся детально исследовать особенности физических процессов.

Одним из специфических для виртуальной информационной среды способов представления информации являются модели физических объектов и процессов.

Снабжённые динамическими рисунками и графиками, они позволяют учащимся рассматривать изучаемые явления с разных сторон, изучать особенности их протекания посредством изменения соответствующих параметров и осваивать метод моделирования объектов и процессов в виртуальной среде как способ познания окружающего мира.

Компьютерное моделирование становится самым распространенным методом исследования окружающего нас мира и необходимым элементом технологии разработки новых технических, экономических и других систем.

Применение компьютерной техники и компьютерного моделирования позволяет существенно сократить затраты времени при одновременном увеличении дидактического эффекта, поскольку в компьютерном эксперименте можно выделить самое существенное.

Компьютерное моделирование — метод решения задачи анализа или синтеза сложной системы на основе использования ее компьютерной модели.

Фактически все упоминаемые в этом параграфе прикладные программы имеют в своей основе компьютерные модели.

Визуальное моделирование предполагает использование графической формы описания модели и зримого представления результатов исследования. Основным элементом графического представления моделируемой системы в современных средах является структурная схема, построенная из образов отдельных компонентов, соединенных функциональными связями. Для представления результатов используется математическая графика, а также двухи трехмерная анимация[11].

В настоящее время под компьютерной моделью понимают:

1) условный образ объекта (системы объектов), описанный компьютерными средствами (таблицами, диаграммами, гипертекстами и др.) и отображающий структуру элементов объекта и взаимосвязи между ними (структурно — функциональные модели);

2) программный комплекс, позволяющий с помощью последовательности вычислений воспроизводить процессы функционирования объекта (системы объектов) при воздействии на него различных, как правило случайных, факторов (имитационные модели).

Построение компьютерной модели так или иначе связано с построением математической модели: для описания структурно-функциональных моделей используется в основном аппарат дифференциальных уравнений; для описания имитационных моделейаппарат логико-математических моделей.

Наиболее важное значение для познавательной деятельности учащихся имеют средства представления учебной информации.

Современные компьютерные технологии представляют широкий набор таких средств.

Это и традиционная статическая текстовая и графическая информация и возможность включения в текст разнообразной динамической информации — звук (речь, музыка, звуки изучаемых явлений, процессов, объектов), «живое» видео, анимация.

Статическая информация не меняется при её просмотре. Классический пример — обычный бумажный учебник. Именно в таком виде учебная информация в большинстве случаев представлена и сегодня в многочисленных электронных ресурсах. Это привычно, информативно и, самое главное, дешево.

Одним из существенных достоинств применения компьютеров в обучении является возможность непосредственного включения в обучающий курс динамической информации. Аудиоинформация позволяет не только расширить канал воздействия на ученика за счет привлечения слухового канала восприятия, но и во многих случаях совершенно незаменимо.

В обучении звук может использовать в нескольких целях: демонстрация образцов звука, создаваемого изучаемыми объектами; в качестве аудиолекций для сообщения подлежащего усвоению учебного материала; в обучении иностранным языкам в качестве материала для аудирования, обучения произношению и т. д.

Видео в обучении может использоваться в разной форме: иллюстративный материал в мультимедиа учебниках; иллюстративный материал на групповых аудиторных занятиях; видеолекции для группового просмотра на видеокассетах, CD-видеодисках и DVD, видеолекции, транслируемые по каналам связи и компьютерным сетям; видеолекции для индивидуального просмотра на видеокассетах и т. д.

Анимация представляет собой последовательность искусственно созданных изображений при демонстрации которых с определенной скоростью (обычно от 5 до 30 кадров в секунду) создается эффект реалистичного движения представленных на них объектов (самый яркий пример — мультфильмы). В настоящее время анимация создается в основном с помощью специальных компьютерных программ. Эта технология заменила использовавшуюся ранее покадровую съемку на кинопленку.

Гипертекст очень широко используется в электронных публикациях, компьютерных приложениях и позволяет разнообразить подачу информации. Если Вы хоть раз имели дело с графическим интерфейсом пользователя любой операционной системы, то уже знакомы с гипертекстом, гипертекст — это щелкнул и перешел.

Появление вычислительных машин с развитыми системами графики, когда пользователь имеет возможность не только видеть графические образы, но и строить изображение на дисплее, оказалось явлением намного более серьезным, чем это представлялось.

Стало возможным использовать графические образы не только в качестве иллюстраций, но и изменять их по своему усмотрению, исследовать поведение объектов[13].

Мы рассмотрим следующие аспекты понятия «когнитивная графика»:

1. Психологические предпосылки.

2. Интерактивная компьютерная графика.

3. Когнитивная графика и искусственный интеллект.

4. Когнитивная графика в обучении.

5. Психологические предпосылки.

Человеческое познание пользуется как бы двумя механизмами мышления. Один из них — возможность работать с абстрактными цепочками символов, с которыми связаны некоторые семантические и прагматические представления, а именно: умение работать с текстами в самом широком смысле этого слова. Такое мышление можно было бы назвать символическим или алгебраическим. Форму семантической репрезентации этого вида (алгебраическую) часто называют вербальной.

Другой механизм мышления — способность работать с чувственными образами и представлениями об этих образах.

Такие образы обладают куда большей конкретностью и интегрированностью, чем символические представления. Но они и значительно более расплывчаты, менее логичны, чем-то, что скрывается за элементами, с которыми оперирует алгебраическое мышление. Но без них мы не могли бы отображать в нашем сознании окружающий мир в той полноте, которая для нас характерна. Способность работать с чувственными образами (со зрительными образами) определяет то, что можно назвать геометрическим, образным мышлением. Образная репрезентация — это форма хранения информации в памяти о наглядных образах в пространстве и времени или форма хранения сенсорных компонентов, сенсорного опыта, приобретенного в прошлом.

Физиологически логическое мышление связано с левым полушарием человеческого мозга, а образное мышление — с правым полушарием.

Каждое из полушарий человеческого мозга является самостоятельной системой восприятия внешнего мира, переработки информации о нем и планирования поведения в этом мире. Левое полушарие представляет собой как бы большую и мощную ЭВМ, имеющую дело со знаками и процедурами их обработки. Естественно-языковая речь, мышление словами, рационально-логические процедуры переработки информации и т. п. — все это реализуется именно в левом полушарии. В правом же полушарии реализуется мышление на уровне чувственных образов: эстетическое восприятие мира, музыка, живопись, ассоциативное узнавание, рождение принципиально новых идей и открытий и т. п. Весь тот сложный механизм образного мышления, который нередко определяют одним термином «интуиция», и является правополушарной областью деятельности мозга[14].

Нередко правополушарное мышление связывают с деятельностью в искусстве. Иногда это мышление даже называют художественным. Однако и более формализованные виды деятельности в существенной мере используют интуитивный механизм мышления.

Человеческое мышление и человеческое поведение обусловлено совместной работой обоих полушарий человеческого мозга. В одних ситуациях преобладает логический компонент мышления, в других — интуитивный. По мнению психологов, все люди делятся на три группы: с преобладающим «левополушарным» мышлением, с «правополушарным», со смешанным мышлением. Это разделение генетически предопределено, и существуют специальные тесты для определения склонности к тому или иному типу мышления.

Эксперименты показывают, что способность к переходу от одной формы репрезентации к другой представляет собой важный источник творческих возможностей человека. Связи и трансформации, которые при одной форме репрезентации могут быть замаскированы, после смены репрезентации становятся вдруг очевидными, что может привести к быстрому решению проблемы.

Многие специалисты в области психологии мышления убеждены, что именно наличие двух способов представления информации, а именно в виде последовательности символов и в виде картин-образов, включая умение работать с ними и соотносить оба способа представления друг с другом, обеспечивают сам феномен человеческого мышления[15].

Описанные выше фундаментальные различия между левои правополушарной стратегией переработки информации имеют прямое отношение к формированию различных способностей. Так, для научного творчества, т. е. для преодоления традиционных представлений, необходимо восприятие мира во всей его целостности, что предполагает развитие способностей к организации многозначного контекста (образного мышления). И действительно, существуют многочисленные наблюдения, что для людей, сохраняющих способности к образному мышлению, творческая деятельность менее утомительна, чем рутинная, монотонная работа. Люди же, не выработавшие способности к образному мышлению, нередко предпочитают выполнять механическую работу, причем она им не кажется скучной, поскольку они как бы «закрепощены» собственным формально-логическим мышлением. Отсюда ясно, как важно с ранних пор правильно строить воспитание и обучение, чтобы оба нужных человеку типа мышления развивались гармонично, чтобы образное мышление не оказалось скованным рассудочностью, чтобы не иссякал творческий потенциал человека.

Интерактивная компьютерная графика.

Появление и развитие средств интерактивной компьютерной графики (ИКГ) открывает для сферы обучения принципиально новые графические возможности, благодаря которым учащиеся могут в процессе анализа изображений динамически управлять их содержанием, формой, размерами и цветом, добиваясь наибольшей наглядности. Применение графики в учебных компьютерных системах не только увеличивает скорость передачи информации учащимся и повышает уровень ее понимания, но и способствует развитию таких важных для специалиста любой отрасли качеств, как интуиция, профессиональное «чутье», образное мышление.

Воздействие ИКГ на интуитивное, образное мышление привело к возникновению нового направления в проблематике искусственного интеллекта, названного когнитивной (т.е. способствующей познанию) компьютерной графикой.

В настоящее время интерактивная компьютерная графика — это одно из наиболее бурно развивающихся направлений новых информационных технологий. В связи с этим начинают четко различать две функции компьютерной графики: иллюстративную и когнитивную.

Иллюстративная функция позволяет воплотить в более или менее адекватном визуальном оформлении лишь то, что уже известно, т. е. уже существует либо в окружающем нас мире, либо как идея в голове исследователя. Когнитивная же функция ИКГ состоит в том, чтобы с помощью некоего изображения получить новое, т. е. еще не существующее даже в голове пользователя знание или, по крайней мере, способствовать интеллектуальному процессу получения этого знания[16].

Иллюстративные функции графики реализуются в учебных системах при передаче учащимся артикулируемой части знания, представленной в виде заранее подготовленной информации с графическими, анимационными, аудио — и видеоиллюстрациями. Когнитивная же функция проявляется, когда учащиеся «добывают» знания с помощью исследований на математических моделях изучаемых объектов и процессов, причем, поскольку этот процесс формирования знаний опирается на интуитивный правополушарный механизм мышления, сами эти знания в существенной мере носят личностный характер. Каждый человек формирует приемы подсознательной умственной деятельности по-своему.

Современная психологическая наука не располагает строго обоснованными способами формирования творческого потенциала человека, пусть даже профессионального. Одним из известных эвристических подходов к развитию интуитивного профессионально-ориентированного мышления является решение задач исследовательского характера. Применение учебных компьютерных систем позволяет в существенной мере интенсифицировать этот процесс, устранив из него рутинные операции, сделать возможным проведение различных экспериментов на математических моделях.

Роль компьютерной графики в этих учебных исследованиях трудно переоценить. Именно графические изображения хода и результатов экспериментов на математических моделях позволяют каждому учащемуся сформировать свой образ изучаемого объекта или явления во всей его целостности и многообразии связей. Несомненно, также, что изображения выполняют при этом прежде всего когнитивную, а не иллюстративную функцию, поскольку в процессе учебной работы с компьютерными системами процедурного типа у учащихся формируются сугубо личностные, т. е. не существующие в таком виде ни у кого, компоненты знаний.

Конечно, различия между иллюстративной и когнитивной функциями компьютерной графики достаточно условны. Нередко обычная графическая иллюстрация может натолкнуть каких-то учащихся на новую мысль, позволит увидеть некоторые элементы знания, которые не «вкладывались» преподавателем-разработчиком учебной компьютерной системы декларативного типа. Таким образом, иллюстративная по замыслу функция графического изображения превращается в функцию когнитивную. С другой стороны, когнитивная функция ИКГ — изображения при первых экспериментах с учебными системами процедурного типа в дальнейших экспериментах превращается в функцию иллюстративную для уже «открытого» и, следовательно, уже не нового свойства изучаемого объекта. Тем не менее, принципиальные отличия в логическом и интуитивном механизмах мышления человека, вытекающие из этих различий формы представления знаний и способы их освоения, делают полезным в методологическом плане различение иллюстративной и когнитивной функции компьютерной графики и позволяют более четко формулировать дидактические задачи ИКГ — изображений при разработке компьютерных систем учебного назначения.

Когнитивная графика и искусственный интеллект

В искусственном интеллекте термин «когнитивная графика» трактуется как совокупность методов и средств представления знаний и работы с ними на уровне графических (статических и/или динамических) образов. Такие системы предполагают единообразное описание не только графических примитивов, но и сложных графических представлений. Созданные компьютером образы могут рассматриваться как декларативные структуры, трансформирующиеся во внутреннее представление компьютера с помощью процедур, отражающих знания о законах преобразования сформированных образов, и позволяют активизировать представления об объектах, недоступных прямому наблюдению или вообще не имеющих образного представления в обычной реальности.

Установление связи между текстами, описывающими сцены, и соответствующими изображениями потребовало наличия в базах знаний специальных представлений для зрительных образов и процедур соотнесения их с традиционными формами представления знаний.

Графическая информация стала трактоваться с позиций знаний, содержащихся в ней. Если до этого её функция сводилась к иллюстрации тех или иных знаний и решений, то теперь она стала включаться равноправным образом в те когнитивные процессы, которые моделируются в базах знаний и на основе их содержимого. Термин «когнитивная графика» отражает этот принципиальный переход от иллюстрирующих изображений к видеообразам, способствующим решению задач и активно используемых для этого.

Когнитивная функция изображений использовалась в науке и до появления компьютеров. Образные представления, связанные с понятиями граф, дерево, сеть и т. п. помогли доказать немало новых теорем, круги Эйлера позволили визуализировать абстрактное отношение силлогистики Аристотеля, диаграммы Венна сделали наглядными процедуры анализа функций алгебры логики. Систематическое использование когнитивной графики в компьютерах в составе человеко-машинных систем сулит многое.

Когнитивная графика в обучении[17].

Образное мышление в решении математических задач, особенно на эвристическом этапе решения задачи, имеет весьма существенное значение. Также невозможно представить себе решение задач из курса геометрии без наличия у человека способностей к пространственному воображению.

Основой принципа визуализации служит когнитивная графика, цель которой состоит в создании комбинированных когнитивных моделей представления знания, которые сочетают в себе символический и геометрический способы мышления и способствуют активизации процессов познания.

Во всей познавательной деятельности человека, и в частности в деятельности, связанной с решением практических задач, все время присутствуют две возможности. Одна из них состоит в использовании разного рода символьных систем, в которых реальные объекты и явления заменены абстрактными символами. Вторая возможность позволяет использовать для решения задач наглядные образные представления объектов и явлений.

Сравним две эти возможности, решая системы двух линейных алгебраических уравнений с двумя неизвестными. Пусть надо решить систему: x + 2y = 8, Зх — 2y = 32. Существуют два пути. Можно выразить х из первого уравнения, подставить второе, найти из него у, а затем вычислить х. Полученный ответ: х = 10, у = -1.

Но можно воспользоваться общим алгебраическим выражением, дающим для системы ax + by = с, dx + ey = f решение в виде: x = (ce — bf)/(ae — bd) y = (af — cd)/(ae — bd). В любом случае, решая задачу, надо осуществлять подстановки и другие алгебраические преобразования, а также выполнять арифметические операции. Можно, однако, поступить иначе. Ввести систему координат и построить два графика, уравнениями которых являются выражения, входящие в систему. Решение системы задается точкой пересечения прямых. Эти два подхода иллюстрируют достоинства и недостатки алгебраического и геометрического подходов.

Алгебраический подход дает возможность найти решение в общем виде, пригодном для любой конкретной системы уравнений. Геометрический подход не обладает такой степенью общности. Нельзя нарисовать в системе координат прямые «в общем виде», а значит, для каждой конкретной системы уравнений соответствующие прямые должны быть построены. Однако если нас интересуют не конкретные значения х и у, а лишь вопрос о наличии или отсутствии решения, то при алгебраическом подходе надо и в этом случае провести те же самые выкладки, что и при решении системы. При геометрическом же подходе, взглянув на изображение, можно дать мгновенный ответ. Если прямые пересекаются, то решение существует.

Наглядность — одна из основных особенностей когнитивной графики как совокупности приемов и методов образного представления условий задачи, которые позволяют либо сразу увидеть решение, либо получить подсказку для его нахождения.

Другим примером использования когнитивной графики в учебном процессе является применение современных математических пакетов при проведении учебно-исследовательских работ.

Существует множество интегрированных математических программных систем для научно-технических расчетов: Eureka, Derive, Mercury, MathLab, MathCad, Maple, Mathematica. Системы MathCad традиционно занимают особое место среди этого множества программных продуктов и по праву могут называться самыми современными, универсальными и массовыми математическими системами. Новые версии системыпросты в использовании и обучении. MathCad обладает широкими графическими возможностями. Это позволяет создавать математические графики практически всех типов (в том числе анимационные), а также фрагменты видеофильмов, что значительно облегчает визуализацию и анализ данных[18].

Облегчая решение сложных математических задач, система снимает психологический барьер при изучении математики, делая процесс изучения интересным и достаточно простым. Грамотное применение системы в учебном процессе способствует повышению фундаментальности математического и технического образования, содействует подлинной интеграции процесса познания.

2. Дидактический потенциал использования моделей в процессе обучения

2.1 Модель как наглядность

Одной из важнейших задач, стоящих перед средней общеобразовательной школой является совершенствование содержания и методов обучения и подготовка учащихся к самостоятельной трудовой деятельности.

Реформа школы имеет своей целью поднять ее работу на новый качественный уровень, соответствующий условиям и потребностям общества развитого социализма". Особое внимание необходимо уделять повышению эффективности общеобразовательной, трудовой и профессиональной подготовке учащихся молодежи. «Школа должна растить, обучать и воспитывать молодые поколения с максимальным учетом тех общественных условий, в которых они будут жить и работать.

Трудно представить себе работу на производстве без применения чертежей. Графические навыки и умения необходимы человеку и в повседневной жизни. Учащихся важно готовить в школе к работе на производстве, к пониманию языка техники, формировать и развивать у них практические навыки и умения. Огромное значение в трудовой подготовке принадлежит развитию графической грамотности у учащихся.

Умение читать различные графические изображения /чертежи, схемы, диаграммы, технические рисунки и т. п./ и умение их строить /выполнять/ с помощью различных чертежных инструментов, а также от руки, на глаз. «Умение составлять и читать/понимать/рисунки и чертежи или хотя бы только понимать их требуется лицам самых разнообразных профессий, не говоря уже о лицах технических профессий, вся деятельность которых неразрывно связана с составлением или чтением чертежей» *, — подчеркивая Н.Ф. Летверухин[19].

Особую роль графической грамотности в подготовке учащихся к трудовой деятельности отмечал А. Д. Ботвинников: «.использование и создание современных технических средств предъявляют повышенные требования к научно-технической подготовке лиц, связанных с автоматизацией многих сфер деятельности человека, и в частности, к развитию уровня пространственных представлений и р общей графической грамотности трудящихся .

Графические изображения широко использовал В. И. Ленин в своей деятельности. В. И. Ленин писал: «я решил попытаться изобразить все основные типы «разделений» нашего съезда в виде диаграммы. Такой прием покажется, наверное, странным очень и очень многим, но я сомневаюсь, можно ж найти другой способ изложения, действительно обобщающего и подводящего итоги, возможно более полного и наиболее точного. Умение понимать рисунок и чертеж, указывал М. И. Калинин, в огромной степени облегчает изучение инструмента, станка, машины и разных сложных агрегатов.

Важность обучения графической грамотности диктуется огромной ее ролью в развитии мышления, познавательных способностей, пространственных представлений и пространственного воображения учащихся, формировании практических умений и навыков. Развитие графической грамотности имеет особое значения для осознанного усвоения учащимися геометрии, решения геометрических задач, а также осознанного усвоения других учебных предметов /черчения, алгебры, физики, географии и др.

И.Ф. Тесленко считает, что графические схемы в обучении математике необходимо использовать как можно шире, так как они являются оперативными образами для введения новых понятий в наглядной форме, помогают выделить ведущую мысль дедуктивных доказательств, записывать и обнаруживать структуры рассуждений и в каждом звене решения задачи наглядно разделить предпосылки и заключения.

В современных условиях графический язык выступает важным средством общения между людьми разных национальностей, являясь международным языком техники. Для овладения этим языком необходима целенаправленная систематическая работа на уроках геометрии, черчения, рисования и других учебных предметов на протяжении всего периода обучения учащихся в общеобразовательной школе.

Как известно, успешное восприятие тех или иных сведений во многом зависит от их наглядности. Конечно, никакая техника не может заменить живое слово преподавателя, от умения и таланта которого прежде всего зависит результат учебного процесса. Тем не менее современные технические средства значительно расширяют возможности преподавателя по изложению, а аудитории по восприятию учебного материала.

Средства обучения — это источник получения знаний, формирования умений. К ним относятся наглядные пособия, учебники, дидактические материалы, технические средства (ТСО), оборудование, станки, учебные кабинеты, лаборатории, ЭВМ, ТВ и другие средства массовой коммуникации. В качестве средств обучения могут выступать реальные объекты, производство, сооружения. Дидактические средства, как и методы, являются частью педагогической системы и выполняют в ней свое назначение. Выбор средств обучения зависит от дидактической концепции, целей, содержания, методов и условий учебного процесса. Основные функции средств обучения — это информационная, дидактическая, контрольная.

В науке нет строгой классификации дидактических средств. Можно воспользоваться классификацией польского дидакта В. Оконя, в которой средства расположены по нарастанию возможности заменять действия учителя и автоматизировать действия ученика.

Простые средства:

1. Словесные: учебники и другие тексты.

2. Простые визуальные средства: реальные предметы, модели, картины и пр.

Сложные средства:

1. Механические визуальные приборы: диаскоп, микроскоп, кодоскоп и пр.

2. Аудиальные средства: проигрыватель, магнитофон, радио.

3. Аудиовизуальные: звуковой фильм, ТВ, видео.

4. Средства, автоматизирующие процесс обучения: лингвистические кабинеты, компьютеры, информационные системы, телекоммуникационные сети.

Простые словесные и визуальные (наглядные) средства обучения имеют древнюю историю. Главные среди них — учебники. Следует напомнить, что функция учебника не только предъявить информацию, но и управлять познавательной деятельностью, работой с ней. Среди словесных средств большое значение имеют раздаточные материалы. Они имеются по всем основным предметам и представляют набор заданий, упражнений, схем.

Основная функция визуальных средств — демонстрация явлений, процессов. Демонстрировать можно реальные объекты. Так, в Лондоне учебный отдел на знаменитом лондонском мосту знакомит с ним школьников. Любое производство, объект, где возможна экскурсия, является средством обучения. Но подавляющее большинство наглядных средств — это модели, макеты, рисунки, карты. Их главная задача — обеспечить восприятие информации и стимулировать учебную деятельность.

Среди сложных средств (ТСО) группы 3,4,5 представляют механические и электротехнические устройства. От учителя требуется знать их возможности и методику их применения в изучении своего предмета. ТВ и видеотехника как дидактические средства имеют большие возможности не только в демонстрации материала, но и в организации учения. Однако дидактические аспекты применения сложных электронных систем еще недостаточно изучены.

Сложные средства обучения можно, исходя из их классификации, по сути можно отнести к техническим средствам обучения (в дальнейшем ТСО) К техническим средствам обучения относится как сама аппаратура (диапроекторы, графопроекторы, эпипроекторы, кинопроекторы, телеприемники, магнитофоны, электропроигрыватели, электрофоны), так и специально созданные дидактические материалы и пособия: диафильмы, диапозитивные серии, грампластинки, магнитные записи, видеозаписи, кинофильмы, т. е. экранно-звуковые средства.

По функциональному назначению ТСО обычно делят на три основных класса: информационные, контролирующие и обучающие.

К информационным относятся в основном аудиовизуальные ТСО: радиовещание, учебное кино и учебное телевидение, статическая диапроекция (см. Диаскоп, Эпидиаскоп), лингафонное оборудование (см. Лингафонный кабинет). Эти средства используются как для предъявления учебной информации в пределах заданного этапа обучения (лекция, цикл лекций), так и для усиления наглядности изучаемой информации при различных формах учебной деятельности. Аудиовизуальные ТСО могут быть успешно использованы также и при самостоятельном обучении. В качестве информационных ТСО могут применяться электронные вычислительные устройства.

Контролирующие ТСО предназначены для определения степени и качества усвоения учебного материала. Такие устройства используются во всех фазах учебного цикла. Контроль — неотъемлемая часть процесса обучения, он выполняет функции обратной связи между обучаемым и преподавателем. Основные формы контроля, реализуемые с помощью контролирующих ТСО, — текущий контроль усвоения учащимися некоторого объёма учебного материала и итоговый контроль на определённой стадии учебного процесса. Контролирующие ТСО бывают индивидуальные и групповые и различаются по типу обучающих программ и методам ввода ответа обучаемого. Такие ТСО бывают различной сложности: от простейших карт, кассет и билетов автоматизированного контроля до специальных электронных контролирующих автоматов и ЭВМ включительно. В наиболее совершенных контролирующих устройствах используются разветвленные обучающие программы с конструируемым ответом. При автоматизированном контроле качества усвоения материала преподаватель в значит. степени освобождается от трудоёмких операций, присущих обычным методам опроса, что даёт ему возможность уделять больше внимания творческим аспектам обучения и индивидуальной работе с учащимися. Контроль становится более регулярным, достоверным, экономным (с точки зрения затрат времени). В высших и средних учебных заведениях используются классы или аудитории, оснащенные контролирующими устройствами (см. Автоматизированного обучения класс), с помощью которых преподаватель имеет возможность управлять процессом контроля и получать необходимые статистические данные о качестве усвоения учебного материала[22].

Дидактические возможности обучающих, так же как и контролирующих ТСО, определяются степенью совершенства программ, которые в них реализуются. Программа и ТСО органически взаимосвязаны и дополняют друг друга. Какими бы совершенными ни были ТСО, без соответствующей программы, разработанной на основе принципов теории обучения и с учётом достижений в области изучаемого предмета, они утрачивают свою ценность в дидактическом плане и становятся малоэффективными при контроле знаний. В то же время любая совершенная обучающая программа требует для своей реализации устройства с высокими техническими данными. Наиболее полно требованиям, предъявляемым к ТСО, удовлетворяют автоматизированные обучающие системы (АОС). АОС — функционально взаимосвязанный набор подсистем учебно-методического, информационного, математического и инженерно-технического обеспечения на базе средств вычислительной техники, предназначенный для оптимизации процессов обучения в различных его формах и работающий в диалоговом режиме коллективного пользования. АОС дают возможность использовать быстродействие ЭВМ, её способность хранить большое количество информации, логической возможности, дистанционный доступ к информационным массивам, возможность накапливать и обрабатывать статистический материал об учебном процессе с требуемым уровнем обобщения. Применение АОС в учебном процессе позволяет решить ряд фундаментальных проблем педагогики, основные из которых — индивидуализация обучения в условиях массовости образования; развитие творческой активности и способностей учащихся к познавательной деятельности; унификация учебно-методического материала в связи с открывшейся возможностью «тиражирования» опыта лучших преподавателей. Оснащение учебного рабочего места устройством отображения информации (см. Отображения информации устройство) на электроннолучевой трубке (дисплеем) позволяет организовать диалог с ЭВМ, близкий к естественной форме общения учащихся с преподавателем .

Активное применение технических средств обучения — это не привилегия отдельных учителей. Технические средства обучения становятся неотъемлемой частью учебного процесса везде, где есть увлеченные своим делом учителя, где обучение стало творчеством. Там где технические средства используются грамотно и систематически, они способствуют повышению эффективности и качества обучения.

Довольно часто причинами, сдерживающими применение технических средств обучения, являются боязнь и неумение преподавателей пользоваться аппаратурой, устранять простейшие неполадки в процессе ее эксплуатации. Поэтому желательно, чтобы педагоги проходили специальную подготовку на курсах или семинарах. Они обязаны знать правила пожарной безопасности, а также инструкции по технике безопасности при эксплуатации электроустановок. Особое внимание следует обращать на исправность шнуров и розеток, проверять надежность и безопасность оборудования перед началом просмотра.

Комплексное использование ТСО всех видов создаёт условия для решения основной задачи обучения — улучшения качества подготовки специалистов в соответствии с требованиями современного научно-технического прогресса.

2.2 Технология моделирования

КОМПАС — система автоматизированного проектирования, разработанная российской компанией «АСКОН» с возможностями оформления проектной и конструкторской документации согласно стандартам серии ЕСКД и СПДС.

Существует в двух версиях: КОМПАС-График и КОМПАС-3D, соответственно предназначенных для плоского черчения и трёхмерного проектирования.

КОМПАС-График может использоваться как полностью интегрированный в КОМПАС-3D модуль работы с чертежами и эскизами, так и в качестве самостоятельного продукта, полностью закрывающего задачи 2D-проектирования и выпуска документации.

Система ориентирована на поддержку стандартов ЕСКД и СПДС. КОМПАС-График автоматически генерирует ассоциативные виды трёхмерных моделей (в том числе разрезы, сечения, местные разрезы, местные виды, виды по стрелке, виды с разрывом). Все они ассоциированы с моделью: изменения в модели приводят к изменению изображения на чертеже.

Стандартные виды автоматически строятся в проекционной связи. Данные в основной надписи чертежа (обозначение, наименование, масса) синхронизируются с данными из трёхмерной модели.

Существует большое количество дополнительных библиотек к системе КОМПАС, автоматизирующих различные специализированные задачи. Например, библиотека стандартных изделий позволяет добавлять уже готовые стандартные детали в трехмерные сборки (крепежные изделия, подшипники, элементы трубопроводов, шпонки, уплотнения), а также графические обозначения стандартных элементов на чертежи (обозначения отверстий), предоставляя возможность задания их параметров[23].

В качестве примера приведу электронный раздаточный материал, созданный средствами программного продукта КОМПАС.

Рисунок 3. Раздаточный материал

2.3 Моделирование и конструирование на уроках черчения и геометрии

Цель урока: Развитие пространственного воображения при изготовлении модели.

Задачи урока:

Образовательная: Знакомство с моделированием.

Развивающая: Развитие навыков, моторики при изготовлении моделей.

Воспитывающая: Воспитание точности, аккуратности при выполнении модели.

Оборудование урока: Эскиз детали, скульптурный пластилин, канцелярский нож, стеки, ёмкость с водой, салфетки.

План урока:

Организационная часть — 1 мин.

Опрос пройденной темы — 3 мин.

Знакомство с темой урока — 5 мин.

Самостоятельная работа учащихся — 25 мин.

Защита моделей — 5 мин.

Закрепление темы — 2 мин.

Рефлексия — 2 мин.

Завершение урока — 2 мин.

Ход урока

— Здравствуйте, ребята!

Открываем тетради и на полях записываем число и тему урока «Моделирование по чертежу» .

Цель урока: «Развитие пространственного воображения при изготовлении модели» .

Задачи нашего урока «Знакомство с моделированием, развитие навыков, точности и аккуратности при изготовлении модели.

Но прежде мы проведём опрос пройденной темы «Виды на чертеже» .

— На каких трёх плоскостях выполняются чертежи?

— Как называются развёрнутые плоскости?

— Назовите французского учёного, автора эпюра?

— Как называется проекция на фронтальной, горизонтальной, профильной плоскостях проекций?

— Назовите изображение на фронтальной плоскости проекций, на горизонтальной, профильной плоскостях проекций?

— Что называется видом?

Молодцы, правильно ответили.

— Тема нашего урока «Моделирование» .

— Что же называется моделированием? Запишем в тетради определение моделирования.

" Моделирование" - это процесс создания какого-либо предмета из легко обрабатываемого материала — бумаги, картона, древесины, глины, пластилина, воска. Затем эту модель, образец можно пустить в производство.

Мы сегодня с вами будем выполнять модели из скульптурного пластилина по размерам эскиза чертежа. Эти модели будут применяться на уроках черчения для изучения таких тем как «Аксонометрические проекции», «Разрезы» .

— Давайте запишем последовательность выполнения модели.

Чтение чертежа и представление формы предмета.

Выбор материала и заготовки.

Выполнение разметки на заготовке.

Осуществление различных технологических операций по изготовлению модели.

— Посмотрим этапность выполнения модели. Нижняя часть модели — это основание призматической формы. Верхняя часть модели тоже призматической формы, но меньшего размера с вырезом. Выполняем разметку на заготовке по размеру. Соединяем части модели.

— Повторим правила техники безопасности:

Осторожно работай с режущими предметами.

Передавай канцелярский нож товарищу в сложенном виде.

— Приступаем к самостоятельной работе.

Учащиеся приступают к выполнению моделей, придерживаясь последовательности выполнения.

В ходе урока учитель следит за работой учащихся, поддерживает порядок и в нужный момент оказывает помощь тем учащимся, которые в этом нуждаются. Тем учащимся, которые выполнили свои модели, учитель предлагает готовиться к защите.

Защита моделей.

— Модель выполнена из скульптурного пластилина. Размеры модели: длина — 70, ширина — 50, высота — 50. В нижней части имеется вырез размером 15 на 20. В верхней части модели треугольный вырез глубиной 20 мм. Эта модель в дальнейшем будет применяться на уроках черчения для изучения других тем.

После защиты своих моделей учащимися, учитель проводит закрепление пройденной темы.

— Кто мне ответит, чем мы сегодня занимались на уроке? (Моделированием).

— Что называется моделированием?

— Из каких материалов выполняются модели?

— Для чего нужно моделирование?

Затем учитель проводит рефлексию.

— Что понравилось сегодня на уроке? Почему?

— Что не понравилось на уроке? Почему?

— Какое у вас настроение? Изложите свои пожелания.

В конце урока учитель оценивает модели учащихся и благодарит за сотрудничество.

Урок сопровождался презентацией.

Рисунок 4. Слайд 1

Рисунок 4. Слайд 2

Рисунок 5. Слайд 3

Рисунок 6. Слайд 3

Рисунок 7. Слайд 4

Рисунок 8. Слайд 5

Рисунок 9. Слайд 6

Рисунок 10. Слайд 7

Рисунок 11. Слайд 8

Рисунок 12. Слайд 9

Рисунок 13. Слайд 10

Рисунок 14. Слайд 11

Рисунок 15. Слайд 12

Рисунок 16. Слайд 13

Рисунок 16. Слайд 14

3. Методика применения моделей на уроках черчения

3.1 Модели в черчении

На современном этапе развития компьютерной техники и с учетом уровня компьютеризации образования, в том числе и школьного, в качестве основных моделей, применяемых при преподавании черчения, нами были выбраны компьютерные модели.

Компьютер предоставляет учителю широчайшие возможности для визуализации объясняемого нового материала, а также для организации самостоятельной работы учеников, контроля их знаний и оценки уровня усвоения материала.

В качестве базы для компьютерного моделирования и конструирования выбрана система КОМПАС, ниже я приведу доводы, позволяющие оценить правильность выбора данной программной среды.

В 1996 г. фирма Autodesk представила новую разработку — AutoCAD LT. Она создана для того, чтобы отобрать рынок у компаний, нашедших себе нишу в разработке недорогих двумерных графических редакторов САПР. Именно к этой категории относятся российские программы КОМПАС, T-Flex CAD, Графика 81, ADEM, СПРУТ, КРЕДО, Базис и др. Обзор российских САПР дан в. Отметим, что раньше никто не видел написанных отечественных программ по причине секретности большинства из них.

При выборе САПР мы учитывали, что школы, оснащенных по «Пилотному проекту» имели класс IBM PS/2 без жестких дисков на ученических компьютерах. Анализ показал, что наиболее удобной для использования в школе является САПР КОМПАС, предназначенная для прямого проектирования в машиностроении.

Сформулируем требования, предъявляемые к учебной САПР, которым система КОМПАС удовлетворяет в полной мере: легкость и простота в изучении; возможность работать на недорогой технике; соответствие выпускаемой документации требованиям ЕСКД; использование современных технологий проектирования; достаточно широкое распространение; доступная цена; оперативность сопровождения и учета специфических потребностей учебного процесса, отсутствие серьезных ошибок, наличие перспектив у фирмы-разработчика. Отметим, что такие же требования предъявляются к САПР в реальном производстве .

КОМПАС — это КОМплекс Автоматизированных Систем для решения широкого круга задач проектирования, конструирования, подготовки производства в различных областях машиностроения. Разработан специалистами российской фирмы АО «АСКОН» (С.-Петербург, Москва и Коломна), которые прежде работали на предприятиях различных оборонных отраслей. Одной из первых отечественных САПР явилась система КАСКАД, разработанная в 1986 г. в КБ машиностроения (Коломна). После анализа системы AutoCAD было принято решение о создании конкурентноспособной чертежной системы рассчитанной на IBM PC с процессором 80 286 и обладающей такими свойствами, которые позволили бы ей стать популярной у пользователей: простота и эффективность, поддержка отечественных стандартов и ориентация на привычную технологию работы конструктора; достаточно узкая специализация; конструкторский интерфейс, позволяющий системе быть эффективным и удобным рабочим инструментом и в то же время настолько простой, чтобы обучение неподготовленного пользователя занимало не больше недели; невысокая цена, обеспечивающая доступность системы. С 1989 г. все программные продукты АО «АСКОН» стали выпускаться с названием КОМПАС. В 1991 г. был выпущен чертежно-графический редактор КОМПАС 4.0. Ядром комплекса является интерактивная графическая система КОМПАС-ГРАФИК. Именно она и была выбрана в качестве основы ПМК «Школьный САПР».

Отметим, что в 1996 г. была представлена разработка. КОМПАС 5.0 для Windows.

В 1992 г. АО «АСКОН» в 1992 г. разработал школьную дискетную версию системы, которая получила название КОМПАС-Школьник. Она сохранила основные черты профессиональной версии и занимает на системном диске 1,2 Мб. Сейчас школы могут с успехом использовать профессиональную версию КОМПАС-ГРАФИК. Аппаратные требования этой системы выглядят мизерными по сравнению с такой системой, как AutoCAD: компьютер IBM PC; 640 Кбайт оперативной памяти; графический адаптер EGA; дисковод 1,44 Мб; жесткий диск; мышь. Предпочтительнее компьютер 386DX. сопроцессор, видеоадаптер VGA и 2−4 Мб оперативной памяти. В установленном виде КОМПАС-ГРАФИК занимает на жестком диске 4,5 Мб.

ПМК был создан в результате научно-методического исследования, проведенного в 1991;1994 гг. в тесном содружестве с ВНИК «Технология». одобрен в 1993 г. Идея создания ПМК была поддержана Компьютерным учебно-демонстрационным и информационно-издательским центром — КУДИЦ, который как научно-методический центр проекта «Пилотные школы» включил разработку ПМК «Школьный САПР» в программу информатизации образования.

Продукты КОМПАС поддерживаются гарантийным и техническим обслуживанием в Киеве, Львове, Минске, Одессе, Hиколаеве, H.-Hовгоpоде, Hижнем Тагиле, Саpатове, Кpаснояpске, Севеpодвинске, Чебоксаpах, Муpоме, Яpославле и других городах России и СHГ.

Создана Ассоциация пользователей систем КОМПАС, в которую входят также и pазpаботчики пpиложений на основе программных средств «КОМПАС». Мы планируем создание аналогичной Ассоциации учителей и преподавателей, основная задача которой будет состоят в обобщении педагогического опыта, создания банка файлов чертежей для учебного процесса.

Опыт эксплуатации систем КОМПАС показал, что они легко осваиваются пользователем (независимо от возраста), значительно ускоряют процесс выпуска чертежной документации и заметно повышают ее качество. При этом достаточно легко решается проблема преодоления психологического барьера, особенно у пользователей солидного возраста, а ведь именно они владеют уникальными знаниями и опытом.

ПМК полностью обеспечивает создание полных компьютеризованных учебных курсов «Инженерная графика», «Черчение», «Детали машин», «Теория машин и механизмов», а также использование программных средств для выполнения лабораторных работ, курсовых и дипломных проектов в подготовке учителя технологии[26].

Программное обеспечение ПМК: чертежно-графический редактор КОМПАС-Школьник и учебная версия ОБРАЗ системы геометрического моделирования КИТЕЖ (НИИ механики НГГУ). В состав ПМК входят учебное пособие для учащегося (в 2-х частях), пособие для учителя (в 3-х частях), дискета с файлами чертежей и фрагментов. Основное назначение — компьютерная поддержка образовательной области «Технология»: школьного курса «Графика/Черчение», технологии обработки конструкционных материалов с элементами машиноведения; раздела курса ОИВТ «Деловые применения ЭВМ»; курса «Геометрия». ПМК с успехом может быть использован в средних специальных профессиональных учебных заведениях, на младших курсах вузов.

Составляющие ПМК[27]:

1. Чертежно-графический редактор КОМПАС-Школьник, сохранив основные черты профессиональной версии, обеспечивает:

a) ввод геометрической информации с экрана дисплея компьютера при помощи клавиатуры и мыши;

b) ввод элементарных графических элементов: отрезков, дуг, окружностей, фасок, скруглений, текста;

c) ввод русских, латинских и греческих строчных и прописных букв, арабских и римских цифр, специальных символов (знаки диаметра, градуса и т. д.);

d) выполнение вспомогательных построений: параллельных и перпендикулярных линий, касательных, сопряжений и т. п.);

e) простоту и минимум действий при вводе составных чертежных элементов и элементов оформления чертежа: размеров (линейных, угловых, диаметральных и радиальных), штриховки, таблиц, знаков шероховатости и т. д.;

f) полуавтоматическое заполнение граф штампа;

g) редактирование изображения (сдвиг, поворот, копирование, зеркало и т. д.);

h) использование фрагментов;

i) увеличение изображений в окне и работа с ним;

j) компоновку видов на чертеже;

k) выдачу чертежа на принтер любого типа или графопостроитель

l) и многое другое, что облегчает работу конструктора и позволяет достичь высокого качества выполняемых чертежей.

Первый экран редактора — экран архива чертежей и фрагментов, который очень напоминает популярную оболочку Norton Commander. Такой подход облегчает освоение системы. Чертеж в редакторе строится из отдельных частей, названных, к сожалению, не очень удачно видами. Чтобы начать чертить, нужно в следующем экране — экране работы с чертежом создать новый вид. В одном виде можно сгруппировать все те элементы чертежа, которые логически связаны друг с другом. Основным для работы является экран работы с видом.

2. Программа ОБРАЗ (учебная версия системы геометрического моделирования КИТЕЖ, разработанной в НИИ механики Нижегородского государственного университета) предназначена для создания моделей пространственных твердотельных объектов. Входной информацией системы являются три вида в системе прямоугольных проекций, удовлетворяющих определенным требованиям. Восстанавливаемый объект не должен иметь поверхности более сложные, чем плоскость, цилиндр, конус. Если в объекте есть грани, у которых внешний контур имеет самопересечение или несколько внутренних контуров, имеют общие точки, то такие объекты не рекомендуются для восстановления. Проекции могут содержать только отрезки прямых, окружности и дуги окружностей. При этом все линии, независимо от их видимости, должны быть одного типа — сплошные. Можно использовать штриховые линии, программа восстановления превратит их в сплошные. Проекции должны содержать только геометрическую информацию. Элементы оформления чертежа (оси симметрии, размеры, надписи и т. п.) не используются.

ОБРАЗ позволяет методом чтения чертежа создать два вида пространственных геометрических объектов: каркасную (проволочную) модель (при этом невидимые линии могут быть удалены) и объемное тело.

Система ОБРАЗ эффективно работает на персональном компьютере IBM PC/AT 286 с монитором EGA/VGA и 640 К оперативной памяти, поэтому на имеющихся в школах компьютерах эффективно решается задача трехмерного моделирования[28].

ОБРАЗ представляет собой программный комплекс, состоящий из пяти отдельных программ. Файл чертежа готовится пользователем с помощью графического редактора «КОМПАС-Школьник» и затем передается в программу восстановления.

3. Пособие для учителя состоит из трех частей: первые две по использованию редактора «КОМПАС-Школьник» в курсе «Черчение», третья — посвящена важной стороне интеллектуального развития учащихся в процессе обучения — формированию пространственных представлений на основе системы ОБРАЗ.

Организация работы с ПМК требует решения вопроса: кто должен вести предлагаемый курс: учитель информатики или учитель черчения? В течение первого года целесообразна совместная подготовка учителя информатики и учителя черчения к проведению сначала кружковых или факультативных занятий с предлагаемым ПМК. При предварительной работе следует познакомиться с поставляемыми на дискете графическими материалами, подготовить все необходимые для преподавания файлы чертежей и фрагментов.

До начала работы с ПМК учащиеся должны получить минимально необходимые сведения о работе с MS-DOS, надстройкой Norton Commander, текстовым редактором. С этой целью нами разработан «Базовый пакет подготовки пользователя», который состоит из соответствующих обучающих программ.

ПМК «Школьный САПР», естественно, не заменяет традиционных уроков черчения, на которых учащийся получает первоначальные навыки выполнения чертежей. Однако, после того, как учащийся овладеет приемами выполнения чертежей, целесообразно часть учебного материала по черчению выполнять на компьютере. Опыт показывает, что при сложившейся системе преподавания, учащийся может получить первоначальные навыки работы на компьютере в первом полугодии 8-ого класса на уроках, проводимых за счет часов, отводимых на факультативные занятия. Во втором полугодии часть занятий можно проводить за счет часов, отводимых на курс «Черчение» и за счет часов факультативных занятий. Такой подход подтвержден и данными работы [29]: каждым учащимся за 3 четверти выполнено 10−15 работ на персональном компьютере (чертежи по проводимым темам печатаются на принтере) и до 5 работ на бумаге.

ПМК состоит из 11 основных и двух дополнительных работ по курсу «Черчение». При работе с ПМК учащийся постепенно изучает возможности (далеко не все) учебной версии КОМПАС-Школьник". Изучение САПР осуществляется на школьном материале курса «Черчение» и в принятой в школе последовательности.

Работы NN 1−8 охватывают материал курса «Черчение» 8-ого класса, работы NN 9−11 — материал 9-ого класса.

Работы N 1−4 посвящены изучению интерфейса (экранов) «КОМПАС-Школьник» и основных приемов работы в экране чертежа и вида: вычерчиванию отрезков, окружностей, нанесению линейных и диаметральных размеров, построениям в «тонких» линиях. Эти работы могут быть выполнены в рамках курса «Информатика» в разделе «Деловые применения ЭВМ» .

Каждая работа состоит из введения и отдельных разделов (частей). В работу можно включать дополнительный материал, который предлагается учителем. Во введении формулируется постановка одной или нескольких задач, приводится чертеж, который должен быть выполнен после окончания работы. Запросы и меню, которые предъявляются учащемуся при работе с чертежноконструкторским редактором в тексте выделены. Само пособие может служить примером подготовки текстово-графического материала с использованием текстового редактора и редактора «КОМПАС-Школьник», т.к. весь иллюстративный материал пособия выполнен с помощью программы для принтера.

В пособии для учителя даны подробные указания к выполнению основных работ, приводится структура команд редактора, дополнительные задания. Кроме того, приводится описание двух дополнительных работ: Рабочие чертежи деталей; Сборочный чертеж. Работа со слоями.

В приложении описаны программа печати, которая устанавливается на компьютере учителя, и работа с файлом, обеспечивающим установку редактора «по умолчанию». (В профессиональной версии «КОМПАС-ГРАФИК» печать чертежа осуществляется из экрана архивов чертежей и фрагментов.)

В пособии дан материал для вводного урока, посвященного принципам организации гибкого автоматизированного производства, основанного на широком применении современного программно-управляемого технологического оборудования, микропроцессорных управляюще-вычислительных средств, роботов и промышленных робототехнических систем, средств автоматизации проектно-конструкторских, технологических и планово-производственных работ. Современные САПР позволяют вести проектирование комплексно, начиная с постановки задачи и кончая получением чертежей и программ для оборудования с числовым программным управлением (ЧПУ). Применение подобных систем позволяет ускорить выполнение чертежей в десятки раз. Кроме того, на жестких дисках компьютера можно сохранить много готовых чертежей и затем использовать их по мере надобности.

В разделе «Немного истории или как создавался «КОМПАС» достаточно подробно рассказано о создании и обсуждается состав профессиональной версии КОМПАС 4.х. В нее входят интерактивная графическая система КОМПАС-ГРАФИК, инструментальная среда pазpаботки приложений на базе языка Си КОМПАС-МАСТЕР, система проектирования управляющих пpогpамм для станков КОМПАС-ЧПУ, специализированная оболочка КОМПАСМОHИТОР, а также pасшиpенный набоp прикладных библиотек; система пpоектиpования маpшpутно-опеpационных технологических процессов КОМПАС-Т/М; системы выпуска текстово-гpафических конструкторских документов КОМПАС-КД, утилиты анализа pазмеpных цепей КОМПАС-РЦ, системы стpуктуpиpованного хранения и обработки документов и ведения конструкторских архивов КОМПАС-АРХИВ, специализированных библиотек для строительного пpоектиpования. Все эти пpогpаммные средства базируются на единой чертежной модели, что позволяет использовать ее в качестве универсальной информационной основы для связи pазличных по своему функциональному назначению рабочих мест[30].

КОМПАС-ГРАФИК может быть пополнен прикладными библиотеками типовых конструктивных элементов (крепеж, пружины, подшипники, соединительные элементы трубопроводов, условные обозначения элементов электросхем, пневмосхем, кинематических схем), полученных средствами инструментальной среды.

При работе с редактором КОМПАС-Школьник учащийся оперирует с такими понятиями констpуктоpского документа, как чертеж, вид, основная надпись, технические требования, шероховатость, pазмеp, допуск и т. д., что позволяет эффективно и просто создавать и pедактиpовать изображения; аппарат вспомогательных построений для имитации работы «в тонких линиях»; полуавтоматическое фоpмиpование таблиц; автоматическая простановка допусков к pазмеpам т.д. Отметим, что для учащихся значительно удобнее работать с текстовыми меню, а не запоминать большее число пиктограмм.

В любой момент учащемуся доступен исчерпывающий режим помощи, выполнение всех операций сопровождается подробными подсказками.

Большое внимание уделено вопросам методики. ПМК написан в соответствии с программой по черчению средней общеобразовательной школы, позволяя на современном уровне решать такие учебно-воспитательные задачи как трудовая политехническая и профессиональная подготовка школьников к условиям современного производства; формирование основ компьютерной инженерной графики; умение составлять чертежно-графическую документацию с помощью САПР проектирования.

Новая информационная технология в процессе преподавания позволяет легко предъявить школьнику графический материал для чтения и выполнения чертежей, обеспечивает самостоятельную разработку графической документации для изготовления деталей и предметов; дает школьнику возможность решения творческих задач с элементами конструирования.

Естественно возникает вопрос о том, не заменит ли машинная графика полностью традиционные методы выполнения чертежей. Тенденцию свертывания преподавания традиционного черчения, по-видимому, можно считать ошибочной. С внедрением и расширением сферы применения САПР потребность в профессиональном мастерстве чертежников и конструкторов не может отпасть или сократиться. Работа с компьютером требует от конструктора безупречного владения техникой выполнения чертежных работ, знания правил оформления конструкторской документации, особой геометрической подготовки, обостренного чувства пространственных форм и комбинационного мышления. Поэтому в ПМК компьютер рассматривается как совершенный инструмент чертежника и конструктора, обеспечивающий современный уровень подготовки производственной графической и текстовографической документации, ее хранение, передачу и размножение. Следует обратить внимание на то, что ряд часто повторяющихся операций выполнения чертежа в редакторе «КомпасШкольник» выполняются полуавтоматически в соответствии с требованиями ЕСКД: нанесение размеров, сопряжения, штриховка, изображение резьбы и т. д.

Чертежно-конструкторский редактор «КОМПАС-Школьник» как современный чертежный инструмент освобождает школьника от утомительных операций выполнения чертежа, обеспечивая при этом высокое качество выполняемых графических работ. Работа с САПР в курсе черчения позволяет школьнику реализовать свои идеи: представив себе вид разрабатываемого задания школьнику не следует опасаться, что одно его неверное движение заставит выполнять работу заново.

3.2 Урок с применением моделей в черчении

модель урок черчение При работе с ПМК учащийся должен получить навыки работы с компьютером и чертежно-графическим редактором, изучая (или повторяя) программный материал курса черчения.

Алогичное сокращение числа часов на естественно-научные школьные дисциплины с необходимостью требует анализа возможностей информационных технологий в активизации процесса обучения. В частности это относится и к курсу «Черчение», число часов на изучение которого сокращено с 72 до 36. При этом значительно сокращается информационное поле, которое учитель организует на уроках. В процессе изучения курса «Черчение» у учащихся формируются не только репродуктивные знания, умения и навыки, но и пространственное воображение, которое помогает понять конструкцию и назначение изделия, из каких геометрических оно состоит, как они сочетаются друг с другом, в результате каких технологических действий (способов обработки) происходит формообразование изделия. Совершенно очевидно, что на все это требуется значительное время.

Ситуацию с программным обеспечение курса «Черчение», благодаря поддержке российской системы образования фирмами «АСКОН» и «Геос», можно считать идеальной. Действительно, чертежно-графический редактор «КОМПАС-Школьник», система геометрического моделирования «КОМПАС-К3», система восстановления наглядного изображения методом чтения чертежа «ОБРАЗ», чертежно-графический редактор «КОМПАС-LT» для Windows предоставляются учебным заведениям бесплатно и могут быть получены по адресу http://www.ascon.ru. Разработан программно-методический комплекс «Школьная система автоматизированного проектирования». С 2000;го года свободно распространяется и промышленная система «КОМПАС-График» версии 4.х.

В сложившихся условиях базовым программным средством можно считать систему геометрического моделирования «КОМПАС-К3», которая предназначена для создания и отображения моделей трехмерных объектов в процессе выполнения дизайнерских, проектных и конструкторско-технологических работ. Над моделями объектов можно выполнять булевы операции объединения, пересечения и вычитания, в результате которых также будут получены твердотельные трехмерные модели. Система К3 дает возможность выполнять следующие виды работ: проектирование и редактирование внешней формы изделий; получение и просмотр реалистических полутоновых изображений проектируемых объектов; решение компоновочных задач и задач и т. п.

Создание трехмерной модели объекта ведется поэтапно. Вначале создается заготовка проектируемого объекта. В качестве заготовок могут быть выбраны элементарные тела (параллелепипед, цилиндр, конус, усеченный конус, сфера, тор), тела вращения, тела выдавливания (призмы), и другие кинематические объекты. Если объект имеет отверстия, выступы и т. д., то для придания ему окончательной формы применяются булевы операции (пересечение, объединение и вычитание), выполняемые над двумя трехмерными объектами: моделью заготовки и моделью формообразующего инструмента. Фактически, при этом моделируется процесс получения объекта из заготовки путем ее обработки режущим инструментом. Таким образом уже на стадии дизайна может быть определена технология изготовления объекта и форма обрабатывающего инструмента.

Система визуализирует созданные геометрические объекты на экране дисплея. Для этого она проецирует геометрические объекты на картинную плоскость, прямоугольная часть которой отображается на экране и называется графическим окном. Одновременно на экране может быть до четырех различных окон с проекционными изображениями созданных геометрических объектов.

Во время выполнения различных команд система запрашивает выполнения ряда действий, таких как ввод точек, величин, выбор объектов и т. п. Все такие действия практически не зависят от содержания самой команды в выполняются по типовым сценариям. К таким сценариям относятся: выбор геометрических объектов, ввод точки, ввод протяженности (расстояния), ввод угла и т. п.

В соответствии с программой курса «Черчение» знакомство с системой начинается с темы «Современные технологии выполнения чертежей». В разделе «Метод проецирования и графические способы построения изображения» практически все задания могут быть вы полнены в системе «КОМПАС-К3». Для оформления чертежа в разделе «Чтение и выполнение чертежей» отдельные виды могут быть переданы в систему «КОМПАС-Школьник». Раздел «Сечения и разрезы» прекрасно иллюстрируется разрезами (вырезами) в прямоугольной изометрической проекции. Имеющие в комплекте поставки файлы чертежей сборочных единиц могут быть использованы при изучении раздела «Сборочные чертежи», в частности при деталировании. Опыт работы показал, что использование современного программного обеспечение на уроках черчения активизирует познавательную деятельность учащихся, приводит к развитию пространственных представлений, образного мышления на основе анализа формы предметов. Чрезвычайно важным представляется и то обстоятельство, что применение САПР исключает непродуктивные элементы графической деятельности учащихся.

К уроку в наше время предъявляются особо серьезные требования. На уроках, черчения, так же как и любой другой дисциплины, ученик должен получить определенную сумму знаний и навыков. При этом не следует забывать, что повышение качества и эффективности всей работы в школе во многом зависит от методического совершенства и направленности уроков[32].

В сравнении с другими организационными формами урок является основным звеном в цепи всей учебно-воспитательной работы, — так как именно на уроке учащиеся получают стройную систему знаний и умений.

Какими качествами должен обладать современный урок?

1. Содержание и форма урока должны составлять единое целое и удовлетворять требованиям современной науки.

2. Образовательные и воспитательные стороны урока должны быть объединены одной целью и, воздействуя на учащихся, способствовать формированию пространственных; представлений и активизации познавательной деятельности.

3. Урок должен сопровождаться умело и психологически продуманным применением разнообразных средств наглядности (деталей, моделей, рисунков, чертежей, учебных таблиц, компьютер, разные графические программы для выполнения чертежей и др.).

4. Современный урок черчения предполагает формирование рациональных приемов графической деятельности, активность всех учащихся в решении поставленной учителем задачи, в процессе которой они внимательно слушают, думают, чертят, зарисовывают, задают вопросы. На таком уроке видна творческая, живая работа под руководством учителя.

5. На уроке учитель, должен выявлять наиболее эффективные приемы графической деятельности учащихся, создавать оптимальные условия для их формирования.

6. Урок должен проводиться на высоком методическом уровне, выражающемся в умелом отборе дидактического материала и его мастерском применении в упражнениях, в практической работе и в других формах учебной работы.

7. Такой урок предполагает и хорошее знание учителем индивидуальных способностей учащихся, их интересов и возможностей, которые всегда следует учитывать при опросе.

8. На уроке черчения должны применяться различные методы и приемы обучения и воспитания, при этом они должны быть гибкими и подвижными, не превращаться в штамп.

Знания учащихся во многом зависят от подготовки и проведения учителем уроков, прежде всего от правильного их планирования. Улучшение качества знаний учащихся самым тесным образом связано с совершенствованием методики проведения уроков и повышением их эффективности.

План учебного занятия

8 класс Тема: Графическая работа № 5

Тип занятия: Урок закрепления усвоенных знаний Форма занятия: Объяснение новой темы и практическая работа учащихся.

Оснащение занятия:

а) для преподавателя:

Классная доска, мел, плакаты, чертежные инструменты, мультимедийный проектор, экран, компьютер, презентация урока по теме: «Построение третьего вида».

б) для учащихся:

Учебник, рабочая тетрадь, формат А4, чертежные инструменты, компьютер с программой Компас- 3D V10.

Место проведения: Кабинет 301

Продолжительность: 45 мин Учебно-технологическая карта занятия и ее методическое обоснование

1. Организационный момент

— рапорт дежурного

— организация рабочего места Цель: мобилизация учащихся на учебно-практическую деятельность.

2. Цели и задачи занятия

— сформировать у учащихся знания о прямоугольном проецировании на плоскости, о построении аксонометрических проекций;

— способствовать развитию учащихся технического и образного мышления, а также пространственных представлений, имеющих большое значение производственной деятельности и технической творчестве;

— научить самостоятельно, пользоваться учебными справочными пособиями в практике чтения и выполнения чертежей;

— способствовать привитию учащийся культуры труда при выполнении графической документации;

Домашнее задание: Графическую работу выполнить дома на КОМПАСе (по желанию) Содержание урока.

Тема: Построение третьего вида.

Вам придется иногда выполнять задания, в которых необходимо по двум имеющимся видам построить третий.

На рисунке 17. а. вы видите изображение бруска с вырезом. На чертеже рисунок 18 даны два вида: спереди и сверху. Требуется построить вид слева. Для этого необходимо сначала представить форму изображенной детали.

Сопоставив на чертеже виды, заключаем, что брусок имеет форму параллелепипеда размером 20×70×40 мм. В параллелепипеде сделан вырез прямоугольной формы, его размер 24×24×20 мм.

Рисунок 18. Вид спереди и сверху Вид слева, как известно, помещается на одной высоте с главным видом справа от него. Проводим одну горизонтальную линию на уровне нижнего основания параллелепипеда, а другую — на уровне верхнего основания (рис. 19)

Рисунок 19. Пример выполнения вспомогательной линии Эти линии ограничивают высоту вида слева. В любом месте между ними проводим вертикальную линию. Она будет проекцией задней грани бруска на профильную плоскость проекций. От нее вправо отложим отрезок, равный 20 мм, т. е. ограничим ширину бруска, и проведем еще одну вертикальную линию — проекцию передней грани .

Покажем теперь на виде слева вырез в детали. Для этого отложим влево от правой вертикальной линии, являющейся проекцией передней грани бруска, отрезок в 24 мм и проведем еще одну вертикальную линию (рис. 20). После этого удаляем все вспомогательные линии построения и обводим чертеж. Потом проставляем размеры. Заметьте, что нанесение размеров на чертеже с двумя видами или тремя видами отличаются. Размеры на чертежах надо распределить по всем видам примерно одинаково. Размеры на чертеже не должны повторяться (рис. 21).

Рисунок 20. Проекция передней грани бруска Рисунок 21. Пример проставления размеров бруска черновой вариант Рисунок 22. Пример проставления размеров бруска Третью проекцию детали можно построить и другим способом. Проводим на чертеже под углом 45° вспомогательную прямую (постоянную прямую) и приступаем к построению третьей проекции. Для этого вычерчиваем последовательно третью проекцию каждого из этих частей, пользуясь линиями связи и осями симметрии (рис. 23).

Рисунок 23. Связь с осями симметрии Можно использовать третий способ построения видов. Это с помощью циркуля (если будете строить чертеж с чертежными инструментами). На Компасе это с помощью дуг окружности.

Вид слева, помещается на одной высоте с главным видом справа от него. Проводим одну горизонтальную линию на уровне нижнего основания параллелепипеда, а другую — на уровне верхнего основания .

С помощью дуги окружности вычерчиваем последовательно третью проекцию каждого из этих частей, пользуясь линиями связи и осями симметрии (если они имеются на чертеже) (рис.24).

Рисунок 25. Вычерчивание последовательно третьей проекции В данном случае расстояние между видами будет одинаковое. Расстояние можно редактировать после построение третьего вида.

Построим полное изображение вида слева с помощью основных линий (рис. 26).

Рисунок 26. Полное изображение вида слева

На чертеже удаляем все линии построения и проставляем размеры (рис. 27).

Рисунок 27. Удаляем все вспомогательные линии построения Заметьте, что во многих случаях на чертеже строить третью проекцию не надо, так как рациональное выполнение изображений предполагает построение только необходимого (минимального) количества видов, достаточного для выявления формы предмета. В данном случае построение третьей проекции предмета является лишь учебной задачей.

3.3 Практическая работа ученика с моделью на уроке черчения

В ходе урока предлагаю организацию практической работы учеников по карточкам. Карточки и выполнение заданий из них, возможно также реализовать в системе КОМПАС, например, следующим образом.

В Дерево построения выбираем Плоскость ХY. На инструментальной панели Вид выбираем инструменты Ориентирование — Изометрия ХYZ. На инструментальной панели Текущее состояние нажимаем на инструментЭскиз (рис. 28).

На рабочем поле появится изображение — квадратный рисунок — в центре находится начало координат с осями ХY (рис. 29).

На инструментальной панели Геометрия выбираем инструмент Непрерывный ввод объектов. На панели свойств — Стиль линии — Основная (рис. 30), а на инструментальной панели Текущее состояние выбираем Установка глобальных привязок — Выравнивание (рис. 31).

Рисунок 28. Пример 1

Рисунок 29. Пример 2

Рисунок 30. Пример 3

Рисунок 31. Пример 4

Рисунок 32. Пример 5

Рисунок 33. Пример 6

Фиксируем курсор мыши на начало координат ХY и построим прямоугольник 70×20 мм (рис. 32,33).

Рисунок 34. Пример 7

Далее. На инструментальной панели Редактирование детали выбираем инструмент Операция выдавливание (рис. 34).

На панели свойств Расстояние ставим размер 40. Это ширина детали. Нажимаем на клавишу Enter и на инструмент Создать объект. Получаем заготовку будущей детали 70×20×40 (рис. 35,36).

Рисунок 35. Пример 8

Рисунок 36. Пример 9

Убираем обозначение плоскостей проекций. Для этого на панели Меню выбираем Вид — Скрыть — Система координат.

Рисунок 37. Пример 10

Рисунок 38. Пример 11

Строим дальше. Удаляем из заготовки вырез с размерами 24×24 мм. Для этого выделяем плоскость заготовки с размерами 70×40 мм. (рис. 39) Нажимаем на инструментальной панели Текущее состояние на инструмент Эскиз. Выделенная плоскость детали поворачивается в нашу сторону, где можно выполнить редактирование.

Выбираем инструмент Непрерывный ввод объектов на инструментальной панели Геометрия. Стиль линии — Основная и начертим этой линией размер выреза 24×24 мм (рис. 40).

Рисунок 39. Пример 12

Рисунок 40. Пример 12

На инструментальной панели Редактирование детали выбираем инструмент Вырезать выдавливанием.

Изображение примет такое изображение, которое показано на рис. 41.

Рисунок 41. Пример 13

На Панели свойств выбираем инструменты Через все и Прямое направление (рис. 42). Нажимаем на Создать объект или Ctrl+Enter (рис. 43).

Рисунок 42. Пример 14

Рисунок 43. Пример 15

Таким образом, мы построили деталь. Сохраняем изображение под названием Угольник (рис. 44).

Рисунок 44. Пример 15

Следующий этап — это построение чертежа по наглядному изображению детали. Для этого мы заходим, Панель Меню, выбираем Файл — Создать — Чертеж — Ок. Добавим исходные данные к чертежу.

Сервис — Текущий чертеж — Линии — Стрелки и засечки — Стрелки размерных линий — зачернять (ставим галочку).

Параметры стрелки — Длина стрелки 4 мм. Надпись — Высота 3,5 мм.

Точности — Линейные размеры 0 — ОК.

Текст на чертеже — 3,5 мм.

Рисунок 45. Пример 16

Рисунок 46. Пример 17

Выбираем на инструментальной панели Ассоциативные виды инструмент Стандартные виды. Из файла выделяем нашу деталь Угольник — Открыть. Использование компьютера и формирование умений и навыков работы с наиболее распространенными программами на уровне пользователя является важной задачей образования.

Компьютерные технологии помогут улучшить преподавание традиционных, хорошо обеспеченных методически школьных предметов. Поэтому важной задачей перед преподавателем является выбор наиболее совершенных компьютерных программ, которые можно использовать в процессе обучения. Компьютерные технологии позволяют по-новому реализовать межпредметные связи в преподавании математики, информатики, черчения. При использовании компьютера на уроках черчения, у учащихся повышается интерес к предмету, познавательная активность.

3.4 Экспериментальная апробация компьютерных методов обучения на уроках черчения

Для участия в данном эксперименте выбирались учащиеся, которые находятся приблизительно в равных условиях в начале эксперимента. Главное отличие в контрольном и экспериментальном классах заключалось в том, что в экспериментальном классе занятия велись с постоянным применением компьютерных методов обучения. В контрольном классе применялась традиционная методика обучения школьников технологии, интерактивные методы обучения не применялись. Для того чтобы оценить результаты эксперимента учащимся были предложены: тесты, кроссворд, письменный опрос и практическая работа. Все вышеперечисленные методы оценки знаний были применены в конце эксперимента. Данные методы оценки знаний были составлены в соответствии с требованиями программ по черчению. При анализе выполнения форм контроля знаний проводилось сравнение качества знаний учащихся контрольного и экспериментального класса в конце эксперимента.

В первую группу из методов контроля, которые применялись для оценки результатов экспериментального исследования, выделяются дидактические тесты, которые определяются как набор стандартизированных заданий по черчению. Тесты устанавливают степень усвоения пройденного материала учащимися. Важное преимущество тестирования состоит в том, что оно позволяет быстро и оперативно устанавливать обратную связь «ученик — учитель», дает возможность проверить знания и умения учащихся как на обязательном, так и на повышенном уровне.

Максимальное количество баллов, которое мог заработать ученик в ходе всего эксперимента — 20 баллов. По 5 баллов за каждое задание. Условное обозначение отношения набранных школьником баллов к традиционной системе оценок знаний:

«5» — 19−20 баллов;

«4» — 15−18 баллов;

«3» — 9−14 баллов;

«2» — 0−8 баллов.

С помощью таблиц 1, 2, 3 и диаграмм 1, 2 отобразим результаты диагностических работ эксперимента.

Таблица 1

Результаты диагностических работ при проведении форм контроля в 9-м Контрольном классе

Таблица 2

Результаты диагностических работ при проведении форм контроля в Экспериментальном 8-м классе

Если мы выведем результаты исследовательской работы в виде диаграммы по столбцу ИТОГ, то получим следующее: Диаграмма 1,2

Анализ результатов экспериментальной части исследования.

Для того чтобы сравнить степень обученности двух экспериментальных классов, вычислим процент качества и процент успеваемости данных классов.

Рисунок 47. Диаграмма 1-Результаты исследования в 9-м Контрольном классе Рисунок 48. Диаграмма 2-Результаты исследования в 8-м Экспериментальном классе Таблица 3

Отчет по успеваемости школьников за четвертую четверть 2011;2012 учебного года по предмету «Черчение»

Из этих данных следует, что после проведения эксперимента Контрольный класс отстает на 70% от Экспериментального класса по уровню качества знаний. Также для этих групп была высчитана степень обученности учащихся по формуле:

«5"Ч100

«4"Ч64 ч количество учащихся = СОУ

«3"Ч36

«2"Ч16

Получили, что степень обученности учащихся Экспериментального класса на 24% больше, чем степень обученности учащихся Контрольного класса.

Все ученики 8-го Экспериментального класса работали очень увлеченно, дисциплина на уроке была отличная, ученики были очень творчески вдохновлены.

Как видно из выше представленных таблиц и диаграмм, использование компьютерных методов обучения положительно влияют на качество умений учащихся на уроках черчении.

Из всего сказанного сделаем вывод: экспериментальная апробация показала, что применение компьютерных методов обучения в школе является важнейшим условием эффективной реализации современного образовательного процесса. Необходимым компонентом технологии формирования умений учебно-творческой деятельности учащихся выступает интерактивная поддержка обучения на основе использования современных компьютерных методик, возможно повысить уровень знаний, а также добиться более осознанного и глубокого понимания учащимися учебного материала.

Заключение

Черчение является таким предметом, при изучении которого учащиеся знакомятся с широким кругом технических понятий. Знание черчения облегчает изучение многих других общетехнических предметов.

Условиями успешного овладения техническими знаниями являются умение читать чертежи и знание правил выполнения и оформления чертежей. Чертеж является одним из главных носителей технической информации, без которой не обходится ни одно производство.

Черчение как предмет изучения ставит следующие задачи:

1) научить выполнять различные геометрические построения при помощи чертежных инструментов; строить изображения предметов как при помощи чертежных инструментов, так и от руки; изображать предметы в прямоугольных проекциях на чертежах;

2) научить читать чертежи и самостоятельно выполнять эскизы и чертежи несложных деталей и узлов; развить пространственное представление.

Значение чертежей в науке и технике очень велико. По чертежам строители возводят жилые дома, фабрики, заводы, дороги, мосты и другие инженерные сооружения; машиностроители по чертежам изготовляют машины, станки, турбины; монтажники по чертежам собирают и устанавливают оборудование на фабриках, заводах, электростанциях и других объектах.

При изучении многих дисциплин пользуются чертежами, поясняющими устройство машин, узлов, элементов зданий, инженерных сооружений и других предметов.

Потребность изображать предметы появились у людей очень давно. Еще в древности люди изображали на камнях диких зверей, охоту и др. Позднее подобные изображения появились на предметах домашнего обихода — сосудах, вазах и на другой утвари. Так возникли первые изображения предметов и явлений, которые человек наблюдал в окружающей его жизни.

В процессе трудовой деятельности человека возникла необходимость изображать еще не существующие предметы и строения. Такая задача стала, например, перед зодчими при сооружении храмов, театров и дворцов.

Чертежи планов и фасадов зданий были известны еще в Древнем Египте, о чем свидетельствуют дошедшие до нас изображения построек на папирусах. Однако потребовался большой период времени, прежде чем отдельные изображения плана и фасада предмета были объедены в систему двух видов, т. е. чертеж предмета в современном понимании этого слова.

Способы изображения предметов на плоскости развивались своими путями от примитивных и условных зарисовок, до более совершенных, приближающихся к современным проекционным чертежам.

Индустриализация нашей страны, создание отечественного машиностроения и других производств, сооружение новых фабрик, заводов и городов привели к более широкому использованию чертежей, к разработке конструкторских Таким образом, подводя итог дипломной работы можно сделать следующие выводы:

1) моделирование и макетирование являются незаменимыми технологиями при изучении курса черчения как в школе, так и в средне-специальных, высших учебных заведениях;

2) из всех видов моделирования наибольшие возможности для их применения в учебном процессе предоставляют компьютерные модели, основанные на компьютерных технологиях;

3) наибольшее применение на школьных уроках черчения может найти система КОМПАС, при условии достаточного методического обеспечения.

1. Технология: Учебник для учащихся 8 классов общеобразовательных учреждений. — 2-е изд. перераб. / Под. Ред. В. Д. Симоненко. — М:. «Вентана-Графф», 2005. — 208 с.

2. Методика обучения черчению: Учеб. пособие для студентов и уч-ся худож.-граф. спец. учеб. заведений / В. Н. Виноградов, Е. А. Василенко, А. А. Альхименок и др. / Под ред. Е. А. Василенко. М.: Просвещение, 1990.

3. Ботвинников А. Д., Виноградов В. Н., Вышнепольский И. С. Черчение: Учеб. для 7−8 кл. общеобразоват. учрежд. М.: Просвещение, 1999.

4. Карточки-задания по черчению для 7 класса / Е. А. Василенко, Е. Т. Жукова. М: Просвещение, 1998.

5. Ботвинников А. Д. Пути совершенствования методики обучения черчению. М.: Просвещение, 1983.

6. Павлова А. А., Корзшюва Е. И. Графика в средней школе: Метод, пособие для учителя графики — учебного модуля образовательной области «Технология» в средней общеобразоват. шк. М.:ВЛАДОС, 1999.

7. Ботвинников А. Д., Вышнепольский И. С. Черчение в средней школе: Пособие для учителя. М.: Просвещение, 1989.

8. Фриче, В. Социология искусства [Текст] / В. Фриче. — М.-Л., 1996.

9. Щаксон, А. О сходстве [Текст] / А. Щаксон // Художник. — 1993. — № 9.

10. Ботвинников А. Д., Ломов Б. Ф. Научные основы формирования графических знаний и навыков школьников. М., 2009.

11. Ботвинников А. Д. Сборник задач по черчению. М., 1993.

12. Василенко Е. А., Коноваленко Л. Н. Задания по черчению на преобразование. Мн., 1989.

13. Ройтман И. А. Методика преподавания черчения. М: ВЛАДОС, 2000.

14. Владимиров Я. В., Ройтман И. А. Рабочая тетрадь по черчению для учащихся 9 класса общеобразоват. учреждений. М.:ВЛАДОС, 2001.

15. Воротников И. А. Занимательное черчение: Кн. для учащихся сред. шк. М.: Просвещение, 1990.

16. Вышнепольский И. С. Преподавание черчения в средних профтехучилищах. М.: Высш. шк. 1986.

17. Государскип Л. М. О преподавании черчения в школе. М.: Просвещение, 1964.

18. Гордиенко Н. А., Степанова В. В. Черчение. 9 кл.: Учеб. для общеобразоват. шк. / Под ред. В. В. Степаковой. М.: ACT, 1999.

19. ЕСКД: Общие правила выполнения чертежей по состоянию на 01.01.1998.

20. Инженерная графика: Учебник для сред. проф. образования / А. М. Бродский, Э. М. Фазлулин, В. А. Халдинов. — М.: ИРПО: Издательский центр «Академия», 2003. — 400 с.

21. Курина В. А., Симоненко В. Д. Методика обучения учащихся черчению (графике): Курс лекций и практические занятия. Брянск: Изд-во БГПУ им. И. Г. Петровского, 1997.

22. Методическое пособие по черчению / Ботвинников А. Д., Виноградов В. Н., Вышнепольский И. С. — М.: АСТ: Астрель, 2006. 159 с.: ил.

23. Павлова А. А., Корзинова Е. И. Графика и черчение. 7−9классы: Рабочая тетрадь № 1. Графика и человек. Правила оформления чертежей. Геометрические построения. Форма и формообразование. М.: ВЛАДОС, 2000.

24. Программы общеобразовательных учреждений. Технология. Трудовое обучение. Учеб. изд. / под. ред. Е. С. Забалуева. — М.: изд. «Просвещение», 2006. -240 с.

25. Программа «Черчение» для учащихся 9 класса общеобразовательных учреждений / В. И. Якунин, В. А. Гервер, В. В. Степакова, Ю. Ф. Катханова, Е. А. Василенко, Л. Н. Анисимова и др. // Школа и производство. 1999. № 3. С. 63−67.

26. Ройтман И. А. Машиностроительное черчение: Учеб. пособие для студентов сред. спец. учеб. заведений: В 2 ч. М.: ВЛАДОС, 2002.

27. Севастопольский Н. О. Уроки черчения в школе: Пособие для учителя. М.: Просвещение, 1981.

28. Селиверстов М. М. и др. Черчение: Проб. учеб. для учащихся 7−8 кл. общеобразоват. шк. / М. М. Селиверстов, А. И. Айдинов, A. Б, Колосов. М: Просвещение, 1991.

29. С. А. Смирнов и др. Педагогика: педагогические теории, системы, технологии. М., Академия, 1999.

30. Технология: Учебник для учащихся 8 классов общеобразовательных школ. /Под. Ред. В. Д. Симоненко. — М:. «Вентана-Графф», 2001. — 240 с.

31. Черчение. Образовательная область «Технология»: Программа для общеобразоват. учрежд.: основная школа / Н. Г. Преображенская. М.: Вентана-Граф, 2002.

32. Стасевич, В. Н. Искусство портрета [Текст] / В. Н. Стасевич. — М., 1972.

33. Формирование личности в переходный период от подросткового к юношескому возрасту [Текст] / Под ред. И. В. Дубровиной. — М., 1987.