Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Краткий обзор и анализ характера компьютерной поддержки графических дисциплин в вузах Российской Федерации 12
1.1. Преподавание графических дисциплин в учебных заведениях 13
1.2. Психолого-педагогическое обоснование использования ЭВМ в вузовском обучении 31
1.3. Назначение и классификация педагогически программных средств 40
Выводы по первой главе 45
Глава 2. Поиск оптимальных пакетов программ компьютерной графики 46
2.1. Выбор инструментальных средств компьютерной графики 46
2.1.1. Исследование программных средств. 46
2.1.2. Эксперимент по изучению свойств документов, созданных в различных пакетах компьютерной графики 58
2.2. Система КОМПАС - 3D LT 63
2.2.1. Основные области рабочего окна 64
2.2.2. Термины, чаще всего встречающиеся в программе «КОМПАС». 68
2.3. Анализ программы педагогических вузов по курсу «Графика» 71
2.4. Учебная программа по графике с элементами компьютерной поддержки 76
2.4.1. Программа курса «Базовая графика с элементами компьютерной поддержки», I курс, 2 семестр, 1 вариант 76
2.4.2. Программа курса «Базовая графика с элементами компьютерной поддержки», 1 курс, 2 семестр, 2 вариант_ 88
2.4.3. Программа курса «Графика с элементами компьютерной поддержки», 10 класс 90
2.4.4. Программа курса «Компьютерная графика» 94
Выводы по второй главе 104
Глава 3. Проведение педагогического эксперимента 106
3.1. Методы и методологические приёмы обучения студентов 106
3.2. Эксперимент 108
3.3. Статистическая обработка данных 134
Выводы по третьей главе 137
Выводы 138
Литература 140
- Преподавание графических дисциплин в учебных заведениях
- Выбор инструментальных средств компьютерной графики
- Методы и методологические приёмы обучения студентов
Введение к работе
В начале XXI века человечество вступило в информационно-компьютерную эпоху, которая в системе образования России начинает развиваться всё более интенсивно. Главным приоритетом в системе образования становятся не только знания, умения и навыки, но и личность учащегося, с присущими ему индивидуальностью, особенностями и способностями.
Перед образовательным процессом всё более решительно ставится задача выделения учебного времени на творческую работу учащегося, нацеленную на активную учебно-познавательную деятельность и использование современных информационных технологий.
Изменение условий жизни общества неизменно вызывает совершенствование образовательных концепций. Под воздействием новых информационных технологий меняется взгляд на само образование, на содержание и методы обучения предметным дисциплинам.
Одной из важнейших составляющих в подготовке учителя технологии и предпринимательства служит графика. Существенными компонентами графической подготовки являются наличие наглядно-образного и логического мышления, которые требуют развитого пространственного воображения у обучаемых. Для его формирования современный учитель должен владеть широким спектром технологий обучения, включая информационные. Возникающие новые требования к подготовке учителей делают всё более актуальными проблемы использования компьютера в обучении.
Бурно развивающийся процесс информатизации образования позволяет использовать в обучении широкий спектр средств новых информационных технологий. Одним из её главных элементов является компьютерная графика.
Компьютерная графика - это сравнительно новая область деятельности человека, которая представляет комплекс аппаратных и программных средств для создания, хранения, передачи, обработки и наглядного представления графической информации с помощью электронно-вычислительных машин (ЭВМ). Под компьютерной графикой понимают и совокупность методов и приёмов для преобразования при помощи ЭВМ данных в графическое представление или графического представления в данные.
В образовательных стандартах компьютерная графика трактуется как одна из важнейших технологий представления информации, что говорит о возросшей важности данной области знаний.
Содержание графо-геометрической подготовки преподавателей технологии на базовом уровне ограничено традиционными модулями: «Начертательная геометрия», «Стандартные изображения и технический рисунок» и «Прикладная и проектная графика». К сожалению, методы и средства обучения этим дисциплинам во многом продолжают также оставаться традиционными, с ограниченным привлечением компьютерной графики и элементов систем автоматизированного проектирования, несмотря на то, что требования к грамотному специалисту в настоящее время включают в себя владение компьютерными технологиями.
Быстрое развитие информатики, постоянно развивающееся программное обеспечение, представленное множеством графических пакетов и средствами компьютерной графики, с одной стороны, актуализирует изучение технологий компьютерной графики, а не отдельных графических пакетов. Полезным может быть введение в учебный процесс интегрированных курсов, что будет способствовать формированию информационных умений и перенесению навыков из одной предметной области в другую.
Технологии компьютерной графики базируются на фундаментальных знаниях, в первую очередь - геометрии, информатики и черчения. В настоящее время компьютерная графика сформировалась как наука. Она является неотъемлемой частью подготовки студентов технических вузов, в школах и педагогических вузах - знакомство с элементами компьютерной графики осуществляется в рамках одного из разделов курса информатики. Широкое распространение мультимедиа технологий вызывает необходимость усилить подготовку школьников, а следовательно, и школьных учителей, теоретическим основам компьютерной графики и практическим навыкам по созданию реалистических изображений. Необходима концепция внедрения компьютерной графики в систему подготовки студентов педвузов, а также методическая проработка применения её технологий в качестве инструмента познания при изучении графических дисциплин.
Актуальность темы заключается в противоречии между требованиями к подготовке современных учителей графики и традиционными средствами обучения этой дисциплине, содержащей большое количество трудоёмких и достаточно рутинных операций. В частности, на протяжении последних десятилетий XX века во многих вузах России идёт процесс внедрения в систему обучения графическим дисциплинам средств компьютерной графики. Вслед за вузами такая же тенденция стала актуальной и в средних общеобразовательных школах. Но до сих пор вопросы методических проблем компьютеризации графических дисциплин на факультетах технологии, общетехнических дисциплин и трудового обучения не решены достаточно полно. Более того, до сих пор нельзя считать окончательно разработанными требования к интеграции компьютерных технологий с различными образовательными дисциплинами.
Объект исследования: процесс обучения графике студентов факультета технологии и предпринимательства педагогических вузов в условиях интеграции традиционной и ручной графики.
Предмет исследования: информационные технологии как средство обучения курсу «Графика» студентов факультета технологии и предпринимательства (ФТиП).
Цель исследования: обоснование, разработка. и экспериментальная проверка педагогических условий обучения студентов ФТиП педагогического вуза с использованием компьютерной поддержки процесса обучения базовым разделам курса графики.
Гипотеза исследования: графическая подготовка будущего учителя труда, ОТД и технологии будет эффективнее, если:
• компьютерная поддержка осуществляется средствами оптимальной программы компьютерной графики;
• при обучении студентов графике реализован оптимальный подход к организации процессуальных аспектов интеграции традиционных и компьютерных графических технологий;
• при обучении студентов графике реализован оптимальный подход к организации структурно-содержательных аспектов интеграции традиционных и компьютерных графических технологий;
• применяется адекватный учебно-методический комплекс, включающий в себя учебные программы, учебно- методические и наглядные пособия, технические средства обучения и др.
В соответствии с целью и гипотезой в исследовании поставлены следующие задачи:
•проанализировать состояние теории и практики обучения графике студентов технических и педагогических вузов с использованием компьютерной поддержки;
• провести анализ известных программ компьютерной графики, наиболее широко используемых в технических и педагогических вузах при обучении студентов графическим дисциплинам;
• разработать требования, предъявляемые к «оптимальной» программе компьютерной графики для будущих учителей труда, ОТД и технологии;
• выбрать наиболее подходящую программу компьютерной графики и обосновать её оптимальность для использования в педагогическом вузе для студентов ФТиП;
• выявить и обосновать такую организацию структурно-содержательных блоков, которая даёт положительный педагогический эффект при интеграции традиционных и компьютерных технологий;
• разработать содержательную, структурную и процессуальную составляющие методики обучения студентов графике в условиях интеграции ручных и компьютерных технологий;
• разработать и апробировать пакет заданий для начальных разделов курса «Графика» с использованием компьютерных технологий на факультете технологии и предпринимательства педвуза;
•проверить на практике эффективность предлагаемой методики обучения студентов графике с использованием компьютерной поддержки. Методы исследования: •теоретический анализ психолого-педагогической, методической и специальной литературы по проблеме диссертации;
• изучение, обобщение и научный анализ эффективного педагогического опыта обучения графике с использованием компьютерной поддержки;
• педагогические наблюдения, опросы, анкетирование, беседы с учащимися и специалистами;
• проведение педагогического эксперимента и оценка полученных результатов.
Теоретико-методологической основой исследования являются:
• современные концепции высшего образования, опирающиеся на концепцию личностно-ориентированного обучения и информационные технологии (Б. Г. Ананьев, Л. С. Выгодский, П. Я. Гальперин, В. В. Давыдов, А. Н. Леонтьев, Л. В. Занков, Б. Ф. Ломов, В. А. Сластёнин, И. Э. Унт, И. С. Якиманская и др.);
• системный подход в изучении педагогических явлений, обеспечивающих гуманистические, нравственные, профессиональные стороны подготовки обучающихся (С. И. Архангельский, П. Р. Атутов, Ю. К. Бабанский, С. Я. Батышев, А. Н. Богатырёв, И. Я. Лернер, А. А. Павлова, П. И. Пидкасистый, В. А. Поляков, Ю. Л. Хотунцев и др.)»
• теория новых информационных технологий (Я. А. Ваграменко, Б. С. Гершунский, В. М. Глушков, А. П. Ершов, Ю. К. Кузнецов, Е. И. Машбиц, И. В. Роберт и др.);
• научно-методические работы по теории и практике графического образования студентов разных факультетов технических и педагогических вузов при интегрированном подходе к формированию содержания образовательных областей, а также теория графического образования (А. А. Богуславский, Г. В. Буланже, Ю. В. Котов, А. А. Павлова, В. В. Пилюгин, А. Потёмкин, Э. Т. Романычева, О. Г. Яцюк и др.)
Научная новизна и теоретическая значимость исследования состоят в том, что:
•обоснована необходимость создания новой методики обучения графике студентов факультета технологии и предпринимательства педвузов с использованием современных компьютерных технологий;
• определены способы использования современных компьютерных технологий в процессе обучения графике с учетом основных требований к знаниям и умениям студентов I курса факультета технологии и предпринимательства педвуза, выделены организационные условия проведения занятий;
• определены цели, задачи, содержание, методы и средства обучения студентов I курса факультета технологии и предпринимательства педвуза графике с использованием компьютерных технологий.
Практическая значимость исследования состоит в том, что:
•разработана и внедрена в учебный процесс теоретически обоснованная методика обучения студентов ФТиП педвуза начальным разделам графики с использованием компьютерных технологий;
• созданы программы учебных курсов «Базовая графика с элементами компьютерной поддержки» для студентов I курса факультетов технологии и предпринимательства, программа «Графика с элементами компьютерной поддержки» для учащихся старшего школьного возраста; «Компьютерная графика» для студентов I курса факультетов технологии и предпринимательства;
• разработаны дидактические пособия и методические рекомендации для преподавания.
На защиту выносятся положения:
• программа компьютерной графики, предназначенная для обучения графике студентов факультетов технологии и предпринимательства и учащихся старшего школьного возраста, должна соответствовать определённым требованиям, предъявляемым к ней;
• разработанное содержание и структура интегрированного курса «Графика с использованием компьютерной поддержки» (ввиду требований, предъявляемых к современному специалисту) целесообразны для обучения студентов ФТиП графике;
• комплекс учебно-методических материалов для преподавателей, студентов и школьников способствует лучшему усвоению знаний и умений в областях «ручного» и компьютерного черчения.
Апробация результатов исследования: основные результаты работы докладывались и обсуждались на:
• заседаниях кафедры «Машиноведение» Московского Государственного Педагогического университета (2000-2003 гг.);
• на конференциях и научно-методических семинарах ФТиП (2000-2004 г.) МПГУ;
• Международном форуме информатизации МФИ-2003;
• VIII Международной конференции «Преподавание технологии в школе. Подготовка учителей технологии и предпринимательства», 2002 г.;
• IX международной научно-практической конференции «Технология. Творчество. Личность», 2003 г.;
• на круглом столе «Развитие учебно-методической базы по применению САПР КОМПАС», 2003 г.
Экспериментальная проверка и внедрение полученных результатов исследования проводилась с 1999 по 2003 г. в Межшкольном Учебном комбинате № 1 г. Москвы, с 2000 года — на факультете технологии и предпринимательства Московского педагогического государственного университета и с 2000 по 2001 год - в Межшкольном Учебном комбинате №19 «Гагаринский». В эксперименте участвовало: 7 преподавателей, 216 студентов и 420 школьников. Основное содержание диссертации отражено в публикациях:
1. Притула Ю. И. Применение программы «КОМПАС» в обучении школьников черчению //Школа и производство. -2003. - №1. - С.75-78; 0,7 п.л.
2. Притула Ю. И., Богуславский А. А., Павлова А. А. Результаты эксперимента обучения студентов интегральному курсу
«Начала графики» (ручной и компьютерный варианты) //Материалы VIII Международной конференции «Преподавание технологии в школе. Подготовка учителей технологии и предпринимательства». - М., МИОО, 2002. - С.239-242; 0,7 п.л. (авторских 34%).
3. Притула Ю. И., Крысинская Е. М., Иванникова Л. В. Обоснование выбора графических редакторов для курса «Компьютерная графика» для факультетов технологии и предпринимательства педагогических университетов // Материалы Международной конференции «Информационные средства и технологии» в трёх томах,- Т.2. - М.: Янус-К, 2003 -С. 111-114; 0,8 п.л. (авторских 40%).
4. Притула Ю. И. Преподавание предмета «Графика с элементами компьютерной поддержки» в школах и МУПК //http://www.kompas-edu.ru/articals.php?articaMd=12/. официальный сайт «КОМПАС в образовании», 03-12-2003 , 0,4 п.л.
5. Притула Ю. И., Крысинская Е. М. Компьютерная графика как средство повышения эстетического уровня школьников //Материалы IX международной научно-практической конференции «Технология. Творчество. Личность» - Курск, 2003.- С.245-247; 0,2 п.л. (авторских 50%)
6. Притула Ю. И. Отличия операций и команд, производимых в чертёжных программах AutoCAD 2000 и КОМПАС 5.9 при плоскостном проектировании //Материалы научно-практической конференции студентов и аспирантов факультета Технологии и предпринимательства Московского педагогического государственного университета. - Москва, 2002. - С. 26-29; 0,2 п.л.
Структура диссертации: диссертация в двух томах, общим объемом - 250 стр., I том - 150 стр., II том - 100 стр., основного текста - 125 стр., библиография включает 142 наименования, таблиц - 15, гистограмм - 10, рисунков - 5.
Преподавание графических дисциплин в учебных заведениях
В Московском Городском Педагогическом Университете на кафедре «Дизайн и технология» учебная программа по графике для студентов ФТиП включает в себя 3 раздела: начертательная геометрия (I курс, 1 семестр), черчение (Ікурс, 2 семестр) и компьютерная графика (II курс, 3 семестр).
На раздел «Компьютерная графика» предусмотрено 50 часов - 8 часов лекций, 26 часов практических и лабораторных занятий и 16 часов самостоятельной работы.
Студенты должны обязательно выполнить 3 лабораторные работы: построение чертежа втулки, построение чертежа болта и построение упрощённого изображения болтового соединения на сборочном чертеже. Прежде, чем начать чертить на компьютере, студенты должны выполнить эскизы вручную.
В Московском областном Педагогическом Институте им. Крупской раздел «Компьютерное черчение» не включен ни в один раздел черчения и графики.
В Московском институте электронной техники (МИЭТ) считают, что использование средств компьютерного пространственного геометрического моделирования открывают большие возможности для развития и совершенствования графических дисциплин. Их применение позволяет:
изучать методы начертательной геометрии параллельно с методами пространственного компьютерного моделирования и использовать их возможности там, где это необходимо;
повысить эффективность усвоения предмета благодаря значительному повышению наглядности изучаемого материала;
развивать у студентов пространственное воображение на реальных, привычных для него пространственных образах;
Сотрудники кафедры «Начертательная геометрия и графика» МИЭТ предлагают конкретные методы и авторские подходы к разработке чертежей с использованием ЭВМ; библиотеки конструктивных функциональных и геометрических элементов графического изображения деталей; задания для лабораторных и курсовых работ и проектов. Свои разработки они реализуют в системе AutoCAD.
Для выполнения заданий студенту МИЭТ необходимо знать следующее:
методы построений изображений и правил оформления конструкторской документации в соответствии со стандартами ЕСКД;
приёмы создания модели изделия, средствами компьютерной графики
Возникает проблема выбора различных путей преподавания традиционного курса инженерной графики и нового её раздела -компьютерной графики. На увеличение часов надеяться не приходится, а значит, необходимо пересмотреть программы дисциплин, убрать из них то, что специалистами не используется (или используется редко).
Романычевой Э. Т. и Сидоровой Т. М. [111, 1], сотрудниками МИЭТ, был проведён анализ временных затрат учебного времени на ручное и автоматизированное изготовление конструкторской документации на примере сборочного чертежа электрического устройства (см. таблицу 1.1).
Выбор инструментальных средств компьютерной графики
Компьютерная графика - это совокупность методов и приёмов для преобразования при помощи ЭВМ данных в графическое представление или графического представления в данные, т. е. машинная графика представляет комплекс аппаратных и программных средств для создания, хранения, обработки и наглядного представления графической информации с помощью ЭВМ [52].
Спектр использования компьютерной графики достаточно велик. Перечислим наиболее широко известные области применения компьютерной графики:
Научно-исследовательские работы — компьютерная графика применяется при моделировании (имитации) сложных процессов, трудно предсказуемых ситуаций при подготовке на электронных тренажёрах водителей различных транспортных средств; при исследованиях многофакторных процессов в различных областях науки и техники. Например, компьютерная модель автомобиля, «врезавшегося» в модель стены, позволяет инженеру проанализировать, что произошло с моделями пассажиров, и усовершенствовать конструкцию автомобиля. Компьютерная графика наглядно представляет результаты расчётных процессов, помогает строить графики, диаграммы и т. п.
Проектно-коиструкторские работы - изобретение, проектирование, конструирование и модернизация существующих конструкций и приборов, станков, самолётов.
Производственно-оформительские и дизайнерские работы -создание кроя одежды; проектирование малых и монументальных форм дизайна (здания, интерьеры). Например, архитектор, просматривая на экране монитора задуманную композицию в различных ракурсах, может многократно изменять её, сравнивать десятки вариантов на разных этапах творческого процесса.
Компьютерная живопись, компьютерные игры и мультфильмы - создание, проектирование и моделирование промышленных изделий, персонажей. Например, компьютерная графика позволяет художнику-мультипликатору рисовать только ключевые кадры эпизода, а все промежуточные картинки создаёт машина [23, 52].
Компьютерная графика в зависимости от области применения подразделяется на:
инженерную (предназначена для создания графического изображения проектируемого объекта);
научную (имеет своей целью визуализацию математических моделей процессов);
деловую (имеет своей целью формирование и вывод графиков, диаграмм);
иллюстративную (предназначена для создания изображений, которые иллюстрируют некоторые этапы выполнения чего-либо);
педагогическую (имеет своей целью иллюстрировать оптимальные визуальные модели изучаемых объектов — предметов, явлений, процессов и т. д.) [23].
Удобным средством, позволяющим быстро и эффективно осуществлять графические работы, являются пакеты прикладных программ, начиная от простейших графических редакторов.
Пакет прикладных программ - это набор программ, предназначенных для решения какой-либо задачи [51].
Все современные CAD/CAM/CAE пакеты в зависимости от решаемых ими задач можно разделить на две группы: специализированные и универсальные.
Специализированные программные прикладные пакеты предназначены для решения какой-либо одной задачи. Могут использоваться как автономно, так и включаться в состав универсальных систем.
Методы и методологические приёмы обучения студентов
Применение компьютера в учебном процессе привело к изменению методов обучения. Новые приёмы и методы обучения помогают более быстро и эффективно понять и освоить учебный материал за счёт наглядности, яркости, динамики и новизны.
Для формирования и закрепления знаний, умений и навыков в ходе эксперимента нами были применены различные методы обучения:
1. Словесные методы (источником знания является устное или печатное слово). При реализации этих методов мы использовали информацию, представленную в виде печатного слова или звукового сопровождения. Мы подготовили вопросы и тесты, подводящие студента к формулированию вывода, к нужному ответу. Студент для получения нужной информации мог осуществить её поиск, отбор, осмысление в разработанном или специально отобранном нами виртуальном рассказе или лекции.
2. Наглядные методы (источником знания являются наблюдаемые предметы, явления, наглядные пособия). Мы использовали как специально подобранную, так и разработанную нами информацию, представленную в виде фрагментов фильмов, иллюстраций, моделей, макетов.
3. Практические методы (учащиеся получают знания и вырабатывают умения, выполняя практические действия). Любая компьютерная программа по графике может осуществлять такого рода поддержку в совокупности с методическим пособием по работе с этой программой. Мы использовали для этого компьютерную программу КОМПАС в сочетании с нашими авторскими разработками — практическими заданиями.
Выбор метода обучения зависит:
от общих целей образования, воспитания и развития учащихся;
от особенностей изучаемого предмета;
от особенностей методики преподавания конкретной учебной дисциплины;
от цели, задач и содержания материала конкретного занятия;
от времени, отведённого на изучение того или иного материала;
от возрастных особенностей учащегося;
от материального оснащения учебного заведения, наличия оборудования, наглядных пособий, технических средств обучения;
от возможностей преподавателя и его особенностей, уровня теоретической и практической подготовленности, методического мастерства, его личных качеств.
В процессе обучения студентов ФТиП компьютерной графике компьютер был использован на всех этапах обучения.
Для того, чтобы применение перечисленных методов было эффективным, преподавателю необходимо:
знать теоретическую часть предмета;
уметь практически работать в выбранной компьютерной программе;
знать алгоритмы работы при решении задач с помощью компьютерной программы;
оказать помощь студенту при перенесении усвоенного действия с одной задачи на другую; при решении творческих задач;
учитывать трудности восприятия студентами выбранных методов обучения [56].
