Каждый этап развития общества включает множество открытий и нововведений, которые кардинально меняют все в жизни человека, требуя нового видения процесса развития, образования и воспитания. С изменением социальной жизни меняется и система образования [1]. Для решения конкретных педагогических задач в такой системе создается соответствующая образовательная среда (ОС), включающая образовательную, воспитательную, контрольную, диагностическую и рефлекторную функции, которая позволяет моделировать различные педагогические условия, включая инновационную деятельность [2, 3]. Одной из таких сред является предлагаемая нами проектно-деятельностная образовательная среда [4].
Рис. 1. Компоненты образовательной среды
Она объективно сложилась в ФГБОУ ВО «МГУ им. Н.П. Огарева», включает следующие компоненты: аналитические, презентационные, коммуникативные, поисковые, информационные – и предназначена для формирования у студентов способности разрабатывать проекты в инженерной деятельности (рис. 1) – важного компонента инновационной инженерной деятельности. Одной из наиболее эффективных технологий обучения в ней является проектное обучение, в основе которого лежит проектная деятельность (ПД), прошедшая в своем развитии длительный период [2].
Проблема настоящего исследования заключается в поиске ответа на вопрос, какой должна быть педагогическая модель подготовки студентов к инновационной инженерной деятельности (ИИД) при обучении в проектно-деятельностной образовательной среде. При этом, под ИИД, как и многие другие исследователи (Н.Н. Шекшаева, Е.П. Грошева, Г.С. Кочеткова, К.Л. Левков), мы понимаем целенаправленный процесс анализа существующего технического уровня, синтеза, разработки новых технических решений, создания новых материалов и технологий, внедренных в тип продаваемых продуктов, представленных нематериальными инновационными продуктами – документами безопасности, основанными на результатах интеллектуальных, научных, технических и технологических операций, документацией и оборудованием в виде продуктов, функций, технологий, услуг, услуг и обслуживающего персонала [4].
Откуда видно, что важной составляющей ИИД является проектная деятельность, – алгоритмизированная деятельность, направленная на достижение заранее определенного результата, создание определенного продукта или услуги [3].
Многие исследователи рассматривают проектную деятельность как одну из наиболее эффективных, при формировании профессиональной компетентности, способствующей развитию навыков самостоятельной и коллективной работы, формированию коммуникативной компетентности [4].
Проектный метод определяет концепцию инженерного образования на практике. Студенты активно вовлекаются в учебную деятельность, что помогает им улучшить свои навыки, опыт из первых рук и мыслительные способности. Включение активного обучения в повседневную жизнь обучающихся может быть весьма полезным в долгосрочной перспективе.
В работах К.А. Обельчакова [5] и Н.А. Морозкова [6] отмечается, что проектная деятельность позволяет вовлечь каждого обучающегося в познавательный, творческий, созидательный процесс – основу ИИД.
Целью исследования является разработка педагогической модели подготовки студентов к инновационной инженерной деятельности в проектно-деятельностной образовательной среде.
Материалы и методы исследования
В Мордовском государственном университете начиная с 2000-х гг. успешно занимаются проблемой подготовки студентов к ИИД, понимая под такой подготовкой формирование у обучающихся компетентности в инновационной инженерной деятельности (КИИД) [3].
Рис. 2. Самостоятельные исследовательские умения
ИИД, в свою очередь, в проектной культуре выступает как определяющая, она объединяет предполагаемые функциональные и технологические характеристики изделия с возможностями материального воплощения проекта. На основе проектной деятельности (ПД) построен проектный метод обучения [6].
ПД – это работа студентов, как индивидуально, так и в группе, по разработке проектов по темам, в которых проводятся независимые исследования во время как аудиторных, так и внеаудиторных занятий. Ее основная цель – более тесно связать образование и практику, позволяя обучающимся находить, обрабатывать и усваивать знания различными способами практического применения [2]. Проектную деятельность в годы учебы в университете рассматривают преподаватели высшего образования и как эффективный способ подготовки компетентного специалиста, способного строить свою профессиональную деятельность, решая задания в соответствии с требованиями конкретной производственной ситуации, эффективное средство выбора собственного пути развития профессиональной самостоятельности и ответственности. При этом результатом такой проектной деятельности должен стать какой-либо авторский «продукт», идея, замысел (обязательно защищаемый автором), что созвучно с результатом ИИД – инновационный продукт [1]. В ходе ее реализации формируются самостоятельные исследовательские умения, представленные на рис. 2.
Наиболее наглядно, эффективно и деятельно ПД можно реализовать в ходе курсового проектирования. В настоящей статье это сделано в рамках изучения дисциплины «Прикладная механика» (ПМ), что наиболее подробно описано в нижеследующих разделах [7].
В ходе исследования авторами были задействованы взаимосвязанные общенаучные и специальные подходы, методы и принципы. Интегрированный подход обеспечил объединение всех методов и подходов, нацеленных на решение проблемы подготовки к ИД, проектный – реализацию алгоритмизации ИД, системный, средовой и структурированный – создание ПДОС и педагогической модели обучения ИД. Из используемых методов выделим методы педагогики сотрудничества (свобода выбора, персонализация, совместная работа студентов и преподавателей и др.) – для создания комфортной образовательной среды) и проектов – для формирования проектных и профессиональных компетенций. Из принципов в работе задействовали принципы единства фундаментальности и профессиональной направленности, межпредметности и междисциплинарности, многоуровневости и многоэтапности обучения [3].
Результаты исследования и их обсуждение
Разработанная в результате исследования педагогическая модель подготовки студентов к ИИД при обучении в проектно-деятельностной образовательной среде представлена на рис. 3.
Эта модель включает в себя целевой, концептуальный, содержательный, процессуально-технологический и рефлексивный компоненты.
Рис. 3. Педагогическая модель подготовки студентов вузов к ИИД: СМ – сопротивление материалов; ТМ – теоретическая механика; ТММ – теория механизмов и машин; ДМиОК – детали машин и основы конструирования; МиС – метрология и сертификация; АТ – аддитивные технологии
Модель объединяет цель, содержание, методы, формы и средства обучения с учетом междисциплинарного подхода и педагогики сотрудничества.
Рассмотрим ее компоненты. Целевой компонент модели содержит совокупность основной и дополнительных целей исследования, задачи их достижения. Концептуальный определяет ориентиры и главный вектор исследования – повышение эффективности инновационной подготовки за счет интеграции в модульную структуру учебной дисциплины «Прикладная механика» встраиваемого гибкого учебного модуля инновационной подготовки (ВГУМИП) при реализации проектного обучения.
Содержательный компонент включает актуальные знания и научно-технические теории основных разделов взаимосвязанных инженерных дисциплин (СМ, ТММ, ДМиОК, ТМ, МиС), объединенных в рамках дисциплины учебного плана «Прикладная механика», интегрированные с содержанием ВГУМИП (инноватика, методы решения изобретательских задач, аддитивные технологии и реверс-инжиниринг) [2], имеющего ядро, инвариантную и вариативную части. Они представлены как на традиционных бумажных носителях, так и в виде электронных образовательных ресурсов, размещенных в электронной информационной образовательной среде университета (ЭОИР) [3].
Процессуально-технологический компонент представляет интегрированную подсистему инструментария реализации обучения в ПДОС. В ней в качестве объединяющих в единое целое (подходы, методы и принципы обучения) выступают различные разработанные методические системы и методики подготовки к ИИД. Интеграция в модульную структуру интегрированной учебной дисциплины «Прикладная механика» встраиваемого гибкого учебного модуля инновационной подготовки (ВГУМИП) при реализации проектного обучения направлена на гарантированное формирование у студентов компетентности в инновационной инженерной деятельности. Проектное обучение реализуется в рамках деловой игры «Конструкторское бюро», включающей следующий алгоритм: 1) формирование команд; 2) постановка проблемы; 3) анализ-синтез ТР; 3) проектирование; 4) моделирование; 5) конструирование; 6) 3D печать; 7) презентация проекта [2, 6].
Реализация модели завершается рефлексивным компонентом, в рамках которого осуществляется постоянный мониторинг уровня готовности студентов, его основным диагностирующим, контролирующим и обучающим средством выступает вышеупомянутая игра «Конструкторское бюро».
Таким образом, представленная модель является важным основанием для разработки и реализации эффективной методики обучения студентов технических университетов ИИД, особенностью которой является возможность инновационной подготовки, без нарушения существующего учебного плана за счет интеграции в дисциплину ВГУМИП и использования высокого потенциала образовательной среды.
Наибольшее внимание посвятим содержанию процессуально-технологического компонента, основным методом обучения в котором является проектный, реализуемый в ходе курсового проектирования по ПМ, предусматривающий освоение как общих, так и формирование профессиональных компетенций, позволяющих в полной мере осуществлять будущую деятельность в профессиональной сфере. Такой вид проектирования подразумевает аргументацию темы, формирование проблемы исследования, его объекта и предмета, постановку задач проекта в логической последовательности, формулирование методов исследования, определение источников поиска информации, предположительные способы решения поставленной задачи, формирование ходов ее решения, подразумевающее экспериментальные, наглядные, опытные пути решения проблемы. В конечном итоге предполагается обсуждение полученных выводов, формирование результатов.
Курсовой проект, как особая проектная деятельность, включает в себя определенные изменения и в роли преподавателя. Он представляется организатором познавательной деятельности студентов и главной его становится задача способствовать освоению обучающимися самостоятельной проектной деятельности [1].
В конце курса студенты учатся принятию решений и подотчетности. Участники совместной деятельности становятся равными преподавателям, расширяя круг своих интересов, формируя сильные качества и волю с чувством ответственности. В случае крупных проектов студенты объединяются для работы в группы, что способствует развитию коммуникативных навыков и поощряет сотрудничество со всеми членами команды, независимо от их личных отношений друг с другом.
В ходе курсового проектирования по прикладной механике производятся: синтез кинематической схемы рычажного механизма; выполняются структурный, кинематический и силовой расчет механизма; проектные и проверочные расчеты и рассматривается проектирование компонентов механического привода с учетом его назначения и предъявляемых к нему требований. Решается задача развития умения разрабатывать техническую документацию для представления в материальной форме заданной схемы механизма с учетом предъявленных к нему требований к прочности, работоспособности, технологичности и экономичности.
В качестве объектов курсового проектирования предлагаются приводы различных машин и механизмов сельскохозяйственного назначения (например, ленточных транспортеров, цепных конвейеров и др.), использующие одноступенчатый редуктор, открытую передачу и большинство деталей и узлов общего назначения [2].
Одним из основных условий курсового проекта является защита его готового результата публично, презентация проделанной работы и показ конечного продукта – проекта.
Эффективность использования полученных результатов подтверждена: 1) в отчетах по реализации гранта РФФИ 20-313-90007 «Разработка научно-методических основ формирования компетентности в инновационной деятельности у будущих педагогов в интегрированной педагогико-технологической образовательной среде» и в различных публикациях авторов; 2) победами и результативными выступлениями студентов в различных всероссийских мероприятиях (всероссийские научные фестивали «Студенческая молодежь – науке» (г. Саранск, 2000–2022 гг.); всероссийские конкурсы новаторских и инновационных идей (г. Саранск, 2010–2022 гг.)) [3]; 3) 12 студентов стали лауреатами премии президента РФ по программе поддержки талантливой молодежи.
Заключение
Таким образом, в ходе исследования были получены следующие результаты.
1. Актуализировано понимание инновационной инженерной деятельности и необходимости овладения ею всеми выпускниками вузов.
2. Конкретизировано определение и структура проектной деятельности, как важного компонента реализации инновационной инженерной деятельности.
3. Сформулировано определение проектно-деятельностной образовательной среды и представлена ее структура, направленные на инновационную подготовку студентов инженерных направлений подготовки к инновационной деятельности.
4. Разработана педагогическая модель подготовки студентов к ИИД при обучении в проектно-деятельностной образовательной среде, включающая в себя целевой, концептуальный, содержательный, процессуально-технологический и рефлексивный компоненты, особенностью которой является возможность инновационной подготовки, без нарушения существующего учебного плана за счет интеграции в дисциплину «Прикладная механика» ВГУМИП и использования высокого потенциала ПДОС.
5. Представлена структура и содержание курсового проекта по прикладной механике, направленные на формирование у обучающихся КИИД.
Результаты исследования определили и другие тенденции в работе в этом направлении: совершенствование методов обучения в образовательной среде, развитие технологий, которые привели к формированию профессии последующих инженеров, интеграция ИИД для создания основы профессионализма технического направления обучающихся, изучение возможностей общественной профессиональной дисциплины.