Одной из важнейших задач изучения начертательной геометрии, инженерной графики в высших учебных заведениях считалось, да и теперь считается, развитие у обучаемых пространственных представлений и способностей к мысленному воспроизведению трехмерного объекта по его плоской модели – двухмерному чертежу.
Черчение и начертательная геометрия как учебная дисциплина о правилах построения и оформления технических чертежей базируется на фундаментальных положениях начертательной геометрии о проецировании исследуемого объекта на две, три и более плоскостей проекций.
Во времена Гаспара Монжа – основоположника начертательной геометрии как науки – основными средствами связи и транспорта были конные экипажи и парусные суда. Теперь, спустя двести лет, мы пользуемся мобильными телефонами, компьютерами и услугами Интернет. Но многое ли изменилось с тех пор в методологии преподавания черчения и начертательной геометрии?
Достижение этой цели представлялось невозможным без овладения способами решения позиционных и метрических задач с объектами общего положения, то есть с объектами, произвольным образом расположенными в пространстве, разделенным на восемь подпространств – октантов.
Образец «классической» метрической задачи, придуманной, видимо, лишь для того, чтобы вызвать легкую головную боль у будущего инженера, показан на рисунке 1.
Рисунок 1
Используя один из способов преобразования проекций, будущий специалист, в конце концов, примет правильное решение. Но зачем, спрашивается, составителю задачи надо было располагать плоскости проекций так, чтобы точка А оказалась во втором, а точка D – в четвертом октанте? Ведь при принятой в нашей стране европейской системе расположения стандартных чертежных видов весь исследуемый или проектируемый объект всегда помещается в первом октанте.
Черчение и начертательная геометрия это такая дисциплина, где каждый последующий излагаемый материал настолько тесно увязан с предыдущим, что неполная проработка каких-то понятий в дальнейшем зачастую влечёт за собой полное непонимание последующего материала. Поэтому все последующие положения должны быть доведены до студентов полностью на основе предыдущих и в строгой последовательности изложения. Опыт показывает, что для многих студентов наступает период полного непонимания дальнейшего теоретического материала. Надежда на то, что студенты самостоятельно по учебнику доработают какую-то непонятую или неосвещённую на лекции из-за недостатка времени часть материала, неоправданна. К тому же, следует учесть, что студенты первого курса не имеют опыта ведения конспекта и работы по нему. Положение усугубляется тем, что студенты не готовы к работе с учебником, даже если им на лекциях указывают параграфы для самостоятельной проработки.
Таким образом, перед преподавателем встаёт проблема, что и в какой последовательности целесообразно излагать, что поставить во главу угла изучаемого курса. Вот здесь в полной мере становится актуальной необходимость наличия соответствующего методического обеспечения лекционных и аудиторных занятий, СРСП и СРС.
Учебные занятия в течение ряда лет проводятся на кафедре «Теория архитектуры и инженерной графики», архитектурностроительного факультета с группами по различным специальностям. Студенты физико-механического факультета изучают дисциплину «Начертательная геометрия и инженерная графика» по программе, составленной на основе соответствующего Государственного Образовательного Стандарта (ГОСТа), полный текст которого приводится ниже.
Начертательная геометрия и инженерная графика
Начертательная геометрия.
Введение. Методы проецирования. Точка в ортогональных и аксонометрических проекциях. Прямая и плоскость в ортогональных проекциях. Преобразование проекций. Решение метрических и позиционных задач. Многогранники. Кривые поверхности. Построение развертки поверхности многогранника. Развертка кривых поверхностей.
Инженерная графика.
Единая система конструкторской документации (ЕСКД). Основные правила оформления чертежей. Построение изображений – видов, разрезов, сечений. Выполнение чертежей и эскизов деталей. Аксонометрические изображения деталей. Выполнение сборочных чертежей. Спецификация. Чертеж общего вида и его чтение. Деталирование. Компьютерная графика.
Студенты архитектурностроительного факультета изучают дисциплину «Черчение и начертательная геометрия» по программе, базирующейся на соответствующем ГОСТе:
Черчение и начертательная геометрия.
Методы проекций. Позиционные метрические задачи. Способы преобразования на эпюре. Взаимные пересечения поверхностей, развертки. Аксонометрии. Геометрическое, проекционное черчение. Машиностроительное и строительное черчение. Технический рисунок и построение эскизов деталей. Условности и упрощения на машиностроительных чертежах. ЕСКД и схемная документация. Оборудование кабинета и учебного процесса по черчению.
Оценивая результаты выполнения текущих заданий и зачетных работ по черчению и начертательной геометрии студентами обоих факультетов, можно прийти к такому выводу: изучение начертательной геометрии по программе дисциплины «Начертательная геометрия и инженерная графика», соответствующей действующему ГОСО, ни коим образом не влияет на усвоение обучаемыми правил разработки и оформления конструкторской документации. Что же в таком случае остается на долю начертательной геометрии в процессе формирования современного инженера?
На наш взгляд, раздел начертательной геометрии программы дисциплины «Начертательная геометрия и инженерная графика» для технических вузов должен содержать всего четыре темы:
- Комплексный чертеж и аксонометрические проекции;
- Многогранники и их развертки;
- Кривые линии – коники, обводы, сплайны, циклические кривые;
- Кривые поверхности, их классификация и образование.
Действующие ГОСО нуждаются в коренной переработке. Непонятно, с какой целью по-разному изложено содержание разделов начертательной геометрии для родственных специальностей? В одном случае, упоминается о спецификации и деталировании, а в другом – только о сборочных чертежах, но ни в том, ни в другом – ничего не сказано о размерных базах и правилах простановки размеров.
Практическая деятельность современного инженера немыслима без применения систем автоматизированного проектирования (САПР) с высокоразвитой функциональностью в части объемного моделирования. Конечно, любой инженер должен уметь выполнить на бумаге эскиз или чертеж проектируемого изделия и этому его надо научить, но еще важнее привить ему навыки работы с САПР для создания электронных макетов.
В курсе компьютерной графики на начальной стадии обучения макет детали, её наглядное изображение существенно облегчают построение её чертежа. В связи с этим трудно переоценить роль динамичной модели изделия (можно вращать и рассматривать со всех сторон), выполненной в цвете, с присвоением ей материала, выполненной самим студентом на экране компьютера. Нужно только быстро научить его строить такие модели. Конечно, возникают трудности, связанные с освоением студентами графических программ AutoCAD и КОМПАС, но суммарный эффект положительный. Чертежи сложных корпусных деталей подготовленные студенты начинают с построения их пространственных компьютерных моделей, впоследствии экономя время на построении проекций, разрезов и дополнительных видов, «поручая» это сделать самой программе.
Сказанное позволяет наметить и такой путь совершенствования учебного процесса, при котором задания, либо в виде объёмной модели, либо в виде двух ортогональных проекций будут заранее введены преподавателем в блок самостоятельных и аудиторных заданий. Это позволит увеличить эффективное время урока на выполнение сути задания за счёт сокращения времени на подготовительные операции.
Стоит ли говорить здесь об очевидных преимуществах проектирования за компьютером перед обычным черчением за кульманом? Достаточно привести лишь один пример, связанный с той же «классической» метрической задачей из курса начертательной геометрии. Пусть инженеруконструктору надо определить площадь и другие геометрические параметры плоской грани детали, модель которой показана на рис. 2.
Рисунок 2
Для этой цели ему достаточно сделать несколько кликов мышью, и через какие-нибудь полминуты результат появится на экране монитора (рис. 3).
Рисунок 3
Как не вспомнить в связи с этим известное изречение британского философа Альфреда Норта Уайтхеда: «Цивилизация движется вперед путем увеличения числа операций, которые мы можем осуществлять, не раздумывая над ними». Практика показывает, что возможны два основных направления построения учебного процесса на основе самостоятельной работы студентов. Первый это увеличение роли самостоятельной работы в процессе аудиторных занятий. Реализация этого пути требует, на наш взгляд, разработки электронного учебника по курсу, позволяющему интенсифицировать учебный процесс за счет повышения темпа, индивидуализации обучения, увеличения активного времени каждого обучающегося и усиления наглядности. Второй повышение активности студентов по всем направлениям самостоятельной работы во внеаудиторное время. Повышение активности студентов при работе во внеаудиторное время связано с рядом трудностей. В первую очередь, это неготовность к нему как большинства студентов, так и преподавателей, причем, и в профессиональном, и в психологическом аспектах. Кроме того, существующее информационное обеспечение учебного процесса недостаточно для эффективной организации самостоятельной работы.
Важным условием качественного овладения дисциплиной «Черчение и начертательная геометрия» является выполнение самостоятельных графических работ. В настоящее время, при переходе на кредитную технологию обучения, произошло сокращение продолжительности обучения по дисциплине с 36 недель до 15 недель, т.е. возникает необходимость интенсифицировать названный процесс за счет создания комплекта средств информационной поддержки СРС и СРСП по учебной дисциплине. Возрастает значимость пособий, входящих в комплект, в которых наряду с условиями задач для самостоятельного решения их студентами, содержатся примеры решений с необходимыми пояснениями и показом методики, при помощи средств мультимедиа.
При разработке заданий для самостоятельной работы преподаватели должны руководствоваться требованием профилирования своей дисциплины, в соответствии с инженерной специальностью.
Наконец, успех в организации и управлении СРС невозможен без четкой системы контроля над ней. Наиболее эффективно календарное планирование контроля поэтапного выполнения СРС, т.к. организует планомерную работу студента в течение всего семестра.
ЛИТЕРАТУРА
- Роджерс Д., Адаме Дж. Математические основы машинной графики. М.: Мир, 2001.
- Шпур Г., Краузе Ф.-Л. Автоматизированное проектирование в машиностроении. М.: Машиностроение, 1988 .
- Энкарначчо Ж., Шлехтендаль Э. Автоматизированное проектирование. Основные понятия и архитектура систем. М.: Радио и связь, 1986.
- Инженерная графика / А.К. Болтухин, С.А. Васин, Г.П. Вяткин, А.В. Пуш. М.: Изд-во МГТУ, 2000 .
- Автоматизированное проектирование. Геометрические и графические задачи / В.С. Полозов, О.А. Будеков, С.И. Ротков и др. М.: Машиностроение, 1983.
- Крылов Н.Н. Начертательная геометрия. М.: Высш. шк., 1990.
- Котов И.И. Начертательная геометрия. - М.: Высш. шк., 1970.
- Хорафас Д., Легг С. Конструкторские базы данных. М.: Машиностроение, 1990.
- Иванов Г.С. Конструирование технических поверхностей. М.: Машиностроение, 1987.