Назад Go Back

О методике применения компьютерных графических систем при обучении бакалавров

Фото Мокрецова Людмила Олеговна (Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС")

Соавтор(ы): Бычкова Ирина Владимировна

В современных условиях учебные курсы, связанные с изучением графических дисциплин являются одними из важнейших компетентностных составляющих инженерной подготовки выпускников технических вузов. По требованиям работодателей начинающие инженеры-проектировщики обязаны знать ГОСТы, СНиПы, стандарты в сфере проектирования, порядок разработки и правила оформления проектно-технической документации, владеть методами проектирования и проведения технико-экономических расчетов, иметь навыки проектирования и разработки чертежей. Начинается такая подготовка в вузах с курсов «Начертательная геометрия», «Инженерная графика», которые используют  современные информационные средства и поэтому в последнее время сливается с такой дисциплиной как «Компьютерная графика». Традиционный метод с применением чертежных инструментов уходит в прошлое, оставляя место  эскизированию и выполнению по ним 3D-моделей деталей и сборок с последующим выполнение 2D-рабочих чертежей и их доработкой по ГОСТ согласно ЕСКД и международных стандартов в CAD-системах. Любая CAD является прикладным пакетом и для эффективного ее использования студентом нужно опираться на определенную базу знаний, умений и навыков. Если отталкиваться от того, что у 80 % студентов первого курса не было  в школе предмета «Черчение» и около 2 % изучали CAD (по результатам исследования кафедры Инженерной графики и дизайна с 2008 по 2012 гг.), то наша кафедра вынуждена давать эту базу знаний, умений и навыков, которую обучающиеся недополучили в школе. Поэтому для 1 курса прикладной графической программой желательно оставить КОМПАС 3D. По учебным планам бакалавров, студенты изучают пакеты прикладных программ Microsoft Office, которые идут последовательно по нарастающей сложности: после изучения программы Excel переходят к программе Access. Начинать с 1-го семестра изучение таких программ, как SolidWorks, AutoCAD и т.п  на первом курсе является трудозатратным.

Так как для первокурсников важна адаптация в 1 семестре ко всем базовым дисциплинам, то удельный вес трудозатрат на самостоятельную работу по графическим дисциплинам в настоящее время соразмерен  с математикой, физикой, информатикой, химией. Поэтому освоение графических программ лучше начинать с более простого и быстрого в освоении программного продукта (например, КОМПАС 3D), чтобы основной упор в обучении был направлен не на освоение программы, а на ее применение к конкретной дисциплине. При этом полученные  умения и навыки позволят на следующих курсах быстро освоить более сложные графические программные продукты, которые могут различаться для выпускников разных направлений и профилей обучения подготовки бакаравров. Такой подход был  ранее распространен на большинстве специальностей  у нас  и в  других вузах и назывался: «Компьютерная графика». Подобное распределение связано с изменением функций использования графических программных комплексов и зачастую преподавался на выпускающих кафедрах.

Степень бакалавра дает возможность продолжить обучение и, освоив специальные знания по выбранному направлению обучения, получить  в дальнейшем степень магистра. Бакалавр должен иметь универсальные знания, которые он может применить при последующем трудоустройстве или при продолжении обучения. Если выпускники будут ориентированы только на один программный продукт (пусть даже они будут знать его в совершенстве), то это ограничит их возможности при дальнейшем трудоустройстве или продолжении обучения.

  Сравнивая два графических программных комплекса, однозначно можно сказать только то, что   начинать обучение графических дисциплин в 1 семестре лучше с использованием КОМПАС 3D, а SolidWorks  начинать изучать со 2 - 3 семестра. Так к в работе часто используется связка Solid/Компас: в SolidWorks d создают 3D модели, а затем делают 2D чертежи по этим моделям в КОМПАС. Преимущетва SolidWorks перед КОМПАС 3D очевидны, но степень освоения  его на 1 семестре вызывает опасения. SolidWorks d в отличие от КОМПАС умеет выполнять расчеты,  что уже есть весомое преимущество. Он построен на базе ядра Parasolid (а не на своем собственном, как КОМПАС), в этом случае шансы передать геометрию в сторонние пакеты без ошибок выше. На Parasolid основана работа таких мощных ПК как Unigraphics и Ansys, изучение которых  расширяет профессиональные компетенции выпускников. У SolidWorks всегда была удобнейшая справочная система и обучающие примеры. Solid Works – это CAD более высокого уровня, чем КОМПАС, в том числе и за счет того, что многие элементы построения 3D-моделей упрощены и автоматизированы, но в то же время они не дают возможности студенту проявить знания и умения, полученные при изучении дисциплины «Инженерная графика». При этом КОМПАС 3D V13 вполне удовлетворяет инженеров – технологов, а в металлургии  по-прежнему работают  в пакетах компании AutoDesk. В каждой CAD есть свои достоинства и недостатки. Каждая с годами  становится все лучше. Есть примеры полного освоения КОМПАС студентами от нуля за 1-1.5 месяца. Кроме того, КОМПАС открывает почти все графические файлы. Последний КОМПАС 3D V13 приобрел новые интересные возможности, как, например, работу с поверхностями, ввод поверхности и кривых по массивам, в т.ч. из файлов, что облегчает работу со сложными поверхностями.

Основываясь на собственных методиках преподавания данных дисциплин, а также мнении председателей НМС по разным профилям направления «Металлургия» подготовки бакаравров НИТУ "МИСиС" делаем вывод, что для изучения графических дисциплин на 1 курсе вполне удовлетворяет ПК (программный комплекс) «КОМПАС 3D V13», с помощью которого студенты получают возможность строить 3D-модели пространственных форм и их пересечений, получить навыки выполнения 2D-чертежей по ЕСКД,  а также получить навыки создания проектной документации.

Любой Университет или ВУЗ выпускает специалиста или бакалавра для работодателя, а не для себя. В настоящее время каждый работодатель работает на определенном программном продукте и ему требуется специалист, который владеет именно им. Если студент во время обучения учится работать с различными программными продуктами, то он приобретает преимущество на рынке труда. На конференции «Сложные технические системы:развитие современных инженерных практик» ректор Московской школы управления «Сколково» Волков А.Е. высказал требования к компетенциям современного  инженера:

1. Базовое понимание предметной области на пороговом уровне.

2. Способность к коммуникации и к кооперации, умение создавать единую конфигурацию инженерных решений на основе разных платформ, уметь выбрать программный продукт, реализующий  проектируемый объект под заданную стоимость (экономическая целесообразность).

3. Способность к самооценке и саморазвитию на протяжении всей жизни.

Руководитель  направления развития и оценки персонала ОМК Евсюкова И.А. перечислила рабочие места бакалавра в системе ОМК (объединенной металлургической компании): мастер в ЛПК, сталеплавильные цеха, технолог  и т.д. Для такой деятельности целесообразнее давать базовые знания, а затем их адаптировать в системе магистратуры. Инструментарии меняются гораздо быстрее,чем их успевают осваивать на рабочих местах. Обсуждался вопрос и работы на действующем оборудовании и ПО, так как заводы не спешат отказываться от уже сложившейся технологии, если это не приносит прибыли. Там же  рассматривалась компетентность инженера, бакалавра или магистра, как способность оценить недостаток своих знаний и способность  достраивать их, используя  встроенные библиотеки и справочники. Безусловно у предприятий нет времени на доучивание своих сотрудников, но и учить множеству ПО у вузов нет времени.

Сошлюсь также на высказывания проректора Самарского государственного аэрокосмического университета имени академика С.П.Королева (национальный исследовательский университет) Кузьмичева В.С.,  выступившего с докладом на тему: «Комплексная подготовка специалистов аэрокосмического профиля на основе современных информационных технологий» 20 апреля  на XV11 международной конференции «Современное образование: содержание, технологии, качество», проходившей в ЛЭТИ:  «Информатизация графической подготовки должна начинаться с КОМПАС на 1 курсе, затем Solid Works, а затем и специализированные программы для технологов, проектантов (Autodesk Inventor, Unigraphics, Pro Engineering и т.д.). Такая системная проектно-компьютерная подготовка позволяет выпускникам инженерных профилей  стать востребованными на рынке труда».

Немаловажным является и время освоения CAD систем. В любом авторизированном центре предлагаются курсы, рассчитанные  на 72 часа (2 зач.ед.), из них 36 ауд. часов (1 зач. ед) отдельно по 2D и 3D-моделированию. У нас же для этого, в лучшем случае, отведено всего 17 ауд. часов (51 час общей трудоескости, 1,5 зач.ед.) в 1 семестре. Опыт нашей кафедры при преподавании "Компьютерной графики" (в течение 15 лет) показывает, что для овладения  AutoCAD 2D, а затем Inventor 3D (САПР, конкурирующий с SolidWorks) требуется не менее 4 зач.единиц (144 час общей трудоемкости в 3 и 4 семестрах). А учебные планы бакалавров очень ограничены во времени.

Наряду в вышесказанным, следует отметить ряд проблем, которые ограничивают внедрение инновационных методик обучения бакалавров  графическим дисциплинам:

 Для достижения целей и задач кафедр, занимающихся инженерно-графической подготовкой бакалавров в системе уровневого образования,  целесообразно:

Понятно, что многое упирается в финансирование кафедр инженерно-графических дисциплин, но хотим  мы этого или не хотим, а сегодня уже невозможно достичь качества графической подготовки без применения современных компьютерных средств.













 

Вопросы и комментарии к выступлению:


Фото
Шахова Алевтина Бруновна
(17 октября 2012 г. 21:45)

Здравствуйте, Людмила Олеговна. Полностью согласна со многими Вашими утверждениями о первичности изучения прежде всего более простых граф. пакетов, т. е. "КОМПАС-3D". Но, я думаю, не все с этим согласны. Очень многие Вузы первичным граф. пакетом считают AUTOCAD, но скорее всего выбор д.б. осуществлен в пользу того или иного пакета с учетом требований выпускающих кафедр. Конечно, в рамках временного дефицита (17час. КГ это у нас почти у всех) только в КОМПАСе можно научить 3D моделированию и ассоциитивному чертежу, и то при условии наличия квалифицированного преподавателя. А как вы собираетесь решать проблему сертификации выпускников? Для этого Ваша кафедра д.б. дилером АСКОНА. ( Так например кафедра Сидорука Р.М. в Нижнем Новгороде являлась дилером AUTODESKa и победители олимпиад получали сертификаты но они были платными). Скажите, пожалуйста, а как на Вашей кафедре проходит процесс обучения КГ, каким методическим материалом Вы пользуетесь? Курс КГ выделен в отдельную дисциплину или в рамках курса ИГ, сколько преподавателей Вашей кафедры преподают КГ?

С уважением Шахова А.Б.

Фото
Варушкин Владимир Петрович
(18 октября 2012 г. 8:37)

Здравствуйте, Людмила Олеговна и Ирина Владимировна!

Беспорно, отечественный CAD наиболее приспособлен, по разным причинам, начальному обучению. Из вашей статьи у меня уже возникал этот вопрос: правильно ли я даю сначала 2D моделирование и лишь потом перехожу к 3D. Надо попробовать 3D,  с которого чертежи делаются легко и просто. Что-то теряется при этом, что? Надо проанализировать предложенную ситуацию ускорения обучения.

С уважением, В.Варушкин

Фото
Мокрецова Людмила Олеговна
(1 ноября 2012 г. 22:01)

Добрый вечер, Владимир Петрович!

Ускорение обучения не очень получается только с переходом на 3D. Конечно, оно помогает студентам увидеть свои модели в привычном им фотореалистичном мире, но наши цели и  задачи , естественно, остаются прежними ( их ни один ФГОС не отменял_). Наоборот, сегодня,к счастью, роль инженерного образования начала возрастать. Однако при всех известных нам целях графической подготовки, до сих пор мало используются современные формы, методы и технологии обучения. Это тормозит процесс обучения, и , главное, делает труднодостижимым выполнение поставленных целей при начальной пождготовки студентов к нашим дисциплинам.

Ежегодно проводимый нами входной контроль показывает, что количество студентов, подготовленных к обучению в вузе пока уменьшается. Обидно, что даже КОМПАС, включеннный в программу 9 классов, на входе посчти никто не знает. И на 2 занятиях приходится тратить время на его интерфейс.( хорошо, что он достаточно прост). Однако даже простота КОМПАСА, может помочь в решении наших задач только при отработанных методиках и технологиях обучения. У меня ушло пять лет на достижение автоматизма при передачи студентам тех особенностей, которые есть сейчас в КОМПАСе, чтобы они быстро и грамотно выполняли задания. Но я вижу большой прогресс в изучении начертательной геометрии с использованием графических систем. За эти пять лет, нам удалось придать импульс мотивации студентов к обучению. У меня, например, исчез фактор отсутствия на занятиях, их отработки. использование электронной почты позволяет общаться со студентами вечером после 22-00 до 24-00. Конечно, все требует времени и труда от преподавателя при очень низких оплатах.

Надеюсь, что нам еще предоставится возможность обсудить дальнейшие шаги в решении проблем ГП.

Спасибо!

Фото
Мокрецова Людмила Олеговна
(1 ноября 2012 г. 22:15)

Извините, Алевтина Бруновна, за поздний ответ!

Я по-прежнему считаю, что AutoCAD, надо изучать после наших основных дисциплин :НГ и ИГ . КОМПАС позволяет решать задачи НГ с применением ЭВМ достаточно легко на 1 семестре. Цели наши известны, я их не перечисляю, но методы и технологии должны измениться. КГ входит в курс : Инженерная компьютерная графика для всего университета. Начертательная геометрия идет параллельно. От лекций мы отказались, перешли на комбинированные занятия. Это новый опыт и мы будем его оценивать. Конечно, для такой формы, нужно , чтобы весь коллектив был подготовлен одновременно и преподаванию НГ и к преподаванию КГ. Сечас у нас так и получается. Дополнительно в классах присутствуют лаборанты из числа студентов 2- 4 курсов. Они же и ведут кружок подготовки к Олимпиадам, где мы за пять лет показали значительные успехи. Ребята создали и конструкторское студенческое бюро, куда отбирают из кружка новых и новых сотрудников. Пять лет назад было положено начало такому старту и пока он не прервался. Надо сказать , что не все преподаватели выдержали, было трудно.

Благодарю !

Фото
Крайнова Марина Николаевна
(3 ноября 2012 г. 11:55)

Доброго времени суток, Людмила Олеговна! Давно хотела Вам написать, т.к. нашла положения в Вашей ставтье очень созвучные моим личным. В этом учебном году проводила занятия по КГ в группах примерно одинаковой степени подготовленности по абсолютно одинаковым заданиям, но в разных пакетах. Специально взяла для чистоты эксперимента КОМПАС и AutoCAD. Объем выполненных заданий различается практически в 1,5-2 раза. Таким образом, я тоже пришла к выводу, что на 1 курсе действительно надо обучать простым графическим программам, а далее у каждого студента и позднее специалиста свой путь. Конечно, надо еще учитывать и минимальное количество часов на КГ.

Благодарю за информацию о своем опыте преподавания и формах обучения в Вашем вузе!

Фото
Мокрецова Людмила Олеговна
(9 ноября 2012 г. 3:13)

Добрый вечер, Марина Николаевна!

Благодарю за отзыв. Надеюсь, что наш совместный труд принесет свои плоды в деле геометро-графической подготовки в России!

Фото
Хейфец Александр Львович
(18 ноября 2012 г. 1:19)

Уважаемые коллеги, уважаемая Людмила Олеговна.

Увидел на Вашей странице небольшую дискуссию о том, какой пакет лучше преподавать первым, и решил высказать свое мнение. Конечно, это AutoCAD. Поясняю свою позицию.

Сегодня уже многие понимают преимущества и перспективы 3d методов и технологий в проектировании. Многие, если судить по докладам данной конференции, преподают инженерную графику в формате 3d, где первична 3d модель, а чертеж вторичен. Однако при этом продолжают в первом семестре преподавать начертательную геометрию, как теоретическую основу 2d, лишь "смягчая" ее иллюстративными 3d моделями.

Налицо противоречие. Учили теории 2d, затем все, или почти все, отбросили и перешли на 3d. 

Это противоречие неизбежно потребует своего разрешения - отказа от начертательной геометрии и переходе на новый, пока не очень понятный всем курс теоретических основ 3d компьютерного моделирования. И первый шаг в этом направлении - подобрать инструментальное средство, графический 3d пакет, который позволит наиболее полно и просто строить точки, прямые, плоскости, поверхности, решать с ними позиционные и метрические задачи, исследовать геометрические взаимосвязи, строить кинематические поверхности и т.д. и т.п. И все это в формате 3d.

И здесь никакой Компас и даже SolidWorks не подойдут. Это пакеты инженерной графики: корпуса, сборки... А вот торс, гиперболический гиперболический параболид, геликоиды, частные случаи пересечения квадрик им не по силам. Они для этого не предназначены. А ведь эти объекты - классика и онова теоретической подготовки. Конечно, если только "на спор", то, наверное, что-то из сказанного можно построить. Но не так легко и непринужденно как в AutoCAD'е.

А уж за какой пакет Вы студента посадили 1-ого сентября, в том большинство их и продлжит свое обучение. Это рационально и логично.

Часть моих оппонентов в дискуссиях говорит о национальной безопасности: ведь если не дай бог что, то Компас-то свой, родной. Но этот аргумент из серии, что будет, если перестанут выпускать компьютеры...

Поэтому сегодня AutoCAD - основной пакет для начального обучения на кафедрах графики. Если есть третий семестр, то следует обучить второму пакету, я учу Inventor'у. Причем, после  AutoCAD'а второй пакет осваивается легко, и не требует специальных затрат времени, то есть мы продолжаем изучать инженерную графику в новом пакете.

А те педагогические эксперименты, о которых упоминалось в дискуссии, из которых следует, что  задания в AutoCAD'е выполняли вдвое дольше, чем в Компасе, просто объясняются квалификацией преподавателя, который хорошо знает Компас, но... 

Так что, на первом месте AutoCAD, и к этому постепенно все придут.

Людмила Олеговна, Вы слышали 12 ноября в Москве мой доклад о возможностях AutoCAD'а в теоретическом моделировании. Ваше мнение о Компасе и AutoCAD'е после него изменилось?

С уважением. А.Л. Хейфец

Фото
Столбова Ирина Дмитриевна
(18 ноября 2012 г. 10:52)

Александр Львович!

А чему обучать, если на всю графическую подготовку отводится всего 1 семестр в 3 или 4 зачетных единицы (это у нас 1 и 2 уровни сложности)?

 И.Столбова

Фото
Хейфец Александр Львович
(18 ноября 2012 г. 11:51)

Уважаемая Ирина Дмитриевна. И за один семестр можно научить современным методам 3d моделирования, если над этим методически работать, стремиться, а не строить бумажные кораблики и журавлики.

А.Л. Хейфец

Фото
Столбова Ирина Дмитриевна
(18 ноября 2012 г. 14:41)

Александр Львович!

Я привела пример трудоемкости программы, в которой явно не укладывается освоение Автокада. А Компас вполне применим. И в качестве примера Вы сами говорите об этом. Поэтому в условиях новых стандартов не может быть однозначности: только так и не иначе. К однозначности решения теперь не нужно стремиться. Узаконенное многообразие. Необходимо обсуждение различного опыта и примерение его к требуемой ситуации.


Назад Go Back