Государственное бюджетное образовательное учреждение дополнительного образования Дом творчества Адмиралтейского района Санкт–Петербурга «Измайловский»

МЕТОДИЧЕСКИЕ РАЗРАБОТКИ

«Развитие инженерно-технических компетенций на занятиях по программе «Архитектурное моделирование и конструирование»»

Автор:

ШЕСТЕРНЕВА ТАТЬЯНА ИВАНОВНА,

педагог доп. образования,

ГБУ ДО ДТ «Измайловский» Адмиралтейского района

Санкт-Петербург

2022

Оглавление

ВВЕДЕНИЕ .................................................................................................................................................................. 3

1. Инженерно-технические компетенции и исследовательский потенциал учащихся как объект

изучения в дополнительном образовании детей ................................................................................................... 4

1. 1. Исследовательский потенциал учащихся – компонент инженерно-технических компетенций.............. 4

   2. Архитектурное образование как основа мотивации исследовательского интереса и социализации

обучающихся ............................................................................................................................................................. 5

2. Методические особенности проектной деятельности в дополнительном архитектурном

образовании ................................................................................................................................................................. 7

3. Развитие инженерно-технических компетенций на примере работы с инструментами 3-D

ВВЕДЕНИЕ

Целью дополнительного образования является развитие мотивации детей к познанию, творчеству, содействие личностному, профессиональному самоопределению обучающихся, их адаптации к жизни в обществе, приобщение к здоровому образу жизни. Именно в этих условиях возможно развитие творческого потенциала детей. При этом получение ребенком дополнительных профессиональных навыков, знаний и умений позволяет говорить не только о поощрении его творческих способностей, но и о создании предпосылок для развития более сложного комплекса инженерно-технических компетенций и ее важного компонента - исследовательского потенциала учащегося.

Методический и педагогический опыт студии «Архитектурное моделирование» [1-3] позволяет говорить о том, что формирование исследовательского потенциала неразрывно связано с задачей развития пространственного мышления и широкого спектра навыков моделирования элементов предметного мира. На примере сравнительно новой технологии – 3-D ручки - могут быть проиллюстрированы некоторые авторские наработки в области реализации проектных решений в детском дополнительном образовании.

На рис. 1 представлена условная схема проводимого исследования.

Рисунок 1 – Структура проведения исследования

Применение инструментов 3-D моделирования рассматривается решение педагогической задачи по развитию пространственного мышления, которое выступает компонентом комплекса, условно определяемого как «исследовательский потенциал учащегося». В качестве примера применения «метода проектов» в аттестационной работе приведен один блок образовательной программы студии – «Применение 3D-ручки на занятиях»; он иллюстрирует конкретные методические решения, помогающие развивать пространственное мышление/исследовательский потенциал/ инженерно-технические компетенции у учащихся.

1. Инженерно-технические компетенции и исследовательский потенциал учащихся как объект изучения в дополнительном образовании детей

Развитие системы дополнительного образования РФ является важным компонентом в становлении современной образовательной системы страны. На самом высоком государственном уровне ставятся задачи максимально полно задействовать все образовательных технологии для воспитания поколений инженеров, способных решать сложнейшие инновационные и исследовательские задачи.

1.1 Исследовательский потенциал учащихся – компонент инженернотехнических компетенций

При работе с учащимися в студиях отдела техники, педагоги привычно [1,3,10] выделяют несколько групп свойств и качеств, наличие которых значительно помогает детям успешно проходить обучение. Значительно упрощая, опишем их следующим образом:

• Технические компетенции: умение работать с бумагой, клеем, различным графическими инструментами; знакомство с графическими пакетами для работы на компьютере и т.д.

• Творческие компетенции: навыки и личные способности по восприятию и описанию, воспроизводству, созданию образов, предметов, композиций и т.д.

• Личностные компетенции: навык и умение работать в команде, усидчивость, трудолюбие, привычка к длительной и монотонной работе, самоидентификация себя как части общества, коллектива и т.д.

Кроме этих, часто в разных студиях [1,3,10] также указывают на такие способности как лидерские качества, умение и готовность открыто отстаивать свои идеи и мнения; эрудированность, открытость новым знаниям; наличие определенных навыков по работе со специальным оборудованием (например, электротехническим, фото- и видео- оборудованием) и т.д. Но опыт работы в отделе техники (с привлечением материалов различных студий и секций), позволил авторам сформулировать комплексное понятие, объединяющее несколько групп качеств и свойств в одном определении.

Наиболее важным качеством, являющимся одновременно и целью обучения в учреждении дополнительного образования, и поводом для начала обучения, был назван «исследовательский потенциал учащегося»: способность и стремление к творческой и исследовательской деятельности, позволяющее учащемуся самостоятельно осваивать, перерабатывать предлагаемые идеи, теоретические и практические задачи, знания; а также применяемые учащимся методы, позволяющие использовать полученные и освоенные знания для принятия собственных нетиповых решений в русле актуальных исследований или проектирования.

Именно понятие «исследовательский потенциал» [1-3] позволяет раскрыть всю комплексность и многофакторность изучаемого явления; потенциал – как перспективная возможность развития и как существующая актуальная способность к действию.

Рисунок 2 – Изменение структуры задач образовательной программы за счет введения новых проектных компонентов

Поэтому независимо от основного направления деятельности студии научно-технической или иной направленности рекомендуется [1,3,10] вводить комплексные характеристики, иллюстрирующие результативность образовательного процесса. Комплексная характеристика должна учитывать специфику преподаваемого предмета, раскрывать специфику перспективных возможностей, которые открываются перед выпускниками студии, находиться в русле наиболее востребованных научно-технических и теоретических разработок современной российской науки.

1.2 Архитектурное образование как основа мотивации исследовательского интереса и социализации обучающихся

Образовательная программа «Архитектурного моделирования» основана на модели креативного образования. Ее цель – развитие у детей творческого отношения, в частности – элементарных основ метода созидательного творчества и формирования методов освоения мира и социализации через собственные действия.

Говоря о значимости именно архитектурного образования, следует отметить специфику освоения мира детьми младшего школьного возраста (с 6 лет до 8 лет). Как отмечают многочисленные психологические исследования уровень до 7 лет у детей – это уровень непосредственно физического освоения мира через творение пространство своего бытия [9]. В этом возрасте социальное пространство понимается как реальное физическое пространство, специально созданное из каких-либо частей или материально-конструктивных компонентов. В этот период у детей присутствует физический подход к пространству. И занятия удовлетворяют эту потребность у детей, формируя также и умение пространственного творчества.

В результате активности, проявленной личностью, происходит также процесс усвоения знаний о мире и о себе, как содержательных, так и процессуальных – знаний о способах деятельности, на основе знаний формируются умения. В процессе активного усвоения художественного пространства формируются интересы – «сосредоточенность на определенном предмете мыслей, вызывающая стремление ближе ознакомиться с ним, глубже в него проникнуть, не упускать его из поля зрения» [9].

Интересы ведут к появлению новых потребностей, и круг не просто замыкается, а начинает новый виток движения, формируется творческое отношение к миру. В процессе этого движения ребенок получает опыт творческой и эмоционально-оценочной деятельности, у него начинают формироваться ценности. А именно совокупность духовных и материальных ценностей, созданных человеческим обществом и характеризует общий уровень развития общества. Формирование культурного поля предполагает активную позицию личности [6]. Именно такую позицию принимает ребенок, становясь создателем какого-либо материального объекта [1,3,10].

Потребность побуждает к деятельности, является ее первопричиной. В то же время в своем развитии деятельность вызывает новые потребности чисто человеческого свойства, имеющие созидательный характер. При этом средства удовлетворения потребностей человек не имеет в готовом виде, он создает их сам, находя в социальных свойствах вещей, которыми он оперирует. [10] Потребность во внешних впечатлениях, и потребность в активности – только предпосылки. Актуализируясь в деятельности, они становятся мотивами. И важно, чтобы это были мотивы, связанные с содержанием и процессом учения.

При этом отметим, что дети в студии не просто находятся на исполнительском уровне (нарисовать иллюстрацию на тему), но даже на творческом (сами придумывают новые формы, индивидуальные проектные решения).

Очень велико значение интереса для развития личности ребенка. Через интерес устанавливается связь человека с объективным миром. Интерес помогает связывать личные и общественные ценности. Человек не может вобрать все многообразие общественных ценностей, он избирает из них в соответствии со своими интересами то, что представляет для него личные ценности.

Как показывают психолого-педагогические исследования, широта интересов детей в значительной мере зависит от обстоятельств учения, от педагога. В познавательные интересы вносит изменение обогащение кругозора детей. Приближение цели деятельности к ее результату составляет для детей важную основу, укрепляющую интерес. С приобретением опыта познавательной деятельности, умело направляемой педагогом, происходит постепенное овладение обобщенными способами, позволяющими решать более сложные задачи учения, обогащающие интерес учащихся. [11]

Познавательные интересы развиваются, усложняются, обогащаются в ходе развития, в процессе становления личности ребенка.

Активный самостоятельный творческий поиск в познании в связан с решением важнейшей задачи – формирования устойчивого познавательного интереса. Включение ребенка в разностороннюю деятельность, которая способна удовлетворить его духовные запросы и потребности, важнейший фактор развития личности, формирования интереса у каждого.

Потребности как побудитель активности, актуализируясь в деятельности, становясь мотивами в процессе деятельности, повлекут за собой переход от пассивной к активной позиции личности. Мотив, рассматриваемый как интерес к учебной деятельности, от исполнительского (или отсутствия интереса), переходит через поисково-исполнительский интерес к творческой активности. И приобретается опыт практической деятельности, расширяется культурный кругозор, происходит постепенная социализация ребенка [1,3,10].

2. Методические особенности проектной деятельности в дополнительном архитектурном образовании

Образовательные программы студии «Архитектурное моделирование» включают в себя широкое знакомство воспитанников с элементами теории и истории архитектуры, истории искусства, основами художественного конструирования и моделирования. Главное достоинство этого подхода состоит в том, что основными объектами знакомства и изучения являются великолепные образцы архитектурных памятников Санкт-Петербурга и пригородов. Эти примеры доступны всем детям, независимо от уровня их начальной подготовки, в процессе обучения легко поддаются наблюдению изменения, происходящие в уровне восприимчивости учащихся к особенностям окружающей застройки. Так что одним из ключевых факторов, лежащих в основе методической работы студии становится фактор

«доступности».

С другой стороны - восприятие с раннего детства классических архитектурных форм способствует раскрытию и развитию творческих способностей, заложенных в каждом ребенке. А значит, другим не маловажным фактором становится «преемственность» - в самом объекте изучения заложена глубокая связь с мировой культурой и историей города. Другой особенностью работы в студии является активное привлечение сотрудников и специалистов смежных организаций (профильных ВУЗов, инженерных и проектных организаций) с целью формирования единого исследовательского поля, творческого пространства для обучающихся. Это позволяет поддерживать высокий уровень «актуальности» выполняемых работ – обучающиеся формируют профессиональные взгляды на осваиваемые материалы, сохраняя игровую форму общения решают современные интересные проектные задачи, что в конечном счете способствует развитию у них ответственной гражданской позиции и общей культуры.

Ранее был проведен ряд исследований [1-3], которые были направлены на всестороннее рассмотрение и анализ феномена «исследовательского потенциала учащихся». Его формирование и развитие напрямую связано с развитием пространственного мышления и навыков трех-мерного моделирования. Все образовательные программы в студии «Архитектурного моделирования» сфокусированы на развитии этих навыков посредством приобщения учащихся к процессам вдумчивого анализа окружающей их городской действительности, особенностей пространственной организации предметного мира. Учащиеся получают возможность личного роста поскольку приобщаются к многовариантности отображения отдельных элементов окружающей их действительности. С методической точки зрения для этого могут быть использованы разнообразные педагогические решения. Особенную эффективность при этом показал «метод проектов», который широко используется в работе студии.

Творческие проекты студии реализуются поэтапно и обязательно завершаются представлением и защитой принятых проектных решений. В табл. 1 приведен пример содержания такого проекта.

Таблица 1 – Последовательность выполнения творческого проекта в дополнительном архитектурном образовании

3. Развитие инженерно-технических компетенций на примере работы с инструментами 3-D моделирования

В современном мире трехмерное (3-D) моделирование - важный инструмент, который может найти применение в самых разных направлениях инженерного творчества и технических компетенций. Умение решать задачи по обдумыванию, зарисовке, обмерам, оценке и последующему созданию трехмерных объектов позволяет учащимся приобщаться к инженерному творчеству [1,3,10].

Рисунок 2- Примеры выполнения отдельных архитектурных деталей

В составе образовательной программы «Архитектурное моделирование и конструирование» входят разделы, которые были расширены и дополнены практическими занятиями с использованием инструментов 3-D моделирования (рис. 2).

2.1 Аннотация и паспорт проекта

Элементы городского благоустройства хорошо знакомы большинству учащихся, поэтому работа с ними позволяет одновременно улучшить их знакомство с окружающими городскими зонами отдыха, парками и скверами, а с другой – создает возможности для обучение основам технического рисунка и черчения.

Таблица 1 – Паспорт проекта «Трехмерное моделирование элементов городского благоустройства» (на примере работы студии «Архитектурного моделирования»)

2.2 Основная идея проекта

Цель проекта: способствование формированию инженерно-технических компетенций посредством развития творческого подхода к оценке окружающей среды и пространственного мышления.

Проект способствует развитию исследовательского потенциала учащихся посредством вовлечения в процесс творческого осмысления окружающей городской среды; оценки ее отдельных элементов; в ходе работы над проектом учащиеся знакомятся с различиями в конструкциях элементов благоустройства, материалах, дизайнерских решениях.

Задачи проекта:

• Знакомство с элементами городского благоустройства

• Оценка их типологического разнообразия (форма и размер скамеек отличается в зависимости от места положения и задач: скамейки в парке предназначены для созерцательного отдыха, тогда как скамейки в городской среде – для кратковременного отдыха)

• Проведение обмеров существующих элементов благоустройства (скамейка, стол, фонарь)

• Выполнение эскизов и чертежи  Выполнение трехмерной модели (с помощью 3-D ручки).

2.3 Особенности реализации проекта

Использование 3-D ручки дает возможность учащимся создать трехмерную модель. Применение этого гаджета нивелирует сложность освоения приложений для 3D моделирования. Ручка позволяет создавать образы, которые придуманы непосредственно на занятиях.

Наличие 3D ручку позволяет частично заменить процесс подготовки разверток и эскизов и продемонстрировать наглядно на занятиях конкретную проектную идею.

В частности при работе с конкретным макетом бывает необходимо в сжатые сроки что-то добавить к имеющемуся проекту, например, «высадить живую изгородь» по периметру территории, обнесенной забором, или техника пожарной безопасности требует наличия лестницы на второй этаж дома [6]. Иметь под рукой все необходимые материалы в виде миниатюр довольно трудно. Гораздо легче взять в руку 3D ручку и “дорисовать” такую живую изгородь или лестницу.

Инструменты и материалы для применения 3-D ручки на занятиях

В отличие от обычных приспособлений для рисования и письма, 3-D ручка заправляется пластиковой нитью (филаментом), а не чернилами. Большинство моделей используют обычный полимерный пруток, приобретаемый для принтеров, функционирующих по технологи послойного наплавления [7].

Современные гаджеты такого типа способны работать от электросети 220В, USB компьютера и ноутбука, а также внешних аккумуляторов и аккумуляторных батарей [7]. В задней части корпуса гаджета находится отверстие, куда и вставляется филамент. Встроенный в изделие механизм в автоматическом режиме подводит расходный материал к экструдеру. Там он расплавляется и выдавливается наружу. Металлический наконечник печатной головки нагревается до 240°С, поэтому, используя такой гаджет, будьте предельно осторожны. Хотя устройство оборудовано встроенным вентилятором, ускоряющим процесс застывания пластика, небрежное отношение может привести к получению ожога.

Принцип действия «холодных» ручек для создания объемных изображений основан на экструзии жидкой фотополимерной смолы, которая твердеет под действием УФизлучателя. Гаджет работает без проводов, т.к. источником энергии выступает встроенный аккумулятор. Жидкий фотополимерный расходный материал поступает из картриджей [7].

Производители гаджетов предлагают на выбор разные модели и версии 3Д ручек. Габариты большинства изделий оптимальны, чтобы держать их одной рукой. Основными материалами, используемыми в работе 3D ручек нагревательного типа, являются ABS и с PLA пластик.

Рисунок 3 – Материалы для работы с 3-D ручкой

Техника безопасности при работе с 3-D ручкой

3-D ручки нагревательного типа являются электроприборами, поэтому работать с ними можно только после изучения инструкции по эксплуатации. Поскольку 3D ручки нагревательного типа имеют горячие элементы, при обращении с ними требуются определённые меры предосторожности. Во время работы с данным оборудованием дети должны быть под присмотром взрослых. Техника безопасности при работе с 3-D ручкой включает в себя обеспечение следующих условий:

1. Подготовка рабочего места. Как обычно, перед началом какого-либо занятия следует очистить рабочие место от лишних вещей и деталей, которые ухудшат вашу работу и само изделие. Под рукой у вас не должно быть ничего, что мешало бы производить ювелирную работу, либо что могло бы испортиться, попади туда капля горячего пластика. Необходимо приготовить поверхность или подставку, на которую временно класть разогретую ручку.

2. Подключение. Большинство моделей ручек работают от электричества, остальные – от встроенного аккумулятора. При подключении инструмента руки и сама ручка должны быть сухими, как и поверхность стола. На рабочем столе не должно быть жидкостей, которые могут пролиться и привести к короткому замыканию.

3. Использование. Основная опасность исходит от нагретого пластика и внутренней системы. Нельзя прикасаться к готовому объекту, пока нет полной уверенности, что он остыл. Нельзя трогать стержень ручки во время работы или сразу после выключения.

4. Чернила. Существует два вида чернил для 3D ручки: ASB и PLA. Они несколько разнятся между собой составом, что не имеет принципиального значения при обеспечении безопасности работы с ними. При переходе с одного материала на другой, обязательно необходимо очищать сопла, когда инструмент остыл и не включен в сеть. В противном случае – стержень будет забит чернилами.

5. Неприятный запах. Неприятный запах при работе с гаджетом может свидетельствовать о поломке инструмента или его перегреве. Необходимо обеспечивать проветривание помещения, в котором происходит работа с гаджетом.

3.4 Пример выполненного проекта

Проект реализуется поэтапно (рис. 4-5). Выполненные трехмерные модели по окончанию проекта помещаются на общий макет. Это позволяет сформировать фрагмент городской среды: например, сквер или парк. Дает возможность увидеть комплекс моделей элементов городского благоустройства, наглядно визуализирует возможности дизайнерских решений отдельных элементов.

Рисунок 4 – Эскизы и процесс изготовления элемента городского благоустройства (скамейка)

Рисунок 5 – Трехмерная модель элемента городского благоустройства (скамейка)

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Занятия по программе «Архитектурное моделирование» позволяют формировать творческое отношение к миру, с одной стороны, и исследовательского, с другой. Связано это с спецификой архитектурного проектирования. Архитектурная деятельность, начиная с первобытного периода человеческой истории, когда человек приспосабливал для себя жилища, основана на творческой деятельности по созданию социально значимых объектов. Творческая деятельность по трансформации пространств сопровождается также развитием исследовательских навыков, столь необходимых каждому ребенку. При этом исследовательский навык формируется во время обучения в результате освоения материала, объекта обучения.

Например, при моделировании собственных архитектурных проектов дети попадают в ситуацию, когда объект проектирования сам задает планы реализации: «объект – модель – схемы». Мышление очень жестко формируется в процессе обучения за счет того, что в основе обучения лежит модельное обучение. Функция моделей в проектировании состоит в том, что они позволяют соединять конструкцию города с социальными, экономическими, экологическими и проч. процессами. Дети активно начинают формировать свои собственные проекты и учатся одновременно видеть и саму модель как целое и ее составные части. Это задается самой деятельностью по проектированию. Применение инструментов трехмерного моделирования позволяют не просто решить поставленные задачи, но и позволяют сохранить высокий уровень интереса учащихся (рис. 6).

Рисунок 6 – Автор исследования в студии, в кругу учеников

Специфика архитектурного образования состоит в практическом освоении средств аналитического метода – метода проектирования (моделирования, конструирования, макетирования и т.п.). Таким образом, курс «Архитектурное моделирование» даже в дошкольном возрасте позволяет сформировать исследовательские и аналитические навыки. Что тем более актуально и важно учитывая, что ранняя специализация и непрерывная система обучения именно аналитических навыков и исследовательских умений – это одна из ключевых задач в современном «обществе знания». Отметим, что в основе методики обучения в студии лежит игровой проектный метод обучения, что позволяет не перегружать детей знаниями, а в увлекательной для них форме преподносить материал, формируя также и столь важные навыки работы в команде. Ребенок приобщается к духовной и материальной культуре, через архитектурные образцы, причем, не пассивно, а активно, в процессе деятельности. И в этом процессе происходит как формирование его личности, так и его социализация в обществе.

Список используемой литературы

1. Шестернева Т.И., Шестернева Н.Н. Педагогическая диагностика и мониторинг исследовательского потенциала учащихся (опыт экспериментальной педагогической работы): учебно-методическое пособие/ Н.Н. Шестернева, Т.И. Шестернева. - СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2012.

2. Виноградова И.В., Шестернева Н.Н., Кошалова Ю.В. Инновационные технологии в инженерном образовании: внедрение модели непрерывного обучения в СПбГАСУ. – СПб.:сборник «Управление инновационным развитием регионов и корпоративных структур. Стратегия инновационного развития регионов Северо-Запада России: опыт и проблемы», т. 1, 2009 г. – стр. 175-182.

3. Шестернева Н.Н., Жеблиенок М.А. Некоторые вопросы модернизации дополнительного образования в области архитектуры и градостроительства. – М.:"Успехи современного естествознания", № 9, 2010 г. – стр. 178-180.

4. Гарифуллина И.В. Метод проектов как способ организации жизни дошкольников. Эстетическое пространство детства и формирование культурного поля школьника: Материалы Первой Всероссийской научно-методической конференции (Санктпетербург,15-16 февраля 2006 г.) – СПб, 2006.

5. Загвязинский В.И. Исследовательская деятельность педагога: учебн. пособие для студ. ВУЗов.- 2-е изд., испр.- М., 2008.

6. Голдобин М. 3D ручки. Часть 4. Область применения 3D ручек. Что можно сделать с помощью 3D ручки? URL: http://www.3dbuffer.com/articles/chast-4-3d-ruchki-oblastprimeneniya-3d-ruchek-chto-mozhno-sdelat-s-pomoshhyu-3d-ruchki/#.Wvxuq4i-lPY

7. Интернет-ресурс: Что такое 3Д ручка URL: http://sovets.net/15936-chto-takoe-3druchka.html

8. Рекомендации по обеспечению безопасности при работе с 3-d ручкой URL:

http://www.lwoman.ru/interesnoe/texnika-bezopasnosti-pri-ispolzovanii-3d-ruchki.html

9. Тугаринов В.П. Законы объективного мира их познание и использование. Л.,1954

10. Землянская Е.Н. Учебные проекты младших школьников // Начальная школа. - 2005. - №9

11. Гарифуллина И.В. Метод проектов как способ организации жизни дошкольников. Эстетическое пространство детства и формирование культурного поля школьника: Материалы Первой Всероссийской научно-методической конференции (Санктпетербург,15-16 февраля 2006 г.) – СПб, 2006.