Методика геометро-графической подготовки студентов строительного вуза на основе системы межинтегративных конструктивно-аналитических задач

УДК 6(07) ББК 30.1р

Э.Г. Юматова методика геометро-графической

подготовки студентов строительного вуза на основе системы межинтегративных конструктивно-аналитических задач

В статье рассматривается методика повышения эффективности геометро-графической подготовки инженеров строительного вуза на основе синтеза конструктивной и аналитической деятельности. Сформулировано понятие «учебная межинтегративная конструктивно-аналитическая задача». В зависимости от цели обучения и типов проблемных ситуаций разработана система заданий разного уровня, ориентированных на формирование творческих инте-гративных способностей и воспитание профессионального мировоззрения студентов.

Ключевые слова: геометрия и графика, конструктивные задачи, проблемное обучение, творческие способности, графические информационные технологии.

E.G. Yumatova

method of teaching geometry and graphics to students of civil engineering university using the system of integrative constructive

and analytical tasks

Pedagogical rules of increasing the efficiency of geometric and graphic training of engineers at Civil Engineering University through a system of problem-based learning are discussed. The concepts «training integrative constructive and analytical task» were determined. Depending on the purpose of education and types of problem situations, a system for reconstruction tasks (different levels) aimed at the formation of professional, creative and ideological abilities of students is developed.

Key words: Geometry and Graphics, constructive tasks, problem-based learning, creativity, graphics information technology.

На всех этапах проектирования, строительства и эксплуатации зданий и сооружений инженерами комплексно решаются следующие виды проектно-конструкторских задач: 1) строительство новых объектов; 2) реконструкция существующих; 3) формирование градостроительной среды. Анализ содержания выделенной деятельности инженеров показал, что особенностью их работы сегодня является выполнение проектно-конструкторских разработок, предполагающих инновационные, оптимальные и качественные (т.е. в границах этических и эстетических национально и социально значимых норм) решения. Эффективное внедрение таких идей в строительстве обеспечивается

построением междисциплинарных информационных моделей, в т.ч. геометро-графических, источником вдохновения для которых служат достижения национальной архитектуры, а способами реализации - интегративные методы прикладной геометрии и технологии информационного моделирования (BIM). Указанные специфические виды и приемы современной профессиональной инженерной деятельности подразумевают, на наш взгляд, не только формирование в цикле геометро-графических дисциплин предметных знаний, умений и навыков, но и воспитания национально и социально ориентированного мировоззрения, развития творческих конструк-

ф

СО

о

X

о о го

X

ей

о

X .0

ф го

I- ч

S го

О со

О I

m о

о Ф

I- т

х s

ф н

¡л

s го

>5 О О х ^ о о Ü

^ Ч

S £

© CD

Й s Р-1-

>7 ГО 8 -X

ф

° %

£ 8 го s

и

ii

Ф о 2 §

о

тивных и аналитических способностей студентов, межинтегративного владения всеми средствами В1М-технологий. В строительном вузе к указанным дисциплинам, по нашему мнению, относятся: начертательная и аналитическая геометрия, основы изобразительного искусства, компьютерная графика, инженерная графика, взаимозаменяемость, основы архитектуры.

Особое место в процессе развития выделенных инженерных знаний и умений студентов при обучении данному блоку предметов отводится конструктивным заданиям (задачам на построения) из области техники, архитектуры, строительства и дизайна. Они имеют творческий характер и ориентированы на интенсификацию обучения и развития учащихся. Эффективность таких заданий в формировании обобщенных творческих конструктивных умений и навыков для политехнического направления обучения доказана и раскрыта многими педагогами. Поясним, что конструктивные умения и навыки, на наш взгляд, - это синтез профессиональных пространственных, комбинаторных, поисковых и синтетических способностей личности. Вместе с тем, анализ педагогической литературы и содержания рабочих программ геометро-графических дисциплин строительного вуза выявил следующие недостатки:

1) не сформулировано содержание межпредметных конструктивных заданий для данного направления обучения, соответствующее современным особенностям современного конструирования в строительстве и педагогическим возможностям всего спектра графических информационных технологий;

2) отсутствует система таких междисциплинарных профессионально-ориентированных заданий, обеспечивающая непрерывность и поэтапность обучения, развития и воспитания студентов в зависимости от типов проблемных ситуаций, видов и содержания деятельности.

Разрешение указанных недостатков определило цель нашего исследования.

Содержание конструктивных заданий для технического обучения, тех-

нология обучения учащихся решению геометрических и графических задач на построение, методика формирования творческого инженерного мышления на основе аналитического и синтетического подходов в обучении обоснована в работах: И.С. Якиманской, В.И. Вышне-польского, В.А. Гервера, В.А. Далингера, В.Г. Середы, А.А. Чугуновой, М.Л. Груздевой, Е.М. Волковой [1; 2; 3] и др.

Этими учеными под творческими конструктивными заданиями понимается проблемная ситуация, ориентированная на формирование конструктивных умений и навыков, которая разрешается традиционными «ручными» графическими средствами. Анализ работ указанных педагогов позволил сформулировать типовой алгоритм деятельности обучаемого в данных традиционных задачах: 1) формообразование модели; 2) преобразование модели с целью приведения в «определенный порядок и взаимоотношение различных отдельных объектов и их частей» [4]; 3) оптимизация параметров модели. Такими параметрами для технических объектов являются их эстетические,технико-экономические (геометрические, функциональные, экономические и др.) характеристики.

Вместе с тем, по нашему мнению, эффективность конструктивной работы инженера-строителя сегодня в геометро-графической сфере базируется на: 1) системообразующей межпредметной деятельности информационно-геометрического моделирования, обеспечивающей связь содержания и методов указанных дисциплин, а также «ручных» и компьютерных средств; 2) аналитической деятельности по оптимизации суммы параметров. Поэтому традиционное понимание профессиональной сущности учебных конструктивных заданий не учитывает особенностей современного проектирования строительных объектов средствами интегра-тивных информационных технологий: во-первых, междисциплинарность; во-вторых, оптимальность не только параметров модели, но и всего процесса конструирования. В результате нами предлагается расширенный алгоритм

решения данных заданий, дополненный следующим:

1) на уровне содержания включен этап анализа для оптимизации процесса моделирования, ориентированный на формирование профессиональных конструктивно-аналитических умений студентов и самоконтроля способа действия;

2) на уровне средств интегрированы различные графические информационные технологии для развития межинте-гративных способностей студентов.

Отметим, что эффективность аналитико-синтетической деятельности в развитии учащихся доказана многими педагогами и психологами. В работе В.Г. Середы [4] обосновано, что действия анализа и синтеза - это творческий процесс, связанный с преобразованием объектов познавательной деятельности. Такое преобразование в проблемных задачах, по мнению педагога А.А. Чугуновой [5], для интенсификации обучения и развития субъектов должно реализовы-ваться на основе рекурсивной формулы, описывающей приемы учебной деятельности: анализ - синтез - анализ. Только в таком случае, по нашему мнению, учебно-познавательная деятельность будет направлена не только на понимание и запо-

минание (обучение), но и на осознание и контроль субъектами способов рассуждений, лежащих в основе поисков решений и доказательств (т.е. развитие). В результате данное увеличение содержания конструктивной задачи аналитической деятельностью по оптимизации процесса и интеграцией средств графических информационных технологий позволит усилить не только обучающий профессиональный компонент, но и проблемно-развивающий.

В итоге такие дополненные нами задания в курсе геометро-графических дисциплин строительного вуза определим как «учебные межинтегративные конструктивно-аналитические задачи на деятельность информационно-геометрического конструирования по формуле «анализ - синтез - анализ», содержащую: 1) формообразование 2D- и 3D-моделей средствами графических информационных технологий; 2) преобразование моделей; 3) оптимизацию и повышение качества параметров моделей (геометрических, функциональных, эстетических) в границах национальных и социальных норм; 4) оптимизацию процесса моделирования (способа действия учащегося)».

Сравнительный анализ алгоритмов и результатов решения, а также средств обучения в традиционных и разработанных нами заданиях показан в табл. 1.

Табл. 1. Алгоритм решения традиционных и межинтегративных конструктивно-аналитических задач

Виды деятельности Средства Результат

Традиционные конструктивные задачи

(анализ - синтез) 1.Формообразование модели. 2. Преобразование модели. З.Оптимизация параметров модели «Ручные» Оптимальная геометрическая модель, содержащая рабочие чертежи, наглядные изображения, рисунки, схемы

Межинтегративные конструктивно-аналитические задачи

(анализ - синтез - анализ) 1. Формообразование модели. 2. Преобразование модели; З.Оптимизация параметров модели. 4. Оптимизация параметров процесса геометрического моделирования (т.е. способа действия) Междисциплинарные «ручные» и компьютерные средства ArchiCad, AutoCad, Revit и др. 1) оптимальная междисциплинарная информационная геометрическая модель, содержащая 2D- и 3D-вербальные, графические, математические, анимационные, мультимедийные модели, 3D-прототипы; 2) оптимальный алгоритм формообразования

ф

CÛ

о

X

о о го

X

CÛ

о

X .0

Ф го

I- ч

s го

О со

О S

m о

о <и

I- т

х s

ф н

st!

_ я

CÛ

о

° È-H

о

X

О X CÛ

о

О ф

т

.0 © СО

5 s P-I-

>7 ГО 8 -

£ ig го s

n

fï CÛ " О

Уточним, что на младших курсах из перечисленных параметров моделей вари-

ативными показателями, на наш взгляд, могут быть следующие: 1) архитектурное

го са о н го

О

качество; 2) объемно-планировочные решения. Аналитическая деятельность обучаемого по оптимизации параметров процесса геометрического моделирования предполагает построение алгоритма формообразования в среде ArchiCad, AutoCad или Revit студентом самостоятельно на основе графа в виде дерева, где геометрические элементы - это вершины, а ребра - операции. В результате процесс решения таких заданий, за счет привлечения обучаемого к созданию алгоритма, по нашему мнению, будет способствовать не только запоминанию видов деятельности, но осознанию способа действия и его контролю.

Важно также, что ведущая роль в активизации аналитико-синтетической и познавательной деятельности обучаемого в конструктивно-аналитических заданиях отводится средствам компьютерных технологий. Их педагогические возможности позволяют интенсифицировать по времени учебный процесс, т.к. по сравнению с традиционными средствами они сочетают различные формы наглядности, а также ускоряют действия анализа и синтеза объекта моделирования, за счет оперативного варьирования параметров при геометрическом, функциональном и эстетическом проектировании.

Систематизация конструктивных заданий для школьного и технического обучения осуществлена В.А. Гервером и В.И. Вышнепольским. В зависимости от типа проблемных ситуаций эти ученые выделяют три вида задач: 1) на конструирование деталей и сборочных единиц; 2) их доконструирование; 3) переконструирование. Опираясь на данную классификацию, сформулированные нами задачи для дисциплин геометро-графического цикла строительного вуза можно разделить на два класса: 1) конструирование объектов и их элементов; 2) их реконструкцию, объединяющую переконструирование и доконструирование.

В результате, опираясь на системно-деятельностный подход в обучении, уточняя и расширяя классификации В.А. Гервера, В.И. Вышнепольского и И.С. Якиманской, в зависимости от типов проблемных ситуаций нами раз-

работана система межинтегративных конструктивно-аналитических задач разного уровня на конструирование и реконструкцию в цикле геометро-графических предметов. Для организации профессионально-ориентированной системы нами были уточнены виды и содержание разной сложности обучающих и развивающих межинтегративных конструктивно-аналитических заданий для строительных специальностей. Кроме этого, данная структура была дополнена заданиями на воспитание национально ориентированного мировоззрения. В итоге учебная система, предлагаемая нами, содержит три уровня (табл. 2):

I) информационный обучающий алгоритмический блок включает задачи на репродуктивно-алгоритмическое конструирование по типовым алгоритмам;

II) информационный развивающий проблемный блок содержит: 1) частично-поисковые задания на реконструкцию в соответствии с техническим заданием; 2) эвристические задачи на реконструкцию в соответствии с техническим заданием с неполными данными; 3) эвристические и исследовательские задания на конструирование по техническим и социальным нормативам;

III) информационный воспитательно-развивающий блок - это исследовательские проекты на реконструкцию исторических объектов архитектуры, которые ориентированы на воспитание национальных предпочтений и правил.

Поясним, что частично-поисковые задания на реконструкцию включают доконструирование или замену элементов здания с целью совершенствования и оптимизации отдельных архитектурных и конструктивных качеств. Эвристические задания на реконструкцию с элементами переконструирования ориентированы на расширение или перестройку существующего здания с целью совершенствования архитектурных и конструктивных качеств в целом.

Выводы. Теоретическая значимость работы заключается в следующем:

1) сформулирован типовой алгоритм деятельности обучаемого «ручными» средствами обучения в традиционных

конструктивных задачах в технике, архитектуре и строительстве (формообразование, преобразование и оптимизация параметров модели);

2) содержание традиционных заданий для строительного обучения дополнено этапом анализа обучаемого по оптимизации способа действия формообразования, интеграцией различных средств графических информационных техноло-

гий, что позволило сформулировать авторское понятие «междисциплинарная конструктивно-аналитическая задача». В итоге сформулированная нами задача на построение соответствует особенностям современного конструирования строительных объектов и расширяет педагогические возможности средств графических информационных технологий по обучению, воспитанию и развитию студентов;

Табл. 2. Содержание системы учебных межинтегративных конструктивно-аналитических задач по уровням

Содержание заданий

I. Информационный обучающий алгоритмический блок

Алгоритмическое формообразование и преобразования моделей:

1) построение типовых 2D- и 3D-моделей (рабочие чертежи, схемы, формообразование);

2) преобразования 2D- и 3D-моделей по типовым алгоритмам: а) изменение формы (пространственной структуры); б) изменение положения; в) изменение вида и состава изображений; г) кодирование и декодирование информации_

II. Информационный развивающий проблемный блок

1) частично-поисковые задания на реконструкцию: а) реконструкция лестнично-лифтовых узлов; б) изменение фасадной части (изменение формы оконных и дверных проемов; создание, ликвидация оконных и дверных проемов; изменение входной зоны здания, устройства лоджий, балконов; остекление лоджий, балконов; замена столярных элементов фасада);

2) эвристические задачи на реконструкцию: а) перепланировка квартир, этажей, секций для нахождения оптимальных вариантов компоновок планировочных решений в соответствии с действующими социальными, эстетическими нормами и стандартами ЕСКД, СПДС, СНиП; б) перепланировка для нахождения оптимальных геометрических решений в отношении взаимозаменяемости и взаимосогласованности конструкций и их элементов; в) расширение объекта за счет надстройки: дополнительных этажей, мансард, квартир, лестнично-лифтовых узлов;

3) эвристические и исследовательские задачи на конструирование: а) проверка геометрических параметров проектной документации средствами 3Б-технологий; б) формообразование с неполными данными трехмерной модели здания на основе его двумерного чертежа методом преобразования; в) выполнение межинтегративной курсовой работы «Малоэтажный жилой дом» (оптимизация параметров на основе единой геометрической информационной модели здания средствами BIM)_

ф са о х о о го

X

са

о

X .0

ф го

I- ч

S го

О со

О g m о

о Ф

I- т

х s

ф I-

¡л

- Ii

° i

н

>5 О О х ^ о

о Ü ф ^

s £ "в" со

5 s P-I-

>7 ГО

s i

£ ig

и

ii

ф "

s §

III. Информационный воспитательно-развивающий блок

Исследовательские проекты на реконструкцию объектов национального зодчества или их элементов:

1) реставрация отдельных элементов здания, например, восполнение утраченной части деревянного наличника методом геометрических построений;

2) построение информационной модели исторического объекта национальной архитектуры с опорой на техническое задание с неполными данными_

3) сформирована авторская система данных заданий разного уровня на конструирование и реконструкцию в зависимости от цели и типов проблемных ситуаций. Обучение и профессионально-ориентированное развитие студентов в системе обеспечивают информационный обучающий алгоритмический и развивающий проблемный блоки. Воспи-

тание национально ориентированного мировоззрения в разработанной структуре предусматривается в информационном воспитательно-развивающем блоке. Предварительные результаты педагогического эксперимента показали достоверность теоретических выводов автора, направленных на повышение эффективности геометро-графической подготовки.

Библиографический список

1. Волкова, Е.М. Актуальность обучения студентов строительных специальностей техническому рисунку и основам графики [Текст] / Е.М. Волкова // 14-й Международный научно-промышленный форум «Великие реки 2012»: труды конгресса. В 2 т. Т. 2. Нижегород. гос. архит.- строит. ун-т; отв. ред. Е.В. Копосов. - Н.Новгород: ННГАСУ, 2013. - С. 109-110.

2. Волкова, Е.М. Макетирование в рамках курса «Основы изобразительного искусства (технический рисунок)» в подготовке студентов строительных специальностей [Текст] / Е.М. Волкова // 17-й Международ. науч.-промышленный форум «Великие реки, 2015»: труды конгресса]: в 3 т. Т. 2. Нижегород. гос. архит.-строит. ун-т; отв. ред. А.А. Лапшин. - Н. Новгород: НГАСУ, 2015. - С. 90-92.

3. Груздева, М.Л. Использование информационных технологий для формирования профессиональной мобильности выпускников вузов [Текст] / М.Л. Груздева, М.Ю. Свинухова // Вестник Северо-Кавказского гуманитарного института. - 2013. - № 1 (5). - С. 219-223.

4. Середа, В.Г. Становление конструктивно-геометрического мышления студентов [Текст] / В.Г. Середа // В^ник СевДТУ. Вип. 96: Педагопка: зб. наук. пр. - Севастополь: Вид-во СевНТУ, 2009.- С. 72-76

5. Чугунова, А.А Развитие аналитико-синтетической деятельности при обучении решению иррациональных уравнений [Текст] / А.А. Чугунова, А.С. Рванова // Вектор науки Тольяттинского гос. ун-та (серия Психология, Педагогика). - 2013. - № 1(12). - С. 280-283

References

1. Volkova E.M. The topical instruction of students of building specialization for the technical drawing and foundation of the graphic arts. 14-th International Scientific and Industrial Forum "Great Rivers 2012" : the works ofthe congress. In 21. T.2. Nizhny Novgorod: NNGASU, 2013. P. 109-110. [in Russian].

2.Volkova E.M. The model in course « Foundation of the imitative art (technical drawing)» in instruction of students of building specialization. 17-th International Scientific and Industrial Forum «Great Rivers 2015» : the works ofthe congress . In 3 t. T. 2. Nizhny Novgorod: NNGASU, 2015. P. 90-92 . [in Russian].

3. Gruzdeva M. L. Use of information technology for the formation of professional mobility of graduates. Vestnik Severo-Kavkazskogo gumanitarnogo instituta,, 2013. № 1 (5). P. 219-223. [in Russian].

4. Sereda V.G. Formation of constructive-geometrical thinking of students. Vestnik Sevastopolskogo na-tionalnogo technicheskogo universiteta, 2009. № 96. Р.72-76. [in Russian]

5. Chugunova A. A., Rvanova A. S. The development of analytical and synthetic activity at training to the decision of irrational equations. Science Vector of Togliatti State University, 2013. - №. 1(12). Р. 280-283. [in Russian].

Сведения об авторе: Юматова Эвелина Геннадьевна,

кандидат педагогических наук, доцент,

доцент кафедры стандартизации

и инженерной графики,

Нижегородский государственный

архитектурно-строительный

университет

г. Нижний Новгород,

Российская Федерация.

Ктай: yumatova.evelina@gmail.com

Information about the author: Yumatova Evelina Gennadievna,

Candidate of Sciences (Education), Academic

Title of Associate Professor,

Associate Professor,

Department of Standards

and Engineering Graphics,

Nizhny Novgorod State University of

Architecture and Civil Engineering,

Nizhny Novgorod, Russia.

E-mail: yumatova.evelina@gmail.com