Вектор развития строительного производства сегодня характеризуется следующими тенденциями: высокотехнологичные конструктивные решения, сложная геометрия архитектурных форм, социально ориентированные требования к качеству проведения изыскательских, проектных и строительно-монтажных работ. Такой вектор востребует от выпускников-специалистов и соответствующего уровня их геометрической и графической подготовки в архитектурно-строительном вузе. Соответствующий уровень результативности такой подготовки студентов, на наш взгляд, подразумевает не просто получение ими по окончании вуза арифметической суммы компетенций (т.е. суммы знаний, умений и навыков), но достижение ими более высокого в структуре образовательного процесса результата – геометро-графической культуры [1].
Проведенный анализ нормативной документации в сфере высшего технического образования и актуальных требований рынка труда на уровне результативности общетехнической подготовки студентов (и геометро-графической в частности), обучающихся в высшей технической школе по специальности 08.03.01 «Строительство уникальных зданий и сооружений», показал необходимость активного внедрения в культурно-ориентированную методическую систему такого дидактического принципа, как междисциплинарность. Важно, что внедрение дидактического принципа междисциплинарности должно осуществляться не только на целевом и содержательно-процессуальном уровне методической системы геометро-графической подготовки студентов, но и на диагностическом. Реализация указанного принципа позволит преподавательскому составу общепрофессиональных кафедр (во взаимосвязи с преподавателями специальных кафедр) эффективно совершенствовать методическую систему, рассматриваемую нами в аспекте системного подхода как открытую.
Проектирование междисциплинарного диагностического аппарата предполагает: 1) выделение количественных и качественных обобщенных показателей измерения уровня развитости элементов геометро-графической культуры студентов; 2) формулирование содержания тестовых вопросов; 3) разработку учебных межпредметных геометро-графических заданий и задач; 4) отбор необходимых методов математической статистики, обеспечивающих достоверность измерения выделенных качественных и количественных показателей элементов геометро-графической культуры студентов. Вместе с тем вопрос проектирования диагностического аппарата для достоверной оценки результативности междисциплинарной геометро-графической подготовки студентов специалитета в архитектурно-строительном вузе остается комплексно теоретически и детально на практике не раскрытым. Отсутствие такого междисциплинарного аппарата диагностики, необходимого для эффективного функционирования открытой культурно ориентированной методической системы, подтверждает актуальность нашего исследования.
Цель исследования: определение теоретико-практической основы разработки междисциплинарного диагностического аппарата для измерения результативности геометро-графической подготовки студентов – будущих специалистов в сфере строительства особо опасных, технологичных и сложных сооружений различного назначения.
Материалы и методы исследования
Для решения задачи исследования были изучены: 1) образовательные стандарты разных поколений и последней версии (ФГОС ВО 3++) подготовки специалистов по указанному выше специалитету; 2) примерная образовательная программа от 2019 г. (ПООП); 3) требования рынка труда к квалификации инженеров за период от 2014 г. по 2020 г. [2, 3]). Были применены следующие методы педагогического исследования: 1) теоретический – анализ психолого-педагогической литературы в сфере проектирования средств диагностики; 2) не экспериментальный – прямое и косвенное наблюдение, собеседование с преподавателями архитектурно-строительных вузов и студентами, изучение продуктов образовательной деятельности; 3) экспериментальный – этапы дидактического эксперимента (предваряющий, поисковый, формирующий).
Результаты исследования и их обсуждение
Разрешению проблем в геометрической и графической подготовке будущих инженеров в сфере строительства (в соответствии с принципом междисциплинарности с профессиональными и общетехническими дисциплинами) уделяли значительное внимание ведущие архитекторы, инженеры-строители, инженеры-механики, математики и педагоги. Об этом свидетельствует аналитический обзор работ ряда ученых [4–6], которые являются авторами монографий, учебников и задачников по теории и методике междисциплинарного обучения студентов основам инженерного и архитектурного дела; фундаментальной и прикладной геометрии во взаимосвязи с методами расчета прочности и надежности строительных конструкций; оптимального применения совокупности форм и инструментов обучения при выполнении расчетных работ.
С опорой на работы перечисленных педагогов, осуществление геометрической и графической подготовки будущих специалистов при реализации принципа междисциплинарности общетехнических дисциплин позволит создать благоприятные условия для ее культурно ориентированной результативности, в которой наиболее значимыми элементами являются межпредметные знания и деятельностный элемент. При этом реализацию в вузе системной взаимосвязи геометро-графической подготовки студентов специалитета (дисциплина «Инженерная и компьютерная графика») со всеми общетехническими дисциплинами, на наш взгляд, целесообразно осуществлять, прежде всего, с наиболее плотно взаимодействующими по содержанию на 1–3 курсах предметами («Инженерная геодезия и геология», «Строительная механика», «Основы стандартизации и метрологии», «Основания и фундаменты»).
Эффективность внедрения в учебный процесс принципа междисциплинарности объясняется тем, что это позволяет реализовать совокупность и других значимых дидактических принципов, в частности таких, как принципы преемственности и оптимальности содержания учебного материала. Принцип преемственности в общетехнической подготовке студентов обеспечивает непрерывность и системность усвоения студентами в ходе практических и лабораторных занятий учебно-методического материала. По мнению А.Д. Ботвинникова, при систематизации усваиваемых понятий у обучаемых «ускоряется переход от познания внешних проявлений понятий к раскрытию их истинной сущности» [7, с. 15]. Принцип оптимальности в общетехнической подготовке студентов содействует отсутствию дублирования одинаковых учебных разделов и тем. Реализация принципа оптимальности содержания важна также и в условиях внедрения в архитектурно-строительных вузах ПООП, в содержании которой были на 27 % «урезаны» учебные часы, отведенные на проведение аудиторных практических и лабораторных занятий по общетехническим предметам, а также на выполнение студентами расчетных работ в аудитории и самостоятельно.
Вместе с тем для внедрения принципа междисциплинарности в образовательный процесс подготовки студентов рассматриваемого специалитета имеется ряд нерешенных вопросов, как на процессуальном уровне, так и на уровне диагностики междисциплинарного результата (в том числе и геометро-графической культуры). Согласно работам педагогов [8–10], только проведение педагогически и математически обоснованного дидактического эксперимента может стать действительно методом научного исследования, позволяющим педагогу выявить научные закономерности. В дальнейшем на их основании появляется возможность совершенствовать и дополнять теорию и практику.
В итоге выделенные нами теоретические основы, обеспечивающие обоснованность (достоверность) функционирования междисциплинарного диагностического аппарата для измерения уровней достижения студентами в вузе культурно-ориентированной цели в геометро-графической области знания, включают:
– определение ведущих педагогических воздействий, которые будут подвергаться проверке, и в каких вариантах. Отметим, что в ходе проведения эксперимента педагог-исследователь проверяет эффективность «новых элементов», введенных в учебный процесс, выступая одновременно и в роли творца, и в роли организатора опытной работы;
– достижение 95 % доверительной вероятности (при предельной ошибке в 5 %);
– определение качественных и количественных показателей эффективности педагогического процесса, отбор способов их измерения на основе балльной системы и методов математической статистики;
– наблюдение студентов экспериментальной и контрольной групп, значения результативности геометро-графической подготовки которых перед проведением формирующего этапа эксперимента принадлежат к одной функции (закону) распределения;
– проведение не менее 398 испытаний (гарантия «достаточности» дидактического эксперимента);
– уравнивание всех «прочих» условий проведения эксперимента (средовые и групповые влияния, успешность подготовки студентов по естественнонаучным и гуманитарным предметам и др.);
– разработка в соответствии с выделенными воздействиями экспериментальных рабочих программ, межпредметных учебно-методических материалов, учебных межпредметных заданий и задач разной степени сложности;
– разработка «эталонов», с которыми будут сравниваться учебные результаты студентов экспериментальной и контрольной групп при решении учебных межпредметных тестов и задач;
– описание возможных типов ответов и решений учебных межпредметных заданий и задач, а также расшифровка «полных» и «неполных» возможных ответов и решений;
– определение способа поэтапной и временной фиксации диагностики результата эксперимента и документирования в протокольной форме;
– разработка алгоритма по порядку проведения и проверки результатов дидактического эксперимента (инструкции, программы, протоколы).
Качественное и количественное измерение достижения студентами в вузе уровней развитости элементов геометро-графической культуры (межпредметные знания, деятельностный элемент) осуществлялось на практике по результатам ответов на тестовые вопросы и решения учебных межпредметных геометро-графических задач. Определим в нашем исследовании межпредметную геометро-графическую задачу как вид учебной задачи управляющего типа, решение которой студентами специалитета направлено на развитие у них фундаментальных и прикладных межпредметных знаний, пространственных представлений, активности и рационального способа обобщенного действия в условиях взаимосвязи с указанными выше общетехническими предметами. При решении студентами межпредметных геометро-графических задач уровень развитости качественных и количественных показателей элементов геометро-графической культуры осуществлялся непосредственно на ориентировочном и исполнительном этапах учебной деятельности. В зависимости от обобщенности способа действия и сложности используемого учебного средства нами установлены классификационные типы учебных межпредметных геометро-графических задач.
В итоге механизм диагностики на практике включает следующий порядок действий:
– диагностика фундаментальных и прикладных межпредметных знаний осуществляется на этапе ориентировочной части действия студентов. Для выявления уровня развитости данного количественного показателя применяются тестовые вопросы, характеризующие понимание условия задачи. Оценочные баллы рекомендуется проставлять по правилу: 1) высокий уровень результата – все ответы на вопросы студента «полные»; 2) средний уровень – большая часть ответов на вопросы «полные»; 3) низкий уровень – большая часть ответов студентов «неполные»;
– диагностика развитости деятельностного элемента геометро-графической культуры студентов осуществляется на этапе исполнительной части действия. Отметим, что деятельностный элемент характеризует степень развитости логических способностей, степень развитости пространственных представлений и активности. Для выявления уровня развитости перечисленных выше способностей преподаватель в сравнении с разработанным ранее «учебным эталоном» проводит анализ процесса решения задачи. В ходе такого анализа определяется уровень развитости показателей качественного характера и составляется протокол на каждого студента.
Качественные показатели диагностики деятельностного элемента геометро-графической культуры студента, которые переводятся в баллы методами комплексной оценки и ранжирования, отражают: 1) степень научной обоснованности применения выбранного способа действия; 2) рациональность способа решения задачи; 3) степень обобщенности способа решения задачи, учитывающая характер и количество примененных межпредметных связей; 4) степень сложности применяемых средств обучения; 5) меру способности студента к «переносу» ранее сформированного у него способа действия в «новые» условия; 6) характер и количество ошибок студента, специфичных для конкретной общетехнической области знания; 7) особенности поведения студента в начале решения задачи, в процессе и в конце решения задачи; 8) тип мотивационного влияния формируемых межпредметных знаний и умений на получение «новых»; 9) временные характеристики решения задачи; 10) результативность решения студентом учебной межпредметной геометро-графической задачи по завершении эксперимента и с временной отсрочкой (периоды – один семестр, два семестра).
Приведем пример содержания учебной межпредметной геометро-графической задачи, разработанной нами и при решении которой обеспечивается взаимосвязанность следующих тем: Тема 1. «Выполнение рабочих чертежей бескаркасных жилых зданий» (дисциплина «Инженерная и компьютерная графика»); Тема 2. «Расчет нагрузок от собственного веса стен» (дисциплина «Основания и фундаменты»).
Пример условия задачи. Рассчитать нагрузки от собственного веса стен на 1 м.п., используя разработанные рабочие чертежи планов, разрезов и сечений жилого здания: 1) для наружной стены с оконными проемами (ось Г); 2) для внутренней стены без проемов (ось 3). Исходные данные для расчета принять следующие: 1) толщина наружной стены из кирпича – 640 мм; 2) толщина несущей внутренней стены из кирпича – 380 мм; 3) кирпич силикатный одинарный; 4) удельный вес стен – 18 кН/м3; 5) здание бескаркасное с плитами перекрытий 2ПК. Отдельные исходные архитектурно-строительные чертежи планов этажей бескаркасного здания, выполненные студентами графическими компьютерными средствами обучения и необходимые для проведения ими расчета, представлены на рисунке.
Рабочие чертежи, выполненные студентами графическими компьютерными средствами обучения и необходимые для решения расчетной части учебной межпредметной геометро-графической задачи
Заключение
Теоретическая значимость исследования заключается в обосновании необходимости разработки аппарата для диагностики развитости междисциплинарных геометро-графических культурно-ориентированных способностей студентов, обучающихся по программе специалитета в архитектурно-строительном вузе. Выделены теоретические основы конструирования диагностического аппарата, обеспечивающие достоверность его функционирования. Определены количественные и качественные показатели диагностики развитости таких элементов геометро-графической культуры студента, как «знаниевый» элемент и деятельностный элемент. Сформулировано понятие «Учебная межпредметная геометро-графическая задача», по результатам решения которой производится измерение выделенных показателей у студентов. Разработан алгоритм, позволяющий на практике определить успешность решения студентами учебной межпредметной геометро-графической задачи. Приведен пример содержания задачи. Начальные итоги формирующего этапа педагогического эксперимента показали правильность предложенных нами теоретических и практических основ проектирования междисциплинарного диагностического аппарата для определения развитости элементов геометро-графической культуры студентов.