Содержание к диссертации
Введение
1. СОВРЕМЕННЫЕ ПОДХОДЫ К ПРОБЛЕМЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ СРЕДСТВ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ ПРИ ОБУЧЕНИИ СТУДЕНТОВ АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНЫХ СПЕЦИАЛЬНОСТЕЙ 12
1.1. Анализ требований государственных образовательных стандартов к уровню компьютерной подготовки студентов архитектурно-строительных специальностей 12
1.2. Преподавание блока геометро-графических дисциплин в вузах строительного профиля: контет-анализ научно-методической литературы 32
1.3. Концепция непрерывной геометро-графической подготовки студентов архитектурно-строительных специальностей в Нижегородском государственном
архитектурно-строительном университете 39
2. КУРС "МАШИННАЯ ГРАФИКА" КАК ОДИН ИЗ ОСНОВНЫХ ФАКТОРОВ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЙ ИНФОРМАЦИОННОЙ ПОДГОТОВКИ СТУДЕНТОВ АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНЫХ СПЕЦИАЛЬНОСТЕЙ 48
2.1. Цели и задачи курса "Машинная графика" 50
2.2. Курс "Машинная графика": содержание, формы, средства и методы 57
2.3. Роль и место курса "Машинная графика" в непрерывной геометро-графической подготовке студентов архитектурно-строительных специальностей 76
2.4. Методы и формы контроля знаний и умений студентов 95
3. ОПЫТ ПОСТРОЕНИЯ МОДЕЛЕЙ УЧЕБНЫХ КУРСОВ: ОПИСАНИЕ ПЕДАГОГИЧЕСКОГО ЭКСПЕРИМЕНТА И ЕГО РЕЗУЛЬТАТОВ 101
3.1. Анализ результатов преподавания курса "Машинная графика" 103
3.2. Результаты апробации курса "Автоматизация проектно-конструкторских работ'" 114
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 123
ЛИТЕРАТУРА 127
ПРИЛОЖЕНИЕ. 1 141
- Анализ требований государственных образовательных стандартов к уровню компьютерной подготовки студентов архитектурно-строительных специальностей
- Цели и задачи курса "Машинная графика"
- Анализ результатов преподавания курса "Машинная графика"
Введение к работе
Процесс информатизации является одной из основных характеристик современного периода развития общества.
В 90-е годы в России происходит смена парадигмы информатизации, вызванная формированием в стране нового социально-экономического уклада, реформированием высшей школы и принципиальным обновлением средств вычислительной техники и информатики. Новые информационные технологи стремительно развиваются. Налицо общая тенденция к внедрению информационных технологий для лучшего удовлетворения индивидуальных потребностей пользователей.
Персональные ЭВМ, возможности многосредового
представления и обработки информации, сетевые локальные и глобальные технологии, создание современных методологий проектирования сложных систем потребовали переосмысления проблем информатизации, их места и роли в высшей школе. Переосмысление содержания, методов и организации работ по информатизации в высшей школе было представлено в ряде разработанных концепций [78-79], одной из которых является Концепция информатизации высшего образования Российской Федерации, разработанная в 1993 году ведущими учеными и специалистами высшей школы по заказу Госкомвуза РФ (утверждена 28 сентября 1993г.) В ней было объявлено, что стратегическая цель информатизации образования состоит в глобальной рационализации интеллектуальной деятельности за счет использования новых информационных технологий (НИТ), радикальном повышении эффективности и качества подготовки специалистов до уровня, достигнутого в развитых странах, т.е. подготовки кадров с новым типом мышления, соответствующим требованиям постиндустриального общества [78].
В результате достижения этой цели в обществе должны быть обеспечены массовая компьютерная грамотность и
формирование новой информационной культуры мышления путем индивидуализации образования.
Эта цель информатизации образования по своей сути является долгосрочной и потому продолжает сохранять свою актуальность [2, 10].
Сегодня главная цель информатизации состоит в подготовке обучаемых к полноценному и эффективному участию в бытовой, общественной и профессиональной областях жизнедеятельности. Успехи нашей страны в обозримом будущем, ее возможности выбрать и реализовать оптимальную историческую траекторию во многом связаны с развитием информационной сферы. Лимитирующим фактором в современных информационных технологиях являются не средства вычислительной техники,а кадры, способные ставить содержательные задачи и находить новые области эффективного приложения и использования компьютеров. Последнее, в первую очередь, зависит от квалификации кадров, которая в решающей степени определяется системой образования.
Архитектура и строительство являются одними из самых обширных областей деятельности человека. Они включают большой круг задач, связанных с организацией среды для жизнедеятельности человека. Это эстетические и социальные, инженерно-технические и функциональные, экологические и эргономические, технологические и целый ряд других проблем, которые решаются в процессе архитектурно-строительного проектирования и реализации объекта. В процессе архитектурно- строительного проектирования, как и в любом другом виде деятельности, успешно применяются средства и методы
информационных технологий проектирования.
Применение средств вычислительной техники в области проектно-конструтсгорских работ наметило ряд тенденций и направлений в процессе обучения студентов различных специальностей вузов. В современных условиях невозможно решать проблемы, возникающие в науке, конструировании, организации производства
привычными способами. Новый уровень планирования и управления народным хозяйством требует от будущих специалистов тех или иных областей промышленности высокого уровня информационной культуры. В условиях рыночной экономики компетентность инженерных кадров играет значительную роль в деле выживания предприятий. Современные условия требуют решения основной образовательной задачи - максимального развития способностей каждого, формирования гибкого, восприимчивого к новым знаниям мышления.
Известно, что архитектурно-строительный проект является графической моделью будущего объекта. Поэтому геометро-графическая подготовка специалистов архитектурно-строительного профиля и использование информационных технологий на всех этапах проектирования играет важную роль в профессиональной деятельности -от степени овладения ими зависит ее эффективность и успешность, а так же конкурентоспособность специалиста-строителя и архитектора на рынке труда.
Роль и место геометро-графических дисциплин в процессе подготовки инженерных кадров определяются новыми
профессионально-техническими задачами, стоящими перед
специалистом в сфере его деятельности. Это, прежде всего, - умение решать комплексные научно-технические, технологические и другие функциональные задачи, системно, алгоритмически и ассоциативно мыслить; четко планировать структуру действий, необходимых для достижения заданной цели; умение визуально представить результат своей деятельности.
Все вышеизложенное должно найти отражение в содержании профессионального образования специалистов архитектурно-строительного профиля, а точнее, в государственных образовательных стандартах, так как именно они регламентируют минимально-достаточный уровень подготовки специалиста соответствующий потребностям социально-экономического развития общества.
Проблема исследования заключается в несоответствии уровня профессиональной подготовки студентов строительных специальностей.
регламентируемой стандартом высшего профессионального
образования, требованиям, предъявляемым к ним содержанием профессиональной деятельности в плане компьютерной подготовки.
Цель исследования состоит в обосновании принципов создания, структуры, разработке и реализации содержания курсов "Машинная графика" и "Автоматизация архитектурно-строительного
проектирования" подготовки студентов архитектурно-строительных специальностей.
Объектом исследования является процесс подготовки студентов архитектурно-строительных специальностей в системе высшего профессионального образования.
Предмет исследования- внедрение информационных технологий как средство педагогической эффективности курсов "Машинная графика" и "Автоматизация архитектурно-строительного
проектирования" подготовки студентов специальностей направления "Строительство", "Архитектура".
Гипотеза исследования основана на предположении о том, что подготовка к профессиональной деятельности студентов строительного профиля эффективна, диагностируема, прогностична, способствует их профессиональной адаптации, если
- в ходе обучения объединены компьютерные и традиционные технологии, при этом оценка качества подготовки осуществляется аналогично оценке разработок реальной деятельности специалистов строительных специальностей;
- преподавание курса "Машинная графика" и "Автоматизация архитектурно-строительного проектирования" будет построено по модульной системе с учетом непрерывности и преемственности геометрических и графических дисциплин в процессе обучения студентов указанных специальностей;
- содержание курса "Компьютерная графика" подготовки студентов строительных специальностей построено из двух блоков: базового - инвариантного для всех специализаций, и специального -вариативного, формирующегося с учетом специализации студентов строительного профиля.
Задачи исследования:
- проанализировать содержание профессиональной деятельности специалистов строительного профиля в современных условиях и обосновать применение информационных технологий в их профессиональной деятельности;
- установить взаимосвязь и преемственность дисциплин черчения, начертательной геометрии, инженерной графики и машинной (компьютерной) графики;
- разработать способы реализации построения модифицированного курса машинной (компьютерной) графики, ориентированного на автоматизацию графических работ;
- определить и экспериментально проверить показатели эффективности курса;
- разработать структуру непрерывной геометро-графической подготовки по дисциплине "Машинная графика"
- разработать содержание базового и вариативного блоков курса "Машинная графика" и "Автоматизация архитектурно-строительного пpoeктиpoвaния,, и обосновать эффективную модель его реализации.
Теоретической и методологической основой данного исследования являются работы Беляевой А.П., Беспалько В.П., Гершунского Б.С, Лейбовича АН., Леонтьева А.Н., Кузнецова А.А., Паронджанова В.Д., Роберт И.В. и др.
Для решения поставленных задач использовались следующие методы исследования:
1.Изучение психолого-педагогической, методической и специальной литературы по проблеме диссертации;
2. Психолого-педагогический анализ учебного процесса и учебно-познавательной деятельности;
3.Педагогические наблюдения; беседы, анкетирование
студентов архитектурного и строительного факультетов:
4. Подготовительный эксперимент. анализ результата,
уточнение методики;
5.Практическая апробация предлагаемого объема материала, заданий.
На зашиту выносятся
1) Требования к профессиональной подготовке студентов строительных специальностей с учетом государственного образовательного стандарта и основания пересмотра государственного образовательного стандарта по указанным специальностям в части дисциплины "Компьютерная графика";
2) Дидактические условия реализации курса "Машинная графика" и "Автоматизация архитектурно-строительного проектирования", определенные на основе анализа содержания профессиональной деятельности:
- базирование на знаниях и умениях студентов в области геометро-графических дисциплин: "Начертательная геометрия", "Инженерная графика" ("Черчение"), "Информатика";
- использование инвариантов (модулей) при организации обучения и профессионально значимого программного обеспечения;
- применение учебного проектирования, соответствующего задачам профессиональной деятельности;
- поэтапность контроля (в том числе итоговая зашита творческого проекта).
3) Содержание курса "Компьютерная графика" подготовки студентов строительных специальностей, построенное из двух блоков: базового и специального, ориентированного на специализацию направления "Строительство", "Архитектура".
Научная новизна и теоретическая значимость
исследования заключается в том, что впервые в профессиональном образовании:
1) Определены и реализованы дидактические условия разработки содержания и структуры курса "Машинная графика" и "Автоматизация архитектурно-строительного проектирования" в подготовке специалистов строительного профиля :
2) Проанализировано, обосновано и экспериментально подтверждено содержание подготовки специалистов строительного
профиля в области компьютерной графики в дополнение к ГОСу по специальностям направления "Строительство", "Архитектура".
3) Обоснована необходимость информатизации курсов "Машинная графика" и "Автоматизация архитектурно-строительного
проектирования" как условия успешной профессиональной деятельности специалистов-строителей.
Практическая значимость исследования заключается в том, что
- разработано содержание курса "Машинная графика для студентов архитектурно-строительных специальностей, рекомендации по его реализации, оценке качества подготовки;
- возможно использовать результаты исследования в системе подготовки специалистов строительного профиля, машиностроения, экологии, менеджмента, а также в системе переподготовки кадров и дополнительного образования;
- выявленные в ходе исследования требования к профессиональной подготовке специалистов строительного профиля и основные компоненты содержания курса "Машинная графика" и "Автоматизация архитектурно-строительного проектирования" могут быть использованы в процессе совершенствования ГОСа по указанным специальностям.
Работа по внедрению предлагаемых в диссертации положений выполнялась в ходе экспериментальных исследований, проводимых на базе кафедры начертательной геометрии, машинной графики и теоретических основ САПР Нижегородского государственного архитектурно-строительного университета.
Достоверность полученных результатов исследования
достигнута за счет согласованности его основных результатов и положений с современными требованиями социального заказа общества по подготовке вузом будущих специалистов-строителей и архитекторов, готовых к использованию новых информационных технологий в сфере свой деятельности, а также результатами
внедрения методики обучения в процессе профессиональной подготовки будущих специалистов.
Апробация результатов исследования. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на
• заседаниях кафедры начертательной геометрии, машинной графики и теоретических основ САПР Нижегородского государственного архитектурно-строительного университета (1995-1998 гг.);
• семинаре-совещании заведующих кафедр начертательной геометрии и графики вузов Поволжской зоны Российской Федерации (Н.Новгород, НГАСА, 1996 г.);
• 4-й Международной конференции по компьютерной графике и визуализации ГРАФИКОН 94 (Н.Новгород, 1994 г.);
• 6-й Международной конференции по компьютерной графики и визуализации ГРАФИКОН 96 (С.-Петербург, 1996 г.);
• итоговой научно-практической конференции преподавателей и аспирантов НГАСА (Н.Новгород, НГАСА, 1996 г.);
• методическом семинаре Всероссийского конкурса учащихся и студентов по черчению и компьютерной графике (Саратов, СТУ, 1996 г.);
• семинаре-совещании заведующих кафедр начертательной геометрии и графики вузов Поволжской зоны Российской Федерации (Самара, 1998 г.);
• 7-й Международной конференции по компьютерной графике и визуализации ГРАФИКОН 98 (Москва, 1998 г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 24 работы Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, приложений, общим объемом 169 страниц, в том числе 7 рис , 29 таблиц и 123 наименования использованной литературы
Анализ требований государственных образовательных стандартов к уровню компьютерной подготовки студентов архитектурно-строительных специальностей
Проблема использования средств вычислительной техники при обучении студентов архитектурно-строительных специальностей является актуальной в условиях возрастающей информатизации общества. На сегодняшний день нет ни одной сферы производства и предпринимательства, где не применялись бы компьютеры. Компьютерная технология обработки информации пронизала все отрасли человеческой деятельности: материальное производство, транспорт, торговлю, финансы, связь, строительство и т.д. Использование персональных компьютеров и создание сетей предопределило качественный скачок информационного процесса, который, в свою очередь, стимулировал развитие технического и программного обеспечения.
В области строительства и архитектуры информационные технологии так же нашли свое применение. В начале использование информационных технологий архитектурно-строительного проектирования сдерживалось, во-первых, отсутствием специального программного обеспечения, ориентированного на решение собственно проектно-конструкторских и архитектурных задач, и, во-вторых, отсутствием кадров строителей и архитекторов - пользователей САПР.
Известно [100], что в последнее время, в связи с активной разработкой средств автоматизации архитектурного и конструкторского проектирования, в международной практике сложились следующие направления использования компьютерной технологии в архитектурно-строительном проектировании :
-принятие решений с помощью "оптимизационных" прикладных программ для ЭВМ;
-визуализация решений с помощью специальных прикладных программ для ЭВМ;
-использование компьютерных средств как графических устройств.
Такое деление полностью соответствует существующим подходам в традиционной практике проектирования, ведущих начало еще с 20-х годов нашего века, а именно: "функционализм" (оптимизация-проектирование изнутри наружу) и "формализм" (визуализация-проектирование снаружи внутрь).
Компьютерная технология применяется во всех областях архитектурно-строительной деятельности:
1. Архитектурное проектирование
2. Инженерное проектирование
3. Архитектурно-строительное образование
4. Управленческая деятельность
5. Информационно-издательская деятельность.
Для архитектурно-строительного проектирования существует профаммное обеспечение, позволяющее выполнять эскизные решения и чертежи объектов в 2-хмерной и 3-хмерной фафике, строить векторные изображения, а затем наполнять их текстурой, материалом, тенями, цветом, бликами и т.д. Кроме того, имеются возможности для создания мультипликации со звуковым и музыкальным сопровождением. Современные системы CAD обладают обширными базами данных, с помощью которых выполняются архитектурно-строительные чертежи на любой стадии проектирования. Существуют также системы, позволяющие управлять процессом проектирования, отдавая команды голосом. Кроме того, разработаны компьютерные средства, с помощью которых конструируются твердотельные макеты, передающие все детали будущего сооружения без предварительного изготовления чертежей, а также плоские изображения, встраиваемые в фотоизображения окружающей среды.
Цели и задачи курса "Машинная графика"
С учетом изложенного, целью курса "Машинная графика" является формирование у студентов
знаний о теоретических основах машинной графики;
навыков работы с прикладными графическими системами;
умения применить знания прикладных графических систем к решению конкретной задачи или комплекса задач своей области;
представления о назначении, области применения, архитектуре, принципах работы систем, в том числе изучаемых.
Навыки в черчении и инженерной графике складываются из умения грамотно чертить, владеть основами построения чертежа, строить и "отмывать" тени, составлять чертежи на основе существующих стандартов "Отмывка" теней - это последовательное распределение световых пятен на чертеже с целью естественного восприятия проектируемого объекта.
Средства и методы инженерной графики и начертательной геометрии в последнее время широко используются в системах автоматизированного проектирования (САПР), конструирования (АСК) и технологии (АС 11111) изготовления сложных технических объектов.
Цель курса определила основные его задачи. Необходимо, чтобы студенты умели
грамотно строить чертежи в соответствии с ГОСТами ЕСКД, используя современные информационные технологии;
решать задачи начертательной геометрии, возникающие при проектировании того или иного объекта, с применением соответствующих прикладных систем;
самостоятельно выполнять на компьютере задания, используя основные функции инструментальных программных средств, прикладных программ.
Выше было отмечено, что одним из требований работодателей, касающимся компьютерной подготовки, является грамотное обращение с аппаратурой, обязательное владение конкретными программными средствами, умение ориентироваться в многообразии прикладных пакетов автоматизированного проектирования. Поэтому немаловажным является выбор прикладных систем, применяемых в обучении.
Если бы на сегодняшний система автоматизированного проектирования была одна, то на этом параграф можно было бы закончить. Но поскольку, как уже было упомянуто в гл.1, таких систем множество, то важно из существующих на сегодняшний день пакетов прикладных программ выбрать наиболее приемлемые.
Рассматриваемая проблема содержит ряд методических аспектов, по которым производится выбор тех или иных прикладных систем. В современных условиях при наличии огромного числа систем различной направленности эти аспекты являются достаточно актуальными [44].
При выборе графических систем автоматизированного проектирования были приняты следующие основные критерии -графические системы должны быть
лицензионными в соответствии с действующим законодательством РФ и подтверждены соответствующими документами [107];
наиболее распространенными среди проектировщиков и в тоже время соответствовать тем задачам, которые планируется выполнять с их помощью;
удовлетворять требованиям отечественных ГОСТов ЕСКД
соответствовать мощностям вычислительной техники, имеющейся в вузе;
иметь перспективу расширения, учитывая то, что любые разработки быстро устаревают в связи с высокими темпами развития вычислительных и программных средств;
доступными по цене.
Анализ результатов преподавания курса "Машинная графика"
Для проверки влияния разработанного содержания курса "Машинной графики" на уровень профессиональной информационной подготовки специалистов строительного профиля были проанализированы результаты двух контрольных работ у студентов 3-го курса ННГАСУ, обучавшимся по специальности: "Промышленное и гражданское строительство" - 2 группы по 28 чел. - в 1996-1997 учебном году . Всего в эксперименте приняли участие 56 студентов. Первая группа студентов обучалась со 2 по 3 курс по традиционной методике, вторая - по экспериментальной.
Первый контрольный срез был проведен перед изучением геометро-фафических дисциплин, чтобы проверить, нет ли различий в предварительной подготовке по черчению, начертательной геометрии и машинной графике у студентов контрольной и экспериментальной групп.
Второй - после обучения геометро-графическим дисциплинам, для того, чтобы выявить отличия в уровне овладения знаниями и умениями по черчению, начертательной геометрии и машинной графике.
Для получения контрольных срезов были проведены по одной контрольной работе в контрольной и экспериментальной группах.
Целью контрольной работы была проверка уровня знаний, умений и навыков черчения, начертательной геометрии. Контрольная работа включала три задания.
-на проверку знаний принципов построения чертежа;
-на проверку умения решать прикладные задачи начертательной геометрии;
-на умение применить средства машинной графики для решения конкретной задачи.
При оценке результатов выполнения контрольной работы учитывались:
-умение читать чертеж;
-знание ГОСТов ЕСКД;
-грамотность выполнения чертежа:
-оптимальность выбранного метода решения задачи начертательной геометрии;
-оптимальность выбора средств машинной графики для решения поставленной задачи.
Оценка за каждое выполненное задание выставлялась по рейтинговой системе оценок, принятой в ННГАСУ (см. раздел 2.4) За каждую задачу студент мог получить от 0.0 до 5.0 баллов. Распределение оценок по соответствующим заданиям в каждой группе до и после эксперимента приведены в таблицах 12-15.
Для подтверждения достоверности полученных результатов педагогического эксперимента были использованы непараметрические методы математической статистики. Подтверждение или отклонение статистической гипотезы об эффективности разработанной методической системы осуществляется на основании определенного критерия проверки этой гипотезы. В данном случае был использован критерии Макначары [5, 112]. Этот критерий может быть использован для сравнения состояний некоторого свойства объектов двух независимых выборок в двух измерениях, например, до и после эксперимента. В тех случаях, когда имеются достаточные основания предполагать, что результаты второго измерения изучаемого свойства у одних и тех же объектов имеют тенденцию превышать (или, наоборот, быть меньше) результаты первичного измерения, для проверки гипотезы используется односторонний критерий. Математическая обработка результатов в соответствии с указанным критерием позволяет утверждать, что на уровне значимости а=0,05 выдвинутая гипотеза об эффективности разработанного содержания курса "Машинная графика" в процессе профессиональной информационной подготовки студентов строительных специальностей достоверна.
