Использование метода проектов совместно с модульной технологией обучения получило название проектно-модульного обучения [7]. Такое обучение является инновационной формой организации учебного процесса и обладает рядом преимуществ. Прежде всего, оно делает акцент на практическом применении ранее приобретённых знаний и закреплении предметных компетенций, сформированных в рамках данного модуля. Кроме того, такая методика применения проектной технологии активизирует деятельность студентов по «добыванию» дополнительных знаний при освоении учебного модуля и требует самостоятельных практических действий по выполнению запланированных модульных проектов.
Проектное обучение также позволяет использовать гибкие подходы при определении профильной направленности проектов для специализированной части предметного обучения, а также осуществить плановое решение актуальных задач с учётом объектов и областей, представленных в характеристике профессиональной деятельности соответствующего ФГОС направления подготовки.
В настоящей работе представлена методика проектного обучения, применяемая авторами в рамках базовой графической подготовки студентов технического вуза и учитывающая профиль осваиваемой программы профессионального обучения.
Общие требования к базовой геометро-графической подготовке студентов
Уже было отмечено, что информационные технологии принципиально изменили современную проектно-конструкторскую деятельность, внесли значительные коррективы в разработку проектно-конструкторской документации, включая её создание и контроль. Цифровые технологии Sd-печати, Sd-сканирования, Sd-моделирования и Sd-визуализации становятся основой высокотехнологичного производства. Они позволяют сократить производственные затраты и сроки проектирования, обойти технологические ограничения и повысить качество и конкурентоспособность выпускаемой продукции [16].
Реализация общегосударственных программ «Национальная технологическая инициатива» и «Цифровое производство» предполагает создание прежде всего электронной модели проектируемого либо изготавливаемого объекта науки и производства. На базе электронной модели формируются идеологии CALS- и BIM-технологий. Совокупность геометро-графической информации в электронной модели изделия достигает 80-90% от общего объёма данных [17].
В связи с вышесказанным очевидно повышение роли геометрического моделирования в инженерной деятельности и, соответственно, усиление значимости геометро-графического образования при подготовке технических специалистов. Данная предметная область является первой среди дисциплин профессионального цикла. Целью данной дисциплины является формирование геометро-графической компетентности студентов и закладывание основ проектно-конструкторской деятельности.
Базовая геометро-графическая подготовка студентов предусмотрена для технических специальностей на младших курсах университета. Для данной дисциплины внедрение метода проектов особенно актуально, т.к. предполагает имитацию практиконаправленной профессиональной деятельности. Проектная технология, применяемая в данном случае, уже на младших курсах обучения позволяет приблизить учебный процесс к реальной профессиональной деятельности конструктора-проектанта, которая в настоящее время немыслима без использования пакетов САПР [14].
С целью создания в обучающем пространстве обстановки адаптации студентов к реальной инженерной деятельности авторами разрабатывается и внедряется инновационная технология геометро-графического образования. Инновационная технология графического образования в университете базируется на следующих факторах:
• унификация содержания дисциплины и применяемых образовательных технологий. Используется при изучении разделов, касающихся приобретения фундаментальных знаний теории построения изображений и конструирования объектов, для общетехнических знаний, способствующих грамотному оформлению проектно-технической документации на основе необходимой справочной информации стандартов и других нормативных документов и т.д. [18];
• широкое использование компьютерных технологий на всех этапах учебного процесса (освоение теоретических знаний, развитие практических навыков, формирование компетенций современной инструментальной подготовки конструктора-про - ектанта) и одновременно усиление роли компьютерной графики как специфического раздела данной предметной области;
• корректировка разумного баланса между теоретическим обучением и практикой проектирования в сторону усиления последнего;
• ориентация на проектную технологию обучения при формировании сценарных планов профессиональных ситуаций в профильно-направленных учебных задачах, заданиях, проектах;
• переход от исследования абстрактных геометрических объектов к реальным, соответствующим профильному направлению программы инженерной подготовки;
• создание информационных специализированных и профильных библиотек, включая прототипы типовых твердотельных моделей объектов, необходимых для работы над учебными проектами;
• внедрение командных форм работы студентов при проектной деятельности.
В ходе графической подготовки студентов ПНИПУ практико-ориентированные и проектные задания для студентов опираются на технологию 3d-проектирования, когда на основе геометрического моделирования в CAD-системе создаются виртуальные 3d-модели геометрических объектов, деталей или сборочных единиц, что соответствует потребностям и перспективным тенденциям развития процессов проектирования и производства. Общие первоначальные инструментальные навыки работы в графической системе студенты получают на лабораторных занятиях, а затем совершенствуют свои компетенции при выполнении плановых учебных проектов в процессе самостоятельной работы.
Практико-направленная учебная деятельность, учитывающая профиль направления подготовки
Геометро-графическая подготовка студентов является дисциплиной, в которой на протяжении всего курса обучения очевидно использование проектной технологии [14; 16]. В данной работе мы приведём некоторые примеры, отражающие профильную направленность учебной деятельности в процессе проектно-модульного обучения. На этапе подготовки модульных заданий проектной направленности для самостоятельной работы студентов в специализированной части программы необходимо выбирать объекты прикладной направленности, связанные с областями профессиональной деятельности определённого направления подготовки. Содержательный и геометрический анализ соответствующих объектов или их элементов позволяет студентам уже на младших курсах развивать профессиональные компетенции, связанные со специализацией своего направления инженерной деятельности. При подготовке таких «специализированных» проектных заданий следует увязывать базовый геометрический материал с конструкциями выбираемых объектов, модернизируя их и создавая учебные аналоги для решения геометрических и инженерных задач.
Цель проектных заданий - ознакомить студентов с назначением, формой и технологией создания специализированных геометрических объектов, связанных с профессиональной областью. Считаем, что при определении прикладной значимости исследуемых объектов можно более полно реализовать идеологию СDЮ: на стадии осмысления и планирования научить студентов анализировать условия поставленного задания; на стадии проектирования выбирать наиболее оптимальный вариант решения. Производственная стадия в учебной деятельности связана с разработкой на основе современного инструментария виртуальной 3d-модели объекта и воспроизведения его на 3d-принтере. Стадию применения можно связать с анализом выполненного проекта, здесь даются рекомендации по его использованию и выявляются возможности дальнейшего совершенствования.
Приведём примеры специализированных проектных заданий для самостоятельной работы студентов различных направлений подготовки, реализуемой в рамках базового геометро-графического образования в ПНИПУ. Так, для направления «Строительство» на начальной стадии изучения дисциплины (проектное задание в модуле «Поверхности») в качестве объекта проектирования из широкого перечня объектов профессиональной деятельности выбраны конструкции элементов зданий и сооружений, в частности конструкции купольной формы, широко используемые при создании строительно-архитектурных композиций. Проектная реализация типовых форм куполов, основанная на разработке индивидуального геометрического алгоритма создания купольной конструкции, опирается на использование обобщённых базовых геометрических знаний модуля «Поверхности».
Варианты заданий для проектирования объектов купольной формы
Варианты конструкции куполов и геометрические алгоритмы их построения, используемые студентами в работе над проектом, приведены в таблице 1. Как видно из таблицы, в рамках типового учебного задания индивидуальная проектная работа студента определяется оригинальностью конструкции объекта и алгоритмом его геометрического построения.
Аналогичные задания разработаны для студентов химико-технологического факультета, где в качестве объектов будущей профессиональной деятельности выбрана технологическая оснастка для химических производств. Здесь прототипами выступают изделия, известные как соединительная арматура (фитинги, дозаторы и т.п.). Студенты получают информацию об устройстве специализированных объектов профессионального назначения и в процессе проектирования получают навыки практического использования базовых геометрических знаний модуля «Поверхности» при создании 3d-модели заданной конструкции.
графический учебный студент технический
Варианты заданий для проектирования объектов купольной формы
В следующем примере, предназначенном для студентов машиностроительного направления подготовки, демонстрируется задание, направленное на формирование профессиональных компетенций проектно-конструкторской деятельности на завершающем этапе освоения дисциплины в модуле «Разработка и оформление проектной документации на специализированное изделие». В качестве прототипа объекта проектирования используются типовые изделия, объединённые названием «Клапан обратный» (Рис. 1).
Рис. 1. Примеры типовых конструкций «Обратный клапан»
Процесс выполнения задания включает следующие этапы:
• анализ общего вида и структуры предложенного прототипа изделия для формирования прообраза создаваемой конструкции;
• подбор параметрических 3d-моделей типовых деталей проектируемого объекта из подготовленной электронной библиотеки, а также разработка моделей недостающих оригинальных составных частей;
• выполнение по заданным функциональным и геометрическим характеристикам общей компоновки объекта с увязыванием взаимного расположения составных частей и соединяющих их элементов;
• создание 3d-модели сборочной единицы, проверка на «собираемость»;
• отчёт-презентация о проделанной работе.
Пример студенческого проекта, включающего разработанную 3d-модель объекта и модели составных частей конструкции, приведён на рисунке 2. В данном проекте возможна организация командной работы студентов, что также приближает учебную деятельность к реальной обстановке в проектно-конструкторской организации.
Предлагаемая практика погружения обучаемых в атмосферу реальной проектной деятельности повышает уровень систематизации знаний, способствует повышению профессиональной направленности графических дисциплин, формирует у студентов устойчивые проектно-конструкторские навыки моделировании специализированных изделий политехнического профиля, востребованные в будущем инженерном творчестве.
Рис. 2. Презентация проектной разработки модели изделия «Клапан обратный»
Заключение
Комплекс современных профессиональных задач, к решению которых должен быть готов выпускник вуза, требует наличия как фундаментальных (обобщённых, теоретических) общеинженерных знаний, так и специальных профильных знаний. Тем самым обеспечивается единство фундаментализации и профессионализации содержания предметного обучения.
Практика политехнического образования показывает, что для успешной адаптации выпускников на производстве необходимо создание условий предметного обучения, имитирующих производственные, начиная уже с младших курсов. По мнению авторов, квазипрофессиональная обстановка в рамках базовой графической подготовки способствует приобретению первоначального практического опыта проектной деятельности, развитию профессионального мышления обучаемых, а также формированию готовности к самостоятельному решению конструкторских задач с использованием современного инструментария.
Литература
1. Исаев А.П., Плотников Л.В., Фомин Н.И. Технология сквозного проектирования в подготовке инженерных кадров // Высшее образование в России. 2017. №5 (212). С. 59-67.
2. Шейнбаум В.С. Междисциплинарное деятельностное обучение в виртуальной среде инженерной деятельности: состояние и перспективы // Высшее образование в России. 2017. №11 (217). С. 61-68.
3. Симоньянц Р.П. Проблемы инженерного образования и их решение с участием промышленности // Наука и образование: научное издание МГТУ им. Н.Э. Баумана. 2014. №3. С. 394-419.
4. Лукьяненко М.В., Полежаев О.А., Чурляева Н.П. Проблемы инженерного образования и перспективы развития выпускников на рабочем месте // Информатика, вычислительная техника и инженерное образование. 2012. №1 (8). С. 42-49.
5. Тхагапсоев Х.Г, Яхутлов М.М. Проблемы инженерного образования в современной России: методология анализа и пути решения // Высшее образование в России. 2014. №8-9. С. 27-36.
6. ПугачВ.Ф. Возраст преподавателей в российских вузах: в чём проблема? // Высшее образование в России. 2017. №1 (208). С. 47-55.