Рекламодатель: ЗАО «Топ Системы»

ИНН 7726601967 ОГРН 1087746953557

Рекламодатель: АО «СИЭС Групп»

ИНН 7722146379 ОГРН 1027700367661

Рекламодатель: ООО «АТИМ»

ИНН 9710098156 ОГРН 1227700259863

Рекламодатель:
ООО «С3Д Лабс»

ИНН 7715938849 ОГРН 1127747049209

12 - 2010

Применение T-FLEX CAD для разработки электронных лабораторных работ по астрономии

Павел Петров МГТУ «МАМИ», доцент кафед­ры «Кузовостроение и обработка давлением»
Виктор Воронков МГТУ «МАМИ», инженер лаборатории Молодежного конструкторского бюро
Борис Сапрыкин Генеральный директор ООО «ИПК 3D Технология»
Мария Винник Генеральный директор ЗАО «Сельмашпроект»
Михаил Винник Зам. генерального директора ЗАО «Сельмашпроект»

В современных условиях одним из приоритетных направлений развития высшего профессионального образования является интеграция современных информационных технологий с образовательным процессом. Это касается не только традиционных форм высшего профессионального образования (очная, очно­заочная и пр.), но и новых форм обучения — дистанционного обучения (ДО).

Информатизация образования требует создания виртуальной среды, в которой можно было бы моделировать или воспроизводить все ранее освоенные человечеством формы и способы потребления и обработки информации***. К уникальным особенностям виртуальной информационной среды следует отнести мультимедийность, интеллектуальность, интерактивность, коммуникативность и возможность моделирования процессов и объектов. Для организации деятельности учащегося в виртуальной информационной среде разрабатываются различные виды учебно­методического обеспечения, в частности виртуальные лаборатории, электронные (виртуальные) конструкторы, интерактивные обучающие среды и т.д.

В данной статье рассматривается разработанный с применением современной САПР­системы комплекс электронных лабораторных работ по астрономии — «Астролаборатория», предназначенный для школ и колледжей. В качестве современной САПР­системы была выбрана система T­FLEX CAD. Именно такой выбор был сделан неслучайно.

Система T­FLEX CAD имеет уникальный функционал, позволяющий создавать конструкторскую документацию в соответствии с требованиями ЕСКД, трехмерные твердотельные и поверхностные модели, а также и прикладные программы для решения задач пользователя. Прикладные программы имеют стандартный для Windows­приложений интерфейс, могут быть интегрированы в среду T­FLEX CAD и позволяют управлять трехмерной моделью.

Учитывая перечисленные особенности, система идеально подходит для разработки образовательных ресурсов, в частности электронных лабораторных работ по школьному практикуму «Астрономия» (свидетельство о государственной регистрации № 2010620442).

«Астролаборатория» представляет собой комплекс электронных лабораторных (практических) работ, предназначенных для проведения практических занятий по астрономии и астрофизике в школах, колледжах и вузах. Версия 1.0 комплекса «Астролаборатория» является базовым уровнем.

В основе обучения лежит сценарий о последовательном возникновении, развитии и систематизации мира в результате эволюции Вселенной. При знакомстве с основами астрономии и астрофизики основной упор делается на активную деятельность обучаемых, связанную с выполнением различных заданий. Благодаря этому обучаемые представляют Вселенную как сверхсложную систему, состоящую их множества подсистем.

Рис. 1. Параметрическая 3D-модель камеры-обскуры: а — схема выполнения виртуального опыта; б — камера-обскура: выполнение замеров

а

Рис. 1. Параметрическая 3D-модель камеры-обскуры: а — схема выполнения виртуального опыта; б — камера-обскура: выполнение замеровб

Рис. 1. Параметрическая 3D-модель камеры-обскуры: а — схема выполнения виртуального опыта; б — камера-обскура: выполнение замеров

Рис. 2.  Интерфейс типовой лабораторной работы: а — страница «Введение»; б — страница «Заход солнца»а

Рис. 2.  Интерфейс типовой лабораторной работы: а — страница «Введение»; б — страница «Заход солнца»б

Рис. 2. Интерфейс типовой лабораторной работы: а — страница «Введение»; б — страница «Заход солнца»

Разработанный комплекс электронных лабораторных (практических) работ имеет три отличительные особенности:

  • интерактивность — в режиме реального времени пользователь моделирует опыты по наблюдению за небесными телами, явлениями либо физическими эффектами, моделирует работу приборов и выполняет расчеты (рис. 1);
  • дружественный и интуитивно понятный интерфейс каждой работы (рис. 2);
  • классический подход к построению лабораторной работы: краткие основы теории, постановка задачи для лабораторной работы, алгоритм выполнения и применяемое оборудование, проведение экспериментов, обработка результатов, контрольные вопросы (рис. 3).

Рис. 3. Меню лабораторной работы: а — страница «Введение»; б — страница «Пример»; в — страница «Пятна»; г — страница «График 1»; д — страница «Спил»; е — страница «Таблица № 1»; ж — страница «График 2»; з — страница «Контрольные вопросы» Рис. 3. Меню лабораторной работы: а — страница «Введение»; б — страница «Пример»; в — страница «Пятна»; г — страница «График 1»; д — страница «Спил»; е — страница «Таблица № 1»; ж — страница «График 2»; з — страница «Контрольные вопросы»

Рис. 3. Меню лабораторной работы: а — страница «Введение»; б — страница «Пример»; в — страница «Пятна»; г — страница «График 1»; д — страница «Спил»; е — страница «Таблица № 1»; ж — страница «График 2»; з — страница «Контрольные вопросы» Рис. 3. Меню лабораторной работы: а — страница «Введение»; б — страница «Пример»; в — страница «Пятна»; г — страница «График 1»; д — страница «Спил»; е — страница «Таблица № 1»; ж — страница «График 2»; з — страница «Контрольные вопросы»

Рис. 3. Меню лабораторной работы: а — страница «Введение»; б — страница «Пример»; в — страница «Пятна»; г — страница «График 1»; д — страница «Спил»; е — страница «Таблица № 1»; ж — страница «График 2»; з — страница «Контрольные вопросы» Рис. 3. Меню лабораторной работы: а — страница «Введение»; б — страница «Пример»; в — страница «Пятна»; г — страница «График 1»; д — страница «Спил»; е — страница «Таблица № 1»; ж — страница «График 2»; з — страница «Контрольные вопросы»

Рис. 3. Меню лабораторной работы: а — страница «Введение»; б — страница «Пример»; в — страница «Пятна»; г — страница «График 1»; д — страница «Спил»; е — страница «Таблица № 1»; ж — страница «График 2»; з — страница «Контрольные вопросы» Рис. 3. Меню лабораторной работы: а — страница «Введение»; б — страница «Пример»; в — страница «Пятна»; г — страница «График 1»; д — страница «Спил»; е — страница «Таблица № 1»; ж — страница «График 2»; з — страница «Контрольные вопросы»

Рис. 3. Меню лабораторной работы: а — страница «Введение»; б — страница «Пример»; в — страница «Пятна»; г — страница «График 1»; д — страница «Спил»; е — страница «Таблица № 1»; ж — страница «График 2»; з — страница «Контрольные вопросы»

Рис. 4

Рис. 4

Рис. 5. Параметрическая 3D-модель измерения толщины годового кольца: а  — общий вид; б — спил дерева со схемой замераа

Рис. 5. Параметрическая 3D-модель измерения толщины годового кольца: а  — общий вид; б — спил дерева со схемой замераб

Рис. 5. Параметрическая 3D-модель измерения толщины годового кольца: а — общий вид; б — спил дерева со схемой замера

Комплекс «Астролаборатория» включает в свой состав электронные лабораторные работы по следующим темам:

  • наблюдение Солнца (рис. 4);
  • солнечная активность (рис. 5);
  • орбита Луны (рис. 6);
  • орбита кометы Галлея (рис. 7);
  • попятное движение Марса (рис. 8);
  • эффект Доплера и вращение планет (рис. 9);
  • вращение Сатурна и его колец (рис. 10).

Рис. 6. Параметрическая 3D-модель измерения диаметра Луны

Рис. 6. Параметрическая 3D-модель измерения диаметра Луны

Рис. 7. Параметрическая 3D-модель построения орбиты

Рис. 7. Параметрическая 3D-модель построения орбиты кометы Галлея

Рис. 8. Параметрическая 3D-модель построения траектории попятного движения Марса

Рис. 8. Параметрическая 3D-модель построения траектории попятного движения Марса

Рис. 9. Отображение на 3D-модели: а — отраженного сигнала частотой 1,089 Гц; б — волн, соответствующих пикам мощности на графикеа

Рис. 9. Отображение на 3D-модели: а — отраженного сигнала частотой 1,089 Гц; б — волн, соответствующих пикам мощности на графикеб

Рис. 9. Отображение на 3D-модели: а — отраженного сигнала частотой 1,089 Гц; б — волн, соответствующих пикам мощности на графике

Рис. 10. Параметрическая 3D-модель, демонстрирующая замер линий спектра Сатурна и его колец: а — общий вид 3D-модели; б — разложение света в спектр для полоски в синей части спектраа

Рис. 10. Параметрическая 3D-модель, демонстрирующая замер линий спектра Сатурна и его колец: а — общий вид 3D-модели; б — разложение света в спектр для полоски в синей части спектраб

Рис. 10. Параметрическая 3D-модель, демонстрирующая замер линий спектра Сатурна и его колец: а — общий вид 3D-модели; б — разложение света в спектр для полоски в синей части спектра

Систематизация данных проведена в рамках каждой лабораторной работы. Структура каждой работы включает:

  • краткие основы теории по теме работы, представленные в виде мультимедийного ролика;
  • методику (последовательность) выполнения работы;
  • инструментарий для проведения виртуального эксперимента: моделирование изучаемого астрономического или астрофизического явления, происходящего в Солнечной системе либо во Вселенной; изучаемого оборудования, применяемого для регистрации этого явления;
  • инструментарий для обработки результатов виртуального эксперимента;
  • средства контроля знаний, осуществляемого в форме тестов.

«Оживление» пользовательского интерфейса стало возможным за счет наличия в системе T­FLEX CAD редактора макросов, редактора баз данных и редактора переменных.

Комплекс электронных лабораторных работ «Астролаборатория» позволяет решить следующие задачи:

  • развитие абстрактного мышления;
  • постановка практических (лабораторных) занятий;
  • изучение конструкции и устройства оборудования, применяемого в лабораторных курсах;
  • ознакомление с методиками проведения длительных опытов по наблюдению небесных тел.

Комплекс «Астролаборатория» не заменяет существующего материально­технического обеспечения учебного курса по астрономии, а является дополнительным методическим материалом, позволяющим повысить уровень усвоения учащимися школ и колледжей преподаваемого им материала.

Описанный в данной статье подход к построению электронных лабораторных работ ранее был опробован при разработке виртуального конструктора портативных станков для шлифования, фрезерования, сверления, разметки и гравировки (рис. 11).

Этапы создания рисунка на заготовке

а

Этапы создания рисунка на заготовке

б

Исходное положение маркера

Исходное положение маркера

Рисунок воспроизведен на 50%

Рисунок воспроизведен на 50%

Конечное положение маркера

Конечное положение маркера

Таким образом, T­FLEX CAD является универсальной системой САПР, предназначенной как для подготовки производства, так и для применения в системе образования в качестве инструментария для разработки электронных образовательных ресурсов. Комплекс «Астролаборатория» является наглядным тому подтверждением. Текущая версия комплекса «Астролаборатория» адаптирована для школ и колледжей, в которых преподают курс астрономии.


* Оспенникова Е.В. Е­дидактика мультимедиа: проблемы и направления исследования // Вестник ПГТУ. Серия «ИКТ в образовании».  2005.  Вып. 1.  С. 14­32.

САПР и графика 12`2010

Регистрация | Войти

Мы в телеграм:

Рекламодатель:
ООО «Нанософт разработка»

ИНН 7751031421 ОГРН 5167746333838

Рекламодатель: ЗАО «Топ Системы»

ИНН 7726601967 ОГРН 1087746953557