МОДЕЛЬ ПРОЕКТНОГО ОБУЧЕНИЯ ПРИ ВЫПОЛНЕНИИ ПРАКТИКУМА ПО ГРАФИЧЕСКИМ ДИСЦИПЛИНАМ

Обсуждается организация проектно-ориентированной деятельности студента в рамках графической подготовки студентов технического университета

В условиях глобальной информатизации производства, повышения наукоемкости современных технологий расширяются возможности использования компьютерных технологий и в области инженерно-конструкторской деятельности. Новые тенденции в изменении технологического уклада характеризуется высоким уровнем автоматизации деятельности инженера, смещением грани между проектированием и производством. На первый план выступает компьютерное моделирование, которое сопровождает весь производственный процесс, а в основе проектирования находится виртуальная модель изделия [1].

Интенсивный процесс обновления техники и производственных технологий потребовал новых подходов к организации образовательного процесса подготовки инженера, направленных на развитие у студента практических навыков проектирования и конструирования, соответствующих современным технологиям. В качестве основного направления выбора концепции развития инженерного образования «будущего» выдвигается концепция, направленная на совершенствование графической подготовки за счет широкого использования так называемых проектно-ориентированных технологий, основанных на практико-проблемном обучении, где в качестве основного графического объекта выступает 3D-модель [2].

Инновационность новой технологии заключается в совершенствовании практического обучения на основе гармоничной связи теории и практики, когда практические задания побуждают студента постоянно «добывать» дополнительную информацию из различных источников. С этой целью следует разрабатывать комплексные учебные задания, интегрирующие различные разделы дисциплины и имитирующие квази профессиональную учебную деятельность [3,4].

Сложность реализации данного подхода заключается в том, что разрабатывать инновационные учебные задания и организовывать коллективную работу студентов требуется уже на младших курсах обучения. При этом необходимо уложиться в запланированные программой часы, отведенные в учебном плане на базовую графическую подготовку. В этих условиях для внедрения в учебный процесс проектно-ориентированных учебных заданий необходима большая методическая и технологическая подготовка соответствующего сопровождения такой интегративной деятельности студентов, включая оптимальный подбор проектируемых изделий, создание электронной базы параметрических типовых моделей составных частей и справочной информации, организацию учебной работы студентов и контроль разработанных проектов.

На современном этапе преподавателями кафедры «Дизайн, графика и начертательная геометрия» ПНИПУ проведена большая работа по созданию интегративного курса «Начертательная геометрия, инженерная и компьютерная графика», опирающегося на современные возможности компьютерной технологии, что получило отражение в публикациях [5,6].

Целью настоящей работы является обсуждение опыта организации практико-ориентированной учебной деятельности студентов на конкретных примерах заданий, имитирующих реальную проектно-конструкторскую деятельность и создающих ситуацию профессионально направленных действий.

В качестве примера рассмотрим содержание одного из комплексных учебных заданий в рамках базовой графической подготовки студентов, предусматривающего разработку конструкторской документации на основе технологии создания 3d-модели объекта, представляющего аналог конструкции реального изделия.

Для выполнения поставленной задачи выбрана группа типовых изделий, называемых станочными приспособлениями. Такие «устаревшие» изделия могут быть привлекательны в качестве объекта для учебного проектирования, так как отличаются сравнительной простотой конструктивных решений и наличием большого количества стандартных деталей. Кроме того, из всего многообразия конструкций приспособлений можно выделить узлы и механизмы, общие для всех типов приспособлений. В частности, это узлы установки и базирования обрабатываемой детали, а также зажима ее для последующей обработки. Подобные конструкции использовались ранее при традиционной проработке темы «Сборочный чертеж» [7].

Общность устройства конструкций при переходе на компьютерный вариант выполнения значительно облегчает как подготовку необходимого методического материала к заданию, так и управление преподавателем работой учебной группы.

В техническом задании на проектную разработку заданы функциональные и геометрические характеристики объекта и его составляющих. При необходимости (в случае ограничения программой трудоемкости) можно для типовых деталей предварительно подготовить параметрические 3d-модели и занести их в электронную базу данных.

Студентам предлагается выполнить общую компоновку изделия и отдельных узлов, увязать взаимное расположение составных частей и соединяющих их элементов, выполнить подбор крепежных и специализированных стандартных деталей.

Практическая часть работы над техническим заданием складывается из ряда последовательных действий, требующих от студентов согласования своих решений с полученными ранее базовыми геометро-графическими знаниями, умелого владения выбранным инструментарием, умения получать и использовать требуемую справочную информацию. Учитывая ограниченные временные ресурсы, такую трудоемкую работу может обеспечить только коллективный подход (мини-студенческий коллектив в составе 2-3 человек), налаженное взаимодействие студентов при работе над общим проектом, а также индивидуальная работа каждого студента по детализации своей части проекта.

Рис. 1. Алгоритм выполнения проектного задания

Общий алгоритм работы над проектным заданием представлен на рис.1, демонстрирующем следующие этапы работы:

1. Анализ исходных данных. Студентам сообщаются сведения об устройстве предлагаемого типового изделия, его назначение, предварительные геометрические характеристики оригинальных деталей, представленных 3d-моделями, а также перечень наименований стандартных деталей, входящих в конструкцию.

2. Составление конструктивной схемы изделия в виде эскизного варианта с анализом назначения и устройства основных узлов приспособления. На этой стадии проверяются геометрические характеристики составных частей сборочной единицы, учитывающие заданные параметры обрабатываемой заготовки.

3. Работа со справочным информационным материалом по побору стандартных изделий, включая крепежные и специализированные детали. На этом этапе также уточняются и размеры соединяемых оригинальных деталей.

4. Разработка геометрических 3d-моделей основных узлов и конструкции в целом. Этот этап является наиболее трудоемким и предусматривает распределение работы между участниками проекта, а также согласованности действий с целью проверки «собираемости» модели приспособления.

Для контроля собираемости составных частей изделия, при формировании 3d-модели, преподаватель использует инструменты программы КОМПАС-3D. Например, команду «Проверка пересечений», которая применяется для обнаружения 3d-модели мест нежелательных пересечений и касаний составных частей. Отображение нежелательных пересечений и касаний на экране монитора происходит в виде подцвеченных красным цветом зон (общих для компонентов сборочной единицы).

В случае невыполнения условий «собираемости» следует провести дополнительную работу по устранению ошибок  конструирования.

5. Заключительным этапом работы над проектом является коллективная защита проекта, представление электронной документации на разработанное приспособление в виде 3d-моделей изделия в целом и его составных частей, а также их ассоциированных чертежей (при необходимости).

Таблица
  Технологическая карта сборки узлов приспособления

При затруднениях в работе над 3d-моделью студенты могут обратиться к технологической карте сборки, которая приведена в таблице и содержит последовательность выполнения основных операций при создании 3d- моделей конструктивных узлов приспособления. Общий вид разработанной модели приспособления изображен на рис. 2 (а,б).

а	б
Рис. 2. Общий вид модели приспособления: а) подготовленного к работе; б) в состоянии переустановки детали

На протяжении всей работы студенты используют разработанные  учебно-справочные материалы, необходимые для анализа поставленной задачи и ее практической реализации, они доступны как в электронном, так и в печатном виде.
При выполнении представляемого  задания студенты  погружаются в атмосферу, близкую к реальной проектной деятельности. Подобная практика повышает уровень систематизации знаний, способствует повышению профессиональной направленности графических дисциплин, формирует у студентов устойчивые проектно-конструкторские компетенции [8], востребованные в будущем инженерном творчестве при моделировании изделий машиностроительного профиля.

  Заключение

В представленной работе показан опыт использования в рамках графического обучения инновационных технологий, приближающих учебный процесс к реальной проектно-конструкторской деятельности. Разработанные учебные задания-проекты, приближенные к реальным конструкторским разработкам, повышают интерес студентов к графическому обучению, развивают образное и «операционное» мышление, формируют навыки и умения коллективного творчества. Такие задания создают ситуацию проблемного обучения, реализуют новые способы учебных профессионально направленных действий, совершенствуют имеющиеся знания и умения. Интеграция «модельной технологии» начертательной геометрии, «графического документирования» инженерной графики и современных компьютерных технологий САПР обеспечивает получение студентами графических компетенций на достаточно высоком профессиональном уровне и в рамках запланированной учебной программой трудоемкости.

Список литературы

1. Гузненков В. Н., Журбенко П. А. Компьютерное моделирование как основа геометро-графической подготовки в техническом университете // Строительство и техногенная безопасность. 2016. №. 4. С. 63-65.

2. Дворецкий С.И., Пучков Н.П., Муратова Е.И., Таров В.П. Подготовка к проектной деятельности как средство обеспечения профессиональной компетентности выпускника технического вуза // Вестник ТГТУ. 2002. Том 8. № 2. С. 351-363.

3. Томилин С.А., Ольховская Р.А., Федотов А.Г. Обеспечение производственной направленности процесса обучения инженерной графике практико-ориентированных бакалавров // Концепт 2016. №03 (март).URL: http://e-koncept.ru/2016/16056.htm.

4. Тихонов-Бугров Д. Е. Проектно-конструкторское обучение инженерной графике: вчера, сегодня, завтра / С. Н. Абросимов, Д. Е. Тихонов-Бугров // Геометрия и графика. 2015. Т. 3. №. 3. C. 47-57. DOI: 10.12737/14419.

5. Столбова И.Д., Александрова Е.П., Носов К.Г. Метод проектов в организации графической подготовки // Высшее образование в России. 2015. № 8-9. С. 22-6.

6. Александрова Е.П., Носов К.Г., Столбова И.Д. Практическая реализация проектно-ориентированной деятельности студентов в ходе графической подготовки // Открытое образование. 2015. № 5. С. 55-62.

7. В.А. Лалетин, Е.П. Александрова, Т.В. 7. Грошева, Е.В. Корнилкова. Конструирование типовых изделий машиностроения. Учебно-методическое пособие. Пермь: Изд-во ПГТУ. 2011. 87 с.

8. Амирджанова И.Ю., Виткалов В.Г. Современное состояние развития геометро-графической культуры и компетентности будущих специалистов // Вектор науки ТГУ. 2015. No 2 (32-2). С. 26-31.

Лепаров Михаил Николаевич (10 марта 2017 г. 13:52)	Здравствуйте,  уважаемые коллеги! Хорошая работа, спасибо большое. Заметно, что последние годы Ваша кафедра быстро перенастраиваться. Вопросы: 1.  Все студенты коллектива получают одинакова оценка- это так? Не лучше ли каждый студент защищать самостоятельно? 2. Что Вы думаете о безбумажное передание задачи? 3. В Алгоритме выполнения проектного задания есть „Расчет оригинальных...” и „Анализ концептуальных...”. Разъясните пожалуйста поподробнее что делают студенты на этих етапах. Пожалуйста, извините мой русский. С уважением млепаров
Мухаркина Анна Анатольевна (12 марта 2017 г. 15:37)	Уважаемые коллеги,  стасибо за статью. У меня есть пара вопросов: 1) Преподавание  курса "Начертательная геометрия, инженерная и компьютерная графика" включает в себя начертательную геометрию и инженерную графику средствами компьютерной графики, а как самостоятельная дисциплина компьютерная графика отсутствует и в ней не затрагиваются, например, вопросы композиции, обработки изображений,  предпечатной подготовки? Или на это тоже хвататет выделенных часов? 2) В связи  с объединением студентов в группы не возникает ли классическая ситуация, когда один работает за других? Я тоже объединяю студентов в рамках одного занятия, но проект это же долговременная работа. С уважением, Анна Мухаркина.
Александрова Евгения Петровна (13 марта 2017 г. 12:31)	Уважаемый Михаил Николаевич! Благодарим Вас за внимание к нашему докладу! Отвечаем на Ваши вопросы: 1. При выполнении коллективного задания каждый студент получает свое задание на разработку конкретного узла общего приспособления. При защите разработчик представляет электронную модель узла и получает свою оценку при защите, в виде презентации. Общая модель сборки разрабатывается совместно, представляется руководителем проекта (студентом), он же оценивает вклад каждого участника. 2. Условие задания выдается в электронном виде. На защите результат проектирования также представляется в виде электронных моделей сборки и ее составных частей. Бумажный вариант документации считаем необязательным. 3. В представленном алгоритме под оригинальными деталями подразумеваются не стандартизованные и не нормализованные детали. Под "анализом концептуальной геометрии" подразумевается проверка работоспособности разработанной конструкции. Вместе с преподавателем студенты проверяют нарушения расположений и конструкцию составных частей в соответствии с типовыми образцами. С уважением, авторы доклада.
Столбова Ирина Дмитриевна (13 марта 2017 г. 12:45)	Уважаемая Анна Анатольевна! По поводу распеределения задания между студентами мы ответили Михаилу Николаевичу. В рамках инженерной графики у нас нет отдельного курса компьютерной графики, а в учебном процессе предусмотрены отдельные часы на лабораторные работы в компьютерном классе, где осваивается работа в графическом пакете. Отдельно дисциплина "Компьютерная графика" имеется у дизайнеров, где рассматриваются вопросы композиции, обработки изображений,  предпечатной подготовки... Ситуация, когда один работает за других, конечно встречается. Полностью исключить такой вариант невозможно... Благодарим за внимание к нашему докладу. С уважением, авторы