Применение T-FLEX CAD для разработки электронных лабораторных работ по астрономии
Автор: Петров П.А., Воронков В.И., Сапрыкин Б.Ю., Винник М.А.
Петров П.А.
Москва, МГТУ «МАМИ»
Воронков В.И.
Москва, МГТУ «МАМИ»
Сапрыкин Б.Ю.
Москва, ООО «ИПК «3Д-Технология»
Винник М.А.
Москва, ЗАО «СЕЛЬМАШПРОЕКТ»
Петров П.А.
Москва, ЗАО «СЕЛЬМАШПРОЕКТ»
В современных условиях, одним из приоритетных направлений развития высшего профессионального образования является интеграция современных информационных технологий с образовательным процессом. Это затрагивает не только традиционные формы высшего профессионального образования (очная, очно-заочная и пр.), но и новые формы обучения – дистанционное обучение (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 [1]. К уникальным особенностям виртуальной информационной среды следует отнести мультимедийность, интеллектуальность, интерактивность, коммуникативность и возможность моделирования процессов и объектов. С целью поддержания деятельности учащегося в виртуальной информационной среде, разрабатываются различные виды учебно-методического обеспечения, в частности, виртуальные лаборатории, электронные (виртуальные) конструкторы, интерактивные обучающие среды и т.д.
В данной статье рассматривается разработанный с применением современной САПР-системы комплекс электронных лабораторных работ по астрономии – «Астролаборатория», предназначенный для школ и колледжей. В качестве современной САПР-системы выбрана система T-FLEX CAD. Такой выбор был сделан не случай.
Система T-FLEX 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 Windows-приложений интерфейс; могут быть интегрированы в среду T-FLEX CAD; 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. Текущая версия «Астролаборатория» – версия 1.0 – 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 работ. Благодаря выполнению работ, обучаемые представляют Вселенную как сверхсложную систему, состоящую их множества подсистем.
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 (рисунок 1);
|
|
| схема выполнения виртуального опыта | схема выполнения виртуального опыта |
| Рисунок 1 – 3Д-параметрическая модель камеры Обскура | |
- дружеский пользователю и интуитивно понятный интерфейс каждой работы (рисунок 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 (рисунок 3).
|
|
| Страница «Введение» | Страница «Заход Солнца» |
| Рисунок 2 – Интерфейс типовой лабораторной работы | |
|
|
| Страница «Введение» | Страница «Пример» |
|
|
| Страница «Пятна» | Страница «График 1» |
|
|
| Страница «Спил» | Страница «Таблица №1» |
|
|
| Страница «График 2» | Страница «Контрольные вопросы» |
| Рисунок 3 – Меню лабораторной работы | |
Комплекс «Астролаборатория» включает в свой состав электронные лабораторные работы по нижеследующим темам:
- наблюдение Солнца;
|
- солнечная активность;
|
|
| общий вид | спил дерева с схемой замера |
| 3Д-параметрическая модель измерения толщины годового кольца | |
- орбита Луны;
|
| 3Д-параметрическая модель измерения диаметра Луны |
- орбита кометы Галлея;
|
| 3Д-параметрическая модель построения орбиты кометы Галлея |
- попятное движение Марса;
|
| 3Д-параметрическая модель построения траектории попятного движения Марса |
- эффект Доплера и вращение планет;
|
|
|
Отображение на 3D модели отражѐнного сигнала частотой 1,089Гц |
Отображение на 3D модели волн, соответствующих пикам мощности на графике |
- вращение Сатурна и его колец
|
|
| Общий вид 3Д-модели |
Разложение света в спектр, для полоски в синей части спектра |
|
3Д-параметрическая модель, моделирующая замер линий спектра Сатурна и его колец |
|
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 T-FLEXCADредактора 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 существующее материально-техническое обеспечение 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 был ранее опробован при разработке виртуального конструктора портативных станков для шлифования, фрезерования, сверления, разметки, гравировки (рисунок 4).
|
| а) сверлильный станок |
|
| б) разметочный станок |
|
|
|
|
исходное положение маркера |
рисунок воспроизведен на 50% |
конечное положение маркера |
| Рисунок 4 – Этапы создания рисунка на заготовке | ||
Таким образом, разработка комплексов электронных лабораторных работ на базе системы T-FLEX CAD может быть практически для любого образовательного курса в рамках
Таким образом, система T-FLEX 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 подтверждением сказанному. Текущая версия комплекса
«Атролаборатория» адоптирована для школ и колледжей, в которых преподают курс астрономии.
Литература
1. Оспенникова Е.В. Е-Дидактика мультимедиа: проблемы и направления исследования. // Вестник ПГТУ. Серия «ИКТ в образовании». – 2005. – Вып. 1. – с. 14-32.
Загрузить статью