Создание проектно-деятельностной образовательной среды для инновационной подготовки будущих инженеров

Полный текст

Введение

Одной из приоритетных задач каждого университета является инновационная подготовка студентов. К настоящему времени накоплен определенный научно-методический опыт по решению проблемы повышения ее эффективности, включая подготовку будущих инженеров к инновационной инженерной деятельности (ИИД), представленный методическими системами, методиками и практиками, эффективность использования которых подтверждена количественными и качественными показателями масштабного эксперимента¹ [1; 2]. Однако практически все они предусматривают изменение учебных планов. В данном исследовании проблему осуществления инновационной подготовки без нарушения этих планов предлагается решить на основе проектного обучения, наиболее широко и эффективно применяемого в современном образовательном процессе. В связи с этим осуществлен анализ достаточности использования потенциала общетехнических дисциплин, реализуемых, в том числе и в рамках курсового проектирования, для гарантированного формирования у будущих инженеров компетентности в инновационной инженерной деятельности (КИИД). Для этого было выполнено сопоставление инновационной инженерной и проектной деятельности, доказавшее их идентичность по достижению целей, получению конечного результата, алгоритму реализации, используемому инструментарию, а следовательно, и по процессу формирования КИИД.

На основании этого была сформулирована научная идея о возможности формирования у будущих инженеров компетентности в инновационной инженерной деятельности при их обучении в ходе комплексного курсового проектирования по общетехническим дисциплинам без изменения учебного плана подготовки. Для подтверждения идеи и наиболее рационального использования всего имеющегося потенциала спроектирована и создана проектно-деятельностная образовательная среда (ПДОС), объединяющая в систему все имеющиеся в вузе ресурсы (инструментальные, методические, инфраструктурные и др.) и обеспечивающая их взаимодействие, в том числе для интеграции научно-педагогического и информационно-технологического знания в рамках конвергентного подхода. Она охватывает концептуально-целевой, инфраструктурный, содержательный, психолого-дидактический, методологико-технологический и релаксационно-диагностический компоненты [2].

Для обучения студентов ИИД в новой образовательной среде разработана методическая система, представленная ее теоретическим обоснованием, педагогической моделью и методикой формирования КИИД при комплексном курсовом проектировании по дисциплине «Теория механизмов и машин». Модель системы построена на основе интеграции в единый комплекс всех ресурсов созданной образовательной среды: массового открытого онлайн-курса «Основы проектной деятельности», электронного учебно-методического комплекса «Теория механизмов и машин с элементами инноватики»; также включает концептуально-целевой, содержательный, процессуально-технологический и рефлексивный компоненты [3]. Процесс обучения реализовывался в форме деловой игры «Конструкторское бюро» – контролирующего, диагностирующего и организующего инновационную подготовку средства обучения.

Таким образом, проблема исследования состоит в гарантированном обеспечении подготовки будущих инженеров к инновационной деятельности без изменения учебного плана подготовки. Цель исследования – разработка методической системы формирования у студентов инженерных вузов компетентности в инновационной инженерной деятельности на основе использования комплексного курсового проектирования в проектно-деятельностной образовательной среде.

Обзор литературы

Начиная с 2000-х гг., авторами постоянно анализируются исследования по проблеме повышения эффективности подготовки студентов к ИИД². Прежде всего это работы, посвященные такой подготовке при обучении студентов различным общетехническим и специально спроектированным дисциплинам [4], по формированию отдельных структурных компонентов КИИД: психологического [5], деятельностного [6], других компонентов [7; 8]. В данном направлении проводят свои исследования Т. Ву [8], Х. Хмина, М. Саллау, Л. Ларби [9], В. Скуотто, С. Дж. Шукла [10] и Ч. Гуоцзинь [11], которые для формирования системного инновационного мышления у будущих инженеров используют поэтапное обучение.

Наиболее продуктивным методом формирования КИИД и ее компонентов у студентов университетов, по мнению многих экспертов, является проектный³ [12‒14]. Современные исследователи развивают его и соотносят с новыми инновационными методами: одни предлагают использовать сквозное проектирование [13–15]; другие пытаются развивать творческие инженерно-технические способности студентов⁴ [16]; третьи рекомендуют включать в учебные планы изучение BIM-технологий для формирования у студентов системности [17]. М. Дж. Дженсен и Дж. Л. Шлегель в своем исследовании знакомят с опытом поэтапного обучения ИИД на основе практико-ориентированного подхода в Технологическом институте Флориды⁵, а ученые из США и Великобритании указывают на возможность использования проектного метода обучения и для решения социальных проблем [18]. Также интересен опыт применения проектного обучения для повышения конкурентоспособности выпускников на международном рынке труда, реализованный турецкими исследователями [19]. С. Самаракун отмечает, что обучение, основанное на проектах, играет важную роль в процессе формирования навыков командной работы [20]. Кроме того, проекты могут помочь студентам усовершенствовать свои способности к критическому мышлению, уверенно решать проблемы и находить творческие решения [21; 22]. Подход ученых, выполнивших разработку модели обучения на основе инженерных проектов с использованием виртуальной лаборатории, сочетающей дополненную реальность, способствует улучшению инновационных инженерных навыков у обучающихся [23].

С целью эффективности обучения ИИД на инженерном факультете Университета Макмастера была запущена программа Pivot, разработанная на основе интеграции проектного обучения с другими методами⁶, а в Массачусетском технологическом институте ‒ система NEET [24], направленная на повышение мотивации к обучению [25].

Таким образом, представленный анализ существующих исследований по обозначенной проблеме подтверждает ее высокую актуальность и востребованность поиска новых методов ее решения. Несмотря на многообразие выполненных исследований и успешность их реализации, нельзя не заметить их разрозненности и отсутствие системности. Эти недостатки могло бы восполнить использование средового подхода к обучению⁷ [26], в основе которого лежит объединение и мобилизация всех имеющихся ресурсов для решения конкретных педагогических задач в рамках естественно сформировавшейся или специально созданной образовательной среды (ОС) [2]. Такие среды объективно существовали всегда [27], начиная со времени зарождения педагогической науки, а как дидактическая категория начали вводится в образовательное пространство страны с 1990-х гг. [26]. Среди известных сегодня их разновидностей можно выделить: инновационную Ю. Н. Зиятдиновой [26], эколого-личностную В. А. Ясвина⁸, профессиональную С. В. Журавлевой [27], субъектно ориентированную С. М. Головлевой [28], олимпиадно-состязательную Л. Н. Калининой [29], Г. Я. Гревцевой [30], А. И. Попова и др. [31–33], К. Фернандес и Л. Рочи⁹, информационные образовательные среды С. Зенкиной¹⁰, Ю. М. Царапкиной и др. [34].

Однако во всем их многообразии отсутствуют среды, в которых весь их потенциал был бы направлен на решение выше обозначенной проблемы на основе использования проектного обучения.

Материалы и методы

В данной статье авторы опирались на следующие концептуальные положения методологии инновационного обучения:

• уровень владения кадрами инновационной деятельностью всегда определял уровень развития экономики страны;
• под достаточным уровнем владения студентами ИИД понимается их способность доводить результаты этой деятельности до инновационных продуктов;
• подготовка студентов к ИИД есть одна из приоритетных задач каждого университета;
• все документы, регламентирующие образовательную деятельность в вузе, предполагают обязательное владение выпускниками ИИД;
• компетентности в инновационной проектной и инновационной инженерной деятельности идентичны по содержанию, структуре и компетенциям, определяющим их. Следовательно, при обучении инновационной проектной деятельности формируются все необходимые компетенции, определяющие КИИД [2];
• фактором, обеспечивающим эффективное решение различных педагогических задач, включая формирование у студентов КИИД [2], является наличие объективно сложившейся в университете или специально созданной образовательной среды.

Для достижения поставленной цели, с учетом перечисленных аспектов, были задействованы успешно используемая в наших предыдущих исследованиях методологическая система научных подходов, методов и принципов [2; 33], те же подходы (интегрированный, конвергентный, системный, средовой, субстратный и структурированный и др.), методы и принципы¹¹ [35]. Отметим условия их использования в данном исследовании.

Для повышения эффективности подготовки будущих инженеров к ИИД без изменения учебного плана на основе использования комплексного курсового проектирования реальных объектов продемонстрируем идентичность процесса формирования у студентов КИИД и компетентности в проектной деятельности (КПД) (рис. 1).

Сравним определения проектной деятельности (ПД) и инновационной инженерной деятельности, а также получаемых результатов. В соответствии с устоявшимися определениями ИИД в инженерном образовании¹² [36] и проектной деятельности¹³ представим их на рисунке 1, из которого видно, что определение ПД не только не противоречит определению ИИД, но и перекликается с ним.

Проектная деятельность может быть как отдельным этапом ИИД, так и самостоятельным видом деятельности (инновационной проектной деятельностью), если ее результат продаваем (техническая документация, изделие и др.)¹⁴. Сравнительный анализ структуры компетенций в этих видах деятельности (рис. 1) также говорит об их идентичности, несмотря на некоторые отличия в названии трех компонентов (знаниевый – когнитивный, поисково-деятельностный – деятельностный, рефлексивно-результативный – рефлексивный) и отсутствие в явном виде в компетентности ПД способностного компонента, но включение его в содержание поисково-деятельностного¹⁵.

Детализируем представленные компоненты компетентностей в проектной и инновационной деятельности на определяющие их компетенции (табл. 1).

 

Р и с. 1. Сравнение проектной и инновационной деятельности

F i g. 1. Comparison of project and innovation activities

Источник: здесь и далее в статье все рисунки составлены авторами.

Source: Hereinafter in this article all figures were drawn up by the authors.

 

Содержание таблицы позволяет сделать вывод: при обучении проектной деятельности, направленной на реализацию инновационного проекта [3], формируются все необходимые компетенции, определяющие компетентность в ИИД, следовательно, эффективное формирование у будущих инженеров КИИД возможно при их участии в курсовом проектировании реальных проектов.

Также использовались экспериментальные методы педагогического исследования, в частности, адаптированные к измерению уровня сформированности КИИД у студентов инженерных направлений подготовки университетов: анкетирование – опрос¹⁷, самодиагностика и интервьюирование¹⁸, выявление уровня сформированности мотивации к учению А. А. Реана¹⁹ и др.

В соответствии с авторской методикой организован и проведен обучающий этап сравнительного эксперимента²⁰. В качестве обучающего воздействия было использовано комплексное курсовое проектирование – проектирование, ориентированное на исследование единой темы по одному (при необходимости по нескольким) объекту рабочей программы дисциплины, выполняемое группой студентов (2–6 чел.), обучающихся по одной или различным образовательным программам, с целью формирования навыков проектно-исследовательской деятельности в избранной профессиональной области, а также принятия самостоятельных решений, а ее защита направлена на интегральную проверку сформированности требуемых компетенций²¹. Такое проектирование в качестве экспериментального реализуется в университете на протяжении последних трех лет.

 

Т а б л и ц а 1. Сопоставление компетенций

T a b l e 1. Comparison of competencies

Компетенции проектной деятельности / Competencies of project activities [37]		Компетенции, определяющие КИИД / Competencies that define CIEA [3]
1. Стремление к получению результатов / Striving	14	1. Владение знаниями / Wielding of knowledge for results
2. Способность к проявлению инициативы / Ability to take initiative	3, 8	2. Владение системой проектных знаний / Possession of project knowledge system
3. Проявление ответственности / Demonstrating responsibility	8	3. Способность ставить задачу / Ability to set a goal
4. Интерес к проектированию / Interest in design	10	4. Способность синтезировать решение, изобретать / Ability to synthesize a solution, to invent
5. Владение системой проектных знаний / Possession of a design knowledge system	3, 7, 9, 11	5. Способность осваивать готовые решения / Ability to master off-the-shelf solutions
6. Владение знаниями технологий творческого поиска и оптимизации процесса / Wielding knowledge of creative search and process optimization techniques	11, 12	6. Готовность работать в команде / Willingness to work in a team
7. Владение профессиональными знаниями / Wielding of professional knowledge	1, 2	7. Способность использовать инструменты / Ability to use tools
8. Владение знаниями об оценке результативности проекта и его социальной значимости / Wieldfing of knowledge on evaluation of project performance and its social relevance	1, 12, 15	8. Способность принимать решение и готовность нести за него ответственность | / Ability to make a decision and willingness to take responsibility for it
9. Владение различными способами поиска и обработки информации / Possession of various methods of searching and processing information	15	9. Способность разрабатывать модели объектов / Ability to develop object models
10. Способность выполнять различные роли в команде проектантов / Ability to fulfill a variety of roles within the project team	6	10. Способность к проектированию / Ability to design
11. Готовность к объективному оцениванию промежуточных и итоговых результатов / Preparedness to objectively assess intermediate and final results	5, 12	11. Способность разрабатывать проекты реализации инноваций с использованием ТРИЗ / Ability to develop projects to implement innovations using the theory of inventive problem solving
12 Владение основами проектирования в профессиональной и личностной сферах деятельности / Wielding foundations of design in professional and personal spheres of activity	10	12. Способность к анализу и синтезу / Ability to analyze and synthesize
13. Способность к рефлексии при оценке собственной проектной деятельности / Ability to be reflective in evaluating oneʼs own project activities	4, 15	13. Способность изготавливать инновационные продукты с использованием высоких технологий / Ability to manufacture innovative products using high technology
14. Готовность оценивать итоговый продукт проектной деятельности / Preparedness to evaluate the final product of project activities	5, 12	14. Способность к представлению решения в конечном виде / Ability to represent the solution in its final form
15. Способность делать выводы исходя из опыта проектной деятельности / Ability to draw conclusions from project experience	5, 12, 13	15. Способность к рефлексии / Ability to reflect

Источник: составлено по [3; 37].

Source: Drawn up [3; 37].

 

Для эксперимента были отобраны две группы студентов 2-го курса обучения МГУ им. Н. П. Огарёва направления подготовки 35.03.06 «Агроинженерия», изучающие дисциплину «Теория механизмов и машин» в течение 4-го семестра, составившие соответственно экспериментальную (25 чел.) и контрольную (23 чел.) группы. В контрольной группе осуществлялось обычное курсовое проектирование по вышеназванной дисциплине, в экспериментальной – комплексное. Все респонденты были проинформированы об участии в исследовании.

Количественная оценка уровня сформированности у студентов контрольной (К) и экспериментальной (Э) групп по каждой из указанных в таблице 1 компетенций определялась по известной методике – среднему показателю динамических рядов С, вычисляемому по формуле:

С = (а + 2b + 3c) / 100, где a, b, c – удельный вес студентов имеющих соответственно низкий (1), средний (2) и высокий (3) уровень подготовки²². По полученным данным строились лепестковые диаграммы, для проверки достоверности которых использовался критерий Х ² (хи-квадрат) [3].

Результаты исследования

Проектирование проектно-деятельностной образовательной среды (ПДОС). Создание проектно-деятельностной образовательной среды было осуществлено в соответствии с разработанной нами в предыдущих исследованиях методикой [2; 33] и конкретизированной применительно к данной работе по алгоритму, представленному в таблице 2, включающему 10 последовательных этапов. Такой подход не противоречит существующим методикам проектирования ОС, например В. Н. Новикова [38] и В. А. Ясвина²³.

 

Т а б л и ц а 2. Основные этапы методики проектирования ПДОС

T a b l e 2. Main stages of the Project-Activity Educational Environment (PAEE) design methodology

№ п/п	Наименование этапа / Stage name	Результат / Result
1	Актуализация проблемы подготовки студентов к ИИД / Updating the problem of preparing students for innovative engineering activities (IEA)	Теоретическое обоснование дидактической категории ПДОС / Theoretical justification of the didactic category of project-activity educational environment
2	Формулирование цели и задач исследования по созданию образовательной среды / Formulating the goals and objectives of the research on creating an educational environment
3	Обоснование и введение понятия «Проектно-деятельностная образовательная среда» / Justification and introduction of the concept “Project-activity educational environment”
4	Формулирование определения инновационной педагогико-технологической образовательной среды (ИПТОС) и требований, предъявляемых к ней / Formulating the definition of Innovative Pedagogical Technological Educational Environment (IPTE) and the requirements for it
5	Разработка модели ИПТОС / Development of PAEE model	Создание дидактической категории ПДОС / Creation of didactic category PAEE
6	Конструирование компонентов модели ИПТОС / Designing IPTE model components
7	Выявление возможностей ИПТОС / Identifying opportunities of the IPTE
8	Создание методической системы обучения в ИПТОС / Creation of a methodological training system in IPTE	Реализация ИПТОС и ее развитие / Implementation of IPTE and its development
9	Создание компонента постоянного мониторинга обучающих процессов в ИПТОС / Creation of a component for continuous monitoring of learning processes in IPTE
10	Экспертиза функционирования ИПТОС и внесение необходимых корректировок / Examination of the functioning of IPTE and making necessary adjustments

Источник: здесь и далее в статье все таблицы составлены авторами.

Source: Hereinafter in this article all tables were drawn up by the authors.

 

В соответствии с п. 4 таблицы 2 дополнительно в группу организационно-методических включили такое требование, как реализация комплексного курсового проектирования по дисциплинам учебного плана (рис. 2). Проектно-деятельностная образовательная среда – это систематизированная совокупность всех необходимых ресурсов для эффективного формирования у будущих инженеров компетентности в профессиональной деятельности, в том числе инновационной инженерной, на основе моделирования в среде этой деятельности за счет использования проектного подхода к обучению. Созданная в соответствии с п. 5 таблицы 2 модель ПДОС аналогична модели инновационной педагогико-технологической ОС в работе авторов [2] и также состоит из шести одноименных компонентов: концептуально-целевого, инфраструктурного, содержательного, психолого-дидактического, методологико-технологического и релаксационно-диагностического, решающих те же задачи, но имеющих отличное от них содержание и структуру.

В концептуально-целевом компоненте в качестве основного вектора исследований доминирующей выступает научная концепция об использовании проектного обучения при инновационной подготовке будущих инженеров в ходе комплексного курсового проектирования для повышения ее эффективности. В соответствии с ней выстраивается система целей и задач, частично отраженных во введении настоящей статьи.

Инфраструктурный компонент модели представлен взаимосвязанными виртуальными (электронная информационная образовательная среда (ЭИОС), цифровые сервисы и другие программные комплексы) и материальными (учебная лаборатория «Теория механизмов и машин», высокотехнологичные научные и учебные лаборатории, оснащенные современными машинами и устройствами)²⁴ частями.

 

Р и с. 2. Требования, предъявляемые к ПДОС

F i g. 2. PAEE requirements

Источник: составлено по [2].

Source: Drawn up [2].

 

Ключевой составляющей проектирования содержательного компонента модели является информационное наполнение электронной информационной образовательной среды университета всеми необходимыми для формирования у студентов компетентности в ИИД электронными образовательными ресурсами²⁵.

Психодидактический компонент обеспечивает реализацию индивидуализации, дифференциации и персонализации обучения в ПДОС, что делает его гибкой, универсальной, более доступной за счет существующей возможности адаптации к изменяющимся условиям, как внешним (изменение нормативных документов, регламентирующих образовательную деятельность), так и внутренним (учет личностно-психологических качеств обучающихся). Это особенно важно при создании индивидуальных образовательных траекторий [39].

Методологико-технологический компонент связывает в единую систему возможности и ресурсы ЭИОС, цифровые производственные технологии (аддитивные технологии), цифровые ресурсы и накопленные современные технологии и методы обучения ИИД, в том числе авторские. Особо выделим технологии «перевернутый класс», смешанного и проектного обучения. При реализации проектного метода используется разработка реальных конструкторских проектов – инновационных продуктов. Такая интеграция делает процесс обучения конвергентным, когда информационно-технологические и методико-педагогические знания сливаются в единый методический подход и происходит сближение организационных форм обучения²⁶.

Релаксационно-диагностический компонент представляет подсистему контроля, диагностики и корректировки обучения в ПДОС, объединяя возможности различных цифровых ресурсов, реализацию – защиту – презентацию командами курсовых проектов и др. Итоговая оценка работы студентов осуществляется по результатам ее самооценки и экспертизы преподавателем и другими студентами²⁷.

Создание модели методической системы обучения в проектно-деятельностной образовательной среде. Для обучения инновационной инженерной деятельности в созданной среде была разработана система, представленная моделью (рис. 3).

Модель включает концептуально-целевой, содержательный, процессуально-технологический и рефлексивный компоненты (рис. 3). Она обеспечивают обучение будущих инженеров ИИД без изменения учебного плана подготовки. Рассмотрим организацию в ней взаимодействия перечисленных компонентов на основе использования персонализированного, средового, проектного, конвергентного и других подходов.

Концептуально-целевой компонент по структуре и содержанию полностью совпадает с одноименным компонентом образовательной среды, но в нем более подробно детализирована концепция исследования (указана дисциплина), конкретизированы цель и задачи.

Содержательный компонент модели основывается на общетехнических знаниях, понятиях и определениях будущей профессиональной деятельности студентов, а также базовой дисциплины «Теория механизмов и машин» (ТММ), которая (совместно с дисциплинами «Инженерная графика», «Сопротивление материалов», «Теоретическая механика», «Детали машин и основы конструирования») формирует у студентов фундаментальные основы инженерии. Содержание курсового проекта по этой дисциплине, модульная структура которого отражена на рисунке 4, адекватно содержанию самой дисциплины.

 

Р и с. 3. Модель методической системы формирования КИИД в ПДОС

F i g. 3. Model of the methodological system for the formation of competence in innovative engineering activities (CIEA) in PAEE

 

Структура и содержание процессуально-технологического компонента подробно отображены на рисунке 3, где обозначены основные используемые методы обучения, сливающиеся в единую комбинаторную практику подготовки к ИИД на основе конвергентного вергентного подхода²⁸. Причем интеграция реализуется не только в педагогической теории с цифровыми технологиями²⁹, но и с производственными (аддитивные технологии).

В дополнение к используемым В. Г. Вагановой методам обучения, интегрированным на основе конвергентного подхода [35], в настоящей работе добавлено проектное обучение, которое реализуется нами в форме комплексного курсового проектирования по дисциплине «Теория механизмов и машин» в рамках деловой игры «Конструкторское бюро», с использованием потенциала ПДОС (рис. 3). Для этого выбрана схема индивидуального проектирования с поэтапным объединением – проект разбивается на этапы, внутри которых участники разрабатывают индивидуальный мини-проект, в конце каждого этапа полученные результаты объединяются и служат основанием для выполнения ими следующего этапа и так до завершения всего проекта³⁰. В итоге получается общий проект, защищаемый в составе команды каждым участником (рис. 5).

 

Р и с. 4. Сетевой график выполнения проекта

F i g. 4. Network schedule for the project

Примечания: цифрами обозначены следующие модули: 1 – оформление задания на проект, описание машины; 2, 3, 4, 5 – соответственно структурный, кинематический, кинетостатический и динамический анализ механизма; 6 и 7 – синтез зубчатой передачи и кулачкового механизма; 8 – оформление технической документации; 9 – защита курсового проекта.

Notes: The numbers indicate the following modules: 1 – preparation of assignments for the project, description of the machine; 2, 3, 4, 5 – structural, kinematic, kinetostatic and dynamic analysis of the mechanism, respectively; 6 and 7 – synthesis of gear transmission and cam mechanism; 8– preparation of technical documentation; 9 – defense of the course project.

 

Р и с. 5. Схема реализации комплексного курсового проекта

F i g. 5. Table of implementation of a comprehensive course project

 

Отметим выбранную комбинаторную форму проведения занятий, при которой теоретический материал читается не полноценными часовыми лекциями, а тематическими долями³¹ [40]. В соответствии с их содержанием выполняется определенный модуль курсового проекта, что в сочетании с используемым потенциалом ПДОС трансформирует процесс обучения в смешанное на основе конвергентного подхода [35].

Содержание рефлексивного и релаксационно-диагностического компонентов моделей системы и ПДОС идентично.

Особенность представленных моделей заключается в том, что они обеспечивают наряду с профессиональной подготовкой будущих инженеров формирование у них компетентности в инновационной инженерной деятельности.

Указанные исследования являются продолжением выполняемых в Мордовском государственном университете работ по повышению эффективности обучения студентов инженерных направлений инновационной деятельности [3]. Подтверждение положительных результатов такого обучения представлено в наших предыдущих работах [2; 33]. Эффективность описываемого исследования демонстрируется данными педагогического эксперимента в таблице 3, по которым построены лепестковые диаграммы (рис. 6).

 

Т а б л и ц а 3. Экспериментальные данные

T a b l e 3. Experimental data

Компетенции / Competencies	Сср до эксперимента / Before the experiment		Сср после эксперимента / After the experiment		Х 2 (до/после) / Х 2 (before/after)
	Э	К	Э	К
I	1,60	1,53	2,55	2,10	25,2 / 6,30
II	1,30	1,32	2,67	2,15	29,7 / 0,10
III	1,63	1,44	2,80	2,60	28,1 / 0,10
IV	1,70	1,62	2,80	2,50	10,11 / 0,10
V	1,40	1,30	2,75	2,30	9,12 / 0,31
VI	1,70	1,65	2,90	2,10	6,06 / 0,92
VII	1,38	1,30	2,90	2,00	7,03 / 0,20
VIII	1,40	1,45	2,78	2,10	6,06 / 0,93
IX	1,23	1,20	2,70	1,80	8,28 / 0,34
X	1,30	1,20	2,80	2,20	9,22 / 0,56
XI	1,10	1,00	2,45	1,76	8,70 / 1,15
XII	1,50	1,45	2,55	1,85	8,80 / 4,78
XIII	1,25	1,22	2,56	2,12	9,12 / 0,31
XIV	1,68	1,64	2,85	2,55	6 ,06 / 0,93
XV	1,80	1,75	2,96	2,35	8,70 / 1,15

 

Из представленных диаграмм видно, что до эксперимента в обеих группах уровень сформированности всех 15 компетенций у студентов примерно одинаков и не превышал значения показателя С, равного 2, а у большинства из них составил примерно 1,5.

После эксперимента в контрольной группе этот уровень повысился, но средние его значения были расположены в зоне ниже двух, в экспериментальной группе значения C по всем компетенциям близки к наивысшему его значению 3, а уровень равномерности их распределения близок к окружности. Это позволяет говорить о высокой эффективности использования комплексного курсового проектирования для инновационной подготовки студентов и подтверждения гипотезы исследования.

 

Р и с. 6. Диаграммы среднего показателя С в контрольной (К) и экспериментальной (Э) группах:

а) до эксперимента; b) после эксперимента

F i g. 6. Diagrams of the average indicator C in the control (C) and experimental (E) groups:

a) before the experiment; b) after the experiment

Примечание: римскими цифрами обозначены компетенции, определяющие КИИД (см. табл. 2).

Note: Roman numerals indicate the competencies that define competence in innovative engineering activities (see table 2).

 

Для всех компонентов КИИД значения критерия Т превышает критическое, равное 5,99, следовательно, различие между контрольными и экспериментальными группами статистически значимо.

Обсуждение и заключение

В ходе исследования (в соответствии с разработанной авторской методикой проектирования образовательных сред) была введена в образовательное пространство новая педагогическая категория – проектно-деятельностная образовательная среда, представленная теоретико-методологическим обоснованием, перечнем предъявляемым к ней требований, ее определением и моделью, состоящей из концептуально-целевого, инфраструктурного, содержательного, психолого-дидактического, методологико-технологического и релаксационно-диагностического компонентов [2; 33].

Рассмотрим существенные отличия этой среды от созданных образовательных сред других исследователей в соответствии с известным алгоритмом [2].

1. Предназначение среды, как и других сред, – это подготовка будущих инженеров к ИИД на основе использования проектного обучения в форме комплексного курсового проектирования по дисциплине «Теория механизмов и машин».
2. Универсальность, обусловленная возможностью ее использования в разных целях – не только для формирования у студентов компетентности в ИИД, но и других компетенций и отдельных компонентов профессиональной компетентности, что нельзя реализовать в других узконаправленных средах, в частности, В. Н. Новикова [38], А. В. Эркеновой [41].
3. Настоящая модель имеет четкую, иерархическую структуру ее компонентов, с указанием их взаимосвязи и взаимодействия, а также содержательного наполнения, что не отражено в полной мере в моделях других исследователей (Ю. Н. Зиятдиновой [26], С. М. Головлевой [28] и др.).
4. Соответствие содержания и возможностей ПДОС требованиям всех нормативных документов, регламентирующих образовательную деятельность в вузах страны, включая ФГОС и профессиональные стандарты.
5. Возможность адаптации ПДОС к изменяющимся внешним и внутренним условиям, а также доступ студентов ко всем ресурсам университета и соблюдение их прав [28; 32].
6. Возможность в рамках психодидактического компонента среды проектировать и реализовывать для студентов индивидуальные образовательные траектории [39], что обеспечивает индивидуализацию, дифференциацию и персонализацию обучения ИИД за счет учета психолого-личностных качеств обучающихся и их участия в проектировании этих траекторий [28].
7. Наличие непрерывной межкомпонентной и субъектной (обучающиеся и преподаватели) обратной связи на основе использования возможностей электронной информационной среды университета, различных цифровых ресурсов и потенциала блока мобильности (рис. 2), включая деловую игру «Конструкторское бюро».

Одним из основных результатов исследования также является модель методической системы формирования КИИД, представленная концептуально-целевым, содержательным, процессуально-технологическим и рефлексивным компонентами, ставшая основой методики подготовки студентов к ИИД, которая определяет практическую значимость выполненного исследования [3]. Ее отличительными особенностями являются:

• использование в качестве основополагающего проектного подхода к обучению, реализуемого в ходе курсового проектирования по дисциплине «Теория механизмов и машин»;
• выбор формы комплексного курсового проектирования, для чего адаптировано его понимание к условиям исследования и реализована схема индивидуального проектирования с поэтапным объединением;
• использование комбинаторной формы учебных занятий;
• реализация проектирования в форме деловой игры «Конструкторское бюро» с применением всех ресурсов и потенциала ПДОС;
• применение конвергентного подхода [40], в рамках которого происходит слияние педагогических знаний с цифровыми технологиями³² на основе размещения в информационной образовательной среде университета электронного учебно-методического комплекса и электронных учебных пособий по дисциплине «Теория механизмов и машин», массового открытого онлайн-курса «Основы проектной деятельности» и регулярного обращения студентов к этим ресурсам и производственным цифровым технологиям.

Таким образом, использование в педагогической практике предложенных моделей проектно-деятельностной образовательной среды и методической системы позволяет эффективно формировать у будущих инженеров компетентность в инновационной инженерной деятельности без нарушения учебного плана подготовки, за счет использования высокого потенциала комплексного курсового проектирования по общетехническим дисциплинам.

Дальнейшее развитие полученных в ходе исследования результатов видится авторами в следующем: в распространении комплексного курсового проектирования на все дисциплины учебного плана подготовки, а также комплексного проектирования на выпускные квалификационные работы; в развитии сквозного курсового проектирования при реализации комплексного курсового проектирования и электронной информационной образовательной среды университета за счет ее содержательного наполнения новыми цифровыми ресурсами; в автоматизации и роботизации процессов проектирования и создания образовательных сред.

Материалы статьи могут быть полезны исследователям и специалистам, занимающимся проблемой повышения качества инженерного образования в целом и эффективности инновационной подготовки будущих инженеров в частности.

¹ Подготовка студентов национальных исследовательских университетов к инновационной инженерной деятельности на основе интеграции теоретического и практического обучения этой деятельности : моногр. / Н. И. Наумкин [и др.]. Саранск : Изд-во Мордов. ун-та, 2014. 248 с.

² Наумкин Н. И. Методическая система формирования у студентов технических вузов способностей к инновационной инженерной деятельности в процессе обучения общетехническим дисциплинам. М., 2009. 499 с.; Особенности инновационной подготовки студентов вузов : моногр. / Н. И. Наумкин [и др.]. Саранск : Изд-во Мордов. ун-та, 2022. 92 с. EDN: AYAMQA

³ Пикалова А. А. Развитие проектной компетентности будущих бакалавров инженерных направлений подготовки : дис. … канд. пед. наук. Красноярск, 2020. 284 с.

⁴ Formation of Digital Competences of Future Teachers by Means of Information Educational Environment / S. Zenkina [et al.] // SLET-2020: International Scientific Conference on Innovative Approaches to the Application of Digital Technologies in Education : CEUR Workshop Proceedings. Stavropol, 2020. P. 179‒187. URL: https:// ceur-ws.org/Vol-2861/paper_20.pdf (дата обращения: 03.01.2024).

⁵ Jensen M. J., Schlegel J. L. Implementing an Entrepreneurial Mindset Design Project in an Introductory Engineering Course // ASEE Annual Conference and Exposition, Conference Proceedings. 2017. URL: https:// monolith.asee.org/public/conferences/78/papers/19571/view (дата обращения: 03.01.2024).

⁶ About the New Engineering Education Transformation (NEET) Program [Электронный ресурс]. URL: https://neet.mit.edu/ (дата обращения: 19.01.2024).

⁷ Ваганова В. Г. Система обучения физике бакалавров технического направления в информационной образовательной среде вуза : дис. … д-ра пед. наук. М., 2020. 390 с.

⁸ Ясвин В. А. Школьная среда как предмет измерения: экспертиза, проектирование, управление : моногр. М. : Народное образование, 2019. 448 с.

⁹ Fernandes C., Rocha L. Educating Youngsters for the Workforce: Tutoring F1 in School Teams with an eLearning Strategy // Proceedings of the International Conference on e-Learning, ICEL. 2021. P. 122‒129. URL: https://clck.ru/3AmW3o (дата обращения: 03.01.2024).

¹⁰ Formation of Digital Competences of Future Teachers by Means of Information Educational Environment / S. Zenkina [et al.]

¹¹ Ваганова В. Г. Система обучения физике бакалавров технического направления в информационной образовательной среде вуза.

¹² Грошева Е. П. Подготовка студентов технических вузов к инновационной деятельности при обучении инженерному творчеству и патентоведению : дис. … канд. пед. наук. М., 2010. 260 с.

¹³ Проблемно-ориентированное и проектно-организованное обучение в образовательной деятельности / В. А. Стародубцев [и др.]. Томск : Издательский Дом Томского гос. ун-та, 2017. 144 c. EDN: WOTRBR

¹⁴ Пикалова А. А. Развитие проектной компетентности будущих бакалавров инженерных направлений подготовки.

¹⁵ Там же.

¹⁶ Formation of Digital Competences of Future Teachers by Means of Information Educational Environment / S. Zenkina [et al.]

¹⁷ Там же.

¹⁸ Подготовка студентов национальных исследовательских университетов к инновационной инженерной деятельности на основе интеграции теоретического и практического обучения этой деятельности: моногр. / Н. И. Наумкин [и др.].

¹⁹ Реан А. А. Психология педагогической деятельности. Ижевск : Изд-во Удм. ун-та, 2011. 81 с.

²⁰ Наумкин Н. И., Грошева Е. П., Купряшкин В. Ф. Подготовка студентов национальных исследовательских университетов к инновационной деятельности в процессе обучения техническому творчеству / науч. ред. д-р техн. наук П. В. Сенин. Саранск : Изд-во Мордов. ун-та, 2010. EDN: QMHQAX

²¹ Дидактические особенности комплексного курсового проектирования по теории механизмов и машин : учеб. пособие [Электронный ресурс] / Н. И. Наумкин [и др.]. Саранск : Производитель Мордов. ун.-т, 2023.24.10.2023. № гос. регистрации 0322302617.

²² Подготовка студентов национальных исследовательских университетов к инновационной инженерной деятельности на основе интеграции теоретического и практического обучения этой деятельности : моногр. / Н. И. Наумкин [и др.]; Наумкин Н. И. Методическая система формирования у студентов технических вузов способностей к инновационной инженерной деятельности в процессе обучения общетехническим дисциплинам.

²³ Ясвин В. А. Образовательная среда: от моделирования к проектированию. М. : Смысл, 2001. 365 с.

²⁴ Особенности инновационной подготовки студентов вузов : моногр. / Н. И. Наумкин [и др.].

²⁵ Наумкин Н. И., Князьков А. С., Рожков Д. А. Теория механизмов и машин с элементами инноватики : электронный учебно-методический комплекс. Саранск : Производитель Мордов. ун.-т, 2021. 01.09.2021, № гос. регистрации 0322102364. URL: https://rusneb.ru/catalog/000199_000009_010876228/ (дата обращения: 15.04.2023).

²⁶ Ваганова В. Г. Система обучения физике бакалавров технического направления в информационной образовательной среде вуза.

²⁷ Ясвин В. А. Образовательная среда: от моделирования к проектированию.

²⁸ Роберт И. В. Конвергенция наук об образовании и информационных технологий как эволюционное сближение наук и технологий (для научных сотрудников и преподавателей учреждений профессионального образования). Концепция. М. : ИИО РАО, 2014. 54 с.

²⁹ Роберт И. В. Научно-педагогические практики как результат конвергенции педагогической науки и информационных и коммуникационных технологий // Педагогическая информатика. 2015. № 3. С. 27–41. EDN: UNFASX

³⁰ Ваганова В. Г. Система обучения физике бакалавров технического направления в информационной образовательной среде вуза.

³¹ Черепица Л. С. Дидактическая система управления качеством высшего образования: комбинаторное обучение [Электронный ресурс]. URL: https://libeldoc.bsuir.by/bitstream/123456789/11213/1/Cherepitsa_ Didakticheskaya.PDF (дата обращения: 15.04.2023).

³² Черепица Л. С. Дидактическая система управления качеством высшего образования: комбинаторное обучение.

 

Об авторах

Николай Иванович Наумкин

МГУ им. Н. П. Огарёва

Автор, ответственный за переписку.
Email: naumn@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-1109-5370
Scopus Author ID: 56003962600
ResearcherId: L-4643-2018

доктор педагогических наук, кандидат технических наук, профессор, профессор кафедры мобильных энергетических средств и сельскохозяйственных машин имени профессора А. И. Лещанкина

Россия, 430005, г. Саранск, ул. Большевистская, д. 68

Дмитрий Евгеньевич Глушко

МГУ им. Н. П. Огарёва

Email: rector@adm.mrsu.ru
ORCID iD: 0000-0003-4321-4191

кандидат педагогических наук, ректор, доцент кафедры мобильных энергетических средств и сельскохозяйственных машин имени профессора А. И. Лещанкина

Россия, 430005, г. Саранск, ул. Большевистская, д. 68

Владимир Федорович Купряшкин

МГУ им. Н. П. Огарёва

Email: kupwf@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-7512-509X
Scopus Author ID: 57191539821
ResearcherId: L-5153-2018

технических наук, заведующий кафедрой мобильных энергетических средств и сельскохозяйственных машин имени профессора А. И. Лещанкина

Россия, 430005, г. Саранск, ул. Большевистская, д. 68

Зульфия Хабибулловна Абушаева

МГУ им. Н. П. Огарёва

Email: zulfiya_mrsu@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-6739-6853

аспирант кафедры мобильных энергетических средств и сельскохозяйственных машин имени профессора А. И. Лещанкина

Россия, 430005, г. Саранск, ул. Большевистская, д. 68

Список литературы

Дополнительные файлы