Использование моделей при обучении черчению

Активное применение технических средств обучения - это не привилегия отдельных учителей. Технические средства обучения становятся неотъемлемой частью учебного процесса везде, где есть увлеченные своим делом учителя, где обучение стало творчеством. Там где технические средства используются грамотно и систематически, они способствуют повышению эффективности и качества обучения.

Довольно часто причинами, сдерживающими применение технических средств обучения, являются боязнь и неумение преподавателей пользоваться аппаратурой, устранять простейшие неполадки в процессе ее эксплуатации. Поэтому желательно, чтобы педагоги проходили специальную подготовку на курсах или семинарах. Они обязаны знать правила пожарной безопасности, а также инструкции по технике безопасности при эксплуатации электроустановок. Особое внимание следует обращать на исправность шнуров и розеток, проверять надежность и безопасность оборудования перед началом просмотра.

Комплексное использование ТСО всех видов создаёт условия для решения основной задачи обучения - улучшения качества подготовки специалистов в соответствии с требованиями современного научно-технического прогресса.

2.2 Технология моделирования

КОМПАС - система автоматизированного проектирования, разработанная российской компанией «АСКОН» с возможностями оформления проектной и конструкторской документации согласно стандартам серии ЕСКД и СПДС.

Существует в двух версиях: КОМПАС-График и КОМПАС-3D, соответственно предназначенных для плоского черчения и трёхмерного проектирования.

КОМПАС-График может использоваться как полностью интегрированный в КОМПАС-3D модуль работы с чертежами и эскизами, так и в качестве самостоятельного продукта, полностью закрывающего задачи 2D-проектирования и выпуска документации.

Система ориентирована на поддержку стандартов ЕСКД и СПДС. КОМПАС-График автоматически генерирует ассоциативные виды трёхмерных моделей (в том числе разрезы, сечения, местные разрезы, местные виды, виды по стрелке, виды с разрывом). Все они ассоциированы с моделью: изменения в модели приводят к изменению изображения на чертеже.

Стандартные виды автоматически строятся в проекционной связи. Данные в основной надписи чертежа (обозначение, наименование, масса) синхронизируются с данными из трёхмерной модели.

Существует большое количество дополнительных библиотек к системе КОМПАС, автоматизирующих различные специализированные задачи. Например, библиотека стандартных изделий позволяет добавлять уже готовые стандартные детали в трехмерные сборки (крепежные изделия, подшипники, элементы трубопроводов, шпонки, уплотнения), а также графические обозначения стандартных элементов на чертежи (обозначения отверстий), предоставляя возможность задания их параметров[23].

В качестве примера приведу электронный раздаточный материал, созданный средствами программного продукта КОМПАС.

Рисунок 3. Раздаточный материал

2.3 Моделирование и конструирование на уроках черчения и геометрии

Цель урока: Развитие пространственного воображения при изготовлении модели.

Задачи урока:

Образовательная: Знакомство с моделированием.

Развивающая: Развитие навыков, моторики при изготовлении моделей.

Воспитывающая: Воспитание точности, аккуратности при выполнении модели.

Оборудование урока: Эскиз детали, скульптурный пластилин, канцелярский нож, стеки, ёмкость с водой, салфетки.

План урока:

Организационная часть - 1 мин.

Опрос пройденной темы - 3 мин.

Знакомство с темой урока - 5 мин.

Самостоятельная работа учащихся - 25 мин.

Защита моделей - 5 мин.

Закрепление темы - 2 мин.

Рефлексия - 2 мин.

Завершение урока - 2 мин.

Ход урока

- Здравствуйте, ребята!

Открываем тетради и на полях записываем число и тему урока "Моделирование по чертежу".

Цель урока: "Развитие пространственного воображения при изготовлении модели".

Задачи нашего урока "Знакомство с моделированием, развитие навыков, точности и аккуратности при изготовлении модели.

Но прежде мы проведём опрос пройденной темы "Виды на чертеже".

- На каких трёх плоскостях выполняются чертежи?

- Как называются развёрнутые плоскости?

- Назовите французского учёного, автора эпюра?

- Как называется проекция на фронтальной, горизонтальной, профильной плоскостях проекций?

- Назовите изображение на фронтальной плоскости проекций, на горизонтальной, профильной плоскостях проекций?

- Что называется видом?

Молодцы, правильно ответили.

- Тема нашего урока "Моделирование".

- Что же называется моделированием? Запишем в тетради определение моделирования.

"Моделирование" - это процесс создания какого-либо предмета из легко обрабатываемого материала - бумаги, картона, древесины, глины, пластилина, воска. Затем эту модель , образец можно пустить в производство.

Мы сегодня с вами будем выполнять модели из скульптурного пластилина по размерам эскиза чертежа. Эти модели будут применяться на уроках черчения для изучения таких тем как "Аксонометрические проекции", "Разрезы".

- Давайте запишем последовательность выполнения модели.

Чтение чертежа и представление формы предмета.

Выбор материала и заготовки.

Выполнение разметки на заготовке.

Осуществление различных технологических операций по изготовлению модели.

- Посмотрим этапность выполнения модели. Нижняя часть модели - это основание призматической формы. Верхняя часть модели тоже призматической формы, но меньшего размера с вырезом. Выполняем разметку на заготовке по размеру. Соединяем части модели.

- Повторим правила техники безопасности:

Осторожно работай с режущими предметами.

Передавай канцелярский нож товарищу в сложенном виде.

- Приступаем к самостоятельной работе.

Учащиеся приступают к выполнению моделей, придерживаясь последовательности выполнения.

В ходе урока учитель следит за работой учащихся, поддерживает порядок и в нужный момент оказывает помощь тем учащимся, которые в этом нуждаются. Тем учащимся, которые выполнили свои модели, учитель предлагает готовиться к защите.

Защита моделей.

- Модель выполнена из скульптурного пластилина. Размеры модели: длина - 70, ширина - 50, высота - 50. В нижней части имеется вырез размером 15 на 20. В верхней части модели треугольный вырез глубиной 20 мм. Эта модель в дальнейшем будет применяться на уроках черчения для изучения других тем.

После защиты своих моделей учащимися, учитель проводит закрепление пройденной темы.

- Кто мне ответит, чем мы сегодня занимались на уроке? (Моделированием).

- Что называется моделированием?

- Из каких материалов выполняются модели?

- Для чего нужно моделирование?

Затем учитель проводит рефлексию.

- Что понравилось сегодня на уроке? Почему?

- Что не понравилось на уроке? Почему?

- Какое у вас настроение? Изложите свои пожелания.

В конце урока учитель оценивает модели учащихся и благодарит за сотрудничество.

Урок сопровождался презентацией.

Рисунок 4.Слайд 1



Рисунок 4. Слайд 2

Рисунок 5.Слайд 3

Рисунок 6.Слайд 3



Рисунок 7.Слайд 4

Рисунок 8.Слайд 5

Рисунок 9.Слайд 6

Рисунок 10.Слайд 7



Рисунок 11.Слайд 8

Рисунок 12.Слайд 9

Рисунок 13.Слайд 10

Рисунок 14.Слайд 11

Рисунок 15.Слайд 12

Рисунок 16.Слайд 13

Рисунок 16.Слайд 14

3. Методика применения моделей на уроках черчения

3.1 Модели в черчении

На современном этапе развития компьютерной техники и с учетом уровня компьютеризации образования, в том числе и школьного, в качестве основных моделей, применяемых при преподавании черчения, нами были выбраны компьютерные модели.

Компьютер предоставляет учителю широчайшие возможности для визуализации объясняемого нового материала, а также для организации самостоятельной работы учеников, контроля их знаний и оценки уровня усвоения материала.

В качестве базы для компьютерного моделирования и конструирования выбрана система КОМПАС, ниже я приведу доводы, позволяющие оценить правильность выбора данной программной среды.

В 1996 г. фирма Autodesk представила новую разработку - AutoCAD LT. Она создана для того, чтобы отобрать рынок у компаний, нашедших себе нишу в разработке недорогих двумерных графических редакторов САПР. Именно к этой категории относятся российские программы КОМПАС, T-Flex CAD, Графика 81, ADEM, СПРУТ, КРЕДО, Базис и др. Обзор российских САПР дан в [24]. Отметим, что раньше никто не видел написанных отечественных программ по причине секретности большинства из них [25].

При выборе САПР мы учитывали, что школы, оснащенных по “Пилотному проекту” имели класс IBM PS/2 без жестких дисков на ученических компьютерах. Анализ показал, что наиболее удобной для использования в школе является САПР КОМПАС, предназначенная для прямого проектирования в машиностроении.

Сформулируем требования, предъявляемые к учебной САПР, которым система КОМПАС удовлетворяет в полной мере: легкость и простота в изучении; возможность работать на недорогой технике; соответствие выпускаемой документации требованиям ЕСКД; использование современных технологий проектирования; достаточно широкое распространение; доступная цена; оперативность сопровождения и учета специфических потребностей учебного процесса, отсутствие серьезных ошибок, наличие перспектив у фирмы-разработчика. Отметим, что такие же требования предъявляются к САПР в реальном производстве .

КОМПАС - это КОМплекс Автоматизированных Систем для решения широкого круга задач проектирования, конструирования, подготовки производства в различных областях машиностроения. Разработан специалистами российской фирмы АО “АСКОН” (С.-Петербург, Москва и Коломна), которые прежде работали на предприятиях различных оборонных отраслей . Одной из первых отечественных САПР явилась система КАСКАД, разработанная в 1986 г. в КБ машиностроения (Коломна). После анализа системы AutoCAD было принято решение о создании конкурентноспособной чертежной системы рассчитанной на IBM PC с процессором 80286 и обладающей такими свойствами, которые позволили бы ей стать популярной у пользователей: простота и эффективность, поддержка отечественных стандартов и ориентация на привычную технологию работы конструктора; достаточно узкая специализация; конструкторский интерфейс, позволяющий системе быть эффективным и удобным рабочим инструментом и в то же время настолько простой, чтобы обучение неподготовленного пользователя занимало не больше недели; невысокая цена, обеспечивающая доступность системы. С 1989 г. все программные продукты АО “АСКОН” стали выпускаться с названием КОМПАС. В 1991 г. был выпущен чертежно-графический редактор КОМПАС 4.0. Ядром комплекса является интерактивная графическая система КОМПАС-ГРАФИК. Именно она и была выбрана в качестве основы ПМК “Школьный САПР”.

Отметим, что в 1996 г. была представлена разработка . КОМПАС 5.0 для Windows.

В 1992 г. АО “АСКОН” в 1992 г. разработал школьную дискетную версию системы, которая получила название КОМПАС-Школьник. Она сохранила основные черты профессиональной версии и занимает на системном диске 1,2 Мб. Сейчас школы могут с успехом использовать профессиональную версию КОМПАС-ГРАФИК. Аппаратные требования этой системы выглядят мизерными по сравнению с такой системой, как AutoCAD: компьютер IBM PC; 640 Кбайт оперативной памяти; графический адаптер EGA; дисковод 1,44 Мб; жесткий диск; мышь. Предпочтительнее компьютер 386DX. сопроцессор, видеоадаптер VGA и 2-4 Мб оперативной памяти. В установленном виде КОМПАС-ГРАФИК занимает на жестком диске 4,5 Мб.

ПМК был создан в результате научно-методического исследования, проведенного в 1991-1994 гг. в тесном содружестве с ВНИК “Технология” . одобрен в 1993 г. Идея создания ПМК была поддержана Компьютерным учебно-демонстрационным и информационно-издательским центром - КУДИЦ, который как научно-методический центр проекта “Пилотные школы” включил разработку ПМК “Школьный САПР” в программу информатизации образования.

Продукты КОМПАС поддерживаются гарантийным и техническим обслуживанием в Киеве, Львове, Минске, Одессе, Hиколаеве, H.-Hовгоpоде, Hижнем Тагиле, Саpатове, Кpаснояpске, Севеpодвинске, Чебоксаpах, Муpоме, Яpославле и других городах России и СHГ.

Создана Ассоциация пользователей систем КОМПАС, в которую входят также и pазpаботчики пpиложений на основе программных средств "КОМПАС". Мы планируем создание аналогичной Ассоциации учителей и преподавателей, основная задача которой будет состоят в обобщении педагогического опыта, создания банка файлов чертежей для учебного процесса.

Опыт эксплуатации систем КОМПАС показал, что они легко осваиваются пользователем (независимо от возраста), значительно ускоряют процесс выпуска чертежной документации и заметно повышают ее качество. При этом достаточно легко решается проблема преодоления психологического барьера, особенно у пользователей солидного возраста, а ведь именно они владеют уникальными знаниями и опытом.

ПМК полностью обеспечивает создание полных компьютеризованных учебных курсов “Инженерная графика”, “Черчение”, “Детали машин”, “Теория машин и механизмов”, а также использование программных средств для выполнения лабораторных работ, курсовых и дипломных проектов в подготовке учителя технологии[26].

Программное обеспечение ПМК: чертежно-графический редактор КОМПАС-Школьник и учебная версия ОБРАЗ системы геометрического моделирования КИТЕЖ (НИИ механики НГГУ). В состав ПМК входят учебное пособие для учащегося (в 2-х частях), пособие для учителя (в 3-х частях), дискета с файлами чертежей и фрагментов. Основное назначение - компьютерная поддержка образовательной области “Технология”: школьного курса “Графика/Черчение”, технологии обработки конструкционных материалов с элементами машиноведения; раздела курса ОИВТ “Деловые применения ЭВМ”; курса “Геометрия”. ПМК с успехом может быть использован в средних специальных профессиональных учебных заведениях, на младших курсах вузов.

Составляющие ПМК[27]:

1. Чертежно-графический редактор КОМПАС-Школьник, сохранив основные черты профессиональной версии, обеспечивает:

a) ввод геометрической информации с экрана дисплея компьютера при помощи клавиатуры и мыши;

b) ввод элементарных графических элементов: отрезков, дуг, окружностей, фасок, скруглений, текста;

c) ввод русских, латинских и греческих строчных и прописных букв, арабских и римских цифр, специальных символов (знаки диаметра, градуса и т.д.);

d) выполнение вспомогательных построений: параллельных и перпендикулярных линий, касательных, сопряжений и т.п.);

e) простоту и минимум действий при вводе составных чертежных элементов и элементов оформления чертежа: размеров (линейных, угловых, диаметральных и радиальных), штриховки, таблиц, знаков шероховатости и т.д.;

f) полуавтоматическое заполнение граф штампа;

g) редактирование изображения (сдвиг, поворот, копирование, зеркало и т.д.);

h) использование фрагментов;

i) увеличение изображений в окне и работа с ним;

j) компоновку видов на чертеже;

k) выдачу чертежа на принтер любого типа или графопостроитель

l) и многое другое, что облегчает работу конструктора и позволяет достичь высокого качества выполняемых чертежей.

Первый экран редактора - экран архива чертежей и фрагментов, который очень напоминает популярную оболочку Norton Commander. Такой подход облегчает освоение системы. Чертеж в редакторе строится из отдельных частей, названных, к сожалению, не очень удачно видами. Чтобы начать чертить, нужно в следующем экране - экране работы с чертежом создать новый вид. В одном виде можно сгруппировать все те элементы чертежа, которые логически связаны друг с другом. Основным для работы является экран работы с видом.

2. Программа ОБРАЗ (учебная версия системы геометрического моделирования КИТЕЖ, разработанной в НИИ механики Нижегородского государственного университета) предназначена для создания моделей пространственных твердотельных объектов. Входной информацией системы являются три вида в системе прямоугольных проекций, удовлетворяющих определенным требованиям. Восстанавливаемый объект не должен иметь поверхности более сложные, чем плоскость, цилиндр, конус. Если в объекте есть грани, у которых внешний контур имеет самопересечение или несколько внутренних контуров, имеют общие точки, то такие объекты не рекомендуются для восстановления. Проекции могут содержать только отрезки прямых, окружности и дуги окружностей. При этом все линии, независимо от их видимости, должны быть одного типа - сплошные. Можно использовать штриховые линии, программа восстановления превратит их в сплошные. Проекции должны содержать только геометрическую информацию. Элементы оформления чертежа (оси симметрии, размеры, надписи и т. п.) не используются.

ОБРАЗ позволяет методом чтения чертежа создать два вида пространственных геометрических объектов: каркасную (проволочную) модель (при этом невидимые линии могут быть удалены) и объемное тело.

Система ОБРАЗ эффективно работает на персональном компьютере IBM PC/AT 286 с монитором EGA/VGA и 640 К оперативной памяти, поэтому на имеющихся в школах компьютерах эффективно решается задача трехмерного моделирования[28].

ОБРАЗ представляет собой программный комплекс, состоящий из пяти отдельных программ. Файл чертежа готовится пользователем с помощью графического редактора “КОМПАС-Школьник” и затем передается в программу восстановления.

3. Пособие для учителя состоит из трех частей: первые две по использованию редактора “КОМПАС-Школьник” в курсе “Черчение”, третья - посвящена важной стороне интеллектуального развития учащихся в процессе обучения - формированию пространственных представлений на основе системы ОБРАЗ.

Организация работы с ПМК требует решения вопроса: кто должен вести предлагаемый курс: учитель информатики или учитель черчения? В течение первого года целесообразна совместная подготовка учителя информатики и учителя черчения к проведению сначала кружковых или факультативных занятий с предлагаемым ПМК. При предварительной работе следует познакомиться с поставляемыми на дискете графическими материалами, подготовить все необходимые для преподавания файлы чертежей и фрагментов.

До начала работы с ПМК учащиеся должны получить минимально необходимые сведения о работе с MS-DOS, надстройкой Norton Commander, текстовым редактором. С этой целью нами разработан “Базовый пакет подготовки пользователя”, который состоит из соответствующих обучающих программ.

ПМК "Школьный САПР", естественно, не заменяет традиционных уроков черчения, на которых учащийся получает первоначальные навыки выполнения чертежей. Однако, после того, как учащийся овладеет приемами выполнения чертежей, целесообразно часть учебного материала по черчению выполнять на компьютере. Опыт показывает, что при сложившейся системе преподавания, учащийся может получить первоначальные навыки работы на компьютере в первом полугодии 8-ого класса на уроках, проводимых за счет часов, отводимых на факультативные занятия. Во втором полугодии часть занятий можно проводить за счет часов, отводимых на курс "Черчение" и за счет часов факультативных занятий. Такой подход подтвержден и данными работы [29]: каждым учащимся за 3 четверти выполнено 10-15 работ на персональном компьютере (чертежи по проводимым темам печатаются на принтере) и до 5 работ на бумаге.

ПМК состоит из 11 основных и двух дополнительных работ по курсу "Черчение". При работе с ПМК учащийся постепенно изучает возможности (далеко не все) учебной версии КОМПАС-Школьник". Изучение САПР осуществляется на школьном материале курса “Черчение" и в принятой в школе последовательности.

Работы NN 1-8 охватывают материал курса "Черчение" 8-ого класса, работы NN 9-11 - материал 9-ого класса.

Работы N 1-4 посвящены изучению интерфейса (экранов) "КОМПАС-Школьник" и основных приемов работы в экране чертежа и вида: вычерчиванию отрезков, окружностей, нанесению линейных и диаметральных размеров, построениям в "тонких" линиях. Эти работы могут быть выполнены в рамках курса "Информатика" в разделе "Деловые применения ЭВМ".

Каждая работа состоит из введения и отдельных разделов (частей). В работу можно включать дополнительный материал, который предлагается учителем. Во введении формулируется постановка одной или нескольких задач, приводится чертеж, который должен быть выполнен после окончания работы. Запросы и меню, которые предъявляются учащемуся при работе с чертежно- конструкторским редактором в тексте выделены. Само пособие может служить примером подготовки текстово-графического материала с использованием текстового редактора и редактора "КОМПАС-Школьник", т.к. весь иллюстративный материал пособия выполнен с помощью программы для принтера.

В пособии для учителя даны подробные указания к выполнению основных работ, приводится структура команд редактора, дополнительные задания. Кроме того, приводится описание двух дополнительных работ: Рабочие чертежи деталей; Сборочный чертеж. Работа со слоями.

В приложении описаны программа печати, которая устанавливается на компьютере учителя, и работа с файлом, обеспечивающим установку редактора “по умолчанию”. (В профессиональной версии “КОМПАС-ГРАФИК” печать чертежа осуществляется из экрана архивов чертежей и фрагментов.)

В пособии дан материал для вводного урока, посвященного принципам организации гибкого автоматизированного производства, основанного на широком применении современного программно-управляемого технологического оборудования, микропроцессорных управляюще-вычислительных средств, роботов и промышленных робототехнических систем, средств автоматизации проектно-конструкторских, технологических и планово-производственных работ. Современные САПР позволяют вести проектирование комплексно, начиная с постановки задачи и кончая получением чертежей и программ для оборудования с числовым программным управлением (ЧПУ). Применение подобных систем позволяет ускорить выполнение чертежей в десятки раз. Кроме того, на жестких дисках компьютера можно сохранить много готовых чертежей и затем использовать их по мере надобности.

В разделе “Немного истории или как создавался "КОМПАС" достаточно подробно рассказано о создании и обсуждается состав профессиональной версии КОМПАС 4.х. В нее входят интерактивная графическая система КОМПАС-ГРАФИК, инструментальная среда pазpаботки приложений на базе языка Си КОМПАС-МАСТЕР, система проектирования управляющих пpогpамм для станков КОМПАС-ЧПУ, специализированная оболочка КОМПАС- МОHИТОР, а также pасшиpенный набоp прикладных библиотек; система пpоектиpования маpшpутно-опеpационных технологических процессов КОМПАС-Т/М; системы выпуска текстово-гpафических конструкторских документов КОМПАС-КД, утилиты анализа pазмеpных цепей КОМПАС-РЦ, системы стpуктуpиpованного хранения и обработки документов и ведения конструкторских архивов КОМПАС-АРХИВ, специализированных библиотек для строительного пpоектиpования. Все эти пpогpаммные средства базируются на единой чертежной модели, что позволяет использовать ее в качестве универсальной информационной основы для связи pазличных по своему функциональному назначению рабочих мест[30].

КОМПАС-ГРАФИК может быть пополнен прикладными библиотеками типовых конструктивных элементов (крепеж, пружины, подшипники, соединительные элементы трубопроводов, условные обозначения элементов электросхем, пневмосхем, кинематических схем), полученных средствами инструментальной среды.

При работе с редактором КОМПАС-Школьник учащийся оперирует с такими понятиями констpуктоpского документа, как чертеж, вид, основная надпись, технические требования, шероховатость, pазмеp, допуск и т.д., что позволяет эффективно и просто создавать и pедактиpовать изображения; аппарат вспомогательных построений для имитации работы "в тонких линиях"; полуавтоматическое фоpмиpование таблиц; автоматическая простановка допусков к pазмеpам т.д. Отметим, что для учащихся значительно удобнее работать с текстовыми меню, а не запоминать большее число пиктограмм.

В любой момент учащемуся доступен исчерпывающий режим помощи, выполнение всех операций сопровождается подробными подсказками.

Большое внимание уделено вопросам методики. ПМК написан в соответствии с программой по черчению средней общеобразовательной школы, позволяя на современном уровне решать такие учебно-воспитательные задачи как трудовая политехническая и профессиональная подготовка школьников к условиям современного производства; формирование основ компьютерной инженерной графики; умение составлять чертежно-графическую документацию с помощью САПР проектирования.

Новая информационная технология в процессе преподавания позволяет легко предъявить школьнику графический материал для чтения и выполнения чертежей, обеспечивает самостоятельную разработку графической документации для изготовления деталей и предметов; дает школьнику возможность решения творческих задач с элементами конструирования.

Естественно возникает вопрос о том, не заменит ли машинная графика полностью традиционные методы выполнения чертежей. Тенденцию свертывания преподавания традиционного черчения, по-видимому, можно считать ошибочной. С внедрением и расширением сферы применения САПР потребность в профессиональном мастерстве чертежников и конструкторов не может отпасть или сократиться. Работа с компьютером требует от конструктора безупречного владения техникой выполнения чертежных работ, знания правил оформления конструкторской документации, особой геометрической подготовки, обостренного чувства пространственных форм и комбинационного мышления. Поэтому в ПМК компьютер рассматривается как совершенный инструмент чертежника и конструктора, обеспечивающий современный уровень подготовки производственной графической и текстово- графической документации, ее хранение, передачу и размножение. Следует обратить внимание на то, что ряд часто повторяющихся операций выполнения чертежа в редакторе "Компас- Школьник" выполняются полуавтоматически в соответствии с требованиями ЕСКД: нанесение размеров, сопряжения, штриховка, изображение резьбы и т.д.

Чертежно-конструкторский редактор "КОМПАС-Школьник" как современный чертежный инструмент освобождает школьника от утомительных операций выполнения чертежа, обеспечивая при этом высокое качество выполняемых графических работ. Работа с САПР в курсе черчения позволяет школьнику реализовать свои идеи: представив себе вид разрабатываемого задания школьнику не следует опасаться, что одно его неверное движение заставит выполнять работу заново.

3.2 Урок с применением моделей в черчении

модель урок черчение

При работе с ПМК учащийся должен получить навыки работы с компьютером и чертежно-графическим редактором, изучая (или повторяя) программный материал курса черчения.

Алогичное сокращение числа часов на естественно-научные школьные дисциплины с необходимостью требует анализа возможностей информационных технологий в активизации процесса обучения. В частности это относится и к курсу "Черчение", число часов на изучение которого сокращено с 72 до 36. При этом значительно сокращается информационное поле, которое учитель организует на уроках. В процессе изучения курса "Черчение" у учащихся формируются не только репродуктивные знания, умения и навыки, но и пространственное воображение, которое помогает понять конструкцию и назначение изделия, из каких геометрических оно состоит, как они сочетаются друг с другом, в результате каких технологических действий (способов обработки) происходит формообразование изделия. Совершенно очевидно, что на все это требуется значительное время.

Ситуацию с программным обеспечение курса "Черчение", благодаря поддержке российской системы образования фирмами "АСКОН" и "Геос", можно считать идеальной. Действительно, чертежно-графический редактор "КОМПАС-Школьник", система геометрического моделирования "КОМПАС-К3", система восстановления наглядного изображения методом чтения чертежа "ОБРАЗ", чертежно-графический редактор "КОМПАС-LT" для Windows предоставляются учебным заведениям бесплатно и могут быть получены по адресу http://www.ascon.ru. Разработан программно-методический комплекс "Школьная система автоматизированного проектирования". С 2000-го года свободно распространяется и промышленная система "КОМПАС-График" версии 4.х.

В сложившихся условиях базовым программным средством можно считать систему геометрического моделирования "КОМПАС-К3", которая предназначена для создания и отображения моделей трехмерных объектов в процессе выполнения дизайнерских, проектных и конструкторско-технологических работ. Над моделями объектов можно выполнять булевы операции объединения, пересечения и вычитания, в результате которых также будут получены твердотельные трехмерные модели. Система К3 дает возможность выполнять следующие виды работ: проектирование и редактирование внешней формы изделий; получение и просмотр реалистических полутоновых изображений проектируемых объектов; решение компоновочных задач и задач и т.п. [31].

Создание трехмерной модели объекта ведется поэтапно. Вначале создается заготовка проектируемого объекта. В качестве заготовок могут быть выбраны элементарные тела (параллелепипед, цилиндр, конус, усеченный конус, сфера, тор), тела вращения, тела выдавливания (призмы), и другие кинематические объекты. Если объект имеет отверстия, выступы и т.д., то для придания ему окончательной формы применяются булевы операции (пересечение, объединение и вычитание), выполняемые над двумя трехмерными объектами: моделью заготовки и моделью формообразующего инструмента. Фактически, при этом моделируется процесс получения объекта из заготовки путем ее обработки режущим инструментом. Таким образом уже на стадии дизайна может быть определена технология изготовления объекта и форма обрабатывающего инструмента.

Система визуализирует созданные геометрические объекты на экране дисплея. Для этого она проецирует геометрические объекты на картинную плоскость, прямоугольная часть которой отображается на экране и называется графическим окном. Одновременно на экране может быть до четырех различных окон с проекционными изображениями созданных геометрических объектов.

Во время выполнения различных команд система запрашивает выполнения ряда действий, таких как ввод точек, величин, выбор объектов и т.п. Все такие действия практически не зависят от содержания самой команды в выполняются по типовым сценариям. К таким сценариям относятся: выбор геометрических объектов, ввод точки, ввод протяженности (расстояния), ввод угла и т.п.

В соответствии с программой курса "Черчение" знакомство с системой начинается с темы "Современные технологии выполнения чертежей". В разделе "Метод проецирования и графические способы построения изображения" практически все задания могут быть вы полнены в системе "КОМПАС-К3". Для оформления чертежа в разделе "Чтение и выполнение чертежей" отдельные виды могут быть переданы в систему "КОМПАС-Школьник". Раздел "Сечения и разрезы" прекрасно иллюстрируется разрезами (вырезами) в прямоугольной изометрической проекции. Имеющие в комплекте поставки файлы чертежей сборочных единиц могут быть использованы при изучении раздела "Сборочные чертежи", в частности при деталировании. Опыт работы показал, что использование современного программного обеспечение на уроках черчения активизирует познавательную деятельность учащихся, приводит к развитию пространственных представлений, образного мышления на основе анализа формы предметов. Чрезвычайно важным представляется и то обстоятельство, что применение САПР исключает непродуктивные элементы графической деятельности учащихся.

К уроку в наше время предъявляются особо серьезные требования. На уроках, черчения, так же как и любой другой дисциплины, ученик должен получить определенную сумму знаний и навыков. При этом не следует забывать, что повышение качества и эффективности всей работы в школе во многом зависит от методического совершенства и направленности уроков[32].

В сравнении с другими организационными формами урок является основным звеном в цепи всей учебно-воспитательной работы, - так как именно на уроке учащиеся получают стройную систему знаний и умений.

Какими качествами должен обладать современный урок?

1. Содержание и форма урока должны составлять единое целое и удовлетворять требованиям современной науки.

2. Образовательные и воспитательные стороны урока должны быть объединены одной целью и, воздействуя на учащихся, способствовать формированию пространственных; представлений и активизации познавательной деятельности.

3. Урок должен сопровождаться умело и психологически продуманным применением разнообразных средств наглядности (деталей, моделей, рисунков, чертежей, учебных таблиц, компьютер, разные графические программы для выполнения чертежей и др.).

4. Современный урок черчения предполагает формирование рациональных приемов графической деятельности, активность всех учащихся в решении поставленной учителем задачи, в процессе которой они внимательно слушают, думают, чертят, зарисовывают, задают вопросы. На таком уроке видна творческая, живая работа под руководством учителя.

5. На уроке учитель, должен выявлять наиболее эффективные приемы графической деятельности учащихся, создавать оптимальные условия для их формирования.

6. Урок должен проводиться на высоком методическом уровне, выражающемся в умелом отборе дидактического материала и его мастерском применении в упражнениях, в практической работе и в других формах учебной работы.

7. Такой урок предполагает и хорошее знание учителем индивидуальных способностей учащихся, их интересов и возможностей, которые всегда следует учитывать при опросе.

8. На уроке черчения должны применяться различные методы и приемы обучения и воспитания, при этом они должны быть гибкими и подвижными, не превращаться в штамп.

Знания учащихся во многом зависят от подготовки и проведения учителем уроков, прежде всего от правильного их планирования. Улучшение качества знаний учащихся самым тесным образом связано с совершенствованием методики проведения уроков и повышением их эффективности.

План учебного занятия

8 класс

Тема: Графическая работа №5

Тип занятия: Урок закрепления усвоенных знаний

Форма занятия: Объяснение новой темы и практическая работа учащихся.

Оснащение занятия:

а) для преподавателя:

Классная доска, мел, плакаты, чертежные инструменты, мультимедийный проектор, экран, компьютер, презентация урока по теме: «Построение третьего вида».

б) для учащихся:

Учебник, рабочая тетрадь, формат А4, чертежные инструменты, компьютер с программой Компас- 3D V10.

Место проведения: Кабинет 301

Продолжительность: 45 мин

Учебно-технологическая карта занятия и ее методическое обоснование

1. Организационный момент

- рапорт дежурного

- организация рабочего места

Цель: мобилизация учащихся на учебно-практическую деятельность.

2. Цели и задачи занятия

- сформировать у учащихся знания о прямоугольном проецировании на плоскости, о построении аксонометрических проекций;

- способствовать развитию учащихся технического и образного мышления, а также пространственных представлений, имеющих большое значение производственной деятельности и технической творчестве;

- научить самостоятельно, пользоваться учебными справочными пособиями в практике чтения и выполнения чертежей;

- способствовать привитию учащийся культуры труда при выполнении графической документации;

Домашнее задание: Графическую работу выполнить дома на КОМПАСе (по желанию)

Содержание урока.

Тема: Построение третьего вида.

Вам придется иногда выполнять задания, в которых необходимо по двум имеющимся видам построить третий.

На рисунке 17. а. вы видите изображение бруска с вырезом. На чертеже рисунок 18 даны два вида: спереди и сверху. Требуется построить вид слева. Для этого необходимо сначала представить форму изображенной детали.

Сопоставив на чертеже виды, заключаем, что брусок имеет форму параллелепипеда размером 20х70х40 мм. В параллелепипеде сделан вырез прямоугольной формы, его размер 24х24х20 мм.

Рисунок 18. Вид спереди и сверху

Вид слева, как известно, помещается на одной высоте с главным видом справа от него. Проводим одну горизонтальную линию на уровне нижнего основания параллелепипеда, а другую - на уровне верхнего основания (рис. 19)



Рисунок 19. Пример выполнения вспомогательной линии

Эти линии ограничивают высоту вида слева. В любом месте между ними проводим вертикальную линию. Она будет проекцией задней грани бруска на профильную плоскость проекций. От нее вправо отложим отрезок, равный 20 мм, т. е. ограничим ширину бруска, и проведем еще одну вертикальную линию - проекцию передней грани .

Покажем теперь на виде слева вырез в детали. Для этого отложим влево от правой вертикальной линии, являющейся проекцией передней грани бруска, отрезок в 24 мм и проведем еще одну вертикальную линию (рис. 20). После этого удаляем все вспомогательные линии построения и обводим чертеж. Потом проставляем размеры. Заметьте, что нанесение размеров на чертеже с двумя видами или тремя видами отличаются. Размеры на чертежах надо распределить по всем видам примерно одинаково. Размеры на чертеже не должны повторяться (рис. 21).

Рисунок 20. Проекция передней грани бруска



Рисунок 21. Пример проставления размеров бруска черновой вариант

Рисунок 22. Пример проставления размеров бруска

Третью проекцию детали можно построить и другим способом. Проводим на чертеже под углом 45° вспомогательную прямую (постоянную прямую) и приступаем к построению третьей проекции. Для этого вычерчиваем последовательно третью проекцию каждого из этих частей, пользуясь линиями связи и осями симметрии (рис. 23).

Рисунок 23. Связь с осями симметрии

Можно использовать третий способ построения видов. Это с помощью циркуля (если будете строить чертеж с чертежными инструментами). На Компасе это с помощью дуг окружности.

Вид слева, помещается на одной высоте с главным видом справа от него. Проводим одну горизонтальную линию на уровне нижнего основания параллелепипеда, а другую - на уровне верхнего основания .

С помощью дуги окружности вычерчиваем последовательно третью проекцию каждого из этих частей, пользуясь линиями связи и осями симметрии (если они имеются на чертеже) (рис.24).

Рисунок 25. Вычерчивание последовательно третьей проекции

В данном случае расстояние между видами будет одинаковое. Расстояние можно редактировать после построение третьего вида.

Построим полное изображение вида слева с помощью основных линий (рис. 26).

Рисунок 26. Полное изображение вида слева

На чертеже удаляем все линии построения и проставляем размеры(рис. 27).

Рисунок 27. Удаляем все вспомогательные линии построения

Заметьте, что во многих случаях на чертеже строить третью проекцию не надо, так как рациональное выполнение изображений предполагает построение только необходимого (минимального) количества видов, достаточного для выявления формы предмета. В данном случае построение третьей проекции предмета является лишь учебной задачей.

3.3 Практическая работа ученика с моделью на уроке черчения

В ходе урока предлагаю организацию практической работы учеников по карточкам. Карточки и выполнение заданий из них, возможно также реализовать в системе КОМПАС, например, следующим образом.

В Дерево построения выбираем Плоскость ХY. На инструментальной панели Вид выбираем инструменты Ориентирование - Изометрия ХYZ. На инструментальной панели Текущее состояние нажимаем на инструмент -Эскиз (рис. 28).

На рабочем поле появится изображение - квадратный рисунок - в центре находится начало координат с осями ХY(рис. 29).

На инструментальной панели Геометрия выбираем инструмент Непрерывный ввод объектов . На панели свойств - Стиль линии - Основная (рис. 30), а на инструментальной панели Текущее состояние выбираем Установка глобальных привязок - Выравнивание (рис. 31).

Рисунок 28. Пример 1

Рисунок 29. Пример 2



Рисунок 30. Пример 3

Рисунок 31.Пример 4

Рисунок 32. Пример 5



Рисунок 33.Пример 6

Фиксируем курсор мыши на начало координат ХY и построим прямоугольник 70х20 мм (рис. 32,33).

Рисунок 34.Пример 7

Далее. На инструментальной панели Редактирование детали выбираем инструмент Операция выдавливание (рис. 34).

На панели свойств Расстояние ставим размер 40. Это ширина детали. Нажимаем на клавишу Enter и на инструмент Создать объект. Получаем заготовку будущей детали 70х20х40 (рис. 35,36).

Рисунок 35.Пример 8

Рисунок 36.Пример 9

Убираем обозначение плоскостей проекций. Для этого на панели Меню выбираем Вид - Скрыть - Система координат.

Рисунок 37.Пример 10

Рисунок 38.Пример 11

Строим дальше. Удаляем из заготовки вырез с размерами 24х24 мм. Для этого выделяем плоскость заготовки с размерами 70х40 мм. (рис. 39) Нажимаем на инструментальной панели Текущее состояние на инструмент Эскиз. Выделенная плоскость детали поворачивается в нашу сторону, где можно выполнить редактирование.

Выбираем инструмент Непрерывный ввод объектов на инструментальной панели Геометрия. Стиль линии - Основная и начертим этой линией размер выреза 24х24 мм (рис. 40).

Рисунок 39.Пример 12

Рисунок 40.Пример 12

На инструментальной панели Редактирование детали выбираем инструмент Вырезать выдавливанием.

Изображение примет такое изображение, которое показано на рис. 41.



Рисунок 41.Пример 13

На Панели свойств выбираем инструменты Через все и Прямое направление (рис. 42). Нажимаем на Создать объект или Ctrl+Enter (рис. 43).

Рисунок 42.Пример 14

Рисунок 43.Пример 15

Таким образом, мы построили деталь. Сохраняем изображение под названием Угольник (рис. 44).



Рисунок 44.Пример 15

Следующий этап - это построение чертежа по наглядному изображению детали. Для этого мы заходим, Панель Меню, выбираем Файл - Создать - Чертеж - Ок. Добавим исходные данные к чертежу.

Сервис - Текущий чертеж - Линии - Стрелки и засечки - Стрелки размерных линий - зачернять (ставим галочку).

Параметры стрелки - Длина стрелки 4 мм. Надпись - Высота 3,5 мм.

Точности - Линейные размеры 0 - ОК.

Текст на чертеже - 3,5 мм.

Рисунок 45.Пример 16

Рисунок 46.Пример 17

Выбираем на инструментальной панели Ассоциативные виды инструмент Стандартные виды. Из файла выделяем нашу деталь Угольник - Открыть. Использование компьютера и формирование умений и навыков работы с наиболее распространенными программами на уровне пользователя является важной задачей образования.

Компьютерные технологии помогут улучшить преподавание традиционных, хорошо обеспеченных методически школьных предметов. Поэтому важной задачей перед преподавателем является выбор наиболее совершенных компьютерных программ, которые можно использовать в процессе обучения. Компьютерные технологии позволяют по-новому реализовать межпредметные связи в преподавании математики, информатики, черчения. При использовании компьютера на уроках черчения, у учащихся повышается интерес к предмету, познавательная активность.

3.4 Экспериментальная апробация компьютерных методов обучения на уроках черчения

Для участия в данном эксперименте выбирались учащиеся, которые находятся приблизительно в равных условиях в начале эксперимента. Главное отличие в контрольном и экспериментальном классах заключалось в том, что в экспериментальном классе занятия велись с постоянным применением компьютерных методов обучения. В контрольном классе применялась традиционная методика обучения школьников технологии, интерактивные методы обучения не применялись. Для того чтобы оценить результаты эксперимента учащимся были предложены: тесты, кроссворд, письменный опрос и практическая работа. Все вышеперечисленные методы оценки знаний были применены в конце эксперимента. Данные методы оценки знаний были составлены в соответствии с требованиями программ по черчению. При анализе выполнения форм контроля знаний проводилось сравнение качества знаний учащихся контрольного и экспериментального класса в конце эксперимента.

В первую группу из методов контроля, которые применялись для оценки результатов экспериментального исследования, выделяются дидактические тесты, которые определяются как набор стандартизированных заданий по черчению. Тесты устанавливают степень усвоения пройденного материала учащимися. Важное преимущество тестирования состоит в том, что оно позволяет быстро и оперативно устанавливать обратную связь «ученик - учитель», дает возможность проверить знания и умения учащихся как на обязательном, так и на повышенном уровне.

Максимальное количество баллов, которое мог заработать ученик в ходе всего эксперимента - 20 баллов. По 5 баллов за каждое задание. Условное обозначение отношения набранных школьником баллов к традиционной системе оценок знаний:

«5» - 19-20 баллов;

«4» - 15-18 баллов;

«3» - 9-14 баллов;

«2» - 0-8 баллов.

С помощью таблиц 1, 2, 3 и диаграмм 1, 2 отобразим результаты диагностических работ эксперимента.

Таблица 1

Результаты диагностических работ при проведении форм контроля в 9-м Контрольном классе

№	ФИО ученика Контрольной группы	Формы проводимых контролей в ходе эксперимента	ИТОГО	Традиционная система оценок знаний
		тест	кроссворд	Письменный опрос	Практическая работа
1	Рыбкина С.	3	3	2	2	10	3
2	Аканов Д.	3	2	2	2	9	3
3	Кусаинова М.	2	3	3	1	9	3
4	Чашин Е.	3	4	1	1	9	3
5	Колосова Т.	5	5	4	3	17	4
6	Смирнов М.	4	5	4	3	16	4
7	Агайдарова Б	2	3	3	2	10	3
8	Белый В.	2	3	2	2	9	3
9.	Наконечный Н.	3	3	4	2	12	3
10	Козлов О.	3	4	4	5	16	4

Таблица 2

Результаты диагностических работ при проведении форм контроля в Экспериментальном 8-м классе

№	ФИО ученика Контрольной группы	Формы проводимых контролей в ходе эксперимента	ИТОГО	Традиционная система оценок знаний
		тест	кроссворд	Письменный опрос	Практическая работа
1	Жантасов С.	4	5	3	4	16	4
2	Бекмагамбетов Т.	4	5	4	5	18	4
3	Истулина Н.	3	4	4	5	16	4
4	Сыздыков С.	4	4	3	5	16	4
5	Ахметова В.	4	5	4	5	18	4
6	Колосовский Е.	5	5	4	5	19	5
7	Кудряшова С.	5	3	3	4	15	4
8	Цуроев С.	4	4	4	3	15	4
9	Тараканова О.	4	5	4	4	17	4

Если мы выведем результаты исследовательской работы в виде диаграммы по столбцу ИТОГ, то получим следующее: Диаграмма 1,2

Анализ результатов экспериментальной части исследования.

Для того чтобы сравнить степень обученности двух экспериментальных классов, вычислим процент качества и процент успеваемости данных классов.



Рисунок 47. Диаграмма 1-Результаты исследования в 9-м Контрольном классе

Рисунок 48. Диаграмма 2-Результаты исследования в 8-м Экспериментальном классе

Таблица 3

Отчет по успеваемости школьников за четвертую четверть 2011-2012 учебного года по предмету «Черчение»

Учитель: Байтлеуов Е.	Предмет: черчение
Класс	Кол-во Уча-щихся	оценки	% качества	% Успеваемости	СОУ (%)
		5	4	3	2
Контрольный	10	0	3	7	0	30	100	44
Экспериментальный	9	1	8	0	0	100	100	68

Из этих данных следует, что после проведения эксперимента Контрольный класс отстает на 70% от Экспериментального класса по уровню качества знаний. Также для этих групп была высчитана степень обученности учащихся по формуле:

«5»Ч100

«4»Ч64 ч количество учащихся = СОУ

«3»Ч36

«2»Ч16

Получили, что степень обученности учащихся Экспериментального класса на 24% больше, чем степень обученности учащихся Контрольного класса.

Все ученики 8-го Экспериментального класса работали очень увлеченно, дисциплина на уроке была отличная, ученики были очень творчески вдохновлены.

Как видно из выше представленных таблиц и диаграмм, использование компьютерных методов обучения положительно влияют на качество умений учащихся на уроках черчении.

Из всего сказанного сделаем вывод: экспериментальная апробация показала, что применение компьютерных методов обучения в школе является важнейшим условием эффективной реализации современного образовательного процесса. Необходимым компонентом технологии формирования умений учебно-творческой деятельности учащихся выступает интерактивная поддержка обучения на основе использования современных компьютерных методик, возможно повысить уровень знаний, а также добиться более осознанного и глубокого понимания учащимися учебного материала.

Заключение

Черчение является таким предметом, при изучении которого учащиеся знакомятся с широким кругом технических понятий. Знание черчения облегчает изучение многих других общетехнических предметов.

Условиями успешного овладения техническими знаниями являются умение читать чертежи и знание правил выполнения и оформления чертежей. Чертеж является одним из главных носителей технической информации, без которой не обходится ни одно производство.

Черчение как предмет изучения ставит следующие задачи:

1) научить выполнять различные геометрические построения при помощи чертежных инструментов; строить изображения предметов как при помощи чертежных инструментов, так и от руки; изображать предметы в прямоугольных проекциях на чертежах;

2) научить читать чертежи и самостоятельно выполнять эскизы и чертежи несложных деталей и узлов; развить пространственное представление.

Значение чертежей в науке и технике очень велико. По чертежам строители возводят жилые дома, фабрики, заводы, дороги, мосты и другие инженерные сооружения; машиностроители по чертежам изготовляют машины, станки, турбины; монтажники по чертежам собирают и устанавливают оборудование на фабриках, заводах, электростанциях и других объектах.

При изучении многих дисциплин пользуются чертежами, поясняющими устройство машин, узлов, элементов зданий, инженерных сооружений и других предметов.

Потребность изображать предметы появились у людей очень давно. Еще в древности люди изображали на камнях диких зверей, охоту и др. Позднее подобные изображения появились на предметах домашнего обихода - сосудах, вазах и на другой утвари. Так возникли первые изображения предметов и явлений, которые человек наблюдал в окружающей его жизни.

В процессе трудовой деятельности человека возникла необходимость изображать еще не существующие предметы и строения. Такая задача стала, например, перед зодчими при сооружении храмов, театров и дворцов.

Чертежи планов и фасадов зданий были известны еще в Древнем Египте, о чем свидетельствуют дошедшие до нас изображения построек на папирусах. Однако потребовался большой период времени, прежде чем отдельные изображения плана и фасада предмета были объедены в систему двух видов, т.е. чертеж предмета в современном понимании этого слова.

Способы изображения предметов на плоскости развивались своими путями от примитивных и условных зарисовок, до более совершенных, приближающихся к современным проекционным чертежам.

Индустриализация нашей страны, создание отечественного машиностроения и других производств, сооружение новых фабрик, заводов и городов привели к более широкому использованию чертежей, к разработке конструкторских

Таким образом, подводя итог дипломной работы можно сделать следующие выводы:

1) моделирование и макетирование являются незаменимыми технологиями при изучении курса черчения как в школе, так и в средне-специальных, высших учебных заведениях;

2) из всех видов моделирования наибольшие возможности для их применения в учебном процессе предоставляют компьютерные модели, основанные на компьютерных технологиях;