Обучение студентов электрических специальностей графическим дисциплинам

в среде Компас-3D

Т.С. Москалёва,

зав. каф., к.т.н., доц.,

О.М. Севостьянова,

к.пед.н., доц., ask@samgtu.ru,

СамГТУ, г. Самара

В работе представлена технология обучения студентов начертательной геометрии и инженерной графики в среде Компас-3D, способствующая переходу на качественно новый уровень преподавания графических дисциплин

The following paper introduces the technology of teaching an integrated course «Descriptive geometry and Computer graphics”. “Engineering and Computer graphics” with Kompas 3D

Большое влияние на профессиональное становление будущих инженеров электрических специальностей 140200, 140205, 140203, 140211 оказывают графические дисциплины, изучение которых закладывает основы знаний, необходимых для освоения других технических дисциплин. В условиях глобальной информатизации и компьютеризации требуется усовершенствовать процесс обучения студентов начертательной геометрии и инженерной графики внедрением компьютерных технологий.

Компьютерная подготовка в вузе, индивидуализируя обучение, способствует адаптации к профессиональной деятельности, сокращая ее сроки. Это достигается за счет погружения студентов в профессиональное пространство, под которым понимается педагогически целесообразно организованная компьютерная среда, формирующая готовность студентов к своей будущей профессиональной деятельности.

На кафедре «Инженерная графика» Самарского государственного технического университета разработаны интегрированные курсы «Начертательная геометрия и компьютерная графика» и «Инженерная и компьютерная графика». Компьютер применяется как новый графический инструмент при решении традиционных учебных задач и способствует переходу на качественно новый уровень преподавания графических дисциплин.

Практические занятия по интегрированным курсам проводятся в среде «Компас», включающий в себя два модуля: «Компас-График» двухмерного проектирования и «Компас-3D» трехмерного моделирования.

Начертательная геометрия является первой дисциплиной графического цикла, изучаемого в вузе. Решение задач по начертательной геометрии в среде Компас позволяет сократить время на выполнение задания и одновременно ознакомиться с основными инструментальными возможностями системы.

На первом практическом занятии студенты знакомятся с интерфейсом Компас-График, настройками формата, с примитивами: отрезок, вспомогательная прямая, окружность, задание параметров прямой и окружности, изменение стиля линии. Для обозначения точек, прямых, поверхностей студенты вводят буквы с индексами.

Для редактирования изображения геометрических элементов применяются команды: «Усечь кривую», «Выровнять по границе», «Сдвиг», «Копирование».

На втором практическом занятии по начертательной геометрии студенты готовы решать задачи на построение ортогональных проекций точек в Компас-График. Для построения горизонтальной и фронтальной проекции точки применяется команда «Параллельные прямые», а для построения профильной проекции точки вводятся «Параллельные прямые» с использованием геометрического калькулятора. Проекции точки изображаются окружностями, а линии связи – прямыми, со стилем линии «Тонкая».

На третьем занятии студенты решают задачи на тему «Прямая». Условия задач представлены в рабочей тетради, созданной в электронном виде в Компас-График. Одновременно студенты знакомятся с командами «Точки на кривой», «Перпендикулярная прямая».

На четвертом занятии студенты выполняют задания на тему: «Плоскость. Прямая и точка в плоскости». При решении задач студенты применяют новую команду «Непрерывный ввод объектов».

На пятом и шестом практическом занятии решаются задачи на тему: «Взаимное положение прямой и плоскости, двух плоскостей». Новыми командами, применяемыми студентами, являются «Разбить кривую», «Штриховка», «Заливка цветом».

На седьмом, восьмом и девятом занятии студенты решают задачи на замену плоскостей проекций и метрические задачи.

Начиная с десятого практического занятия, студенты изучают 3D моделирование в системе Компас. Получив поверхности способом выдавливания или вращения (призму, пирамиду, конус, цилиндр, тор, сферу), студенты применяют эти 3D модели на последующих практических занятиях при решении позиционных задач.

На 11 - 16 занятиях студенты решают задачи по темам: «Пересечение поверхностей плоскостью и прямой линией», «Пересечение поверхностей» в Компас-График, а затем проверяют решение с помощью моделей, созданных в Компас-3D.

Решая задачи по начертательной геометрии, студенты одновременно приобретают навыки работы с системой Компас.

Большую часть заданий преподаватель принимает в электронном виде, а домашнее задание можно представить на листах формата А4 в соответствующем масштабе и распечатанных с помощью принтера.

На кафедре «Инженерная графика» компьютерные технологии применяются не только на практических занятиях, но и на лекциях, а также в процессе самостоятельной работы студента. Для этой цели разработаны мультимедийные программы по курсу начертательной геометрии. Учебный материал дозируется на определенные порции - укрупненные дидактические единицы, представленные на слайде. Графические изображения – комплексные чертежи и 3D-модели, выполнены в Компас-График и Компас-3D. Предъявляемая учебная информация структурирована таким образом, чтобы каждая порция информации обеспечивала изучение какого-либо одного существенного признака изучаемого объекта, абстрагируясь от других его признаков, что способствует успешности таких логических операций мышления как анализ, сравнение, абстракция. Использование анимированных фрагментов позволяет наглядно представить весь изучаемый материал, сконцентрировать внимание на отдельных наиболее трудных местах, многократно повторить его быстро, без больших временных и энергетических затрат. Наглядность и красочность образно представленной информации концентрирует внимание обучаемых и снижает потребность в волевом регулировании процессов восприятия и осмысления. Учебный материал проецируется с помощью видеопроектора на большой экран.

Обучающие мультимедийные программы применяются и в качестве «компьютерного консультанта», при подготовке студентов к практическим занятиям и к экзаменам. Для этого используются гиперссылки между кадрами и «горячие» кнопки. В этом случае студент перестает быть пассивным получателем информации и становится активным участником учебного процесса. Программы работают как в ручном, так и автоматическом режиме. Это позволяет самим студентам выбирать темп работы. Для лучшего усвоения содержания, в обучающие программы введены звуковые файлы. Такие программы дают возможность организации многократных повторений, высокую доступность изучаемого материала и создает оптимальные условия формирования у студентов прочных знаний.

Для изучения студентами интегрированного курса «Инженерная и компьютерная графика» на кафедре разработан дидактический материал, состоящий из заданий-модулей. Система заданий обеспечивает гарантированное усвоение учебного материала определенным контингентом студентов на заданном уровне. Задания выполняются студентами в Компас-График. Наиболее «продвинутым» студентам электротехнических специальностей предлагается создать в Компас-3D модели комплектных устройств высокого напряжения, короткозамыкателей, отделителей, разъединителей и т.д. Получив задание, студенты самостоятельно изучают конструкцию и принцип работы устройств, а также определяют какими операциями можно создать базовые элементы модели в Компас-3D. Такие задания развивают познавательные навыки студентов, умения самостоятельно конструировать свои знания, ориентироваться в информационном пространстве, развивать критическое и творческое мышление, умение увидеть, сформулировать и решить проблему.

Например, для создания шкафа КРУН (комплектного распределительного устройства наружной установки) применяется «Листовое тело». Создание листовой детали начинается с эскиза, в котором задается толщина и коэффициент нейтрального слоя. К созданному телу добавляют другие элементы листового тела: сгиб, отверстия, жалюзи, закрытая штамповка и т.д.

Контакты, измерительные трансформаторы тока, заземляющий разъединитель, сборные шины создаются при помощи операций выдавливания, вращения, кинематической операции, операции по сечениям, линейных и круговых массивов и т.д.

Заключительным этапом создания модели шкафа КРУН является сборка готовых компонентов и моделей стандартных изделий. Для представления сборки шкафа в разобранном виде применяется «Разнесение компонентов». Для этого устанавливаются параметры разнесения: направление и величина разнесения компонентов.

Работа с трехмерными моделями позволяет получать полную информацию о геометрии конструкции, производить осмотр объекта с разных точек зрения, изучать взаимодействие отдельных частей устройства в процессе его работы.

Созданные модели электротехнических установок могут быть использованы для получения ассоциативных видов: стандартных видов, разрезов, сечений, выносных элементов и т.д.

Изучая курс «Инженерная и компьютерная графика студенты приобретают навыки работы с рабочими чертежами детали, с образцами деталей и сборочных единиц, а также со сборочными чертежами. Конечно, как будущим инженерам, им это необходимо, но в тоже время, для них не менее важно научиться чертить электрические и электронные схемы в Компас-График. Для этой цели применяются библиотеки.

Библиотека ESK 6.1 содержит несколько тысяч графических обозначений, распределенных по каталогам: устройства, приборы, источники питания, реле, трансформаторы, диоды, транзисторы и т.д.

Библиотека имеет удобный пользовательский интерфейс. Для выбора каталогов и элементов служат отдельные кнопочные панели. Выбранное для отрисовки графическое обозначение изображается на экране в виде "фантома", с базовой точкой на курсоре и фиксируется на указанное пользователем место. Созданное обозначение является макроэлементом, которое можно разрушить на отдельные элементы.

Окно параметров отрисовки позволяет: включать режим смены базовой точки обозначения элементов; отображать фантом обозначения зеркально на оси X или на оси Y, относительно исходного положения обозначения; поворачивать обозначения вверх, вниз, вправо, влево и.т.д.

Библиотека «Релейная защита и подстанционная автоматика» предназначена для автоматизации вычерчивания принципиальных схем устройств РЗА, содержит условные обозначения основных комплектов релейной защиты на постоянном и переменном оперативном токе, а также условные обозначения комплектов уставок защит.

Библиотека «Автоматизация технологических процессов» содержит графическое изображение контрольно-измерительных приборов и приборов и средств автоматизации технологических процессов.

Библиотека «Коммутационные устройства» содержит графическое изображение коммутационных устройств на электрических схемах главных и вспомогательных цепей электроснабжения.

Изучив виды и типы схем, правила выполнения схем, условные графические обозначения элементов схем, студентам выдается структурная схема. К заданию прилагается перечень элементов, с указанием названия и номера ГОСТа, где можно отыскать условное обозначение.

Применяя библиотеки Компас, студенты вычерчивают принципиальную электрическую схему по всем правилам и стандартам ЕСКД. Над основной надписью размещается таблица, которая состоит из граф, в которые вписываются все элементы схемы, их обозначение, название, количество и примечание.

Электротехнические библиотеки в Компас-График позволяют студентам легко начертить электрические схемы, согласно требованиям ГОСТ.