МОДЕЛИРОВАНИЕ КАК СРЕДСТВО РАЗВИТИЯ ПРОСТРАНСТВЕННОГО МЫШЛЕНИЯ Брикалова Е.А.,Горюнова И.А.,Корягина О.М.

Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана


Номер: 10-1
Год: 2016
Страницы: 51-55
Журнал: Актуальные проблемы гуманитарных и естественных наук

Ключевые слова

система Autodesk Inventor, пространственное мышление, моделирование, пространственные образы, чертеж, модель, Autodesk Inventor, spatial thinking, modeling, spatial images, drawing, model

Просмотр статьи

⛔️ (обновите страницу, если статья не отобразилась)

Аннотация к статье

В статье рассмотрены основные направления и средства развития пространственного мышления. Подчеркнута роль моделирования в формировании пространственных представлений, как компонента пространственного мышления. На примере объемного моделирования в системе Autodesk Inventor показано, как одновременная работа с моделью и чертежом облегчает мысленное воспроизведение пространственных объектов, его структуры и ориентации в пространстве.

Текст научной статьи

Роль пространственного мышления в овладении различными видами деятельности возросла в связи с широким использованием графического моделирования, позволяющего наглядно выявлять и описывать исследуемые теоретические зависимости, прогнозировать их проявление в различных областях науки и техники. Пространственное мышление - важный познавательный психический процесс, определяющий развитие интеллекта и представляющий собой вид мыслительной деятельности, в ходе которого создаются пространственные образы, и происходит оперирование ими для решения различных задач. Хорошо развитое пространственное мышление необходимо для освоения многих творческих профессий, где нужно умение представлять образы, менять в воображении пространственные объекты. Особое значение пространственное мышление имеет в различных видах конструктивно-технической, изобразительной, графической деятельности. Развитие систем автоматизированного проектирования (САПР) привело к созданию пакетов трехмерного моделирования: Компас 3D, SolidWorks и Autodesk Inventor. Возможность в САПР не только выполнять конструкторскую документацию, но и создавать и изучать электронные геометрические модели простых и сложных тел и их комбинаций является основным шагом в развитии пространственного мышления. Использование в процессе решения различных задач компьютерного моделирования в системе Autodesk Inventor предполагает переход от двухмерных (плоскостных) изображений к трехмерным (объемным) и от условно-схематических к наглядным. Развитие пространственного мышления, знания свойств плоских и пространственных геометрических фигур, алгоритмов решения различных позиционных и метрических задач - все это необходимо для создания различных технических форм, получения традиционных чертежей в системе трехмерного компьютерного моделирования Autodesk Inventor. В качестве объектов изображения выступают нередко не отдельные предметы, а их наиболее общие (конструктивные, функциональные) свойства, объединяющие предметы разного класса и назначения (например, сборочные чертежи, рабочие чертежи деталей). В ходе решения задач, требующих оперирования пространственными отношениями, необходимо произвольно изменять систему отсчета: отвлекаться от одной и переходить на другую, заданную условиями задачи или выбранную самостоятельно. Так, например, при создании чертежа в двух видах, содержание изображения одного и того же объекта будет различным в зависимости от избранной системы отсчета (выбора главного вида). На рис. 1а представлена 3-D модель детали [1, 43], созданная в системе Autodesk Inventor, а на рис.1 б чертеж этой детали в двумерной плоскости. а б Рис. 1. 3D- модель детали и ее чертеж: а- объемная модель; б- чертеж в двумерной плоскости При создании образа мысленному преобразованию подвергается наглядная основа, на базе которой образ возникает. При оперировании образом мысленно видоизменяется уже созданный на этой основе образ, нередко в условиях полного отвлечения от него. И в том, и другом случае имеет место преобразование первичных образов, но условия этого преобразования разные. В первом случае оно опирается на восприятие, узнавание, опознание объемов, заданных графически, во втором - базируется на умении осуществлять требуемые пространственные преобразования в умственном плане, по представлению. На рис.2 а представлена объемная модель [2,102; 3,73], объясняющая построение касательной плоскости и нормали к поверхности конуса в точке А, а на рис.2 б - чертеж в двумерной плоскости, все построения которого осуществляются на пространственных преобразовании в умственном плане. а б Рис. 2. Построение касательной плоскости и нормали к поверхности конуса в точке А: а- объемная модель; б- чертеж в двумерной плоскости n- нормаль; n ′ и n ′′- горизонтальная и фронтальная проекции нормали; t1 и t2 - касательные к образующей и окружности, проходящей через точку А; t1′ и t1′′ горизонтальная и фронтальная проекции касательной t1; t2′ и t2′′ горизонтальная и фронтальная проекции касательной t2. Повышение теоретического содержания знаний, использование метода графического моделирования и структурного анализа в изучении явлений объективной действительности приводит к тому, что в процессе деятельности приходиться постоянно оперировать пространственными образами, перекодировать их, что создает принципиально новые требования к развитию пространственного мышления. Образы, формируемые на основе различных графических моделей, имеют иную психологическую природу, чем те, которые возникают на основе наглядных изображений конкретных предметов. По своему содержанию и функциям они скорее приближаются к понятиям, чем к представлениям-иллюстрациям. Модель, подготовленная в системе Autodesk Inventor, представляет собой цифровой 3D-прототип изделия, с помощью которого можно проверять конструкцию в действии параллельно с ведением конструкторских работ. Применение цифровых прототипов для конструирования, визуализации и тестирования продукции обеспечивает эффективный обмен проектной информацией, сокращение количества ошибок [4,50]. На рис.3 а рассмотрена виртуальная модель, объясняющая способ замены плоскостей проекций, а на рис. 3 б- чертеж этих преобразований в двумерной плоскости. Рис. 3. Замена плоскостей проекций: а- объемная модель; б- чертеж в двумерной плоскости. h- горизонталь; h′-горизонтальная проекция горизонтали и h′′- фронтальная проекция горизонтали; А′В′С′ - горизонтальная проекция треугольника АВС; А′′В′′С′′- фронтальная проекция треугольника АВС; П1- горизонтальная плоскость проекций; П2 - фронтальная плоскость проекций; П3 -новая плоскость проекций, перпендикулярна плоскости треугольника АВС; А′′′В′′′С′′′- проекция треугольника АВС на плоскость П3.; h′′′- проекция горизонтали на плоскость проекций П3; П4 - плоскость проекций, параллельная проекции треугольника АВС на плоскость П3 - А′′′В′′′С′′′ и перпендикулярная плоскости П3; ∆ АIVВIVСIV- проекция треугольника АВС на плоскость П4.; hIV- проекция горизонтали на плоскость проекций П4. На рис.4 а- дано изображение объемной модели, объясняющей метод вращения плоскости ∆АВС вокруг горизонтали [ 5,61; 6,37], а на рис. 4 б- чертеж в двумерной плоскости. а б Рис.4. Вращение плоскости ∆АВС вокруг горизонтали (h): а- объемная модель; б- чертеж в двумерной плоскости. ∆ А′В′С′- горизонтальная проекция ∆ АВС; ∆ А′′В′′С′′- фронтальная проекция ∆ АВС; h′, h′′-проекции линии уровня (линии параллельной горизонтальной плоскости проекций); i′, i′′- проекции оси вращения; h0α - плоскость вращения (плоскость, перпендикулярная оси вращения). Таким образом, наиболее эффективными средствами развития пространственного воображения являются: моделирование проектируемых деталей в системе автоматизированного проектирования, грамотное чтение чертежа и его выполнение по созданной объемной модели. Эти средства приводят к наилучшим результатам, если они используются систематически и в комплексе.

Научные конференции

 

(c) Архив публикаций научного журнала. Полное или частичное копирование материалов сайта возможно только с письменного разрешения администрации, а также с указанием прямой активной ссылки на источник.