Введение
В настоящее время наблюдается стремительная технологизация всех сфер жизни общества, что обуславливает растущую востребованность инженерных и цифровых компетенций на рынке труда. Эти факторы стимулируют интерес студентов, в том числе обучающихся по гуманитарным и педагогическим направлениям, к освоению цифровых инструментов проектирования, моделирования и прототипирования. Возникает необходимость воспитания нового поколения специалистов, сочетающих техническую грамотность с креативным мышлением и проектной культурой, то есть обладающих проектно-технологическим мышлением. В условиях цифровизации образования остро встает вопрос о необходимости разработки инновационных методов проектно-технологического мышления у обучающихся вузов. Традиционно такая работа ведется по двум направлениям: в рамках учебного процесса – через освоение профильных дисциплин; во внеучебное время – при вовлечении студентов в научные кружки, профильные конкурсы и иные формы активности.
Проведенный анализ научной литературы свидетельствует, что имеющиеся исследования затрагивают ключевые аспекты данной проблематики: структурные компоненты проектно-технологического мышления и специфику формирования в урочной и внеурочной деятельности [1, 2]. Однако в настоящее время многие вопросы формирования проектно-технологического мышления, внедрения инновационных образовательных технологий и подходов к организации практико-ориентированной подготовки во внеучебной деятельности студентов высшей школы остаются малоизученными.
Цель исследования – разработать комплекс методических рекомендаций, способствующих формированию проектно-технологического мышления у студентов через их включение в практико-ориентированную деятельность в рамках студенческого конструкторского бюро, базирующегося на инфраструктуре цифровой лаборатории вуза.
Материалы и методы исследования
В ходе исследования применялся комплекс взаимодополняющих методов.
Теоретические: анализ научных статей и монографий по проблеме исследования; изучение методических рекомендаций, специализированных источников, раскрывающих ключевые аспекты темы.
Эмпирические: анализ опубликованного педагогического опыта, релевантного исследуемой проблематике; наблюдение за учебно-проектной деятельностью студентов; диагностика уровня сформированности проектно-технологического мышления посредством тестирования, анкетирования и опросов; экспертная оценка итоговых продуктов студенческой работы.
Экспериментальная работа по формированию проектно-технологического мышления студентов проводилась в рамках деятельности студенческого конструкторского бюро «Технопарк-Профи» на базе цифровой лаборатории 3D-моделирования и прототипирования ФГБОУ ВО «Марийский государственный университет». В ходе опытно-экспериментальной работы оценивалась результативность формирования компонентов проектно-технологического мышления студентов посредством практико-ориентированной деятельности в рамках студенческого конструкторского бюро на базе цифровой лаборатории 3D-моделирования и прототипирования. В исследовании были задействованы студенты, обучающиеся по программе «Дизайн и декоративно-прикладное искусство»: экспериментальная группа (ЭГ) (12 чел.) и контрольная группа (КГ) (12 чел.). Анализ сформированности показателей проектно-технологического мышления групп, участвующих в эксперименте, проводился по итогам изучения дисциплин по 3D-моделированию и проектной деятельности (урочная деятельность). В экспериментальной группе в дополнение апробировалось положенное в гипотезу предположение – участие студентов в работе студенческого конструкторского бюро на базе цифровой лаборатории 3D-моделирования и прототипирования.
Результаты исследования и их обсуждение
Ключевыми составляющими термина «проектно-технологическое мышление» являются «проектное мышление» и «технологическое мышление». Под проектным мышлением Д.А. Горбачева понимает способность личности к творческому (креативному), системному, аналитическому мышлению, которая помогает нестандартно решать сложные задачи и достигать поставленных целей на основании синтеза информации через организацию и управление проектными процессами на основе прогнозирования последствий принимаемых решений [3]. Ю.Л. Хотунцев, П.А. Якушкин, А.Ж. Насипов в своих трудах описывают технологическое мышление как способ мышления, при котором целостно воспринимается, осмысливается и осознается целенаправленный процесс сбора, анализа и преобразования информации для оптимального решения технологических задач [4]. Проектно-технологическое мышление подразумевает синтез проектного подхода и технологической компетентности. Под данным термином понимается процесс психологической активности и обработки получаемой информации, который позволяет реализовывать различную технологическую и проектную деятельность с применением различного типа характеристик личности и возможностей применения современных технологических решений [5]. По мнению Ю.А. Судника, В.П. Овечкина, Я.В. Чуб, проектно-технологическое мышление подразумевает под собой способность личности к познанию посредством построения логических связей и поиска оптимальных средств для решения проектно-ориентированных задач [1]. Данный тип мышления характеризуется особенной ориентацией на конкретный результат и полный цикл реализации этапов проектной деятельности, интеграцией междисциплинарных знаний, умений и навыков из ряда различных областей, учетом внешних признаков и окружающей действительности, установкой на инновационные решения и действия для достижения цели [2]. Проектно-технологическое мышление – мыслительная способность человека использовать оптимальные средства преобразования материи, энергии и информации в нужный для него продукт [6]. В рамках данного исследования под проектно-технологическим мышлением авторы понимают вид мыслительной деятельности, направленный на проектирование, моделирование и реализацию технических объектов в условиях ограниченных ресурсов и заданных требований. Ключевые характеристики: системное видение проблемы, способность к технологическому проектированию, владение цифровыми инструментами моделирования, умение управлять жизненным циклом проекта.
Проектно-технологическое мышление отличается от других видов мышления наличием ряда компонентов, составляющих сущностную характеристику данного термина.
1. Проектный компонент. Отвечает за реализацию, восприятие поставленной задачи в проектном контексте, то есть требует четкого определения цели, задач, этапов, сроков исполнения [7]. Позволяет обеспечить трансформацию проблемной ситуации в конкретную формулировку задания. Включает знания о технологических процессах, стандартах проектирования, цифровых инструментах (CAD/CAM, 3D печать, лазерная резка и др.).
2. Технологический компонент. Данный компонент отвечает за способность упорядоченного и рационального преобразования действительности, помимо активизации мыслительных операций. Включает умения формулировать ТЗ, разрабатывать эскизы и 3D-модели, проводить расчеты, тестировать прототипы. Компонент непосредственно связан с выполнением технологических и конструкторских задач.
3. Креативно-конструкторский компонент. Подразумевает способность находить новые творческие, неочевидные и ранее не предполагаемые решения и в дальнейшем находить пути воплощения их в действительность [8]. Подразумевает готовность к генерации нестандартных идей, применению междисциплинарных подходов.
4. Коммуникативно-кооперативный компонент. Включает навыки командной работы, презентации проекта, взаимодействия с заказчиками.
5. Рефлексивно-оценочный компонент. Данный компонент позволяет осознавать мотивы для совершения действий и достижения результата, анализировать собственную деятельность, в том числе проектно-ориентированную, понимать значимость воспроизводимых действий, анализировать ошибки.
В качестве ключевого механизма формирования проектно-технологических умений в исследовании авторы выделяют интегративную среду, в качестве которой выступает студенческое конструкторское бюро (далее СКБ) – целенаправленная, структурированная деятельность студентов в рамках лаборатории вуза по реализации различных разработок и проектов в научной и технической сфере. Студенческие конструкторские бюро представляют собой организации, в которых студенты университетов могут заниматься проектированием, разработкой, тестированием и наладкой инновационных технологий и продуктов [9]. Студенческое конструкторское бюро выступает кадровым резервом будущих специалистов в творческих, инженерных, промышленных и технических сферах жизни [10]. В отличие от традиционных форм деятельности в рамках дисциплин, где алгоритм действий для достижения результата заранее известен, работа в студенческом конструкторском бюро погружает студентов в творческую деятельность, наиболее похожую на реальные условия производства. Формирование технологического мышления осуществляется с учетом вовлечения студентов в проектно-конструкторскую и дизайнерскую деятельность по созданию изделий, имеющих реальную личностную и общественную значимость [11].
Например, анализ поставленной задачи и постановка технического задания, поисковая работа, разработка эскизов и 3D-моделей, создание прототипов, сборка, тестирование и испытание, работа над ошибками, защита созданного проекта [12] – все это предполагает постановку не абстрактных, а конкретных заданий с реально существующими условиями. Обязательным условием деятельности СКБ выступает наличие наставников, которыми могут выступать преподаватели и специалисты из предполагаемой сферы деятельности [13].
В рамках исследования эффективности формирования проектно-технологического мышления посредством вовлечения студентов в работу в студенческом конструкторском бюро авторы опирались на систему оценки сформированности компонентов проектно-технологического мышления на основе трех уровней: низкий, средний, высокий (табл. 1) [14].
Низкий – фрагментарные знания, неспособность к самостоятельной реализации проекта. Средний – умение выполнять отдельные этапы проекта под руководством наставника. Высокий – способность к автономному проектированию, оптимизации решений, презентации результатов.
Для определения уровня сформированности проектно-технологического мышления испытуемых был применен метод экспертной оценки. Экспертами выступили преподаватели по дисциплинам: 3D-моделирование, прототипирование и макетирование; инженерная графика; проектная деятельность. Оценка сформированности проектно-технологического мышления на констатирующем этапе показала, что участники контрольной и экспериментальной групп преимущественно находятся на низком и среднем уровнях (табл. 2).
Таблица 1
Система оценки сформированности проектно-технологического мышления
|
Показатели |
Уровни и баллы |
||
|
Низкий |
Средний |
Высокий |
|
|
Сформированность проектного компонента |
|||
|
Знания о технологических процессах, стандартах, инструментах проектирования |
0 |
1 |
2 |
|
Способность к коммуникации с участниками процесса решения проектных задач |
0 |
1 |
2 |
|
Способность к четкому целеполаганию, постановке задач и этапов в процессе проектно-ориентированной деятельности |
0 |
1 |
2 |
|
Сформированность технологического компонента |
|||
|
Умения формулировать ТЗ, разрабатывать эскизы и 3D-модели, проводить расчеты, тестировать прототипы |
0 |
1 |
2 |
|
Способность к прогнозированию будущих результатов работы на этапе проектирования и моделирования |
0 |
1 |
2 |
|
Способность к выбору оптимальных средств и решений для достижения конкретного результата проекта |
0 |
1 |
2 |
|
Сформированность креативно-конструкторского компонента |
|||
|
Умение формулировать и представлять нестандартные проектные решения |
0 |
1 |
2 |
|
Способность к применению междисциплинарного подхода в решении поставленных проектных задач |
0 |
1 |
2 |
|
Способность к построению мысленных образов и их представлению |
0 |
1 |
2 |
|
Коммуникативно-кооперативный компонент |
|||
|
Умение ведения дискуссий и согласования решений |
0 |
1 |
2 |
|
Способность взаимодействия с заказчиками/экспертами |
0 |
1 |
2 |
|
Ясность и убедительность презентации |
0 |
1 |
2 |
|
Рефлексивно-оценочный компонент |
|||
|
Способность осознавать мотивы для совершения действий для достижения результата |
0 |
1 |
2 |
|
Способность выявлять ошибки в проекте, предлагать варианты доработки |
0 |
1 |
2 |
|
Способность аргументированно обосновывать выбор методов проектирования и инструментов |
0 |
1 |
2 |
Таблица 2
Уровень сформированности проектно-технологического мышления на констатирующем этапе
|
Уровень сформированности компонентов проектно-технологического мышления |
|||
|
Низкий |
Средний |
Высокий |
|
|
Контрольная группа |
5 |
5 |
2 |
|
Экспериментальная группа |
6 |
5 |
1 |
Примечание: составлена авторами на основе полученных данных в ходе исследования.
Таблица 3
Уровень сформированности проектно-технологического мышления на формирующем этапе
|
Уровень сформированности компонентов проектно-технологического мышления |
|||
|
Низкий |
Средний |
Высокий |
|
|
Контрольная группа |
2 |
7 |
3 |
|
Экспериментальная группа |
1 |
6 |
5 |
Примечание: составлена авторами на основе полученных данных в ходе исследования.
В течение семестра студенты КГ и ЭГ посещали занятия по дисциплине «Основы 3D-моделирования, прототипирования и макетирования», в рамках которой изучали виды 3D-моделирования, особенности построения моделей в программном обеспечении «Blender 3D».
Студенты ЭГ помимо посещения обязательных занятий по дисциплине были задействованы в работе студенческого конструкторского бюро на базе лаборатории 3D-моделирования и прототипирования. В рамках внеурочной деятельности в СКБ студенты углубленно изучали программы векторной графики и 3D-моделирования, современные технологии аддитивного производства, проводили опытно-конструкторскую работу, которая включала создание чертежей, 3D-моделей в специализированном программном обеспечении, производили расчеты, оформляли паспорта изделий, оформляли заявки для участия в грантах и конкурсах, разрабатывали стартапы, организовывали выставки и мастер-классы.
За отчетный период работы в СКБ студенты разработали и защитили несколько проектов, предполагающих полный цикл моделирования, от задумки до конечного физического воплощения с предоставлением обязательной документации для промежуточного отчета по проделанной работе.
Результаты формирующего этапа исследования показали, что участники ЭГ, вовлеченные в деятельность СКБ, значительно повысили уровень сформированности компонентов проектно-технологического мышления, что подтверждает гипотезу исследования об эффективности формирования компонентов проектно-технологического мышления при вовлечении студентов в практико-ориентированную деятельность в рамках студенческого конструкторского бюро (табл. 3).
Результатом исследования стали разработанные методические рекомендации по формированию проектно-технологического мышления студентов посредством вовлечения в деятельность студенческого конструкторского бюро:
1. Погружение в полный жизненный цикл проекта: анализ задачи, ТЗ, эскизирование, 3D-моделирование, прототипирование, тестирование, доработка, защита.
2. Работа с цифровыми технологиями: освоение специализированных программ CAD/CAM систем (Компас 3D, Blender 3D, Inkscape); работа в слайсере и управляющих программах станков с числовым программным управлением; 3D-печать и постобработка изделий.
3. Междисциплинарность: интеграция знаний из области 3D-дизайна, материаловедения, проектной деятельности, технологического практикума, программирования.
4. Организация наставничества: сопровождение студенческих проектов преподавателями [15].
5. Практико-ориентированная проектная деятельность: моделирование и прототипирование изделий (сувенирная продукция для конференций, конкурсов, учебные модели); участие в конкурсах и грантах; разработка стартапов в рамках выпускных квалификационных работ.
Заключение
Вовлечение студентов в проектно-ориентированную деятельность на базе студенческого конструкторского бюро в цифровой лаборатории вуза способствует формированию и развитию проектно-технологического мышления, создавая прочную методологическую основу для успешного профессионального становления будущих специалистов, подготавливая их для работы в высокотехнологичных отраслях экономики.