Оценка эффективности дидактической модели преподавания дисциплины «Начертательная геометрия и инженерная графика» с элементами активизации творческого мышления

Основное направление исследований состояло в выявлении эффективности дидактической модели преподавания и поддержания учебной мотивации при изучении дисциплины «Начертательная геометрия и инженерная графика» с использованием учебного комплекса задач с элементами активизации творческого мышления.

Опытная проверка эффективности дидактической модели проводилась в течение 2020-2021 и 2021-2022 учебных годов в ФГБВОУ ВО «Академии гражданской защиты МЧС России» на кафедре механики и инженерной графики. Были задействованы четыре группы обучающихся: две группы по направлению 20.03.01 «Техносферная безопасность» и две группы 25.03.03 «Аэронавигация».

Обучаемым по «Техносферной безопасности» (экспериментальные группы) было предложено изучать дисциплину с применением дополнительного комплекса заданий, включающих в себя лекционный материал, задачи повышенной сложности, задачи с элементами творческого мышления, тестовые задания, веб-квесты. Обучаемые проходили еженедельную дополнительную проверку знаний

Рисунок 1 - Логическая структура проверки эффективности дидактической модели обучения с использованием комплекса заданий

DOI:10.23670/IRJ.2023.136.23.1

В ходе проведения исследования по оценке эффективности дидактической модели преподавания дисциплины «Начертательная геометрия и инженерная графика» с использованием методики В.П. Беспалько

Дидактическая система – это организованная педагогическая система, которую представляют взаимосвязанные элементы: образовательные цели; содержание образования и обучения; обучающиеся и их личностные характеристики; обучающие и автоматизирующие средства; организационные формы совместного труда обучающих и обучающихся и дидактические процессы (модели обучения) как способы реализации целей и педагогического процесса в целом

Модель обучения – это систематизированный комплекс основных закономерностей деятельности обучаемого и преподавателя при осуществлении обучения

Разработанная дидактическая модель преподавания дисциплины «Начертательная геометрия и инженерная графика» обеспечивает активность преподавателя и обучаемого на уровне субъективных отношений и способствует совместному творчеству, саморазвитию на основе выработки ценностных отношений индивидуальной деятельности и коммуникации в ней, что обогащает аксиосферу участников мотивами их эффективной командной (коллективной, групповой) деятельности и соответственно совершенствует процесс обучения в условиях информационного общества. Творческое мышление шире и глубже охватывает, отражает объективную действительность, чем теоретическое мышление. Творческое мышление отражает диалектику теоретического и практического мышления в их единстве. Творческое мышление – это мышление, результатом которого является открытие принципиально нового или усовершенствованного решения той или иной задачи.

Как утверждает Д. Пойа, существуют две категории мыслей:

1) те, которые мы порождаем активно – посредством акта мышления, обдумывания;

2) те, которые вспыхивают в нашем сознании самопроизвольно.

К последним надо относиться как можно более внимательно, изучать, насколько позволяют ваши способности. Такой анализ позволяет приобретать новые знания. Способ решения задач на активизацию творческого мышления, используемый в дидактической модели, где решение задач начинается с преобразования ее условия к удобному виду, сведению задачи о реальных объектах к математической, с помощью упрощения и абстракции. Анализ исходных данных осуществляется переводом условия задачи из прикладного (физического) русла в чисто математическое. Анализируется способ построения (задания) на чертеже необходимых геометрических образов. Применение сведений из теории, выбор наиболее рациональных (удобных) способов, применение соответствующих логических условий. В дальнейшем происходит реализация решения уже на ортогональном чертеже. Данный этап не только чисто технический, но и логический, приходится выявлять и разрешать противоречия

В качестве примера приведем сюжет задачи, цель которой заключалась в сравнении двух линейных величин, расположенных на различных уклонах пересеченной местности

Два соседа поспорили о том, чей дом находится ближе к дороге. Дом одного соседа, находящийся на склоне горы, задан точкой A, дом другого соседа, находящийся по другую сторону дороги на склоне другой горы, – точкой В. Необходимо решить, кто из них прав, т. е. определить, чей дом ближе к дороге, заданной прямой CD (рис. 2), лежащей между склонами и также расположенной под уклоном к горизонту.

Сюжет задачи содержит техническую проблему – необходимо измерить длину двух отрезков прямых линий, перпендикулярно проведенных от домов к линии дороги. Цель задачи – определение линейных величин при помощи методов начертательной геометрии и их сравнение.

При разработке условия задачи были введены некоторые условности, замена материализованных объектов (дом, дорога) объектами начертательной геометрии (точки, прямая), что позволило применить способы преобразования чертежа

Рисунок 2 - Графическое изображение условия задачи

DOI:10.23670/IRJ.2023.136.23.2

Решение задачи способом замены плоскостей проекций приведено на рисунке 3.

Рисунок 3 - Решение задачи способом замены плоскостей проекций

DOI:10.23670/IRJ.2023.136.23.3

Применение теории преобразования чертежа

[5]

,

[6]

в процессе решения жизненно значимой проблемы формирует специфические практико-ориентированные графические знания студентов. При этом студенты не были запрограммированы на выполнение определенных действий, а получали общие инструкции по организации инженерно-графической деятельности на конкретном примере задачи

[10]

,

[11]

.

Участники исследования из всех групп были распределены по типу учебной мотивации на пять подгрупп

Для каждого студента был определен конкретный тип мотивации – «Активист», «Проектировщик», «Испытатель», «Призер» или «Исследователь», и данные были подсчитаны для каждой учебной группы. Подробные данные по группам представлены на рисунке 4.

Рисунок 4 - Данные по учебным группам

DOI:10.23670/IRJ.2023.136.23.4

Для достижения цели по установлению эффективности используемого комплекса заданий исследование прежде всего фокусировалось на отслеживании динамики формирования уровня компетентности в обычном учебном режиме

[2]

,

[7]

. При сопоставимых внешних условиях экспериментальные группы проявляли повышенную мотивацию к усвоению нового материала уже ко второму месяцу обучения. Ключевым фактором было установление индивидуального темпоритма обучения, а к середине семестра студенты проявляли стремление к самостоятельному осмыслению и решению более сложных задач. Анализ среднего балла по еженедельному тестированию и рубежному контролю подтверждал положительный тренд и указывал на прогрессивное развитие учебной успеваемости.

Данные результаты свидетельствуют о том, что использование комплекса заданий способствует повышению мотивации и активности студентов в процессе обучения. Обращение к индивидуальным особенностям и потребностям каждого студента, а также поддержка самостоятельного мышления и решения задач способствуют более глубокому усвоению материала и развитию компетенций. Положительный тренд в учебной успеваемости подчеркивает эффективность применяемой дидактической модели и поддерживает выводы о ее практической значимости.

В задачах начертательной геометрии с помощью перебора различных подходов и выбора из них оптимального обучаемый учится анализу, выбору наилучшего решения. Овладевает навыками поиска, критического анализа и синтеза информации, применения системного подхода для решения поставленных задач.

По методике Ю.К. Черновой

где N – максимально возможное количество баллов за работу, R – количество набранных баллов за работу.

Границы зон уровней компетентности представлены в таблице 1.

На рисунке 5 и 6 представлены графики, иллюстрирующие положительную динамику уровня компетентности экспериментальных 303, 313 уч. группах.

Рисунок 5 - Динамика формирования уровня компетентности групп в 2020-2021 уч. году

DOI:10.23670/IRJ.2023.136.23.6

На графике видно резкое расхождение в качестве усвоения в середине семестра. Такая картина характерна для большинства групп разных потоков.

Третий рубежный контроль обучаемые экспериментальной группы проходили значительно успешнее.

Рисунок 6 - Динамика формирования уровня компетентности групп в 2021-2022 уч. году

DOI:10.23670/IRJ.2023.136.23.7

На графике видно резкое расхождение во входной диагностике, контрольная группа изначально была лучше подготовлена, чем экспериментальная. На протяжении всего семестра две группы показывали приблизительно одинаковый результат.

После проведения тестированного опроса на первой неделе обучения экспериментальным группам был предоставлен комплекс заданий, который включал дополнительную самостоятельную проработку каждого раздела курса и решение задач повышенной сложности. Студенты работали по этим заданиям в течение 4-6 недель, при этом им предоставлялись дополнительные консультации при необходимости. В то же время обучаемые контрольных групп не выполняли никакой дополнительной проработки материала.

У всех групп проводился четырехуровневый контроль. Последующий анализ успеваемости показал, что разработанная дидактическая модель преподавания привела к повышению уровня сформированности компетенций на 20%. Это свидетельствует о положительном влиянии использования данной модели на процесс обучения и развитие компетенций студентов.

Сравнительные данные по остаточному уровню графической грамотности в экспериментальных группах были получены при плановом контроле уровня сформированных результатов обучения в 2021 и 2022 годах (рис. 5).

Рисунок 7 - Сравнительная гистограмма остаточного уровня графической грамотности в экспериментальных группах

DOI:10.23670/IRJ.2023.136.23.8

Для проверки остаточного уровня графической грамотности были выполнены специальные методические разработки, включающие все основные темы курса дисциплины «Начертательная геометрия и инженерная графика». Экспериментальные группы показали лучший результат.

Опытно-экспериментальная проверка эффективности дидактической модели преподавания дисциплины «Начертательная геометрия и инженерная графика» с использованием комплекса задач состояла из нескольких этапов и содержала три вида экспериментов. Уровень компетентности устанавливался по оценочным критериям рубежного контроля, результатам контрольных и экзаменов. С помощью специально разработанных тестов и задач остаточного уровня знаний проверялась прочность, долговечность знаний, сформированность методологического знания и деятельностных навыков по истечению года со дня последнего занятия по начертательной геометрии и инженерной графике. По всем показателям и используемым критериям уровень в экспериментальной группе был выше, чем в контрольной.

Таким образом, на основе проведенного исследования можно сделать вывод, что разработанная дидактическая модель преподавания дисциплины «Начертательная геометрия и инженерная графика» с использованием комплекса задач, направленных на активизацию творческого мышления, является эффективным средством формирования компетенций у студентов в указанной области. Эти результаты могут быть полезны для преподавателей и методистов при разработке и внедрении современных подходов к обучению начертательной геометрии и инженерной графики. Для современной подготовки будущего специалиста нужно, помимо передачи «ядра» фундаментальных и профессиональных знаний, специально учить обучаемого мыслить вообще, способам творческого мышления и творческой деятельности в частности.