Введение.

В современной инженерном образовании в рамках бакалаврской ступени (академический бакалавриат) особое внимание уделяется формированию наиболее общих компетенций, определяющих способности выпускника анализировать и синтезировать различные геометрические объекты, а также решать конструкторские задачи, связанные с созданием  типовых и нетиповых технических объектов, отражаемых в форме чертежей и различных зависимостей.

В разках учебной дисциплины «Начертательная геометрия и инженерная графика» начинается формирование указанных графических компетенций, направленных на формирование и развитие пространственного представления и воображения, а также конструктивно-геометрического мышления.  В предыдущих наших исследованиях рассматривались особенности организации обучения на основе модульного подхода студентов вузов по техническим дисциплинам [3, 7, 12], а также организация модульного обучения рабочих кадров в условиях предприятий России и за рубежом [1,  4, 8, 9, 10].

Комплексно рассматривались подходы к оценке компетенций студентов вузов и колледжей  по техническим дисциплинам с применением  метода взвешенных оценок [5, 6].

Особенности применения предметно-деятельностного подхода к организации учебного процесса в образовательных организациях рассматривались в работах П.А. Юцявичене, Н.В. Бородиной, Д.Г. Мирошина [2, 11, 12, 13].

Вместе с тем отметим, что комплексно проблема формирования пространственного представления и воображения, а также конструктивно-геометрического мышления студентов – будущих инженеров, обучающихся по  специальностям «Пожарная безопасность» и «Техносферная безопасность», а также студентов – будущих бакалавров профессионального обучения, обучающихся по направлению «Профессиональное обучение», посредством применения модульной методики организации учебного процесса и методического обеспечения – учебных элементов, созданных на основе модульного подхода, раскрытого в концепции модульного обучения «Modular employable skills», разработанной Международной организацией труда в предыдущих исследованиях не рассматривалась.

В настоящей статье представлено комплексное описание модульной методики и методического обеспечения, ориентированного на формирования пространственного представления и воображения, а также конструктивно-геометрического мышления будущих инженеров и будущих бакалавров профессионального обучения, описан педагогический эксперимент, его результаты, которые могут быть экстраполированы и на любые другие технические дисциплины, изучаемые в университете.

Цель исследования.

Экспериментальная апробация модульной технологии формирования пространственного представления, воображения и конструктивно-геометрического мышления, основанной на предметно-деятельностном подходе,  на учебных занятиях по дисциплине «Начертательная геометрия и компьютерная инженерная графика» и в ходе организованной самостоятельной работы, которая позволяла бы сформировать у обучаемых творческий уровень решения графических задач по анализу и синтезу пространственных форм и отношений, основанных на способах преобразования графических моделей пространства.

Методы исследования.

В ходе исследования использовались следующие методы: экспериментально-теоретические (анализ, синтез, дедукция и индукция), методы диагностики (анализ и диагностика уровня сформированности пространственного представления, воображения и конструктивно-геометрического мышления на основании анализа графических работ студентов), эмпирические методы (формирующий педагогический эксперимент, сравнительный педагогический эксперимент.

Экспериментальная апробация модульной технологии, результаты исследования и их обсуждение.

В ходе экспериментальной апробации для каждого модуля было разработано соответствующее методическое обеспечение для лекционных и практических занятий, самостоятельной работы обучаемых, а также контроля уровня сформированности пространственного представления, воображения и конструктивно-геометрического мышления [6, 9].

В структуру методического обеспечения модуля по теме был включен лекционный материал, сопровождаемый мультимедийной презентацией, учебный элемент, отражающий методику выполнения типового графического задания и служащий средством формирования ориентировочной основы деятельности в ходе самостоятельной работы, пакет графических заданий творческого уровня, предназначенный для выполнения обучаемыми на семинарском занятии [2, 7, 11]. Основным средством для самостоятельной работы обучаемых был учебный элемент. Учебный элемент представлял собой брошюру, которая состоит из координирующей, информационно-деятельностной и контролирующей частей.

Координирующая часть была предназначена для координации обучаемых в области целей изучения учебного элемента, оборудования и инструментов, необходимых для его изучения, а также в области перечня учебных элементов, предшествующих данному учебному элементу.

Информационно-деятельностная часть учебного элемента состояла из двух колонок: в левой колонке приведены завершенные текстовые абзацы, представляющие собой алгоритм выполнения задания, в правой части каждому текстовому абзацу приведен в соответствие опорный рисунок, иллюстрирующий описанный в абзаце шаг алгоритма.

Контролирующая часть учебного элемента представляла собой перечень контрольных заданий с формами ответов, которые студенты заполняли после изучения учебного элемента, а также образец выполнения графического задания, описанного в учебном элементе.

Учебный процесс по изучению каждого модуля был включен в общую систему занятий в вузе и имел поэтапную организацию.

На первом этапе изучения темы проводилась двухчасовая лекция. На первом часе лекции подробно рассматривались теоретические положения по данной теме с использованием мультимедийных систем, а также раскрывалось практическое приложение изучаемого учебного материала.

На втором часе лекции подробно прорабатывался учебный элемент, ориентированный на выполнение типового графического задания по изучаемой теме.

Второй этап состоял в том, что в ходе самостоятельной работы студенты изучали учебный элемент и выполняли типовое графическое задание по методике, изложенной в учебном элементе. При этом студентам рекомендовалась следующая последовательность работы с учебным элементом:

1. Прочитать цели изучения учебного элемента, подготовить необходимые чертежные инструменты, листы бумаги заданного формата.

2. Опираясь на конспект учебного занятия, изучить соответствующий учебный материал по учебнику, предлагаемому преподавателем в качестве основного по рассматриваемой теме.

3. Обратиться к выданному учебному элементу. Обучаемому предлагается последовательно изучать текстовый материал, изложенный в содержательных абзацах левой учебного элемента, одновременно с изучением текстового материала предлагается анализировать иллюстрацию, соответствующую изучаемому абзацу и установить соответствие между текстовым материалом и его графическим отображением в правой части учебного элемента.

4. Закрыть тестовую часть учебного элемента и по иллюстрациям, приведенным в правой части восстановить смысл и методику выполнения графического задания.

5. Взять подготовленный лист бумаги соответствующего формата, подготовить чертежные инструменты, приведенные в описании оборудования на координационной странице учебного элемента.

6. Закрыть правую (иллюстративную) часть учебного элемента и, пользуясь описанной в текстовой части учебного элемента методикой выполнения работы, выполнить графическое задание по учебному элементу.

7. Завершив выполнение задания, сравнить полученное  на листе  графическое изображение с изображением, приведенным в контролирующей части учебного элемента, выявить возможные ошибки, и ориентируясь на иллюстративную часть учебного элемента исправить их.

8. Перейти к вопросам для самоконтроля, приведенным в контролирующей части учебного элемента и ответить на них, заполняя соответствующую форму ответа.

Выполненные с использованием учебного элемента типовые графические задания и формы ответов сдавались на кафедру для проверки ведущим преподавателем в строго определенные сроки, обычно в течение семи дней после проведения лекции по изучаемой теме.

Третий этап был направлен на формирование творческого уровня выполнения графических заданий и реализовывался на семинарском занятии. На учебном семинаре каждый студент получал собственный вариант выполнения творческого учебного задания по изображению различных графических объектов на чертежах. Выполнение творческих заданий активизировало интеллектуальный потенциал студентов, заставляя их искать решения нестандартных задач на основе сформированной в ходе изучения учебного элемента ориентировочной схемы деятельности.

Таким образом, в ходе третьего этапа студенты выполняли творческие графические задания, что обусловило формирование у них умений нестандартно мыслить и применять имеющиеся знания и умения в новой практической ситуации, развитие познавательной активности и креативности, и, в итоге, способствовало формированию творческого уровня восприятия пространства и развитию пространственного представления, воображения и конструктивно-геометрического мышления.

Экспериментальная апробация описанной методики формирования пространственного представления, воображения и конструктивно-геометрического мышления проводилась в ходе учебных занятий по учебной дисциплине «Начертательная геометрия и компьютерная инженерная графика» применялась в Российском государственном профессионально-педагогическом университете при подготовке бакалавров по направлению «Профессиональное обучение» (отрасль «Машиностроение и материалообработка») и в ходе учебных занятий по учебной дисциплине «Начертательная геометрия и инженерная графика» в Уральском институте ГПС МЧС России в ходе подготовки курсантов по специальностям «Пожарная безопасность» и «Техносферная безопасность».

В экспериментальной апробации приняли участие четыре группы студентов Российского государственного профессионально-педагогического университета и четыре группы курсантов Уральского института ГПС МЧС России. Общее количество участников экспериментальной апробации составило 180 человек.

При экспериментальной апробации были выработаны критерии оценки уровня сформированности пространственного представления, воображения и конструктивно-геометрического мышления обучаемых и в частности:

- репродуктивный уровень оценивался в диапазоне от 0 до 10 баллов;

- продуктивный уровень оценивался в диапазоне от 0 до 20 баллов;

- творческий уровень оценивался в диапазоне от 0 до 30 баллов.

Диапазон баллов был определен для оценки полноты и правильности выполнения графического задания.

Экспериментальная апробация включала констатирующий, формирующий и контрольный этапы.

На констатирующем этапе экспериментальной апробации с помощью тестовых методик и пакета контрольных заданий был выявлен начальный уровень сформированности пространственного воображения четырех групп студентов и четырех групп курсантов и рассчитано среднее значение уровня сформированности пространственного представления, воображения и конструктивно-геометрического мышления студентов и курсантов. По результатам констатации были сформированы по две контрольные и по две экспериментальные группы с близким уровнем сформированности пространственного представления, воображения и конструктивно-геометрического мышления.

Сравнительный эксперимент проводился в течение одного семестра. В ходе эксперимента изучались такие темы как:

- «Проецирование прямых линий»;

- «Проецирование плоскостей»;

- «Способы преобразования проекций»;

- «Аксонометрические проекции прямых и плоскостей»;

- «Проецирование геометрических тел. Развертка поверхности геометрических тел»;

- «Пересечение геометрических тел. Построение линий пересечения методом вспомогательных секущих плоскостей»;

- «Пересечение геометрических тел. Построение линий пересечения методом вспомогательных секущих сфер».

В контрольной группе учебные занятия велись по традиционной лекционно-семинарской методике проведения учебных занятий в университете. Студентам и курсантам начитывался лекционный материал и проводились семинарские занятия, на которых использовались графические задания для творческого уровня сформированности пространственного представления, воображения и конструктивно-геометрического мышления. Самостоятельная работа студентов и курсантов заключалась в подготовке к семинарским занятия, изучении учебной литературы и конспектов лекций.

В экспериментальных группах занятия велись по описанной методике с использованием учебных элементов для формирования ориентировочной основы деятельности в ходе самостоятельной работы обучаемых.

На контрольном этапе студентам и курсантам контрольных и экспериментальных групп была предложена комплексная графическая работа, включающая графические задания репродуктивного, продуктивного и творческого уровня. По результатам выполнения комплексной графической работы рассчитывался средний балл для каждого обучаемого. Результаты эксперимента приведены на рисунке 1.

Результаты эксперимента показывают, что в контрольной группе 48 % студентов и курсантов выполнили комплексную графическую работу на репродуктивном уровне, 29,3% – на продуктивном уровне и только 22,7 % на творческом уровне, почти половина студентов и курсантов не смогли подняться выше репродуктивного уровня сформированности пространственного представления, воображения и конструктивно-геометрического мышления.

Рисунок 1 – Результаты экспериментальной апробации

В экспериментальной группе не смогли подняться выше репродуктивного уровня только 17,1 % студентов и курсантов, продуктивного уровня сформированности пространственного представления, воображения и конструктивно-геометрического мышления достигли 24,8 % студентов и курсантов, а творческого уровня достигли более половины – 58,1% студентов и курсантов.

Оценка достоверности результатов экспериментального исследования проводилась с помощью критерия знаков, который разрешает включать в анализ до 100 пар наблюдений и базируется на подсчете числа однонаправленных результатов по парному их сравнению. В качестве сопоставимых пар были использованы студенты  и курсанты контрольной и экспериментальной групп (всего 90 пар), которые на констатирующем этапе эксперимента продемонстрировали одинаковые или близкие уровни геометрической и графической подготовки.  На основании статистической обработки результатов экспериментальной работы можно говорить о достоверности результатов эксперимента в пределах 95 %, следовательно, можно обоснованного утверждать с высоким уровнем достоверности, что применение разработанной модульной технологии, отраженной в методике проведения учебных занятий и методическом сопровождении учебных дисциплин  «Начертательная геометрия и компьютерная инженерная графика», и «Начертательная геометрия и инженерная графика» позволяет существенно повысить уровень сформированности пространственного представления и воображения, конструктивно-геометрического мышления у студентов, обучаемых по направлению «Профессиональное обучение» (отрасль «Машиностроение и материалообработка») в Российском государственном профессионально-педагогическим университете и курсантов, обучаемых по специальностям «Пожарная безопасность» и «Техносферная безопасность» в Уральском институте ГПС МЧС России.

Заключение.

Анализ результатов эксперимента подтверждает высокую эффективность использования разработанной методики формирования ориентировочной схемы действий посредством использования учебных элементов в рамках организованной самостоятельной работы обучаемых при изучении модуля по соответствующей теме. Можно полагать, что использование разработанной модульной технологии, отраженной в методике проведения учебных занятий и методическом сопровождении учебных дисциплин  «Начертательная геометрия и компьютерная инженерная графика», и «Начертательная геометрия и инженерная графика» существенно повысит уровень сформированности пространственного представления и воображения, конструктивно-геометрического мышления, определяющих способности обучаемых к анализу и синтезу пространственных форм и отношений на основе графических моделей пространства, практически реализуемых в виде чертежей конкретных пространственных объектов и зависимостей.

Экстраполируя результаты эксперимента на другие технические дисциплины можно предполагать, что приведенная методика также будет эффективна и при изучении дисциплин, содержание которых требует решения как типовых технических задач, так и развития продуктивного и творческого уровня в ходе проектной и конструкторской работы по дисциплине. Примерами таких дисциплин могут быть: теоретическая механика, теория механизмов и машин, детали машин, сопротивление материалов, материаловедение, оборудование отрасли и т.д.

1. Бородина Н.В., Мирошин Д.Г.  Система внутрифирменной подготовки рабочих кадров // Образование и наука, 2006. № 2.
2. Бородина Н.В., Мирошин Д.Г., Шестакова Т.В. Педагогические условия организации кейс-технологий в дистанционном обучении на основе модульного подхода // Инновационные проекты и программы в образовании. 2012. № 5.
3. Мирошин Д.Г. Личностная ориентация учебного процесса в вузе посредством применения модульного обучения // Таврический научный обозреватель, 2016. № 1-1 (6).
4. Мирошин Д.Г., Халилов Р.Р., Шестакова Т.В. Опыт организации корпоративного обучения в условиях ПАО «Машиностроительный завод имени М.И. Калинина, г. Екатеринбург» // Современные наукоемкие технологии, 2015. № 12-5.
5. Мирошин Д.Г. Оценка уровня сформированности профессиональных компетенций студентов с применением метода взвешенных оценок // Стандарты и мониторинг в образовании, 2015. № 2.
6. Мирошин Д.Г. Оценка уровня сформированности профессиональных компетенций студентов по техническим дисциплинам // Современная педагогика, 2015. № 2.
7. Мирошин Д.Г. Организационно-педагогические условия формирования профессиональной компетенции рабочих в учебных центрах предприятий. Дисс. канд. пед. наук. Екатеринбург, 2004.
8. Мирошин Д.Г. Исторические аспекты становления и развития системы подготовки рабочих кадров в России // Фундаментальные исследования, 2013. № 6-3.
9. Мирошин Д.Г. Применение модульных технологий обучения для формирования творческого потенциала рабочих в условиях учебных центров предприятий // Право и образование, 2008. № 6.
10. Мирошин Д.Г. Зарубежный опыт корпоративного обучения персонала // Право и образование, 2013. № 5.
11. Мирошин Д.Г. Применение средств мультимедиа для дистанционного обучения // Современные аспекты экономики, 2012. № 9.
12. Мирошин Д.Г. Модульные технологии обучения в корпоративных учебных заведениях // Педагогические технологии, 2009. № 1.
13. Юцявичене П.А. Теория и практика модульного обучения. Каунас: Швиеса, 1989.

Все статьи автора «Костина Ольга Валентиновна»