УДК 372.8:514.18
К ВОПРОСУ О РАЗВИТИИ ПРОСТРАНСТВЕННОГО ВООБРАЖЕНИЯ
Филиал КузГТУ в г. Белово
Чаще всего пространственные представления об окружающем мире формируются на житейском опыте, которые затем перерастают в понятия. Формально изучение геометрических моделей начинается в школе, хотя еще в результате дошкольного образования дети учатся писать и считать с помощью кружочков, палочек и других геометрических образов. Традиционно формирование пространственных геометрических представлений у детей и изучение геометрических законов в школе проходит в рамках уроков геометрии, черчения, рисования и дизайна. Учебный предмет черчение вместе с рисованием относили к образовательной области искусство, а затем черчение отнесли к образовательной области технология. Изучение свойств пространственных фигур, относясь к разделу стереометрии, имеет место в старших классах, в конце обучения в школе, а изучение правил и способов изображения деталей, образованных их сочетанием приходится уже на уроки черчения. При изучении изобразительного искусства детям необходимы основные понятия центральных проекций – перспективы, которая изучается в вузах на архитектурно-строительных специальностях. При изучении черчения школьникам необходима теория образования формы деталей, которая изучается в вузах на механических специальностях. Был период, когда в школе совсем не изучали черчение. Теоретическую основу дизайна составляет теория построений изображений и эстетика. В последние десятилетия в школьном курсе геометрии была тенденция к сворачиванию образного геометрического материала и увеличению аналитического аппарата и теоретико-множественных представлений. В технических вузах изучение способов геометрического изображения реальных объектов продолжается на кафедрах начертательной геометрии и графики. Пробел в школьной геометрической подготовке серьезно сказывается на подготовке инженеров. Сильно тревожит тенденция к снижению престижа инженерного творческого труда, конкурса в технические вузы, а также увеличение отсева студентов из них, именно, по причине не усвоения учебного материала по начертательной геометрии и инженерной графике из-за недостаточной школьной подготовки по геометрии и черчению. Четверть века произошло резкое сокращение количества часов, отводимых на изучении начертательной геометрии, а в педагогических вузах прекратили изучение проективной геометрии, изучающей более общие законы, чем школьный курс евклидовой геометрии. В вузовских учебных программах дисциплины начертательная геометрия и черчение были объединены в общий курс инженерной графики, где черчение логически не согласовывалось с разделами начертательной геометрии. В последние годы в учебных заведениях страны фактически свертывалась графическая подготовка, как в школе, так и вузе, имело место постоянное сокращение числа часов, отводимых на изучение черчения и начертательной геометрии. Развитие и совершенствование содержания и методики дисциплины "Компьютерная графика" находится в прямой зависимости от уровня геометрической культуры. Для оформления научных результатов традиционно используется только письменность и математические знаки и символы. Использование чертежей и рисунков допускается только в качестве наглядных иллюстраций. Анализ состояния графической подготовки школьников, являющийся стартовым плацдармом для обучения в вузе, показал, что она не отвечает требованиям времени и требует методологического переосмысления и реорганизации. Геометрическая некомпетентность серьезно сказывается на подготовке специалистов и их дальнейшей деятельности. Законы зрительного восприятия реальной действительности и геометрического моделирования достойны основательного изучения в школе и вузе. Оперирование образными графическими, схематическими и знаковыми моделями объектов, позволяющими в абстрактной, символической форме выражать соответствие объектов и их графических изображений, является неизменной функцией интеллектуальной деятельности специалистов высшей квалификации. Формирование пространственного мышления благодаря изучению основных геометрических законов, основанных на большом количестве графической информации, формирует пространственно-геометрическую логику мышления и оказывает максимальное влияние на сообразительность человека и его интуицию. В настоящее время наметилась тенденция интереса к развитию пространственных геометрических представлений. Ученых и педагогов волнуют психологические аспекты восприятия пространства, особенности формирования пространственных представлений. В зарубежной и отечественной практике появилось значительное количество новых авторских программ обучения, связанных с развитием представлений о форме предметов и о геометрических фигурах, воспитания и развития детей в детских дошкольных и школьных учреждениях. Сформировавшиеся геометрические представления закрепляются соответствующей терминологией. Пробел в геометрической культуре серьезно сказался на подготовке специалистов в вузах. В технических вузах изучение способов геометрического изображения реальных объектов продолжается на кафедрах начертательной геометрии и графики. В вузовских учебных программах дисциплины начертательная геометрия и черчение объединены в общий курс инженерной графики, где черчение логически не согласовано с разделами начертательной геометрии. Чертеж (язык техники) дает не только геометрическую информацию о форме деталей узла. По нему понимается принцип работы узла, перемещение деталей относительно друг друга, преобразование движений, возникновение усилий, напряжений, преобразование энергии в механическую работу и т. п. В техническом вузе чертежи и схемы имеют место во всех изучаемых общетехнических и специальных дисциплинах (теоретическая механика, сопротивление материалов, конструкционные материалы, электромеханика, гидравлика, технология машиностроения, станки и инструменты, теория машин и механизмов, детали машин, машины и оборудование и др.). Для передачи различной информации чертежи дополняют различными знаками и символами, а для их словесного описания используются новые понятия, в основу формирования которых положены фундаментальные понятия физики, химии и математики. Таким образом, геометрические модели становятся интегрирующим звеном естественных и технических учебных дисциплин. Любое производство или строительство невозможно без предварительной разработки технической документации. Неотъемлемой частью любого проекта являются чертежи. Несоответствие между быстрым развитием современной техники и сложностью проектирования с особой остротой проявилось в последние десятилетия. Создание систем автоматизированного проектирования на основе появившихся электронно-вычислительных машин позволило повысить производительность труда, квалификацию и творческую активность проектировщиков, освобождая их от выполнения рутинных операций. Для хранения, обработки и обмена графической информации между специалистами и ЭВМ существуют различные средства и приемы автоматизации кодирования и декодирования, называемые машинной графикой. В настоящее время разработано множество программных средств формирования и воспроизведения графических документов единой системы конструкторской и технологической документации, выполнения проектных работ. Автоматизация воспроизведения текстовых документов и плоских изображений не встречается с какими-либо принципиальными проблемами. А при разработке программ чтения и выполнения чертежей пространственных форм возникли большие трудности. Это обусловлено отсутствием четких формальных правил выполнения этих операций, сформулированных с математической строгостью и пригодных для создания алгоритмов и машинных программ. Неопределенность проекционных чертежей и отсутствие четких правил их чтения является существенным тормозом в деле автоматизации графических построений, т. к. без строгой формализации этих процессов их нельзя поручить машине. Для решения поставленных проблем необходимо соответствующее программное обеспечение, которое, в свою очередь, практически невозможно без специальной разработки законов и правил выполнения чертежей различных отраслей производства. Таким образом, необходим дальнейший анализ и систематизация численно знаковой информации на чертежах и дальнейшее развитие теории проекционного черчения. На основе описания мысленных операций, выполняемых инженером конструктором при чтении чертежа, необходимо разработать алгоритмы, описывающие эти процедуры, и составить перечь правил и приемов выполнения чертежей пространственных форм. Действующие единые системы конструкторской и технологической документации должны постоянно совершенствоваться и дополняться с учетом специфики автоматизированного проектирования. Анализ и систематизация численно знаковой информации на чертежах позволяет увидеть общие тенденции развития теории геометрического моделирования и систем автоматизированного проектирования для интенсификации процессов разработки и выпуска новых изделий. В век кибернетики и автоматизации на повестку дня встали вопросы формализации графических операций. Эффективность использования вычислительной техники и автоматизация производственных процессов во многом определяется развитием теории геометрического моделирования. Автоматизация процессов возможна только при их формальных описаниях и зависит от наличия эффективных математических моделей. В последнее время резко изменилось отношение к высшему инженерно-техническому образованию со стороны промышленности, общества и высших образовательных учреждений. Высшая техническая школа в экономически развитых странах стала рассматриваться как необходимое условие прогресса. Высшее техническое образование во многом определяет уровень культурного, социально-экономического развития общества, нации, влечет за собой совершенствование существующих и разработку новых систем профессионального образования, обеспечивающих повышение качества профессиональной подготовки специалистов. Создание системы профессионального непрерывного технического образования обеспечивает быструю адаптацию выпускников к условиям современного производства, социальную защищенность молодого специалиста на рынке труда, самореализацию инженеров в удовлетворении запросов общества.
Общие закономерности теории изображений и практические навыки оформления изображений с помощью чертежных инструментов, полученные в общеобразовательной школе, переосмысливаются в процессе последующего изучения фундаментальных положений начертательной геометрии и инженерной графики. В дальнейшем при изучении дисциплин общетехнического и специального цикла геометрические модели играют главную роль в интеграционных процессах между учебными процессами и являются основным фундаментом профессиональной деятельности будущего инженера. Сегодня проблема формирования геометрической и графической культуры находится не только в области теоретической, прикладной геометрии, компьютерной графики, но и философии, психологии, педагогики и других наук, так как имеет место тенденция к замене текстовой информации графическими знаками и символами, как более компактными и наглядными. С помощью символа, знака или условного обозначения заменяют различные объекты, факты, события и выражают целые понятия, воплощают образы, соответствующие событиям общественной, культурной и политической жизни. Формирование геометрической культуры в современном образовании происходит в основном на кафедрах начертательной геометрии и графики технических вузов. Это единственные островки кадрового потенциала, способного обеспечивать дальнейшее развитие геометрического моделирования. Начертательная геометрия с самого начала занимала особое место среди других наук, так как она сыграла роль переходного звена между физико-математическими науками и техническими. Изучение свойств поверхностей, их классификация и построение разверток относится к области начертательной и дифференциальной геометрий. Начертательная и дифференциальная геометрии развивались в тесной связи между собой, причем анализ в значительной степени вырос из задач геометрии, многие геометрические понятия предшествовали соответствующим понятиям анализа. Школьные и вузовские учебные программы должны быть согласованы и должны отражать современные достижения. Преодоление противоречия между существующей системой подготовки в школе, техникуме, вузе и будущей профессиональной деятельностью может быть решено изучением методов геометрического моделирования, что позволит интегрировать учебные дисциплины, сократить объем изучаемого связать их с практикой, формировать творческие способности. Для чего необходима подготовка и переподготовка педагогических кадров, совершенствование методики обучения и содержания образования, подготовка учебных пособий и учебных программ. Система непрерывного формирования геометрической культуры обеспечит повышение качества подготовки специалистов и их конкурентоспособность на рынке труда. Концептуальные подходы создания дисциплины «Геометрическое моделирование» в системе непрерывного образования апробировались на факультетах Кузбасского государственного технического университета, на курсах повышения квалификации учителей, в технической гимназии, учебных группах колледжей и гимназических классах общеобразовательных школ города Кемерово и области, а также при проведении районных, городских, областных, региональных и международных конкурсов и олимпиад.
