Full text

Введение

 

Актуальность представленного исследования обусловлена следующими факторами.

1. Важным условием поддержки конкурентоспособности государства на мировом уровне в направлении инновационного развития науки и промышленности является наличие большого числа специалистов, готовых к самостоятельной творческой деятельности, к новаторству, к совершению открытий в различных отраслях экономики [1].

2. Подготовка специалиста, способного к осуществлению самостоятельной деятельности созидательного характера в условиях неопределённости будущего, направленной на решение широкого спектра практических задач и поддержанной высокотехнологичными средствами, – один из приоритетов современного образования [2]. Обучение в высшем учебном заведении обладает значительным дидактическим потенциалом для реализации такой подготовки за счёт совокупности интеллектуальных, материальных, информационных ресурсов. В рамках целенаправленного учебно-воспитательного процесса происходит овладение профессиональными и универсальными компетенциями, развитие мышления и коммуникативных навыков, становление основ научного мировоззрения, повышение уровня социализации. Как отмечают Е. А. Васенина, М. В. Петухова, Е. В. Харунжева, Е. В. Соболева [3], огромное влияние на качество образовательных результатов оказывают следующие факторы: среда, в которой они формируются, то есть технологии и средства их поддержки; люди, которые активизируют сопутствующую творческую деятельность; интерес со стороны потенциальных работодателей. По мысли С. Х. Васильченко, модель организации персонализированного обучения наиболее эффективно позволяет повысить уровень успеваемости обучающихся, подготовить их к решению будущих учебных и профессиональных задач [4].

3. От педагога требуется подготовить высококвалифицированного специалиста, гражданина современного цифрового общества, одной из универсальных учебных компетенций которого должно стать умение моделировать [5]. Кроме этого, в соответствии с ФГОС высшего образования [6], важными факторами подготовки выпускников являются требования работодателей, заинтересованность со стороны рынка труда. Работодателем, ориентированным на обеспечение конкурентоспособности, получение прибыли, будет востребован специалист, владеющий современными технологиями и способный их применять для профессиональной деятельности. Современное образовательное пространство, как обосновывает А. А. Сомкин, обладает необходимым потенциалом, чтобы поддерживать формирование востребованных цифровым обществом компетенций в условиях персонализированного обучения [7].

4. Технологии 3D-моделирования и связанные с ними программно-технические средства за счет широкого спектра функций способны поддерживать персонализированное обучение. Кроме того, они определяют перспективные виды деятельности для формирования цифровой экономики [8]. Компьютерное трехмерное моделирование как одна из инновационных цифровых технологий, согласно E. Новак, С. Висдом [9], обладает дидактическими возможностями для поддержки профессионального самоопределения обучающихся. При конструировании в средах трехмерного моделирования создаются дополнительные условия для развития алгоритмического стиля мышления, воображения и креативности, формирования пространственных представлений, поддержки мотивации к получению образования в сфере диджитал-технологий, для организации продуктивной творческой деятельности и создания ситуаций успеха.

Таким образом, переход к передовым цифровым, интеллектуальным производственным средствам, новым материалам и технологиям конструирования, как доказывают в своих исследованиях В. В. Гриншкун, Г. А. Краснова, определяет новые условия подготовки высококвалифицированных специалистов, востребованных на рынке труда и обладающих необходимыми для общества будущего компетенциями [10]. Формирование персонализированной образовательной среды, обладающей потенциалом для подготовки таких специалистов, должно быть приоритетом для педагога при проектировании дидактического процесса. Одной из технологий, позволяющей персонализировать обучение, является технология трехмерного моделирования. За счет своей практичности и функциональных возможностей она находит применение в различных отраслях человеческой деятельности [11]. Возникает дидактическая необходимость использовать технологии 3D-моделирования для персонализации обучения и осознанного включения обучающихся в решение проблемных задач созидательного характера как важного условия повышения качества образовательных результатов и подготовки выпускников.

Таким образом, цель данного исследования заключается в теоретическом обосновании и экспериментальной проверке эффективности применения технологий 3D-моделирования для персонализации и повышения качества обучения.

Гипотеза исследования: применение в дидактическом процессе технологий трехмерного моделирования будет способствовать повышению сознательного вовлечения обучающихся в решение учебных и профессиональных проблем созидательного характера, помогая сделать обучение более эффективным.

В качестве основных задач были обозначены следующие:

–      уточнить содержание понятий «персонализация обучения», «персональная образовательная программа», «технология 3D-моделирования» для поддержки включения обучающихся в сознательную исследовательскую деятельность и профессиональное самоопределение;

–      описать дидактические принципы включения технологий 3D-моделирования для персонализации обучения и повышения качества образовательных результатов;

–      сформулировать идеи подхода, отражающие необходимые изменения в методах, приемах, организационных формах обучения для сознательного вовлечения обучающихся в решение учебно-воспитательных и профессиональных задач созидательного характера;

–      предложить методические приемы и рекомендации по организации исследовательской деятельности по проектированию 3D-моделей с учетом индивидуальных возрастных и психологических особенностей обучающихся, специфики созидательной деятельности;

–      экспериментально подтвердить эффективность рекомендаций для повышения сознательного вовлечения обучающихся в решение учебных, профессиональных задач и эффективности обучения в целом.

 

Обзор отечественной и зарубежной литературы

 

Анализ научно-методической литературы по сформулированной проблеме позволил выделить следующие направления в отечественных и зарубежных исследованиях:

1)   изучение особенностей и отличительных характеристик дифференциации, индивидуализации, персонализации обучения;

2)   описание требований, вызовов цифровой экономики к содержанию, методам и средствам современного образовательного пространства;

3)   изучение возможностей, проблем применения инновационных цифровых технологий для персонализации обучения;

4)   выявление дидактического потенциала 3D-моделирования, 3D-печати;

5)   необходимость совершенствования модели обучения с учётом возможностей 3D-технологий для ответа на вызовы будущего, обеспечения конкурентоспособности, поддержки профессиональной самореализации обучающегося.

Для осмысления перспектив развития цифрового общества и образовательного пространства, поиска инструментов и технологий, способных помочь в преодолении разрыва между требованиями экономики и реальным уровнем подготовки выпускников, использовались положения работ А. Г. Асмолова [12, 13]. Комплексное исследование формирования личности в реалиях цифрового общества представлено в материалах Ю. В. Пушкарёва, Е. А. Пушкарёвой [14].

В. С. Кунгурцева, А. Б. Титов указывают, что в странах с развитой экономикой происходит значительный сдвиг от производства к услугам в области информации и знаний [15]. Само знание становится все более специализированным, а цифровые технологии меняют характер учебно-воспитательной работы и социальных взаимоотношений. Готовность к децентрализованному принятию решений, открытость к постоянному обмену информацией, командная работа, управление проектами и инновационная исследовательская деятельность становятся ключевыми требованиями на современных предприятиях и рынке труда [16]. Обучающиеся больше не могут рассчитывать на профессиональную самореализацию в отрасли, где преобладает выполнение ручного труда или используются рутинные навыки. Такие профессии теряют востребованность, и соответствующая работа может эффективно выполняться с помощью машин. Профессиональная карьера в будущем зависит от способности общаться, делиться опытом и использовать информацию для решения сложных проблем, от способности адаптироваться и вводить новшества в ответ на новые требования и изменяющиеся обстоятельства, от способности к мобилизации и реализации технологических возможностей для создания новых знаний, а также от расширения человеческого потенциала и производительности [17].

При выявлении особенностей и отличительных характеристик персонализации обучения использовались результаты исследований Ю. А. Лях [18]. Ею сформулировано авторское понимание феномена «персонализированное обучение», исследованы его отличительные признаки (мотивация, совместное созидание, социальное строительство, самопознание). Каждый признак раскрыт на конкретных учебных ситуациях с выделением роли педагога, школьника. Такая аналитическая работа позволила Ю. А. Лях выявить различия между индивидуализацией, дифференциацией и персонализацией обучения. Автор подчеркивает, что именно персонализированная модель максимально погружает обучающихся в проектирование и разработку решения задачи познания. Более того, в рамках персонализированной образовательной среды личность получает максимальные условия для развития умения учиться, формирования привычки разума. Под привычками разума подразумеваются качества и умения обучающихся, которые направляют их стратегические способности, расширяют изобретательность. Иными словами, привычки разума определяют формирование так называемых «мягких навыков», которые лежат в основе востребованных надпрофессиональных компетенций.

И. Н. Голицина отмечает, что формирование цифрового общества сопровождается, с одной стороны, высокими темпами научного и технологического прогресса, а с другой – активизацией социокультурных коммуникаций, которые ориентированы преимущественно на идеи кооперации и содействия, толерантности и взаимопонимания, уважения личности и ее прав [19]. В новых реалиях такой важный институт социализации, как образование, в его традиционной форме перестает отвечать вызовам времени. Глобальные цифровые трансформации требуют пересмотра организации обучения. С. И. Осипова, Н. В. Гафурова, Э. А. Рудницкий обосновывают, что необходим постепенный переход системы образования к личностно ориентированной модели обучения [20].

Воспитание творческой и ответственной личности, владеющей коммуникативной культурой, по мысли A. Нури, M. Сажидан, Д. Оэтомо, Н. Прасетянти, П. Пармин [21], следует переориентировать с механического зазубривания непонимаемых научных фактов и формального их воспроизведения на развитие созидательного инновационного мышления. Переосмыслению целей обучения должно сопутствовать формирование коммуникативных диалогических навыков, самостоятельного критического отношения к профессиональным проблемам, способности к рефлексии и постоянному самообразованию. Е. Г. Белякова, И. Г. Захарова доказывают, что учёт в организации обучения и познания принципов интерактивности, визуализации, персонализации, мультимедиа, пространственного представления помогает обучающимся решать задачи более качественно [22]. 

Выполненный анализ научно-педагогической литературы позволяет обоснованно утверждать, что встречаются различные термины, обусловленные особенностями педагогической поддержки при проектировании персонализированной модели обучения: персональный образовательный маршрут, персональная образовательная траектория, персональный учебный план.

Цифровые технологии предлагают мобильные, настраиваемые, удобные для пользователя среды в целях поддержки обучения и стимулирования индивидуального потенциала. Тем не менее, как заключают M. C. Буззи, M. Буззи, E. Перрон, C. Сенетте, технологические средства обучения обычно разрабатываются без учета доступности, что снижает вероятность их использования людьми с особыми потребностями [23]. Чтобы уменьшить этот разрыв, авторы разрабатывают веб-платформу для предоставления доступных цифровых средств людям, с помощью которых появляется возможность когнитивного развития людей, к примеру, с синдромом Дауна. Результаты этого исследования подчеркивают важность мотивации и гибкости контента, наличия уровневой дифференциации сложности материала и темпа выполнения заданий для персонализации учебного процесса. И. Демьянов, Н. Цанков отмечают, что образовательные медиаресурсы становятся все более популярными, что актуализирует вопросы выявления их роли и значения в образовательном процессе, типологии и классификации [24]. Авторы описывают цифровые средства, призванные обогатить интеллектуальный потенциал участников дидактического процесса. Значимым результатом работы для проводимого исследования является то, что она определяет функции современной цифровой образовательной среды, которые включают совместимость и интеграцию, персонализацию, инструменты анализа, совместную работу, доступность и интуитивно понятный интерфейс.

А. А. Дорофеева, Л. Б. Нюренбергер исследуют проблему готовности студентов проектировать траекторию своего развития и познания путем отбора и использования ресурсов цифровой образовательной среды. Учёные обосновывают важность этой проблемы в контексте интеграции формального и неформального образования, его персонализации в открытой информационной среде и индивидуализации образования посредством практики отдельных образовательных траекторий [25].

Н. И. Исупова, Т. Н. Суворова предлагают применять для персонализации обучения инновационные образовательные технологии, построенные на основе цифровых ресурсов [26]. M. A. Виртанен, E. Хависто, E. Ликанен, M. Каринен исследуют среду обучения, лабораторию, с цифровыми учебными ресурсами, встроенными функциональными объектами, мобильными устройствами и сенсорными технологиями [27]. Авторы отмечают, что удобный пользовательский интерфейс с использованием техники сферического панорамного изображения позволяет реализовывать персонализацию за счет гибкости, богатства контекста, интерактивности, структурирования информации.

А. Н. Ксенофонтова рассматривает особенности концепции персонализированного обучения, предоставляющего преподавателю дополнительные возможности организации самостоятельной работы обучающихся, индивидуального контроля выполнения заданий [28]. Личностно ориентированное обучение способствует совершенствованию приемов самообразования, непрерывного образования, развитию профессиональных компетенций и формированию персонализированной цифровой среды, в том числе и с использованием мобильных устройств.

Таким образом, персонализированная среда обучения представляет собой модель, в которой обучение на базе цифровых технологий сочетается с социальным взаимодействием и сотрудничеством. Персонализированная модель обучения позволяет подготовить личность, наиболее полно отвечающую вызовам цифровой экономики и запросам информационного общества.

Так, Ж. З. Санабриа, Дж. Арамбуро-Лизаррага принимают за основу положение о том, что деятельность по моделированию является полезным инструментом для формирования универсальных компетенций, необходимых для освоения профессий будущего [29]. В частности, моделирование позволяет обучающимся приобретать важные навыки для закрепления своих теоретических знаний и осознания своей будущей профессиональной карьеры. Однако овладение этими инструментами требует от самих обучающихся значительных мыслительных усилий, применения воображения, инновационного мышления высокого порядка, способности к самостоятельной созидательной деятельности [30]. От учителя требуется организация целенаправленной педагогической поддержки, предполагающей персонализацию учебной деятельности.

М. В. Чугунов, И. Н. Полунина, М. А. Попков рассматривают профильные аспекты графического образования [31]. Авторы считают, что для устранения разрыва между уровнем подготовки выпускников и реальными требованиями общества, промышленности необходимо внедрять инновационные образовательные технологии, направленные на формирование способности работать в команде, компетенций в области цифровых технологий, а также готовности осуществлять проектирование на основе пространственного моделирования. Важным результатом работы для проводимого исследования является обоснование необходимости практики выполнения проектов в формате 3D для персонализации обучения.

А. Жумански представляет междисциплинарный подход, интегрирующий методы и средства 3D-моделирования в исследовательском процессе [32]. Проблемная задача решается в двух взаимосвязанных средах: натурной и виртуальной. Работа в 3D-пространствах необходима, по мысли автора, для проектирования киберфизических устройств, производства инноваций в науке и технике. Описан научный подход к проектированию, основанный на использовании интегрированной модельной среды. Процесс проектирования реализуется как создание моделей разного типа: натурной и виртуальной. Под виртуальной моделью понимается совокупность математических, алгоритмических, программных и 3D-моделей, поддерживающих ее функционирование в виртуальной среде. Автором отмечается, что такой подход к проектированию весьма эффективен для укрепления межпредметных связей, формирования основ созидательной исследовательской деятельности.

А. Т. Фаритов доказывает, что компьютерное 3D-моделирование как одна из инновационных цифровых технологий способно обеспечить большие возможности для формирования востребованных навыков обучающихся [33]. Автор исследует влияние компьютерного 3D-моделирования на пространственное воображение, на подготовленность к профессиональной самореализации. И. Н. Шегай на практике применяет дидактические возможности 3D-моделирования для развития пространственного мышления обучающихся [34]. Он отмечает, что в настоящее время у обучающихся недостаточно сформировано пространственное мышление. Решение данной проблемы осуществляется в рамках использования дидактических возможностей 3D–моделирования. Автором проанализированы особенности проведения занятий, рассмотрен опыт использования 3D-моделирования в обучении и подготовке к успешной профессиональной деятельности с учётом вызовов цифровой экономики.

Т. Ч. Хуанг, Ч. Ю. Лин рассматривают различные аспекты – от 3D-моделирования до 3D-печати [35]. Далее они подробно описывают модель обучения, направленную на формирование пространственных способностей и учитывающую индивидуальные возможности обучающихся. Работа в трёхмерной среде развивает навыки наблюдения, проектирования объектов и обработки информации, необходимые для 3D-моделирования. Однако различия между отдельными обучающимися могут влиять на результаты обучения, и понимание принципов трехмерного моделирования в значительной степени зависит от врожденных пространственных способностей обучающегося. В рамках 3D-моделирования субъекты познания должны учиться смотреть на вещи под разными углами, уметь строить абстрактные когнитивные пространства. При изучении трансформации поведенческих паттернов учащихся в различных стратегиях обучения трехмерному моделированию Т. Ч. Хуанг, Ч. Ю. Лин отмечают, что по мере развития 3D-технологий 3D-принтеры также внедряются в образование в качестве средства для познания и обучения. В работе A. Санчез, C. Гонсалез-Гойа, П. Зулита, З. Сампайо рассматривается использование прототипов для решения проблем и 3D-печати в качестве поддержки развития математического понимания, творчества и технологической грамотности [36].

Итак, 3D-моделирование обладает инструментами и средствами для эффективного изменения ситуации в плане вовлечения обучающихся в сознательную исследовательскую деятельность, формирования востребованных универсальных компетенций и поддержки профессионального самоопределения. Трехмерное моделирование поддерживает усвоение теоретического знания, умение применять его в познавательной, коммуникативной, социальной практике и профессиональной ориентации через проектирование сложноорганизованных систем в целях создания устройств и прототипов. Таким образом, существует объективная необходимость реализации дидактических возможностей технологий 3D-моделирования для персонализации обучения и поддержки осознанного включения обучающихся в решение проблемных задач как важного условия повышения качества образовательных результатов и подготовки выпускников.

 

Методологическая база исследования

 

При организации исследования учтены положения системно-деятельностного подхода, опирающегося на представление о необходимости учета структуры деятельности и объясняющего процесс активного усвоения знаний субъектом, формирования способов его деятельности посредством мотивированного и целенаправленного решения системы задач.

При изучении сущности понятия «персонализация обучения», особенностей организации персонализированной модели обучения, созидательной деятельности обучающихся и формирования образовательной среды, стимулирующей когнитивные процессы, применялся метод анализа трудов зарубежных и отечественных авторов, авторитет которых признан научным сообществом. В частности, были обобщены и систематизированы методологические основания применения компетентностного подхода к проектированию образования (А. В. Хуторской [37]), перехода системы образования к личностно ориентированной модели обучения (Т. И. Шамова, Г. Н. Подчалимова [38]), выявлены особенности и отличительные характеристики персонализации обучения (Ю. А. Лях [39]).

Для научного обоснования необходимости переориентации профессиональной деятельности педагога на проектирование персональных траекторий познания в соответствии с вызовами цифровой экономики использовались выводы, сформулированные А. Г. Асмоловым [40].

При анализе положений профессионального стандарта педагога было выявлено, что трудовая функция предписывает учителю активно использовать в деятельности современные цифровые ресурсы, к которым в том числе относятся средства 3D‑печати и среды трехмерной графики. Поддержка профессионального самоопределения обучающихся; формирование образовательного пространства, способствующего развитию мыслительных процессов высокого порядка, творческой исследовательской деятельности, социализации личности, также регламентированы положениями указанного нормативного документа. Далее были проанализированы положения образовательного стандарта высшего образования для бакалавриата (по направлению подготовки 44.03.05), позволившие определить умение моделировать как одну из универсальных компетенций, как важное требование работодателей к выпускнику. В числе общекультурных компетенций специалиста выделены: владение методами анализа, представления, хранения и обработки информации; теоретической и экспериментальной исследовательской деятельности.

Определение проблем подготовки выпускников, отвечающих требованиям государства, экономики и общества, обладающих навыками созидательной деятельности, способных к принятию обоснованных самостоятельных решений в условиях неопределенности будущего, сопровождалось изучением аналитической работы В. А. Артемьевой, Е. К. Веселовой, М. Я. Дворецкой, Е. Ю. Коржовой [41].

Обращение к материалам О. А. Халифаевой [42] позволило выявить, что сознательная исследовательская деятельность имеет сложную структуру: она целостный результат множества разветвленных процессов и должна рассматриваться в единстве всех их аспектов. Ядро такой деятельности составляют инновация и творчество, поддерживающие все этапы разработки и внедрения открытий, обеспечивающие их качество и продуктивное практическое применение. Это позволяет обоснованно утверждать, что подготовка молодежи к созидательной деятельности, вовлечению в сознательную творческую работу требует применения и новаторских педагогических технологий, техник и средств.

Для определения сущности понятия «технология 3D-моделирования» использовались выводы E. Новак, С. Висдом [43]. Материалы исследований Т. Ч. Хуанг, Ч. Ю. Лин [44] позволили описать дидактические возможности технологии трехмерного моделирования, средств 3D-печати. При изучении методических аспектов использования технологий 3D в образовательном пространстве вуза для развития мышления, креативности, прагматичности, технологичности и т. п. использовались праксиметрические методы на предмет описания, характеристики, анализа применяемых методов, средств, форм организации и контроля; систематизация и обобщение идей и закономерностей, принципов дидактики в преподавании.

Обобщение выводов C. Чарльзуорта [45] поспособствовало обоснованию выводов о том, что для вовлечения обучающихся в созидательную деятельность опыт исследования и практика моделирования являются эффективными дидактическими средствами. Нет интеллектуального развития без проектирования соответствующего образовательного пространства, без планирования познавательной деятельности.

Особую группу составляют эмпирические методы (наблюдение, анализ результатов инновационной деятельности обучающихся) для получения актуальных сведений о формировании востребованных универсальных компетенций и повышении качества обучения в целом. В педагогическом эксперименте были задействованы 55 студентов направления 44.03.05 Педагогическое образование (с двумя профилями подготовки), из которых были сформированы экспериментальная (25 человек) и контрольная (30 человек) группы. Все испытуемые – студенты четвёртого курса, средний возраст которых составил 21 год. Эксперимент проводился в рамках курса «Компьютерное моделирование». Для обработки результатов педагогического эксперимента, после проверки всех требований к его применимости, был использован критерий Манна – Уитни [46].

Исследование проводилось в три этапа.

На первом этапе осуществлялся констатирующий эксперимент: исследовалось состояние актуальных дидактических проблем персонализации обучения ресурсами цифровых технологий. Здесь же проводилась оценка потенциала созидательной деятельности по 3D-моделированию для повышения качества обучения в целом. Для этого осуществлялся анализ научной литературы по проблеме исследования, изучение и сравнительный анализ опыта преподавания в России и других странах. Второй этап был посвящен разработке дидактических принципов включения технологий 3D‑моделирования для персонализации обучения и повышения качества образовательных результатов.

Третий этап исследования охватывает опытное преподавание и совершенствование идей персонализации обучения на основе технологий создания 3D-моделей. Преподавание сопровождается постоянным мониторингом прототипов и моделей, что позволяет последовательно совершенствовать предлагаемые методические рекомендации. Обсуждение результатов исследования проходит в виде публикаций в журналах и докладов на конференциях различных уровней.

 

Результаты исследования

 

Уточнение сущности ключевых понятий

В представленном исследовании будем придерживаться следующего толкования понятия «персонализация обучения»: создание образовательной среды, ориентированной на индивидуальные потребности и раскрытие возможностей личности, обеспечивающей наиболее эффективное обучение. Каждый ученик в процессе обучения выстраивает свою образовательную траекторию, которая соотносится с общепринятыми достижениями человечества, и проходит следующие этапы: «цель – план – виды деятельности – рефлексия – самооценка». Выполнение обучающимся всех этапов деятельности по спроектированной педагогом траектории составляет сущность персональной образовательной программы.

Подробный анализ трактовок понятий «персональный образовательный маршрут», «персональная образовательная траектория», «персональный образовательный план», «персональная образовательная программа» позволяет сделать вывод, что каждое понятие свидетельствует об учете индивидуальных познавательных потребностей и интересов личности, о выстраивании индивидуального, собственного образовательного пути каждым обучающимся в современных условиях вариативности образования (создание оптимальных условий, выбор индивидуальных форм, средств, методов обучения). Кроме того, между самими терминами «маршрут» и «траектория» есть некоторые различия. Маршрут – намеченный путь следования объекта, учитывающий направление движения с указанием начальной, конечной и промежуточных точек. Траектория – линия, которую описывает объект при своем движении. Таким образом, полагаем, что персональный образовательный маршрут – это запланированный путь достижения образовательных результатов, а персональная образовательная траектория – фактическая реализация образовательного маршрута по индивидуальной образовательной программе.

Основная проблема персонализации – это то, что осознание траектории обучения должно исходить от самого обучающегося. Для тьютора при проектировании маршрута возникают также трудности сбора корректных аналитических сведений о личности обучающегося, предыдущем поведенческом и познавательном опыте. Также возможны проблемы при выборе эффективных дидактических технологий, максимально поддерживающих обучающихся в их выборе.

Аналитическая работа с научно-методической литературой позволила выявить, что на практике дидактический процесс зачастую ориентируется на средний уровень развития обучающегося и строится с опорой, как правило, на статистические данные соответствия большинства обучающихся определенным «возрастным нормам». Но необходимо помнить, что не все обучающиеся соответствуют понятию «среднестатистический» и, следовательно, в такой среде не каждый может в полной мере реализовать свои потенциальные возможности. Причинами могут стать как особенности и отклонения в психофизическом развитии, так и проблемы социального характера.

В цифровой образовательной среде основаниями для выбора технологии обучения могут служить любые условия: индивидуальные особенности личности, стили познания, изучаемый предмет, тип образовательного учреждения, профиль подготовки, способности и интересы обучаемого, спектр информационного взаимодействия и т. д.

В качестве характеристических особенностей созидательной деятельности по разработке прототипов и моделей определим следующие свойства:

-     творчество/креативность как способность к открытию и изобретению нового;

-     прагматичность, то есть получение конкретных практических результатов от сделанного открытия/изобретения;

-     технологичность как способность в соответствии с поставленной задачей обоснованно выбрать и применить средства, методы, технологии;

-     общественный характер, социальная значимость;

-     направленность на преобразование, так как модель должна находить реальное применение для материального производства или общественных нужд.

Педагогическая поддержка творческой созидательной деятельности обучающихся в рамках персонализированной модели обучения на базе технологий 3D-моделирования

Далее опишем основные принципы проектирования персональной образовательной программы как реализации дидактических возможностей технологий трехмерного моделирования для воплощения идей персонифицированного обучения.

Отбор программного средства для трехмерного моделирования может быть произведен по следующим критериям: платный/бесплатный сервис; подходы к моделированию; наличие русскоязычного интерфейса; скорость работы, спектр инструментов; наличие бесплатных видеоуроков и справки; возможность создавать собственные фигуры и модели; поддержка печати на 3D-принтере. Примерный набор сред для моделирования может быть таким: Blender, TinkerCAD, 3DSlash, SketchUp, LeoCAD, Clara.io, Maya, Houdini Apprentice, Paint 3D.

В рамках педагогической поддержки по каждому программному средству была проведена консультация с выявлением достоинств и недостатков, описанием ключевых функциональных возможностей. Далее обучающиеся осуществляли свой выбор и приступали к изучению содержания. На каждом занятии предлагается как выполнение посильных для обучающихся заданий, так и изучение принципиально новых приемов, необходимых для выполнения проектов. На первом занятии предполагается формирование основ, без которых невозможно изучить программное средство. После выполнения всех заданий была предложена первая градация в моделировании.

Первый уровень: написать свое имя, используя элементарные геометрические тела, которые встроены (квадрат, круг, эллипс).

Второй уровень: написать свое имя, используя элементарные геометрические тела, и добавить объем хотя бы одной букве (с помощью выдавливания или создать сразу же встроенное объемное тело).

Третий уровень: написать свое имя (объемное), используя все изученные инструменты.

Выбор учащегося позволяет сделать педагогу определенные выводы. Если обучающийся выбирал первый уровень, то им недостаточно усвоено, как нарисовать эскиз и применить выдавливание для придания объема телу. При выборе второго уровня обучающийся понимает, как использовать инструмент выдавливание, но недостаточно хорошо знает, как его применить. Следует в дальнейшем включать упражнения на создание объемных тел. Выбор третьего уровня предполагает качественное понимание теоретического материала, овладение необходимыми практическими инструментами.

На втором занятии обучающиеся создавали реальный объект «Стол». После была предложена вторая градация в моделировании.

Первый уровень: смоделировать стол в форме круга с одной квадратной ножкой посередине (при конструировании столешницы и ножки использовать готовые шаблоны).

Второй уровень: смоделировать стол в форме треугольника с тремя ножками в форме эллипса (столешницу конструировать с применением линий, а для ножек использовать встроенные фигуры).

Третий уровень: смоделировать стол в форме пятиконечной звезды с пятью ножками круглой формы и одной ножкой по центру в форме пятиконечной звезды (столешница и ножка по центру конструируются с помощью линий, а остальные ножки – с помощью встроенного инструмента).

Выбор обучающихся снова позволяет педагогу сделать определенные выводы об образовательных результатах. Если выбран первый уровень, то недостаточно сформированы навыки создания эскизов, умения работать с непримитивными элементами. Для устранения проблем необходимо больше упражнений на проработку эскизов. Если выбран второй уровень, то обучающийся освоил навыки построения эскиза, но не готов к выполнению более сложной исследовательской работы. Необходимо больше заданий для того, чтобы поддержать его уверенность в себе. Если выбран третий уровень, то обучающийся полностью освоил изученный материал и готов к получению информации следующего уровня сложности.

Третье занятие ориентировано на моделирование составных механизмов, фигур (например, «Торшер»). Для такого объекта необходимо использовать эскиз, придать объем при помощи вращения и сглаживания углов, изменять цвета составляющих элементов и фон.

Первый уровень: смоделировать торшер произвольной формы с острыми углами, изменить его цвет.

Второй уровень: создать композицию из торшера (хотя бы с одним закругленным углом) и стола (формы на выбор учащегося), подобрать гармоничную цветовую гамму.

Третий уровень: создать композицию, состоящую из торшера (другой формы, чтобы не было острых углов), стола (сложной формы с закругленными углами). Подобрать цветовую гамму.

Выбор обучающихся вновь позволяет педагогу провести диагностику знаний. Если учащийся выбрал первый уровень, то для него было сложным освоить функцию закругления углов. Далее следует подобрать упражнения на более подробное применение данного инструмента. Если выбран второй уровень, то обучающийся освоил функции закругления углов, но не в том объеме, чтобы выполнять конструкторский проект. Если выбран третий уровень, то обучающийся полностью освоил изученный материал и готов выполнять задания исследовательского и созидательного характера.

Проанализировав выбор учащихся в отношении программного средства, объекта моделирования, уровня задания, можно сделать вывод о дальнейшем проектировании траектории обучения. Совершенные учеником ошибки, затруднения в моделировании, трудности в познании следует учитывать при корректировке образовательного маршрута, формулировании следующих заданий и тем исследовательских проектов.

Первый уровень сложности проекта для самостоятельного выполнения: при помощи технологий объемного моделирования создать трехмерную модель кинетического конструктора. Также требуется выполнить следующие рассуждения и обоснованные действия:

-     выбрать количество шестеренок (от минимальных четырех до максимальных восьми);

-     разработать трехмерные модели шестеренок, рассчитав при этом их размер и расстояние между ними, толщина шестеренок не должна превышать 5 мм;

-     продумать основу для крепления шестеренок: каркас должен быть устойчивым (иметь площадь основания, соприкасающуюся с любой поверхностью всеми точками);

-     смоделировать первую шестеренку в цепочке с рычагом для управления всей цепочкой;

-     смоделировать предпоследнюю шестеренку так, чтобы она крепилась под углом 90 градусов.

Второй уровень сложности проекта для самостоятельного моделирования: при помощи средств 3D-моделирования разработать трехмерную модель кинетического шара, диаметр которого не должен превышать 100 мм. Шар должен быть полый внутри, оболочка его состоит из множества звездочек двух размеров: маленького (12 концов) и большого (20 концов). Предусмотреть, что звездочки должны быть сцеплены друг с другом наподобие шестерёнок и могут вращаться по часовой стрелке или против нее. Размер звездочек рассчитывается самостоятельно с условием свободного кинетического вращения «по» часовой стрелке и «против» нее (расчеты сдаются наставнику).

Третий уровень сложности проекта для самостоятельного моделирования: при помощи средств трехмерной визуализации разработать трехмерную модель кинетической установки, размер которой не должен превышать 150 мм по всем значениям. Также предусмотреть, что модель установки должна иметь устойчивую вертикальную опору для крепления на ней шестеренок различного размера (от пяти до десяти механизмов). Обязательно наличие указательной стрелки.

Таким образом, описаны особенности сопровождения творческой созидательной деятельности обучающихся в рамках персонализированной модели обучения на основе технологий 3D-моделирования.

Оценка эффективности применения технологий трехмерного моделирования для формирования персонализированного образовательного пространства в целях повышения качества обучения проводилась в ходе педагогического эксперимента.

Экспериментальная оценка

Оценивались качественные изменения способности и готовности обучающихся осуществлять творческую созидательную деятельность, сформированные теоретические фундаментальные научные основы компьютерного моделирования. Суть эксперимента состояла в проведении лабораторных занятий по дисциплине «Компьютерное моделирование» с использованием различных подходов к организации творческой созидательной деятельности обучающихся при разработке прототипов и 3D-моделей. В контрольной и экспериментальной группах были проведены лекционные и практические семинары. Контрольная группа изучала материал по трехмерной графике в рамках традиционной методики обучения информационному моделированию. Занятия в экспериментальной группе проводились с учетом возможностей технологий трехмерного моделирования и на основе принципов персонализированного обучения.

На подготовительном этапе эксперимента была проведена общая оценка имеющегося уровня образовательных результатов (фундаментальные научные понятия, применяемые цифровые технологии, востребованные компетенции).

После первой проверки удалось собрать исходные данные о 55 студентах, из которых были сформированы экспериментальная (25 человек) и контрольная (30 человек) группы. Такая проверка была и после завершения изучения темы. В качестве оценочного средства была выбрана контрольная работа, содержащая задачу репродуктивного характера, задачу, требующую переноса знаний, а также исследовательскую задачу.

Работа была оценена на «отлично», если обучающийся справился со всеми задачами в полном объеме и без ошибок. Оценка «хорошо» была поставлена в случае, если обучающийся справился со всеми заданиями, но допустил отдельные некритические ошибки, не искажающие сути изученных вопросов. Если студент допустил значительное число некритических ошибок в каждом задании, его работа оценивалась удовлетворительно. Наконец, студентам, допустившим большое число критических ошибок либо не справившимся ни с одной из предложенных задач, была поставлена оценка «не удовлетворительно».

Оценке «отлично» в соответствие ставился «высокий» уровень образовательных результатов, для оценки «хорошо» и «удовлетворительно» – средний, в остальных случаях показатель измерения диагностировался как «низкий».

Проверка эффективности дидактического потенциала применения 3D-технологий для персонализации обучения и статистического анализа достоверности результатов педагогического эксперимента осуществлялась при помощи критерия Манна – Уитни. Результаты контрольного мероприятия представлены в таблице.

 

Результаты эксперимента

 

Уровень
инновационного мышления

Количество испытуемых (чел.)

 

Экспериментальная группа

(25 обучающихся)

Контрольная группа

(30 обучающихся)

 

До

После

До

После

Высокий

4

8

5

7

Средний

19

16

21

20

Низкий

2

1

4

3

Для применения критерия были сформулированы гипотезы:

H0: сдвиг в повышении уровня образовательных результатов после изучения технологии 3D-моделирования и получения практики проектирования в трёхмерной среде является случайным.

H1: сдвиг в повышении уровня образовательных результатов после изучения технологии 3D-моделирования и получения практики проектирования в трёхмерной среде неслучаен.

Согласно данному критерию, сначала нужно определить степень различия в начальных показателях (до эксперимента) уровня знаний испытуемых контрольной и экспериментальной групп. Число элементов в первой выборке (экспериментальная группа) – 25 человек, во второй выборке (контрольная группа) – 30 человек. Далее определяем, что соответствующие критические значения по таблицам Uкр1 для 0.1 = 236 и Uкр2 для 0.5 =277. Вычисляем с помощью онлайн-калькулятора (https://www.psychol-ok.ru/statistics/mann-whitney/) значение Uэмп1 = 351 (Uкр1 < Uкр2 < Uэмп – находится в зоне значимости). Следовательно, гипотеза о том, что сравниваемые выборки совпадают, принимается на уровне значимости 0,05. Теперь аналогичным образом рассчитаем критерий после окончания эксперимента. Эмпирическое значение критерия Манна – Уитни в этом случае Uэмп2= 223 (Uэмп < Uкр1 < Uкр2 – находится в зоне незначимости). Следовательно, достоверность различий сравниваемых выборок составляет 95%. Итак, начальные (до начала эксперимента) состояния экспериментальной и контрольной групп совпадают, а конечные (после окончания эксперимента) – различаются. Поскольку Uemp< Ucr, то склоняемся к альтернативной гипотезе H1, то есть повышение качества образовательных результатов после моделирования в трёхмерной среде можно считать неслучайным.

 

Заключение

 

Результаты исследования доказывают, что персонализация обучения в цифровой образовательной среде определяет необходимость разрешения спектра теоретических и практических проблем. В теоретическом плане затруднения вызывает конкретизация феномена «персонализация обучения», уточнение фундаментальных научных понятий. В работе для конкретизации сущности персонализированной образовательной программы учитываются следующие особенности персонализированной образовательной модели: обучение начинается с личности обучающегося; ориентируется на интересы, пристрастия и стремления личности; обучающиеся активно принимают участие в проектировании дидактического процесса и в обсуждении выбора предмета изучения; обучающиеся выбирают наставников/экспертов/тьюторов, чтобы поддерживать траекторию познания; оценка рассматривается как продолжение обучения.

При проектировании персональной образовательной программы учитываются аспекты личностного развития, мотивация к деятельности созидательной направленности, индивидуальный темп прохождения персонального пути реализации личностного потенциала. Персональный образовательный маршрут рассматривается как запланированный путь достижения образовательных результатов, а персональная образовательная траектория – фактическая реализация образовательного маршрута по индивидуальной образовательной программе.

В спектре практических проблем подробно описаны особенности поддержки осознанного выбора инструментов и способов деятельности, самостоятельного определения траектории познания, градации системы задач и проектных решений. Содержание каждого фактора раскрыто с позиций педагогов и обучающихся при проектировании персонализированной модели обучения на основе технологии обработки трехмерных изображений. Предварительно обосновано, что 3D-технология является одной из инновационных технологий, ресурсом повышения качества подготовки выпускников за счет возможностей учета в персонализированной образовательной программе их индивидуальных возрастных и психологических особенностей, специфики созидательной деятельности по моделированию, разноуровневой системы задач.

Анализ результатов проектной созидательной деятельности обучающихся по 3D-моделированию позволяет обоснованно утверждать, что применение технологий обработки трехмерных изображений позволяет персонализировать обучение и повысить качество образовательных результатов. Эффективность предлагаемого подхода подтверждена педагогическим экспериментом, в ходе которого результат сознательной творческой деятельности оценивался по комплексу критериев (получение конкретных практических результатов от модели; обоснованный выбор и применение средств, методов 3D-технологий; социальная значимость разработанной модели; реальное применение модели для материального производства или общественных нужд), составляющих основу универсальных востребованных компетенций.

Таким образом, результаты исследования доказывают, что инновационные цифровые технологии предоставляют дополнительные возможности для персонализации обучения и осознанного включения обучающихся в решение проблемных задач созидательного характера как важного условия повышения качества образовательных результатов и подготовки выпускников.

Проблема исследования определяется противоречием между возможностями 3D-технологий для повышения качества образования за счет учета индивидуальных особенностей личности обучающегося, познавательных интересов, профессиональных стремлений и применяемой в образовательных организациях моделью обучения.

Предложенный подход реализации возможностей 3D-технологий:

1)   систематизирует и обобщает результаты предшествующих исследований;

2)   учитывает дидактический потенциал технологий трехмерного моделирования;

3)   способствует повышению качества образования за счет учета индивидуальных особенностей личности обучающегося, познавательных интересов, профессиональных стремлений.

Полученные результаты могут быть использованы в профессиональной деятельности педагогов по проектированию образовательного пространства, максимально ориентированного на формирование инновационного мышления и поддержанного средствами 3D-технологий, так как включают технический, методический и содержательный компоненты.