Учет степени сформированности чертежно-графической подготовки студентов-заочников на начальном этапе изучения начертательной геометрии

Независимо от формы обучения начертательная геометрия, как дисциплина чертежно-графического цикла, изучается на 1-ом курсе высших учебных заведениях, что предъявляет определенные требования к организации учебного процесса и качеству приобретаемых знаний. Изучение начертательной геометрии оказывается достаточно сложным для большинства студентов, особенно для тех, кто поступил на заочную форму обучения по специальности. При заочной форме обучения сокращается до возможного предела число часов, отводимых на лекционные и практические занятия, и превалирует удельный вес самостоятельной работы в межсессионный период. В связи с этим, наряду с общими проблемами адаптационного периода, весьма актуальной становится проблема подготовки к самостоятельной учебной деятельности, организации самостоятельной работы студентов-заочников.

Анализ опыта работы показывает: многие студенты не готовы к вузовскому уровню требований со стороны преподавателя, некоторые из них впервые сталкиваются с объективной сложностью чертежно-графической деятельности, многообразием ее законов, их проявлением и использованием на практике. После опроса, проведенного в 2007/08, 2008/09 и 2009/10 учебных годах, студенты-заочники определяют общий уровень сложности начертательной геометрии как высокий (92% опрошенных). Возникает необходимость проанализировать, почему начертательная геометрия является одной из трудно усваиваемых дисциплин? На наш взгляд, это можно объяснить следующими причинами:

1. Начертательная геометрия является для студентов новой (и по содержанию, и по методу) дисциплиной. У начертательной геометрии нет тесных связей с предметами, изучаемыми в средней школе.

2. Начертательная геометрия рассматривает вначале не какие-то определенные предметы, а абстрактные точки, прямые и плоскости, что требует соответствующей перестройки мышления обучаемых. Чертеж в начертательной геометрии занимает ведущее положение, при чем выполняется он не в аксонометрических, а в ортогональных проекциях и для уяснения требует определенных умственных усилий.

3. Начертательная геометрия в большинстве вузов изучается только в течение одного семестра. Это очень небольшой срок для изучения дисциплины, требующей большого внимания и сосредоточенности, абстрактного мышления.

4. Особую трудность для большинства студентов, изучающих курс начертательной геометрии, представляет мысленное оперирование пространственными фигурами. Развитие у студентов-заочников 1-го курса пространственных представлений, пространственного воображения и овладение пространственным мышлением – надежная основа для успешного изучения ими всех инженерных дисциплин по специальности. Практически все действующие в настоящее время программы по дисциплинам чертежно-графического цикла своей целью ставят развитие пространственного воображения студентов, необходимого для формирования творческого, эвристического мышления специалиста отрасли.

5. Положение усугубляется и тем, что изучается начертательная геометрия в течение первого семестра, т. е. тогда, когда студенты еще не научились слушать и конспектировать лекции, планировать и организовывать свою самостоятельную работу и досуг, свое рабочее место и т. д. И все это при такой специфической особенности начертательной геометрии, как большая взаимосвязь разделов программы, быстрое по ходу изложения нарастание сложности, требующее для понимания любого последующего раздела обязательного усвоения (понимания и удержания в памяти) содержания предыдущих разделов.

Таким образом, неподготовленность к обучению в вузе, незнание методики этого обучения, особенно резко выступающие при изучении начертательной геометрии, являются важными причинами трудностей в усвоении ее для многих студентов-заочников.

Уже на первых занятиях по начертательной геометрии при непосредственном контакте со студентами преподавателю важно определить их уровень знаний, умений и навыков, особенности пространственных представлений, воображения, мышления, работоспособность, чтобы единая для всех учащихся система обучения начертательной геометрии обеспечивала оптимальный результат усвоения учебного материала. Мы начали исследование с предварительной диагностики, направленной на установление исходного уровня познавательной деятельности каждого студента-заочника в начале изучения курса начертательной геометрии.

Констатирующий эксперимент проводился в течение 2007-2010 гг. на базе Смоленского филиала «Московского государственного университета путей сообщения» (опросом было охвачено 302 человека). Цель констатирующего эксперимента – определить фактический уровень графических знаний, умений и навыков у студентов-заочников, приступающих к систематическому изучению начертательной геометрии.

Нами была разработана серия экспериментальных заданий, направленных на выяснение фактического уровня графических знаний, умений и навыков у студентов-заочников.

Выбранные нами критерии помогли определить степень сформированности у студентов-заочников навыков выполнения чертежей, т. к. чтение чертежей в большей степени способствует развитию пространственных представлений обучающихся. С точки зрения дидактики формирование у учащихся умений и навыков чтения чертежей является существенным условием повышения эффективности учебного процесса на занятиях чертежно-графических дисциплин.

При разработке первой серии упражнений ставились задачи: уточнить и обобщить знания обучающихся об основных геометрических телах, их существенных и несущественных признаков. Испытуемым было предложено выделить среди демонстрируемых объектов многогранники, поверхности вращения и обосновать признак, по которому производился отбор. Сравнение результатов по годам свидетельствует о тенденции к снижению уровня знаний студентов-заочников об основных геометрических телах.

Результаты проведенной работы показали, что представление об основных геометрических телах у большинства студентов некачественное: путают понятия «призма» и «пирамида» (83% из числа опрошенных в 2009/10 гг.). Сравнивая ответы студентов-заочников по годам, приходим к выводу, что пирамиду и призму они представляют значительно хуже, чем остальные геометрические тела, затрудняются находить различия между этими многогранниками. За геометрическими телами, имеющих форму куба и прямоугольного параллелепипеда, было закреплено однозначное понятие «куб» (72%) и «прямоугольный параллелепипед» (69%). В результате студенты (100%) не установили четкую классификацию класса «призм» и не смогли правильно дать их второе название: прямоугольный параллелепипед – неправильная прямая четырехугольная призма, куб – правильная прямая четырехугольная призма.

У значительной части испытуемых (1/3) отсутствуют различия между плоскими и пространственными фигурами, например, сферу (шар) называют кругом (25-37%), куб – квадратом (19-28%), параллелепипед – прямоугольником, ромбом, параллелограмом (20-31%). Треугольником называют треугольную пирамиду (34-41%), призму (38-42%) и конус (7-11%). Студенты-заочники затруднялись находить различия между телами вращения – конусом и сферой (40%), конусом и цилиндром (10%), что свидетельствует о неумении выявлять их существенные и нехарактерные признаки, называя отличительной особенностью различную площадь и радиусы оснований. Многие путались в терминологии: грани геометрических тел называли сторонами (68%). Анализ ответов показал, что многие обучающиеся не владеют принятой терминологией. Данные настораживают, т. к. около 1/3 студентов-заочников, приступающих к систематическому изучению начертательной геометрии, не знает призмы и прямоугольного параллелепипеда, а 1/4 часть не знает пирамиды и конуса.

На основании полученных результатов был сделан вывод: у значительного количества студентов-заочников не выработано четкого и осознанного представления о характерных особенностях геометрических тел, их различии, закрепления терминов за соответствующими геометрическими телами.

Выполнение упражнений второй и третьей серии позволило выявить у студентов-заочников умения и навыки анализа геометрической формы детали на основе восприятия ее аксонометрической проекции, знания правил ее построения и представлять наглядное изображение детали по ее словесному описанию. Учащиеся должны правильно видеть геометрические тела, образующие форму данного предмета, пространственную взаимосвязь этих геометрических тел. Приобретаемая тем самым специфическая избирательность восприятия обеспечит в сознании обучающихся надежную связь между реальным объектом и его графическим изображением. Сформированные умения анализировать форму предмета по аксонометрическому изображению и по словесному описанию служат необходимой ступенью к последующему разделу системы – чтению чертежей в системе ортогональных проекций.

В ходе исследования было установлено, что 89% студентов-заочников не умеет оперировать пространственными образами геометрических тел при выявлении формы предмета, представленного наглядным изображением и 90% испытуемых не нарисовали образа детали на основании словесного описания ее формы. Данный эксперимент показал, что процесс анализа («расчленения») формы детали на образующие его геометрические тела вызывает затруднения для большинства студентов, а допущенные ошибки являются следствием неполных знаний и представлений о геометрических телах и фигурах, у большинства обучающихся отсутствует закрепление термина за геометрическим телом. Таким образом, затруднения, возникшие у большей части студентов при выполнении первой серии заданий не позволили справиться с анализом формы модели по наглядному изображению и по словесному описанию, образованной сочетанием небольшого количества геометрических тел.

Четвертая серия упражнений направлена на выявление у студентов-заочников умений и навыков построения комплексного чертежа по наглядному изображению детали и выбора главного вида. При выполнении студентами-заочниками упражнения четвертой серии большое значение имеют знания о том, какими геометрическими фигурами отображаются на чертеже те или иные геометрические тела, образующие форму детали. Результаты исследования показали, что большинство испытуемых (91%) не справилось с заданием. К этой категории работ были отнесены и чертежи тех испытуемых, которые совсем не смогли построить ортогональные проекции детали (25%). У многих (48%) не верно выбран главный вид предмета и отсутствует проекционная связь между проекциями (18% из числа опрошенных). Таким образом, большая часть испытуемых затрудняется в выборе главного вида и в определении направления взгляда для изображения видов детали.

Пятая и шестая серии упражнений направлены на выявление у студентов-заочников умений и навыков чтения чертежей. В чтении чертежа ведущую роль играет наблюдение, в котором объединяются как чувственные, так и логические стороны познавательной деятельности. К важнейшим структурным компонентам процесса чтения чертежа относятся пространственные представления. Значение их определяется, прежде всего, необходимостью представить трехмерный реальный предмет на основе восприятия его плоского изображения.

Пятая серия включает упражнения на: анализ геометрической формы предмета, заданного двумя проекциями и построение недостающей проекции.

Центральной проблемой, возникающей при обучении чтению чертежей в системе проекций, является формирование у школьников умений и навыков создавать единый образ предмета на основе восприятия его видов (проекций). С каждым годом увеличивается количество работ, в которых растет количество ошибок в построении недостающего вида (с 79% до 89 %).

В шестой серии упражнений возможность создания единого образа объекта по его графическому изображению обуславливается способностью человека представлять предметы в ситуации, когда на него непосредственно действуют лишь отдельные признаки данных предметов. Осознание формы предмета по чертежу представляет значительную трудность для многих студентов-заочников (с 76% до 87% из числа опрошенных). Это можно объяснить тем, что для формирования образа предмета по чертежу важна деятельность представления. При создании тех или других образов обучающиеся опираются на свои знания и опыт. Например, они должны знать, какими геометрическими фигурами отображается на чертеже то или иное геометрическое тело.

В результате анализа графических работ седьмой серии, следует особо отметить неумение 1/2 части студентов-заочников (с 50% до 67%) назначать и наносить размеры на комплексном чертеже. 1/3 учащихся затруднялась назвать габаритные размеры. На вопрос, какие размеры считаются габаритными, у 62 учащихся (20%) прозвучал ответ: самые большие размеры детали. Кроме высоты, ширины и длины, 38 учащихся (13%) называли толщину, диаметр, угол, радиус. Таким образом, подавляющая часть испытуемых не умеет определять габаритные размеры детали.

Следует отметить, что лишь 9% испытуемых качественно овладели чертежно-графическими знаниями и умениями.

Проведенная экспериментальная работа показала:

– большая часть студентов-заочников не готова к восприятию начертательной геометрии, необходимо на стартовом этапе обучения начертательной геометрии проводить работы по обобщению и «выравниванию» знаний о геометрических телах и фигурах;

– студенты-заочники нуждаются в обучении анализу геометрической формы объекта как основы понимания его конструкции и умения читать чертежи;

– студенты-заочники, приступающие к систематическому изучению начертательной геометрии, нуждаются в развитии их пространственных представлений, пространственного воображения, мышления.

В результате резкого снижения качества чертежно-графической подготовки, в высших профессиональных учебных заведениях возникли значительные проблемы с обучением студентов-заочников начертательной геометрии (недостаточность развития пространственных представлений и воображения, пространственного логического мышления, отсутствие базовых знаний по курсу черчения), что не способствует совершенствованию и эффективности подготовки технических кадров страны.

Изменения, происходящие в обществе, показывают, что снижение технических знаний и низкое освоение школьниками графических способов передачи информации негативно отражается на готовности учащихся к обучению начертательной геометрии в высших учебных заведениях. Решением данных проблем должно стать усиление внимания к дисциплинам чертежно-графического цикла, увеличение часов на их преподавание в школах и вузах, введение дополнительного вспомогательного курса и вступительного экзамена по черчению.