Костянтин Вольхін
Кандидат педагогічних наук, доцент кафедри нарисної геометрії Новосибірського державного архітектурно-будівельного університету.

Графічне освіту - це процес, в результаті якого людина набуває вміння сприймати, створювати, зберігати і передавати різну графічну інформацію про предметах, процесах і явищах. Проаналізуємо послідовність формування навичок роботи з графічними моделями об'єктів в процесі підготовки до інженерної діяльності на етапі школа - вуз.

В загальноосвітній школі відповідальними за формування навичок роботи з графічними моделями об'єктів можна вважати такі навчальні дисципліни, як малювання, геометрія, креслення. Вивчення кожної дисципліни переслідує певні цілі. Малювання в більшій мірі спрямована на набуття навичок реалістичного зображення об'єктів. Планиметрия і стереометрія як розділи геометрії призначені відповідно для формування вміння працювати з зображеннями плоских геометричних і найпростіших просторових об'єктів по їх довільним паралельним і центральним проекція. Метою вивчення креслення є придбання навичок читання і оформлення креслення - плоскою ортогональної проекційної моделі просторового об'єкта на взаємно перпендикулярні площини.

Подальше графічне освіта здобувається в професійному навчальному закладі. У технічному вузі за інженернографіческое освіту, так само як і в школі, відповідають багато навчальні дисципліни, але його основи формуються при вивченні нарисної геометрії (НГ) і інженерної графіки (ІГ). Традиційно вивчення цих дисциплін спрямоване на формування навичок сприйняття і створення конструкторського документа - креслення як одного з видів інженернографіческой інформації.

Інженерне графічне освіта спрямована на формування навичок роботи з найскладнішим, з точки зору сприйняття людиною, зображенням об'єкта - проекційним кресленням, що містить численні умовності і спрощення. Технічні труднощі створення такого зображення сприяли розвитку засобів автоматизації проектноконструкторскіх робіт, і вершиною цього процесу стала поява сучасних графічних пакетів. Еволюція інструментальних можливостей систем автоматизованого проектування проходила в напрямку, протилежному етапах графічного освіти: від використання комп'ютера як інструменту побудови двовимірного креслення вироби через тривимірну геометричну модель до інформаційної віртуальної моделі.

Розвиток апаратних і програмних засобів роботи з графічною інформацією призвело до того, що основним інструментом створення, зберігання і обробки зображення став комп'ютер. Якщо проаналізувати види графічної інформації, які використовуються в інженерній діяльності для реалізації інформаційної підтримки життєвого циклу виробу від задуму до утилізації, то на кожному етапі актуальними будуть різні види електронних документів. Серед них можна виділити такі, як традиційна проектна документація, інформаційна віртуальна модель вироби і презентаційна інформація. У зв'язку з цим графічне освіту в технічному університеті повинно бути направлено на формування фахівця, що володіє сучасними засобами подання інформації.

Основні аргументи на захист використання карандашнобумажной технології в інженерному графічному освіті, такі як низька комп'ютерна грамотність студентів і технічна оснащеність, втратили актуальність. Комп'ютерна грамотність абітурієнтів з кожним роком стає все вище. Слід відзначити той факт, що вже сьогодні в вузи вступають абітурієнти, які мають навички роботи з графічними пакетами. Цьому, зокрема, сприяло рішення компанії АСКОН про надання школам графічного пакета КОМПАС3D LT в рамках проекту «Забезпечення ліцензійної підтримки стандартного базового пакета програмного забезпечення для використання в загальноосвітніх установах Російської Федерації». Результат не змусив себе чекати, що підтверджується динамікою участі в регіональному конкурсі з комп'ютерного оформлення креслення, проведеному Новосибірським державним архітектурностроітельним університетом серед учнів загальноосвітніх установ (ЗОШ). Так, якщо в 20072008 роках, до реалізації проекту, в конкурсі взяли участь школярі всього з чотирьох ООУ в системі AutoCAD, то в 2009м - з двох ООУ в AutoCAD і з семи ООУ в КОМПАС3D, а в 2010-му - з двох ООУ в AutoCAD і з десяти ООУ в КОМПАС3D. Причому якщо раніше участь в конкурсі могли дозволити собі тільки спеціалізовані школи, ліцеї та гімназії, то в даний час представлені і середні загальноосвітні школи. Таким чином, можна припустити, що в найближчі роки володіння абітурієнтами технічних університетів графічним пакетом КОМПАС3D стане досить поширеним явищем.

Нарисна геометрія - це загально-професійних дисциплін, з якої починається інженерне графічне освіту у вищому навчальному закладі. Для її успішного вивчення студент повинен мати навички виконання найпростіших геометричних побудов і певний рівень розвитку просторової уяви. При цьому можна відзначити, що значну частку проблем, що виникають при вирішенні задач нарисної геометрії, становить якраз відсутність навичок роботи з традиційними креслярськими інструментами і графічними пакетами. Навички роботи з креслярськими інструментами повинні бути придбані до вступу до вищого навчального закладу, а основи комп'ютерної графіки та автоматизованого проектування як дисциплін вузу, призначених для навчання комп'ютерним засобам створення і обробки зображень, вивчаються на старших курсах.

Незважаючи на те що в робочій програмі навчальної дисципліни «Нарисна геометрія» не передбачено час на навчання студента користування креслярським інструментом, об'єктивна реальність вимагає розвивати навички виконання найпростіших графічних побудов в процесі вивчення нарисної геометрії, що не є метою вивчення предмета. Сьогодні легше і швидше навчити студента виконувати графічні побудови за допомогою комп'ютерних програм, ніж якісному виконанню креслення традиційними креслярськими інструментами. При цьому мотивація до вивчення важкого для сприйняття студентами предмета зростає, так як в процесі вивчення купуються навички використання сучасних інформаційних технологій в інженерній діяльності.

Нарисна геометрія - розділ геометрії, в якому просторові фігури, а також методи вирішення і дослідження просторових задач вивчаються за допомогою їх зображень на площині. Для виконання графічних побудов на площині можна застосовувати КОМПАСГрафік, що представляє собою систему для автоматизації креслярських робіт в їх традиційному розумінні. Папір замінює двовимірне робочий простір, а замість креслярських інструментів використовується набір команд, призначених для виконання графічних побудов. Застосування карандашнобумажной технології для геометричних побудов в умовах, коли такий креслярський прилад, як кульман, в вузах можна зустріти тільки як музейний експонат, а для проведення паралельних і перпендикулярних ліній застосовується в кращому випадку рейсшини, а найчастіше набір трикутників, призводить до різкого падіння точності графічних побудов. В результаті розуміння і дотримання студентами алгоритмів розв'язання позиційних і метричних задач нарисної геометрії перестає бути визначальним фактором правильності виконання завдання, а навпаки, може стати причиною невпевненості в розумінні предмета. Виправлення помилок, допущених в процесі виконання роботи, призводить до похибки і багаторазового перекреслення, що значно підвищує трудомісткість навчального процесу і знижує кількість вирішуваних навчальних завдань. Застосування для оформлення задач нарисної геометрії креслярських інструментів графічного пакета знімає описані вище проблеми і дозволяє, об'єднавши точність алгебраїчних обчислень і наочність геометричних побудов, зробити розуміння предметного змісту відповідальним за правильність рішення. Навички роботи з графічним пакетом купуються студентами досить швидко, а час, витрачений на ознайомлення з програмою, повністю компенсується тим, що доопрацювання і виправлення графічних робіт, виконаних в електронному вигляді, не вимагають повного переоформлення креслення.

Основною умовою застосування графічного пакета в процесі навчання графічним дисциплінам є його доступність для індивідуального використання студентом під позааудиторної самостійної роботи. Вона забезпечується наявністю навчальної версії, яку без порушення авторських прав можна встановити на будь-якому комп'ютері. В даний час всі компанії, які розробляють графічні пакети, мають різні освітні програми, що дозволяють навчальним закладам придбавати відносно недорогі університетські ліцензії, а студентам використовувати для самостійної роботи їх продукти. Крім того, значення має відповідність інструментальних можливостей графічного пакета вимогам предметної підготовки. У цьому сенсі для вивчення нарисної геометрії підходить будь-який представлений на ринку графічний пакет. У таких системах, як SolidWorks і КОМПАС3D, плоский креслення і твердотільна деталь - різні графічні документи, які можуть бути пов'язані асоціативно. Тому інформаційне середовище цих систем дуже зручна для реалізації навчання нарисної геометрії.

Мал. 1. Системи координат КОМПАС-Графік і нарисної геометрії

Протягом останніх чотирьох років ми пропонували студентам в якості креслярського інструменту для оформлення епюр нарисної геометрії використовувати КОМПАСГрафік. В умовах, коли аудиторний час навчання предмету зменшується, не представляється можливим відводити його на вивчення графічного пакету, тому неодмінною вимогою було самостійне вивчення КОМПАСГрафік. Знайомство з інтерфейсом програми під час першого аудиторного заняття і виконання всіх геометричних побудов викладачем з використанням КОМПАС на заняттях для пояснення теоретичного матеріалу і рішення задач, як показала практика, є достатньою умовою для успішності освоєння пакета більшістю студентів. Авторські навчальні посібники і вбудована в пакет «Азбука КОМПАС» використовувалися для самостійного знайомства з інструментальними можливостями пакета, а вирішення виникаючих питань здійснювалося під час консультацій, як аудиторних, так і з використанням електронної пошти.

Слід зазначити, що при застосуванні будь-якого графічного пакету для вирішення задач нарисної геометрії виникають деякі незручності, пов'язані з невідповідністю систем координат (рис. 1). Робочий простір графічного пакета - це площина, положення будь-якої точки в якій задається координатами x і y. За замовчуванням координатні осі мають напрямки, прийняті в математиці. Формування комплексного креслення в нарисної геометрії відбувається поєднанням двох взаємно перпендикулярних площин проекцій, обертанням горизонтальній площині проекцій навколо осі х до суміщення з фронтальною площиною. На отриманій таким чином площині ми використовуємо для побудови проекцій об'єкта три координати (x, y, z).

Крім того, напрямки осей координат нарисної геометрії і світової системи, встановленої за замовчуванням в будь-якому графічному пакеті, розрізняються. Якщо напрямок осей x і y можна привести у відповідність введенням системи координат, то застосування координати z вимагає додаткових умовностей. Введення координати z на панелі властивостей в діалогове вікно значення координати y зі знаком «мінус», як показала практика, значно ускладнює розуміння студентами процесу формування проекційних зображень об'єктів. Цього можна уникнути, якщо побудови в графічному пакеті виконувати так само, як це відбувається на папері: для побудови проекцій точки з координатами (x, y, z) від осі ординат з точки з координатами (x, 0) відновлюють перпендикулярні відрізки - лінії проекційної зв'язку, на яких не за допомогою лінійки, а введенням довжини в діалоговому вікні панелі властивостей відкладають відстані вгору, рівні координаті z, а вниз - y.

Мал. 2. Приклад рішення індивідуального графічного завдання «Пряма і площина»

Організація навчання нарисної геометрії в середовищі КОМПАСГрафік дозволяє одночасно з вивченням предметного змісту знайомити студентів з інструментальними можливостями системи. Так, при вивченні способів графічного завдання точки, лінії, площини купуються навички створення користувальницької системи координат і методів побудови найпростіших геометричних об'єктів в комп'ютерному середовищі, а в процесі рішення позиційних і метричних задач - навички роботи з прив'язками та інструментами редагування зображення, проведення паралельних і перпендикулярних ліній. На рис. 2 представлений приклад виконання індивідуального графічного завдання «Пряма і площина», оформленого за допомогою КОМПАСГрафік. При вирішенні задачі були вивчені алгоритми нарисної геометрії, призначені для вирішення позиційної задачі (знаходження точки перетину прямої і площини) і метричних задач (визначення розмірів відрізка і трикутника).

Мал. 3. Модель циліндра і конуса

Навички двовимірних геометричних побудов в КОМПАСГрафік, сформовані в процесі оформлення епюр (креслень), дозволяють перейти до тривимірного моделювання в системі КОМПАС3D. Використання інструментів моделювання КОМПАС3D для демонстрації алгоритмів формоутворення поверхонь, що вивчаються в нарисної геометрії, сприяє кращому сприйняттю навчальної інформації та придбання навичок створення електронних моделей об'єктів. Ці моделі (рис. 3) сприяють усвідомленому побудови проекційного креслення, а порівняння епюри, отриманої в КОМПАСГрафік, з асоціативним кресленням дозволяє студенту самостійно перевірити правильність виконання роботи (рис. 4).

Мал. 4. Приклад оформлення індивідуального графічного завдання «Перетин циліндра і конуса»

До кінця семестру студенти, які вивчають накреслювальну геометрію з використанням КОМПАС, набувають навичок геометричного моделювання - як плоского, так і тривимірного, що, в свою чергу, створює платформу для організації вивчення інженерної графіки в середовищі КОМПАС3D, що дозволяє починати підготовку конструкторської документації з побудови моделі вироби з подальшим оформленням асоціативних графічних конструкторських документів відповідно до вимог ЕСКД.

Практика використання КОМПАС3D в процесі навчання нарисної геометрії показала, що застосування графічних пакетів в рамках початкової графічної підготовки в університеті є доцільним і не завдає шкоди змістовної частини предмета. При цьому слід зазначити, що використання креслярських графічних пакетів для вирішення навчальних завдань на початковому етапі вищої професійної освіти сприяє формуванню стійких навичок застосування сучасних інформаційних технологій для вирішення виробничих завдань і таким чином створює умови для підготовки сучасного ІТспеціаліста для різних галузей промисловості.

САПР і графіка 11`2010