СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДИКИ ПРЕПОДОВАНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ «НАЧЕРТАТЕЛЬНАЯ ГЕОМЕТРИЯ. ИНЖЕНЕРНАЯ ГРАФИКА» С ПРИМЕНЕНИЕМ СОВРЕМЕННЫХ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДИКИ

ПРЕПОДОВАНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ «НАЧЕРТАТЕЛЬНАЯ

ГЕОМЕТРИЯ. ИНЖЕНЕРНАЯ ГРАФИКА» С ПРИМЕНЕНИЕМ СОВРЕМЕННЫХ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

В настоящее время в век бурного развития информационных технологий открываются новые качественные возможности по совершенствованию сферы образования.

Основная задача учебного процесса – это повышение уровня усвоения обучаемыми учебного материала, определяемого степенью понимания, запоминания и умения применять на практике полученные знания. Проблема повышения качества высшего образования подтверждается включением задачи её решения в план Межвузовской комплексной программы «Наукоемкие технологии образования» (приказ Минобразования РФ № 252 от 30.01.98) и в научную программу «Научное, научно-методическое, материально-техническое и информационное обеспечение системы образования».

. Основной путь реализации данного требования осуществляется разработкой и внедрением современной технологии обучения техническим дисциплинам в технических вузах и это непосредственно касается начертательной геометрии.

Установлено, что около 80 процентов информации человек воспринимает через органы зрения, около 15 процентов через слух и 5 процентов через осязание, обоняние и вкус. При запоминании повышается роль моторной памяти, т. е. движения. Все это означает, что для повышения уровня усвоения учебного материала обучаемому необходимо увидеть, услышать и самому применить полученные знания на практике. В решении этой задачи существенную роль могут сыграть современные информационные технологии, предоставляющие не только мультимедийную среду для изложения и активного восприятия информации, но и повышающие мотивацию обучаемых к изучению этой информации. При использовании этих технологий необходимо только помнить, что уровень познания определяется требованиями к содержанию, методам, организационным формам и средствам обучения, обеспечивающих активность познавательной деятельности обучаемых на сути изучаемого процесса, а не на средствах обучения. Компьютерные технологии, способствующие повышению уровня познания при изучении дисциплины «Начертательная геометрия.

Инженерная графика», могут быть использованы как:

- средство обучения (учебник в электронном виде), диагностики усвоения изучаемого материала;

• рабочий инструмент для выполнения чертежей и наглядных пособий.

Покажем возможные направления использования этих технологий на примере изучения дисциплины «Начертательная геометрия».

Предметом начертательной геометрии является изложение и обоснование способов построения изображений пространственных форм на плоскости и способов решения задач геометрического характера по заданным изображениям этих форм.

По изображениям, построенным по правилам начертательной геометрии, можно представить мысленно форму предметов и их взаимное расположение в пространстве, определить их размеры, исследовать их геометрические свойства. Практика показывает, что не все обучаемые могут представить пространственную сущность построений, выполняемых на плоскости. Хорошо справляются с последним только те, у кого пространственное воображение лучше. Поэтому одна из существенных функций начертательной геометрии – это развитие таких качеств у обучаемых. На решение этой задачи и должна быть направлена вся методическая работа по изучению дисциплины с привлечением, в качестве основного инструмента, современных компьютерных технологий, выбирая наиболее простые программные пакеты, которые позволят быстро и эффективно достигать намеченной цели.

Учитывая, что практически любое понятие начертательной геометрии легче проиллюстрировать, чем описать словами, основным методом изучения на лекциях является устное изложение учебного материала, сопровождаемое демонстрацией плакатов, схем, показом моделей, макетов и других технических средств обучения (ТСО). Степень успеха в этом случае всегда определялась качеством ТСО. В настоящее время качество ТСО можно существенно повысить за счет мультимедийных возможностей современного компьютера, позволяющих традиционные формы представления графической информации изменить за счет анимации, видео и прикладных графических программ. Это позволяет создать электронный учебник, материалы которого можно использовать на лекциях , самостоятельных занятиях при заочном и дистанционном обучении.

Такой электронный учебник по начертательной геометрии разработан автором. Он позволяет на лекциях представить пространственные формы с анимационными эффектами в виде «живых» изображений и управлять их содержанием, формой, размерами и цветом.

. Кроме того, лектор имеет возможность в процессе устного изложения лекционного материала выполнять построения на плоском чертеже (комплексном чертеже) с использованием эффектов анимации одновременно трехмерное представление пространственной формы (Рисунок 1).

Рисунок 1

Использование этих материалов при чтении лекций оказывает существенное влияние на восприятие обучаемыми учебного материала, способствуя развитию у них пространственного воображения. Все эффекты анимации синхронизированы с текстом и пространственной формой, а управление ими осуществляется лектором или в автоматическом режиме в соответствии с заранее заданными временными параметрами. Отличие этих материалов от существующих - это возможность независимого управления (по временным параметрам) элементами изображения и их перемещениями по заранее заданным направлениям в процессе изложения учебного материала. Работа с этими материалами достаточно проста и доступна для любого, даже неподготовленного в компьютерном плане, преподавателем. Главным при чтении лекций остается методика изложения и суть учебного материала, а управление вспомогательными анимированными изображениями производится преподавателем простым нажатием соответствующих кнопок «мыши» в нужное время, а при наличии «мыши» дистанционного управления и независимо от места нахождения преподавателя в аудитории. Необходимо также отметить проявление, в этом случае, повышенного интереса у обучаемых к излагаемому на лекциях материалу, что отвечает одному из основных дидактических требований – создавать положительную мотивацию при изучении дисциплины.

Ниже в качестве примера приводится фрагмент материалов лекций, а именно, построение линии пересечения конуса фронтально проецирующей плоскостью при ручном управлении. Такое же построение можно произвести в автоматическом режиме и с звуковым сопровождением.

Показ слайдов

Техника выполнения построения довольно простая:

• Работа с документом производится в программе Microsoft PowerPoint
• Программа запускается нажатием кнопки F 5 если работа начинается с первого слайда:
• При желании работу начать с любого выбранного слайда необходимо нажимать кнопку «показ слайдов«

Далее упраление осуществляется нажатием только левой кнопки «мыши».Можно управлять и колесом прокрутки «мыши»

Колесо прокрутки

Левая кнопка мыши

Конец работы кнопка ESC

В качестве примера рассмотрим построение линии пересечения конуса фронтально – проецирующей плоскостью. Обозначаим характерные точки

S 3

S 2

 2

П 2

П 3

на фронтальной плоскости проекций (рисунок 2)

• фронтально-очерковые: наивысшая 1 2 и наинизшая 2 2 ;
• профильно-очерковые - 3 2 и 3 2 1 .

Спроецируем характерные точки на П 1 и П 3 плоскости проекций. Горизонтальные проекции точек 3 получим через их профильные проекции (см.рисунок 2), нажимая левую кнопку «мыши». Для более точного построения линии пересечения введем

1 2

1 3

3 2 =3 2 1

Г 2

3 3

3 3 1

4 3

4 3 1

2 2

4 2 =4 2 1

2 3

4 1

3 1

2 1

1 1

3 1

4 1

П 1

Рисунок 2

,

дополнительные точки 4 2 и 4 21 , лежащие на линии пересечения вспомогательной секущей плоскости Г 2 и  2 . Спроецируем эти точки на П 1 и П 3 плоскости проекций. Для этого построим фигуру сечения, а это будет окружность радиуса (см. рис.2 плоскостьП 2 и П 1 ). Горизонтальные проекции точек 4 будут лежать на пересечении линии проекционной связи точек 4 с фигурой сечения. Построим профильные проекции точек 4 и, соединив все проекции точек, получим искомую линию пересечения.

П 1

В качестве второго примера рассмотрим построение линии пересечения двух пересекающихся плоскостей

Две пересекающиеся плоскости имеют линию пересечения.

Рассмотрим на примере построение этой линии пересечения.

З а д а н ы:

- две пересекающиеся плоскости общего положения фронтальными и горизонтальными проекциями.

Т р е б у е т с я:

- построить линию пересечения плоскостей;

- показать видимость отдельных участков линий и плоскостей в зоне пересечения

E 2

B 2

П 2

C 2

D 2

F 2

A 2

D 1

F 1

B 1

C 1

A 1

E 1

Очевидно, что линия пересечения плоскостей - это прямая линия и для ее построения достаточно найти две точки.

Одним из возможных способов определения двух точек линии пересечения является способ определения точек пересечения двух прямых одной плоскости с другой плоскостью.

В этом случае необходимо:

-провести вспомогательную секущую плоскость через одну из прямых одной плоскости;

-построить линию пересечения вспомогательной плоскости с заданной плоскостью;

-определить точку встречи выбранной прямой с полученной линией пересечения.

Это и будет одна из искомых точек линии пересечения двух плоскостей.

Для определения второй точки линии пересечения необходимо все повторить для второй прямой.

Более общим является другой способ, когда для построения линии пересечения используются в качестве вспомогательных:

проецирующие плоскости;

плоскости уровня,

которые, пересекаясь с каждой из заданных плоскостей, дают две линии пересечения. Общими точками двух заданных и вспомогательной плоскости являются точки линий пересечения указанных плоскостей.

Сущность построений при определении линии пересечения и результат не зависит от выбора вспомогательных секущих плоскостей. Можно использовать:

- либо две фронтально проецирующие;

либо две горизонтально проецирующие;

либо одну горизонтально, другую фронтально проецирующие плоскости.

Последнее в равной степени относится и к плоскостям уровня при использовании их в качестве вспомогательных секущих плоскостей.

П o р я д о к р е ш е н и я задачи:

- для определения первой точки линии пересечения выбираем в качестве вспомогательной секущей плоскости, например, фронтально проецирующую плоскость так, чтобы она проходила через прямую EF плоскости DEF.

Строим горизонтальную проекцию линии пересечения вспомогательной секущей плоскости  (  П 2 ) с плоскостью ABC [1 1 ,2 1 ]. И там, где горизонтальная проекция прямой [E 1 F 1 ] встречается с горизонтальной проекцией линии пересечения [1 1 ,2 1 ], будет горизонтальная проекция искомой точки 3 1 . Спроецируем эту точку на фронтальную плоскость проекции и получим фронтальную проекцию точки линии пересечения 3 2 .

E 2

B 2

1 2

3 2

C 2

2 2

D 2

F 2

A 2

(  П2 )

D 1

F 1

B 1

1 1

C 1

3 1

2 1

A 1

E 1

- для определения второй точки линии пересечения выбираем, например, вспомогательную секущую плоскость горизонтально проецирующую  (  П 1 ), проходящую через точку В и пересекающую заданные плоскости в точках

4,5,6. Строим фронтальные проекции линий пересечения вспомогательной секущей плоскости с плоскостями АВС [B 2 6 2 ] и DEF [4 2 5 2 ]. Фронтальная проекция искомой точки линии пересечения 7 2 будет находится на пересечении линий [B 2 6 2 ] и [4 2 5 2 ]. По линии проекционной связи определим горизонтальную проекцию точки линии пересечения 7 1 .

E 2

B 2

4 2

7 2

5 2

C 2

D 2

6 2

F 2

A 2

D 1

F 1

B 1

C 1

7 1

4 1

5 1

 П1

6 1

A 1

E 1

Через точки 3 и7 проводим искомую линию пересечения двух заданных плоскостей ABC и DEF.

E 2

B 2

8 2

7 2

3 2

C 2

D 2

A 2

F 2

D 1

F 1

B 1

8 1

C 1

3 1

7 1

A 1

E 1

П 1

- видимость отдельных участков линий и плоскостей в зоне пересечения определяется с помощью конкурирующих точек. На рисунке приведены фронтально-конкурирующие точки M и N.

N

M

П 2

M

N

M

N

Например, для определения видимой точки относительно фронтально – конкурирующих M и N необходимо посмотреть по стрелке Т (по их линии проекционной связи) и та проекция точки, которая окажется впереди на горизонтальной плоскости проекций, будет видимой на фронтальной плоскости проекций.

будет видимой на фронтальной плоскости проекций. В нашем случае это точка N. А для горизонтально – конкурирующих точек R и K необходимо посмотреть по стрелке L и таким же образом определить видимую точку на горизонтальной плоскости проекций. Это точка К.

E 2

B 2

M 2 =N 2

L

K 2

C 2

D 2

R 2

A 2

F 2

D 1

F 1

B 1

M 1

C 1

K 2 =R 2

N 1

T

A 1

E 1

Заштрихуем видимые части плоскостей на фронтальной и горизонтальной плоскостях проекций.

E 2

B 2

C 2

D 2

F 2

A 2

D 1

F 1

B 1

C 1

A 1

E 1