CC BY
8DOI: 10.25586/RNU.HET.20.08.P.25 УДК 378.147
Н.В. Бауэр, Н.И. Красовская, И.В. Шушарина, А.А. Романова, А.В. Сычева,
Тюменский индустриальный университет
Интерактивные методы формирования пространственного мышления будущих инженеров
Неотъемлемый компонент инженерного образования - формирование пространственного мышления на основе изучения графических дисциплин, закладывающих базу для профессиональной подготовки кадров и формирующих способность к инновациям. Цифровая революция современного периода повышает роль и значение пространственного мышления в профессиональной деятельности инженеров. Специалистам инженерно-технического профиля наших дней необходимо не только знание методов построения изображения геометрических образов, но и в еще большей мере - умение логически представить в пространстве предмет по его изображениям [1].
Целью нашего исследования, результаты которого освещены в настоящей статье, является определение степени влияния интенсификации учебного процесса при изучении графических дисциплин на развитие пространственного мышления студентов, обучающихся в техническом вузе. Исследование носит прикладной характер. Его главная задача - создание методической модели формирования пространственного мышления будущих инженеров на практических занятиях по графическим дисциплинам.
При традиционном подходе к изучению графических дисциплин основным источником информации об объекте являются черте© Бауэр Н.В., Красовская Н.И., Шушарина И.В.,
жи, необходимые для мысленного воспроизведения его положения в пространстве, а также формы и размеров. Однако в последние годы многие студенты не справляются с решением задач, связанных с прочтением и интерпретацией чертежей. Причина - недостаточная подготовленность обучающихся к усвоению элементарных понятий о проекционном черчении, поскольку черчение в общеобразовательных школах в настоящее время практически не изучается. Поэтому, приступая к организации преподавания графических дисциплин, приходится исходить из того, что студенты обладают разным, а неред-
Романова А.А., Сычева А.В., 2020
Тюменский индустриальный университет
ко и весьма низким уровнем восприятия пространственных объектов и не обладают способностью моделировать их на чертеже.
Не меньшей проблемой является постоянное сокращение общей продолжительности аудиторных занятий, отводимых на изучение графических дисциплин. В условиях, когда объем преподаваемого материала не сокращается, а растет, актуализируются вопросы интенсификации учебного процесса.
В сложившейся ситуации преподаватели связывают инновации в графическом образовании с интерактивными методами обучения, способствующими формиро-
а НАТАЛЬЯ ВАЛЕНТИНОВНА БАУЭР
кандидат философских наук, доцент кафедры начертательной геометрии и графики Тюменского индустриального университета. Сфера научных интересов: методика преподавания геометро-графических дисциплин, формирование пространственного мышления обучающихся в техническом вузе. Автор более 40 опубликованных научных трудов. Электронная почта: bauernv@tyuiu.ru
НИНА ИВАНОВНА КРАСОВСКАЯ
кандидат технических наук, доцент, заведующая кафедрой начертательной геометрии и графики Тюменского индустриального университета. Сфера научных интересов: методика преподавания графических дисциплин, использование пластиковых труб в народном хозяйстве. Автор более 70 опубликованных научных трудов. Электронная почта: krasovskayani@tyuiu.ru
ИРИНА
ВЛАДИМИРОВНА ШУШАРИНА
старший преподаватель кафедры начертательной геометрии и графики Тюменского индустриального университета. Сфера научных интересов: психология и педагогика, геометрическое моделирование. Автор более 20 опубликованных научных трудов. Электронная почта: shusharinaiv@tyuiu.ru.
АННА
АЛЕКСАНДРОВНА РОМАНОВА
ассистент кафедры начертательной геометрии и графики Тюменского индустриального университета. Сфера научных интересов: психология и педагогика, геометрическое моделирование. Автор более 20 опубликованных научных трудов. Электронная почта: romanovaaa@tyuiu.ru
АНАСТАСИЯ ВАЛЕНТИНОВНА СЫЧЕВА
ассистент кафедры начертательной геометрии и графики Тюменского индустриального университета. Сфера научных интересов: методика преподавания геометро-графических дисциплин в техническом вузе. Автор двух опубликованных научных работ. Электронная почта: sycheva@tyuiu.ru
Представлены результаты исследования процесса формирования пространственного мышления студентов технических вузов в ходе изучения графических дисциплин. Пространственное мышление рассматривается как умение видеть предмет с разных позиций и решать творческие задачи на построение и преобразование объектов проектирования. Показано, что базой формирования пространственного мышления является решение задач, основанных на разнотипных графических изображениях (чертежах). Приведена модель методической системы формирования пространственного мышления студентов на занятиях по начертательной геометрии. Высказываются аргументы в пользу того, что введение в учебный процесс задач, реализующих эту методическую систему, оказывает позитивное влияние на качество и прочность знаний студентов по графическим дисциплинам, на продуктивность памяти и на повышение уровня пространственного мышления, что в итоге создает условия для формирования профессионального мышления инженера.
Ключевые слова: интерактивные методы обучения, пространственное мышление, модель методической системы.
The results of the study of the formation of spatial thinking of students of technical universities in the study of graphic disciplines are presented. Spatial thinking is seen as the ability to see an object from different perspectives and solve creative problems in the construction and transformation of design objects. It is shown that the basis for the formation of spatial thinking is the solution of problems based on heterogeneous graphic images (drawings). A model of the methodological system for the formation of spatial thinking of students in the classroom on descriptive geometry. Arguments are made in favor of the fact that the introduction of tasks implementing this methodological system into the educational process has a positive impact on the quality and strength of students' knowledge of graphic disciplines, on memory productivity and on increasing the level of spatial thinking, which ultimately creates the conditions for the formation of professional thinking an engineer.
Key words: interactive teaching methods, spatial thinking, methodological system model.
ванию и развитию пространственного мышления, позволяющими стимулировать творческую активность студента, обеспечивающими наиболее эффективное взаимодей-
ствие студента и преподавателя [3]. В свою очередь, именно способность мыслить пространственными образами объективно служит базой для решения инженерами технико-
технологических задач в ходе профессиональной деятельности. Поэтому начертательная геометрия относится к числу основополагающих дисциплин, определяющих профессиональную квалификацию как инженеров, так и представителей многих других профессий, в частности архитекторов, скульпторов и художников.
Студенты первого курса нашего университета, получающие образование практически по всем направлениям подготовки, в течение двух семестров проходят обучение по трем дисциплинам графического цикла: начертательной геометрии, инженерной и компьютерной графике.
В начале изучения графических дисциплин студенты выполняют индивидуальные задания, направленные на входной контроль их знаний.
Задание для входного контроля знаний: по наглядному изображению детали построить три вида ее проекций (рис. 1).
Рис. 1. Изображение детали
Преподаватели анализируют результаты входного контроля, на основе которых определяют уровень пространственного мышления обучающихся.
Для повышения уровня пространственного мышления преподавателями кафедры разработана система геометро-графических заданий, включающая решение сложных метрических задач и задач на пересечение поверхностей, построение разверток поверхностей, выполнение отмывки на чертеже для лучшего восприятия геометрического тела или поверхности и многое другое.
Задание на тему «Метрические задачи»: на плоскости Е (я | | Ь) построить основание правильной четырехугольной пирамиды (рис. 2). Сторона основания 30 мм, высота пирамиды 50 мм. Вершина пирамиды над плоскостью.
0г
ь
"и а,
Ь
Рис. 2. Плоскость Е (а || Ь)
Задание на тему «Пересечение поверхности плоскостью, способы преобразования»: найти натуральную величину сечения поверхности плоскостью (рис. 3).
Рис. 3. Сечение поверхности плоскостью
Для выявления уровня пространственного мышления обучающихся сравнивались результаты каждого последующего этапа обучения с предыдущим, а также данные заключительного этапа - с первоначальным. В результате проведенного эксперимента были выделены три уровня развития пространственного мышления студентов: высокий, средний, низкий.
Высокий уровень. Студенты с высоким уровнем развития пространственного мышления быстрее справляются с поставленными задачами и умеют находить несколько вариантов решения учебно-творческих проблем.
Средний уровень. Студенты, имеющие средний уровень развития пространственного мышления, добросовестно выполняют учебные задания, но их творческая инициатива нечасто проявляется в самостоятельной работе.
Низкийуровень. Студенты слабо владеют теоретическими знаниями и с трудом справляются с учебными задачами. Во многих случаях низкий уровень воображения и затруднения с технической стороной дела обусловливает тот факт, что их творческая инициатива сведена к нулю. От этого и их работы зачастую выполнены неаккуратно, учебные задачи в них решены лишь частично или совсем не решены.
На первом этапе проведения эксперимента отмечено незначительное повышение уровня пространственного мышления, которое по данным текущего контроля знаний оценивается в пять процентных пунктов. Его более осязаемый рост, составивший 22 процентных пункта, происходит в основном в середине изучения курса начертательной геометрии. Это
объясняется тем, что в первом модуле программы содержатся определения, базовые понятия дисциплины, правила изображения объектов на чертежах. То есть студентам приходится много времени тратить на чтение и заучивание теоретического материала. Максимальное повышение уровня пространственного мышления, составляющее более 27 процентных пунктов, наблюдается после изучения курса начертательной геометрии, когда студенты погружаются в творческий процесс, решая индивидуальные задачи.
По итогам проведенного эксперимента нами разработана модель методической системы формирования пространственного мышления студентов на занятиях по начертательной геометрии [5], представленная в таблице.
На кафедре разработан интегрированный подход к изучению геометрических форм, стимулирующий аналитическую деятельность студентов и помогающий им грамотно выполнять чертежи, разделяя детали на простые геометрические тела.
Чтобы заинтересовать студентов в изучении начертательной геометрии и тем самым значительно повысить качество знаний, в учебном процессе целесообразно использовать компьютерные технологии, которые делают его более разнообразным и привлекательным. При этом экономится время преподавателя на активизацию работы студентов - эти функции берет на себя компьютерная программа [4].
На основе интерактивного учебного контента преподавателями кафедры создано электронное учебное пособие по начертательной геометрии (рис. 4) [2].
Рис. 4. Задание в электронном пособии
Модель методической системы формирования пространственного мышления студентов на занятиях по начертательной геометрии
Цель: развитие у студентов пространственного мышления, зрительно-образной памяти; овладение техническими умениями и навыками проектирования и успешное применение этих навыков и умений в создании проектов
Задачи: повышение уровня сформированности профессионального мышления обучающихся на занятиях по начертательной геометрии
Принципы
доступность
наглядность
научность
систематичность
Уровни сформированности пространственогомышления обучающихся
средний
высокий
Методы диагностики
наблюдение
анкетирование
беседы
тестирование
анализ результатов
Формы
лекции
практические занятия
консультации
олимпиады по компьютерной графике
научно-методические конференции
Средства
система заданий
система упражнений
методические рекомендации
технические средства/ информационные технологии
средства наглядности: иллюстрации, плакаты, модели
Методы
объяснительно-иллюстративный
исследовательский
групповая дискуссия
ролевая игра
Педагогические технологии
программированное обучение
проблемное обучение
контекстный подход
Современные системы обучения - педагогика сотрудничества
Результат: переход на новый уровень сформированности пространственного мышления обучающихся
Содержащиеся в пособии видеоуроки позволяют улучшить восприятие учебной информации студентами, индивидуализировать учебный процесс.
С помощью электронных тестов (рис. 5) можно проверить уровень усвоения материала.
Кафедрой уже накоплен положительный опыт использования ви-
Поверхности <ф*ры ПрИИ*ДА*Х1Т точки
0« 0« 01 О к
деоуроков и электронных тестов, подтверждающий эффективность реализованного в пособии способа представления учебной информации.
Студенты с более высоким уровнем сформированности пространственного мышления выполняют анализ поверхностей, образующих форму, что подразумевает видение
ни« * : чДв! ¡ь*ш)<||
Рис. 5. Тесты, содержащиеся в электронном пособии
ими наружной и внутренней поверхностей изделия (рис. 6).
Рис. 6. Пересечение поверхностей
Наиболее успевающие студенты привлекаются к участию в олимпиадах по начертательной геометрии и научно-методических конференциях по инженерной и компьютерной графике. В ходе подготовки к ним будущие инженеры работают с новой информацией, пополняя свои знания и тем самым еще больше повышая уровень своего пространственного и профессионального мышления. Принимая участие в олимпиадах и научно-практических конфе-
ренциях, они развивают творческие способности, необходимые для будущей профессиональной деятельности.
Задание на развитие творческих способностей: по данной развертке построить проекции самой поверхности, основание которой параллельно П1. Построить проекции линии АВ, представляющей на развертке прямую линию (рис. 7).
В итоге проделанной исследовательской и методической работы
Рис. 7. Развертка поверхности
преподаватели кафедры начертательной геометрии и графики Тю-
менского индустриального университета ощутимо продвинулись по пути создания педагогической технологии, сочетающей классическую практику преподавания графических дисциплин с новейшими инновационными технологиями, реализующую подходы и методы, способствующие подготовке высококвалифицированного инженера, обладающего требуемыми профессией творческими компетенциями.
ЛИТЕРАТУРА
1. Арапов В.М. Роль геометро-графической подготовки в формировании компетентностей выпускников технических вузов // Проблемы практической подготовки студентов: материалы VI Всерос. науч.-метод. конф. Воронеж: Воронежская государственная технологическая академия, 2008. С. 154-162.
2. Бауэр Н.В., Романова А.А. Информационные и коммуникационные технологии для новых возможностей в образовании // Информационные и графические технологии в профессиональной и научной деятельности: сб. ст. II Междунар. науч.-практ. конф. Тюмень: Тюменский индустриальный университет, 2019. С. 103-106.
3. Бауэр Н.В., Сычева А.В. Применение инновационных технологий в преподавании графических дисциплин в условиях новой образовательной парадигмы // Информационные и графические технологии в профессиональной и научной деятельности: сб. ст. II Междунар. науч.-практ. конф. Тюмень: Тюменский индустриальный университет, 2018. С. 21-24.
4. Бауэр Н.В., Шушарина И.В. Интерактивные методы при изучении графических дисциплин // Информационные и графические технологии в профессиональной и научной деятельности: сб. ст. III Междунар. науч.-практ. конф. Тюмень: Тю -менский индустриальный университет, 2019. С. 17-20.
5. Krasovskaya N.I., Bauer N.V., Shusharina I.V., Romanova A.A. Formation of Spatial Thinking of Future Engineers on the Basis of Fundamental Graphics Training // Journal of Mechanical Engineering Research and Developments. 2018. № 41 (4). Рр. 96103.
LITERATURA
1. Arapov V.M. Rof geometro-graficheskoj podgotovki v formirovanii kompetentnostej vy*pusknikov texnicheskix vuzov // Problemy* prakticheskoj podgotovki studentov: materialy* VI Vseros. nauch.-metod. konf. Voronezh: Voronezhskaya gosudarstvennaya texnologicheskaya akademiya, 2008. S. 154-162.
2. Bauer N.V., Romanova A.A. Informacionny*e i kommunikacionny*e texnologii dlya novy*x vozmozhnostej v obrazovanii // Informacionny*e i graficheskie texnologii v professional*noj i nauchnoj deyatel*nosti: sb. st. II Mezhdunar. nauch.-prakt. konf. Tyumen*: Tyumenskij industrially*]' universitet, 2019. S. 103-106.
3. Bauer N.V., Sy'cheva A.V. Primenenie innovacionny*x texnologij v prepodavanii graficheskix disciplin v usloviyax novoj obrazovatel*noj paradigmy* // Informacionny*e i graficheskie texnologii v professional*noj i nauchnoj deyatel*nosti: sb. st. II Mezhdunar. nauch.-prakt. konf. Tyumen*: Tyumenskij industrial*ny*j universitet, 2018. S. 21-24.
4. BauerN.V., Shusharina I.V. Interaktivny*e metody* pri izuchenii graficheskix disciplin // Informacionny*e i graficheskie texnologii v professional*noj i nauchnoj deyatel*nosti: sb. st. III Mezhdunar. nauch.-prakt. konf. Tyumen*: Tyumenskij industrial*ny*j universitet, 2019. S. 17-20.
5. Krasovskaya N.I., Bauer N.V., Shusharina I.V., Romanova A.A. Formation of Spatial Thinking of Future Engineers on the Basis of Fundamental Graphics Training // Journal of Mechanical Engineering Research and Developments. 2018. № 41 (4). Рp. 96-103.
