Назад

Обучение и контроль знаний по начертательной геометрии с применением компьютера

Фото Столер Владимир Алексеевич (Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники)

Соавтор(ы): Задруцкий Сергей Александрович

Вхождение Беларуси и других стран в международное образовательное пространство требует освоение новых технологий обучения студентов. Внедрение в практику инновационных образовательных технологий является тем фундаментом, который позволит быть специалисту конкурентоспособным на рынке труда в своей стране и за рубежом.

Выделяется несколько направлений развития инновационных образовательных технологий, среди которых:

Одним из направлений, обеспечивающих высокое качество образовательных технологий учебного процесса и реализующих инновационные принципы обучения в техническом университете, является применение обучающих и контролирующих программ преподавания базовых дисциплин с применением компьютера, в том числе и по начертательной геометрии.

Начертательная геометрия занимает особое место среди общетехнических учебных дисциплин. Она является лучшим средством развития у человека пространственного воображения, без которого невозможно никакое инженерное творчество. До недавнего времени изучение этой дисциплины было ориентировано на решение различных геометрических задач на бумаге с помощью чертёжных инструментов. Однако широкое внедрение компьютерной техники во всех сферах человеческой деятельности диктует новые подходы и в изучении начертательной геометрии.

Использование компьютера для решения задач по начертательной геометрии позволяет значительно повысить интенсивность изучения этой дисциплины. Во-первых, отпадает необходимость каждый раз вычерчивать исходное условие задачи, легко осуществляется редактирование решения, переход от одной задачи к другой и т.д. Во-вторых, значительно упрощается процесс контроля правильности решения задач, так как компьютер автоматически проверяет решение каждой задачи и ведёт протокол, в котором учитываются все попытки решения (правильные и неправильные). И, наконец, использование компьютера выгодно и целесообразно с точки зрения экономии бумаги и чертёжных инструментов.

Решение любой геометрической задачи на комплексном чертеже можно разделить на два этапа:

  1. Разработка алгоритма решения.
  2. Реализация этого алгоритма путём последовательного выполнения на чертеже элементарных графических операций или построений.

Разработка алгоритма решения требует знаний правил, методов, приёмов начертательной геометрии. То есть для успешного решения задач от студента требуются определённая теоретическая подготовка, навыки в составлении рациональных алгоритмов и их реализации на комплексном чертеже. Элементарные графические действия, составляющие структуру программы – это построение на чертеже точек и линий, определение линий пересечения и т.д. Используя математический аппарат аналитической геометрии на плоскости, можно для каждого графического действия составить вычислительный эквивалент и передать его для выполнения компьютеру. При этом "ручное" решение задачи на бумаге заменяется "машинным" решением на экране дисплея.

Для практической реализации компьютерного решения геометрических задач на кафедре инженерной графики БГУИР разработана и внедрена в учебный процесс для всех специальностей дневной формы обучения специализированная программа DrawCAD, предназначенная для проведения учебных, контрольных и зачетных занятий по алгоритмизации и решению задач начертательной геометрии в классах компьютерной графики.

Программа DrawCAD обеспечивает вывод из собственной библиотеки на экран дисплея графических и текстовых условий геометрических задач, позволяет выполнять на экране необходимые графические построения и проверять правильность выполненного решения.

Библиотеки программы содержат 200 задач, которые сгруппированы в 5 разделов:

  1. ортогональные проекции точек и прямых;
  2. принадлежность точки поверхности;
  3. взаимное пересечение поверхностей;
  4. взаимное пересечение прямой линии и поверхности;
  5. комплексные задачи повышенной сложности.

Имеется возможность обновления и корректировки библиотек. Решенные задачи хранятся на протяжении всего сеанса работы в архиве компьютера. Это позволяет выводить на экран и смотреть все выполненные графические построения.

Программа позволяет работать в трёх режимах: Учебный тренинг, Контрольная работа и Зачёт. Эти режимы отличаются принципом выбора задач для решения и параметрами контроля времени. В режиме Учебный тренинг время для решения задач задаётся с клавиатуры по указанию преподавателя. Номера задач для решения выбираются непосредственно самим пользователем. Для каждой задачи допускается неограниченное число попыток решения. Кроме того, возможно исправление неправильно решённой задачи. В режиме Контрольная работа программа использует определённый сценарий, заготовленный заранее, в котором заданы продолжительность сеанса и количество задач для решения по каждому разделу. В режиме Зачет продолжительность сеанса зафиксирована и задачи для решения предлагаются по принципу случайного выбора.

Программа работает в интерактивном режиме. На рис. 1,2 приведено окно ввода данных о пользователе и меню управляющей программы с исходным условием одной из задач. Меню программы состоит из условных изображений 13-и графических и 5-и служебных процедур. Графические процедуры используются для выполнения необходимых графических построений на рабочем поле в процессе решения задачи. Служебные процедуры позволяют:

В заключение необходимо сказать следующее. На кафедре инженерной графики БГУИР на протяжении более 15 лет практикуется проведение практических занятий по дисциплине «Начертательная геометрия и инженерная графика» в компьютерных классах кафедры. Все студенты 1 курса (более 2000 человек) получили возможность уже в начале своего обучения в университете обучаться работе на компьютере, осваивая как операционную, так и прикладные системы.

Совершенствую и развивая эту форму занятий, сотрудники кафедры, накопив большой организационный, методический и научный опыт (выполнены три научно-исследовательские работы, связанные с использованием в учебном процессе компьютерных технологий), сумели внедрить в учебный процесс рабочие программы по начертательной геометрии и инженерной графике по всем специальностям информатики и радиоэлектроники, предусматривающие соотношение учебных занятий чертежный зал/компьютерный класс - 50/50%, а для «информационных» факультетов, таких как факультет информационных технологий и управления и факультет компьютерных сетей и систем – 25/75%, при этом для последних предусмотрено 100% выполнение графических заданий с использованием компьютера.

Вместе с тем необходимо отметить, что системы проектирования или компьютерные программы, какими бы хорошими они не были, не подменяют и не могут подменить начертательную геометрию и инженерную графику, а применяются в качестве современного инструмента, позволяющего вместо карандаша и линейки быстро и эффективно решать их задачи.

Рис. 1
Рис. 1 Окно ввода данных о пользователе


Рис. 2
Рис. 2 Меню управляющей программы


Вопросы и комментарии к докладу:


Фото
Столбова Ирина Дмитриевна
(11 марта 2010 г. 23:18)
Уважаемый Владимир Алексеевич! В какой форме у Вас проходят итоговые контрольные мероприятия (зачет,экзамен) по графическим дисциплинам? Используются ли у Вас в вузе дистанционные формы обучения, в том числе по графическим дисциплинам? Доступна ли Ваша программа студентам через Интернет? С уважением, И.Столбова
Фото
Столер Владимир Алексеевич
(18 марта 2010 г. 22:48)
Здравствуйте Ирина Дмитриевна! Отвечаю на Ваши вопросы. 1. По графическим дисциплинам студенты всех специальностей сдают диф.зачет, кроме специальностей факультета компьютерного проектирования, где сдается экзамен 2. В БГУИР с успехом используется дистанционная форма обучения, где участвует и наша кафедра инженерной графики 3. Компьютерная программа студентам через интернет недоступна, т.к.разработана нами в рамках НИР и является собственностью университета Спасибо за вопросы, с уважением В.Столер
Фото
Максименко Любовь Александровна
(20 марта 2010 г. 2:28)
Уважаемые коллеги! Приглашаем Вас принять участие в работе Всероссийской научно-практической конференции «Информационные технологии и технический дизайн в профессиональном образовании и промышленности», которая состоится 21 – 22 апреля 2010 года в Государственном образовательном учреждении Новосибирский государственный технический университет. Информация о конференции размещена на сайте: http://www.graph.power.nstu.ru/ Адрес для связи: maksimenko_la@mail.ru
Фото
Зеленовская Наталия Вячеславовна
(20 марта 2010 г. 15:27)
Уважаемый Владимир Алексеевич, очень интересно было познакомиться с вашей интерактивной программой. В нашем БГАТУ мы используем уже готовую оболочку АИСТ(автоматизированная интерактивная система тестирования), которая тоже позволяет осуществлять функцию контроля знаний, да вощем и обучающую тоже.Тесты создаются вне системы, в любых оболочках и программах и могут быть представлены в различной форме.

Назад