Обучение студентов вузов технологиям быстрого прототипирования как завершающий этап их подготовки к инновационной деятельности

This is an Open Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution License , which permits unrestricted reuse, distribution, and reproduction in any medium provided the original work is properly cited.

Вопрос подготовки студентов к инновационной инженерной деятельности актуален в современном обществе. Исследователи занимаются им на протяжении нескольких последних лет. Начиная с 2001 г., в Мордовском государственном университете эта тема разрабатывается авторами настоящей статьи. По их мнению, инновацион-ная инженерная деятельность (ИИД) направлена на решение прикладных задач в области техники и технологий и включает в себя анализ существующего технического уровня, выявление и анализ проблем, формулировку задач, синтез технического решения с новым техническим результатом, разработку опытного образца и его испытание, создание новых объектов, готовых к реализации в виде товарной продукции – 520

нематериального (НИП) (научно-технической и технологической документации, патентов и др.) и материального (МИП) (изделия, технологии, услуги), инновационного продукта и обеспечивающих эффект и конкурентоспособность предприятий, государства [1–5]. На основании выполненных исследований ими были сформулированы важные выводы [2; 6]:

• 1)    инновационная деятельность всегда служила инструментом развития общества, личности и окружающей среды;

• 2)    основной задачей вуза является подготовка кадров, компетентных в ИИД, – основы образованного человеческого капитала;

• 3)    последние поколения ФГОС ВО предполагают обязательную подготовку студентов к инновационной деятельности во всех направлениях;

АКАДЕМИЧЕСКАЯ ИНТЕГРАЦИЯ

• 4)    под подготовкой к ИИД понимается формирование у студентов ком -петентности в инновационной инже-нерной деятельности (КИИД) - кластера внутренних средств деятельности, а именно обучение соответствующим виду деятельности компетенциям и формирование психологического компонента компетентности (мотивации, специальных способностей, рефлексии).

Как показал анализ имеющихся исследований, существующие мето -дические системы подготовки к ИИД [1; 2; 7–10] предполагают вовлечение студентов во все этапы ИД получения инновационного продукта, представленного только НИП, но не обеспечивают в полной мере формирование у студентов мотивации к ИИД и компетенций по получению МИП. Первые попытки обучения студентов ИИД на основе получения МИП были сделаны в диссертационном исследовании Н. Н. Шекшаевой [8; 11]. Однако они были выполнены для студентов национальных исследовательских университетов в рамках проведения летних научных школ и не могут быть перенесены без соответствующей адаптации в другие вузы. В связи с этим целью данной статьи является анализ разработки методической системы обучения студентов технических вузов инновационной инженерной деятельности на основе их вовлечения во все этапы инновационного цикла ИИД за счет использования аддитивных технологий - технологий изготовления изделий по данным цифровой модели путем послойного добавления материала. Это обеспечит участие обучающихся в изготовлении синтезированного ими МИП в рамках учебного процесса и во время аудиторных занятий и соответственно повысит эффективность формирования у них компетентности в инновационной инженерной деятельности.

Обзор литературы

На протяжении всего времени существования инженерного образования многими исследователями уделялось повышенное внимание проблемам подготовки студентов к профессиональной деятельности в технических вузах. Непосредственно проблемами обучения студентов ИИД начали заниматься сравнительно недавно (примерно с 1990-х гг.). Это в основном работы, посвященные теоретическому обучению ИИД при получении нематериального инновационного продукта [12–14].

Так, в работах Е. П. Грошевой представлена методическая система подготовки студентов к ИИД при обучении специально спроектированной интегрированной дисциплине «Основы инженерного творчества и патентоведения», включающей основные понятия об ИИД, инженерном творчестве, методах решения изобретательских задач, патентоведении, объектах интеллектуальной собственности и направленной непосредственно на формирование у них КИИД [6; 9; 12].

Исследование О. А. Линенко о техническом творчестве инженера-практика показывает, что большинство из них не владеют известными методами решения изобретательских задач - важным компонентом ИИД, а если и встречаются среди них изобретатели, то чаще всего они сделали свои изобретения – НИП, опираясь на собственный опыт и интуицию, без должного анализа возможных решений и синтеза конечного результата [14].

По мнению И. А. Шаршова, творческая самореализация в профессиональной инновационной деятельности напрямую связана с профессионально-творческим саморазвитием личности студента, направленным на формирование мотивации к получению НИП. При этом основными механизмами выступают самопознание, самоорганизация, самообразование как стремление к профессионально-творческой самореализации – основы ИИД [Цит. по: 14].

Ориентируясь на реализацию основных направлений развития российского инженерного образования [6; 9; 15], а также инновационного пути развития экономики страны, Н. И. Наумкин предлагает перейти от традиционных методов к инновационной технологии обучения, основанной на интеграции инновацион- ных методов и методик обучения и технологий, обеспечивающих формирование у обучающихся КИИД [8; 9].

Изучая теорию и практику развития творческого потенциала будущих инженеров, Г. В. Глотова отмечает, что за рубежом нет такого универсального и продуктивного средства решения изобретательских задач и развития творческих способностей, каким в нашей стране является Теория решения изобретательских задач, но используется большое количество различных эвристических методов [16]. Студентов знакомят одновременно со многими из них, обучение заканчивается самостоятельным решением творческих задач, при котором учащийся может самостоятельно выбирать методы синтеза НИП. Для этого, по мнению Н. Л. Курилевой, необходимо развивать творческие технические способности обучающихся, начиная со школьной скамьи [17].

И. В. Вишнякова наиболее плодотворными при обучении ИИД на основе решения изобретательских задач определяет следующие методы обучения:

• – формирующие, предусматривающие равновесие методов как поддерживающего, так и противодействующего обучения;

• - творческие, проектные, воспитывающего и диалогового обучения, активные, развивающие методы, педагогику сотрудничества;

  – диагностические, включая рейтинг успеваемости, эвристические методы, текущий и итоговый контроль [12].

Интересный опыт наработан в Казанском государственном техническом университете, описанный в работе Л. И. Гурье. Им была предложена концепция методологической составляющей многоуровневой подготовки в технологическом университете, состоящая из 6 взаимосвязанных этапов, учитывающих уровень и степень подготовки к ИИД [18]. Главной целью такой деятельности выступает формирование у обучающих -ся методологической культуры, позволяющей им самостоятельно анализировать и синтезировать новые технические объекты - НИП, а также проектиро-вать собственную траекторию обучения и профессиональной деятельности.

В своем исследовании Н. М. Анисимов предложил перед разработкой технологии обучения студентов инновационной и изобретательской деятельности в первую очередь подготовить учителей школ и преподавателей университетов, владеющих ИИД. Для этого он разработал и успешно реализовал методическую систему их подготовки в педагогическом университете1.

В работе А. В. Бабикова и его соратников говорится о необходимости создания целостной системы инновационного инженерного образования. Для повышения его качества, по мнению авторов, следует использовать совокупность педагогических подходов и методов - интегрированную технологию обучения ИИД на основе получения НИП [19].

Различные подходы в контексте инновационного инженерного образования исследуются и другими авторами. Так, Н. В. Соснин рассматривает компе -тентностный подход и его внедрение как расширение возможности подготовки студентов к ИИД [20]. По мнению Б. Л. Аграновича, условиями для успешного перехода к инновационному инженерному образованию являются обновление содержания на базе знаний мировых информационных ресурсов и ориентирование на них обучающихся, интегрирование предпринимательских идей в курсы и др. [21; 22]

За рубежом вопросами подготовки к ИИД начали заниматься гораздо раньше, чем в российских вузах и также на примере получения НИП. Считается, что наибольших успехов в этой области достигли в США, Великобритании, Японии, Германии [16]. Несмотря на некоторые различия, общепризнанными инновационными методами обучения в них считаются контекстное обучение, обучение в команде, обучение на основе собственного опыта, проблемно-ориен-

тированное обучение и междисциплинарный подход [2; 16]. Непосредственно для подготовки обучающихся к ИИД в ведущих университетах мира реализуется концепция CDIO («Задумать, спроектировать, внедрить, работать» – Conceive, Design, Implement, Operate). Эта концепция была предложена в Массачусетском технологическом институте совместно с участием известных инженерных учебных заведений Швеции. В ней впервые говорится о необходимости обучения студентов получению МИП.

В 1997 г. в США был специально открыт элитный Инженерный колледж Ф. В. Олина для подготовки студентов к ИИД. В нем все образовательные программы строятся на интеграции фунда-ментализации, профессионализации, предпринимательства и гуманитаризации инженерного образования2.

Еще один интересный подход к этой проблеме в зарубежных странах - подготовка элитных специалистов (ЭТС). Так, в Канадском университете Торонто реализуется программа подготовки ЭТС – «Предпринимательство, лидерство, инновации и технологии в инженерной науке». Аналогичная программа с 2006 г. действует в ведущем инженерном вузе мира - Массачусетском технологическом институте в виде специальной Программы инженерного лидерства имени Бернарда М. Гордона3.

Мы считаем справедливой позицию ученых Тель-Авивского университета и Международного исследовательского центра нанотехнологий в Израиле К. Л. Левкова и О. Л. Фиговского, предлагающих двумерный метод обучения в процессе подготовки инновационных инженеров4. Сформулированное ими противоречие, что «инновационному специалисту надо быть компетентным в широком перечне областей знания и, при этом, процесс усвоения новых знаний не должен выходить за допустимые времен- ные и психологические пределы» [Цит. по: 12, с. 66], они разрешили методом аналогий.

Осознавая необходимость формирования у студентов КИИД, профессорско-преподавательский состав Мордовского государственного университета им. Н. П. Огарева (далее – МГУ им. Н. П. Огарева) постоянно работает над совершенствованием образовательного процесса в вузе. Ретроспектива создания результатов инновационной педагогической деятельности в этой области представлена ниже.

В период с 2005 по 2008 г. Н. И. Наумкиным была создана и внедрена в учебный процесс технических вузов страны интегрированная педагогическая технология подготовки студентов к ИИД при обучении общетехническим дисциплинам, включая обучение в олимпиадной и научно-исследовательской среде [6; 8; 9].

В 2010 г. были завершены исследования Е. П. Грошевой по созданию технологии обучения студентов к ИИД в рамках обучения специально спроектированной интегрированной дисциплины ОИТиП, отражающей основные этапы инновационного процесса получения НИП [6; 15]. В 2015 г. были выполнены исследования Н. Н. Шекшаевой по созданию технологии подготовки студентов к ИИД в рамках теоретического обучения дисциплине ОИИД и практического обучения ИИД при получении МИП в выездных научных школах [1; 23]. Кроме этого, были разработаны и реализованы методики практического обучения ИИД в рамках выездных научных студенческих школ; активного обучения ИИД (деловые инновационные игры «Фирма-1, 2», «Конструкторское бюро»); педагогические технологии, представленные в виде образовательных услуг на конкурсе «Сто лучших товаров России» и др. [24–26].

Среди перечисленных систем и методов особый интерес представляет методическая система подготовки студентов к ИИД на основе использования современных технологий производства инновационных продуктов, обеспечивающая возможность доведения новаторской идеи до воплощения ее в МИП, вовлечения их во все этапы практической инновационной деятельности, в учебных аудиториях во время практических занятий, в частности в рамках обучения аддитивным технологиям (АТ). Анализ существующих исследований по проблеме обучения АТ показал недостаточность их научно-методического сопровождения. В них описываются организационные мероприятия при обучении АТ, среди которых можно выделить:

• 1)    открытие специальностей в СПО учреждениях на основе разработанного ФГОС СПО по специальности 15.02.09 «Аддитивные технологии»;

• 2)    обучение в рамках повышения квалификации и дополнительных образовательных программ;

• 3)    обучение на производстве в рамках специально организованных курсов;

• 4)    обучение АТ как рабочим профессиям в лицеях;

• 5)    обучение бакалавров и магистрантов АТ в вузах в рамках учебных дисциплин;

• 6)    подготовка к АТ в рамках одноименных профилей магистратуры и др.

Таким образом, выполненный анализ исследований по рассматриваемой проблеме позволяет говорить о том, что эта проблема актуальна не только в российском инженерном образовании, но и за рубежом. Ею занимаются многие ученые, и в основном эти исследования основаны на подготовке студентов к инновационной деятельности при получении нематериальных инновационных продуктов. Это несколько снижает эффективность обучения их ИИД, поскольку не обеспечивает их участие в изготовлении МИП – важном этапе полного цикла инновационной деятельности. В связи с этим возникает необходимость разработки новых высокоэффективных интегрированных методических систем и педагогических технологий подго- товки обучающихся к ИИД на основе обучения высокотехнологичному производству инновационных продуктов, в частности аддитивным технологиям, которые обеспечат вовлечение студентов в процессе обучения во все этапы инновационного цикла ИИД.

Материалы и методы

Основополагающими методологическими и методическими подходами в данном исследовании являются интегрированный, включающий интеграцию теоретического и практического обучения инновационной деятельности, и междисциплинарный, основанный на интеграции знаний различных отраслей науки (педагогики, математического моделирования, 3D-моделирования, аддитивных технологий, инноватики). В данном разделе особое внимание уделяется роли использования аддитивных технологий в учебном процессе. Являясь современной технологией изготовления оригинальных изделий, АТ выступают в нашем случае универсальным техническим средством обучения (ТСО), обеспечивающим вовлечение студентов во все этапы инновационного цикла получения МИП.

Как было показано в предыдущих исследованиях [25], наиболее эффективно можно осуществить подготовку студентов к инновационной деятельности на основе вовлечения их во время обучения во все этапы инновационного цикла ИИД (цикла получения материального инновационного продукта). На наш взгляд, наиболее эффективно это можно реализовать при обучении их аддитивным технологиям.

Аддитивные технологии – технологии, появившиеся в конце 1980-х гг., в основе которых лежит изготовление объекта по данным цифровой модели путем послойного добавления материала [27]. В настоящее время они получили широкое применение в разных отраслях производства: машиностроении, авиастроении, горной промышленности, медицине, строительстве и др. Благодаря снижению их стоимости они так-

же получили широкую популярность и в повседневной жизни творческих и увлеченных людей. В вузах, центрах инженерного творчества и других учреждениях их широко используют в качестве современных ТСО.

Применение оборудования этих технологий позволяет не только моделировать, но и реализовывать в рамках учебного процесса все этапы инно-вационного цикла от генерирования идеи до его изготовления при непосредственном участии в них студентов. В процессе обучения аддитивным технологиям студенты получают возможность овладения такими компетенциями, как разработка идеи – проектирование, 3D-моделирование - создания 3D-мо-делей; знание реверс-инжиниринга; умение изготовления (печать) 3D-изде-лий, знание этапов инновационного процесса и его практическое применение, а также могут наглядно изучить содержание научного и производственного этапов инновационного цикла (идея – 3D-модель – 3D-печать – прототип – доработка – изделие – тиражирование) в течение аудиторного обучения.

Для этого на базе МГУ им. Н. П. Огарева был создан Центр проектирования и быстрого прототипирования «Рапид Про». Он оснащен высокотехнологичным оборудованием АТ: 3D-сканер Shining3D Optiscan-plus DM, 3D-принтер Project SD 3000, 3D-принтер 3D Systems ProJet SD 3500, ваккумно-литьевая система HVC-1, установка смешивания и дозирования, компрессор RD 30/50 Red Verg и др.

Опираясь на возможности описанного центра и дидактические положения ранее созданных авторами методических систем обучения ИИД для подготовки студентов к ИД на основе АТ, была спроектирована и внедрена в учебный процесс магистрантов (направления подготовки «Агроинженерия») дисциплина «Технологии и средства быстрого прототипирования в машиностроении». При этом главное внимание было обращено на использование интегрированного и междисциплинарного подходов к обучению, а также были использованы ме- тоды анализа и синтеза, математического и физического моделирования МИП, педагогический эксперимент.

Результаты исследования

Результатом настоящего исследования является разработка методической системы подготовки студентов технических университетов к ИИД на основе вовлечения их во все этапы инновационного цикла ИИД в процессе обучения аддитивным технологиям. В соответствии с известным алгоритмом [1; 7; 11] это проектирование начинаем с разработки педагогической модели системы, которая представлена на рисунке 1. Рассмотрим ее основные компоненты.

Целевой компонент спроектирован на основе анализа профессиональных и образовательных стандартов и отражает начальный этап проектирования модели. Целью нашего исследования является формирование у студентов КИИД, для чего решается задача овладения студентами ее компонентами. Как видно из схемы, сегодня важной о собенно стью про ектирования мето -дической системы является взаимо-действие работодателей и образовательных организаций, реализуемое в виде участия работодателей в разработке профессиональных стандартов; итогом выступают основные профессиональные образовательные программы (ОПОП). Это обстоятельство под -тверждается усилением роли специалистов-производственников в составе государственных экзаменационных комиссий. Тем самым реализуется не только независимая оценка качества подготовки выпускников вузов со стороны работодателей, но и требования профессиональных стандартов.

Концептуальный компонент модели отражает содержание гипотезы исследования о том, что эффективность подготовки студентов технических вузов к ИИД повысится, если она будет основана на вовлечении их во все этапы инновационного цикла ИИД, организованного на основе технологий быстрого прототипирования.

1. Целевой. Цель - подготовка студентов к ИИД - основное требование образовательных . и профессиональных стандартов / Target stage. The aim is to prepare students for innovative ¹ research activities - basic requirement of the educational and professional standards ।

Работодатели / Employers

Профессиональный стандарт / Professional standard

_____________4____.________

Образовательный n—► стандарт / Educational standard

Интересы личности			в сфере
образования		/	Person's
interests sphere	in	the	education

1 1	Основная профессиональная образовательная программа / Core academic programme

Обратная связь (гибкость, корректировка и управляемость компонентами модели) Feed-back (flexibility and controllability by components)

• 2.    Концептуальный. Подготовка студентов к инновационной инженерной деятельности обеспечивается за счет вовлечения их во все этапы инновационного цикла на основе технологий быстрого прототипирования / Concept stage. Teaching students innovative engineering is ewsured by involving them in all stages of the innovation cycle based on rapid prototyping technology

• 3.    Содержательный / Informative stage

Проектирование содержания курса / Designing course content

Средства проектирования / Design tools

^1 и fl 5 8 2 Q о В § 8 О у У О О. И О В о

cd У У о 5 £ й ^ 8 &К 8 ° М д <<

9 с 5 Е § 1

5 ГЧ

m ° В «SJ 1 8 2 § = О н^ £ и ? 2 к а и 2 я а <и ю 15 ч-cs В РУ <и и е о > & И Cl-c Я Mio-e и Я О С

св 1

5 О Й 3 св & о и о ю о &^ Й’Й

• 4.    Процессуально-технологический / Process-technological stage

• 4.    Создание прототипа /Prototyping i

2. Генерация, обсуждение, отбор идей / Generation, discussion, selection of ideas 3. Создание ЗВмодели прототипа / Creating a prototype 3D models 5. Рефлексивно-оценочный. Критерии уровня сформнрованности КИНД / Reflective-evaluative stage. Criteria for the level of the formation of competence in innovative engineering activities

1 .Формирование проблематики / Formation of problems

Р и с. 1. Педагогическая модель методической системы

F i g. 1. Pedagogical model of methodological system

Содержательный компонент служит для создания образовательной среды, в которой реализуется рассматриваемая модель. Он является развитием этого компонента в моделях, подробно описанных нами в предыдущих исследованиях [1; 11] и включающих фундаментальные законы, понятия, научно-технические теории, законы развития техники, методы инженерного творчества и его интенсификации, основы интеллектуальной собственности и патентоведения.

Отличительной особенностью этого компонента является то обстоятельство, что в его рамках, опираясь на содержание ранее изучаемой обучающимися дисциплины ОИИД, нами было спроектировано содержание новой дисциплины «Технологии и средства быстрого прототипирования в машиностроении». Ее модульная структура во взаимосвязи с модулями дисциплины ОИИД и достигаемыми результатами представлена в табл. 1.

Т а б л и ц а 1. Структура содержательного компонента

T a b l e 1. Structure of the content component

Этапы / Stages

Учебные модули / Training modules

Формируемые компоненты ИИД /

Formed components of innovative engineering activities

Предшествующая дисциплина ОИИД / Previous courge in

• 1.    Постановка проблемы (задачи) / Formulation of the problem (tasks)

• 1.    Техническая система / Technical system

• 2.    Методы активизации творческого мышления / Methods of activating creative thinking

• 2.    Синтез технического решения / Synthesis of technical solutions

• 1.    Методы решения изобретательских задач / Methods for solving inventive problems

• 2.    АРИЗ / ARIZ

• 1.    Способность осваивать готовые решения, новую технику и технологии / The ability to master ready solutions, new technology and technology.

• 2.    Способность определения условий конкуренции / The ability to determine the conditions of competition.

• 3.    Готовность работать в команде / The ability to determine the conditions of competition.

• 4.    Способность использовать инструментальные средства для решения задач / The ability to use tools for problems.

• 5.    Владение знаниями / Knowledge.

• 6.    Способность ставить задачу / The аbility to set a task

• 7.    Способность синтезировать решение, изобретать / The ability to synthesize a solution, to invent.

• 8.    Способность оперативно принимать решение и готовность нести за него ответственность / The ability to make a decision promptly and be ready to bear responsibility for it

3. Проектирование изделия (3D-моде-лирование) / Product Design (3D Modeling) 4.Изготовле-ние прототипа (3D-печать) / Prototyping (3D printing)

Изучаемая дисциплина «Технологии и средства быстрого прототипирования» / Course in “Technologies and means of rapid prototyping in engineering”

• 1.    Компьютерное проектирование / Computer-aided design

• 2.    Трeхмерное моделирование / 3D modeling

• 3.    Трeхмерное сканирование / 3D scanning

• 9.    Способностью разрабатывать компьютерные модели исследуемых процессов и систем / The ability to develop computer models of the studied processes and systems.

• 10.    Способность проектировать / Ability to design.

• 11.    Способность разрабатывать проекты реализации инноваций с использованием теории решения нестандартных инженерных задач / The ability to develop projects for the implementation of innovations using the theory of solving non-standard engineering problems.

• 12.    Способность конструктивного мышления, анализа и синтеза / The ability of constructive thinking, analysis and synthesis

• 13.    Способность изготавливать материальные продукты с использованием высоких технологий / The ability to produce material products using high technologies

5. Изготовление и тиражирование готового изделия (МИП) / Production and printing of finished products (IIP)

• 14.    Способность к представлению решения в конечном виде / The ability to represent a solution in a finite form.

• 15.    Способность определять тенденции развития объекта / The ability to determine the development trends of the object

3D печать изделий / 3D printing of products

Вакуумное литье в силиконовые формы – тиражирование / Vacuum molding in silicone molds – product replication

Как видно из таблицы, она дополнительно включает содержание 3D-мо-делирования, АТ, изготовления мате -риального инновационного продукта в виде изделия, его тиражирование и их атрибутов. В основе его проектирования положена интеграция теоретических знаний и практических навыков получения НИП с практикой получения МИП на основе аддитивных технологий, с использованием принципов генерализации, структуризации, МПС и единства фундаментальности и профессиональной направленности.

В основу проектирования процессуально-технологического компонента модели положена интеграция нескольких областей знаний (педагогики, инноватики, аддитивных технологий, 3D-моделиро-вания и др.). Он традиционно включает методы, формы и средства обучения, педагогические технологии обучения, а также высокотехнологичные средства обучения [28]. Это позволяет вовлекать студентов во все этапы инновационного цикла (табл. 1). Этот компонент реализуется в Центре проектирования и быстрого про-тотипировани «Рапид-Про», созданном в МГУ им. Н. П. Огарева. Все формы занятий по вышеуказанной дисциплине носят исследовательский характер и построены на использовании электронных ресурсов глобальной сети Интернет, оборудования Центра, программных графических редакторов. Самостоятельно выполняя задания, студенты не только глубже и полнее овладевают знаниями 3D-технологий, но и приобретают умения в проектировании и создании CAD моделей, а следовательно, и овладевают компонентами КИИД.

Рефлексивно-диагностический компонент модели представляется разработанной авторами методикой подведения итогов педагогического эксперимента и предполагает диагностику и самодиагностику уровня сформированности КИИД и реализуется через систему заданий [29].

Этот компонент был реализован в рамках проведения обучающего этапа педагогического эксперимента, в ходе которого сравнивалась эффективность формирования компонентов КИИД до и после обучения магистрантов дисциплине «Технологии и средства быстрого прототипирования в машиностроении». Его результаты представлены на рис. 2.

Р и с. 2. Диаграмма изменения среднего показателя КИИД (на рисунке цифрами обозначены компоненты КИИД)

F i g. 2. Diagram showing the change average competence in innovative engineering activities (in figure shows the components of the competence in innovative engineering activities using digits)

Количественная оценка уровня сфор-мированности у студентов компонентов КИИД определялась по среднему показателю динамических рядов С, вычисляемому по формуле:

С = (а + 2b + 3c) / 100, где a, b, c – удельный вес студентов имеющих соответственно низкий (1), средний (2) и высокий (3) уровень подготовки, %.

Показатель темпа роста ( К ) по каждому компоненту ИИД вычислялся по формуле:

К = СД / СП, где СД и СП – соответственно значение показателей до и после эксперимента.

Из диаграммы (нумерация каждой оси соответствует нумерации компетенции в таблице 1) видно, что:

• 1)    уровень владения студентами всеми компетенциями практически одинаков;

• 2)    по сравнению со значениями показателя С до эксперимента (в среднем С = 2,5) по всем компетенциям у студентов после эксперимента он вырос до среднего

  
  

значения С = 2,9. На описанной диаграмме приведены значения коэффициента темпа роста ( K S = 27 %), степени полноты формирования КИИД ( П_S = 94 %), коэффициента неравномерности формирования компетенций ( § = 0,07) , подтверждающие высокую эффективность реализации системы.

Завершая этот раздел, отметим, что разработанная и представленная педагогическая модель, являясь неотъемлемой частью методической системы подготовки студентов технических университетов к ИИД на основе вовлечения их во все этапы инновационного цикла ИИД в процессе обучения аддитивным технологиям, наглядно демонстрирует единство и взаимодействие ее компонентов. Описанная структура содержательного компонента (рис. 1) иллюстрирует вовлечение обучающихся в процессе аудиторного изучения дисциплины «Технологии и средства быстрого прототипирования» во все этапы инновационного цикла ИИД, реализуя интеграцию теоретического и практического обучения ИИД. Высокая эффективность такого обучения подтверждается статистическими данными педагогического эксперимента организованного в рамках рефлексивнодиагностического компонента модели.

Обсуждение и заключения

Описанные в статье исследования позволили теоретически обосновать, создать и реализовать новую эффективную методическую систему обучения студентов технических вузов ИИД. Она обеспечивает вовлечение обучающихся во все этапы инновационного цикла ИД с получением материального инновационного продукта – изготовление (печать на 3D-принтере) на основе синтезированного нового решения, спроектированного и смоделированного ими изделия в течение изучения учебного курса во время аудиторных занятий. Это значительно повышает эффективность подготовки студентов к ИИД, поскольку обеспечивает реализацию междисциплинарного подхода к обучению и интеграцию теоретического и практического обучения инновационной деятельности, что подтверждается количественными результатами педагогического эксперимента: стабильностью уровней владения студентами различными компонентами КИИД, ростом среднего значения показателя C, а для отдельных компонентов максимального значения равного 3 при коэффициенте темпа роста КS = 27 % и степени полноты формирования КИИД ПS = 94 %.

В настоящее время в вузе продолжаются начатые исследования, направленные на поиск новых методов и технологий, обеспечивающих повышение эффективности подготовки студентов к ИИД и перекликающиеся с последними задачами университета в реализации Стратегии научно-технологического развития РФ и Национальной технологической инициативы. В частности, это технологии на основе встраивания в базовые дисциплины гибкого учебного модуля теоретической подготовки к ИИД; встраивания в базовые дис-циплины модуля практической подготовки к ИИД; обучения получению МИП при изучении аддитивных технологий [29]; разрабатывается методическая система обучения ИИД, в основу которой положена парадигма о том, «...что главным инновационным продуктом вуза является востребованный предприятиями и обществом в целом образованный интеллектуальный человеческий капитал» [24].

В рамках выполненного исследования получены важные практические результаты, среди которых программа обучения дисциплине «Технологии и средства быстрого прототипирования в машиностроении»; методики обучения 3D-моделированию, аддитивным технологиям, быстрому прототипированию, литью в силиконовые формы и др. Это позволит в ближайшем будущем разработать и реализовать магистерскую программу «Инноватика. Аддитивные технологии и новые материалы», что обеспечит подготовку кадров для инновационного высокотехнологичного производства шестого технологиче- ского уклада, тесно перекликающегося с социальными потребностями общества.

Особенностью предлагаемой статьи является то обстоятельство, что в ней впервые предложена и успешно реализована интеграция теоретического и практического обучения ИИД и междисциплинарная интеграция различных отраслей науки в реальном учебном процессе, что существенно повышает эффективность подготовки студентов к ИИД. Описанные в работе методы и подходы с высокой степенью воспроизводимости могут быть реализованы в других вузах страны. Это особенно важно при переходе к цифровой экономике страны, так как описанные в работе и задействованные в производстве инновационных продуктов аддитивные технологии являются одними из основных технологий экономики будущего, и потребность в формировании у студентов компетенций владения ими будет только возрастать.

СПИСОК

ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

Поступила 18.12.2017; принята к печати 09.04.2018; опубликована онлайн 28.09.2018.

Об авторах :

Наумкин Николай Иванович, заведующий кафедрой основ конструирования механизмов и машин ФГБОУ ВО «МГУ им. Н. П. Огарёва» (430005, Россия, г. Саранск, ул. Большевистская, д. 68/1), доктор педагогических наук, ORCID: , Scopus ID: 56003962600, Researcher ID: L-4643-2018,

Грошева Елена Петровна, доцент кафедры основ конструирования механизмов и машин ФГБОУ ВО «МГУ им. Н. П. Огарёва» (430005, Россия, г. Саранск, ул. Большевистская, д. 68/1), кандидат педагогических наук, ORCID: , Scopus ID: 57191541253,

Кондратьева Галина Александровна, аспирант кафедры основ конструирования механизмов и машин ФГБОУ ВО «МГУ им. Н. П. Огарёва» (430005, Россия, г. Саранск, ул. Большевистская, д. 68/1), ORCID: , Scopus ID: 57192686563,

Купряшкин Владимир Федорович, доцент кафедры основ конструирования механизмов и машин ФГБОУ ВО «МГУ им. Н. П. Огарёва» (430005, Россия, г. Саранск, ул. Большевистская, д. 68/1), кандидат технических наук, ORCID: , Scopus ID: 57191539821, Researcher ID: L-5153-2018,

Заявленный вклад авторов :

Наумкин Николай Иванович - научное руководство; формулирование основной концепции исследования; подготовка начального варианта текста.

Грошева Елена Петровна – развитие методологии; критический анализ и доработка текста.

Кондратьева Галина Александровна – сбор данных и доказательств; проведение экспериментов.

Купряшкин Владимир Федорович – формализованный анализ данных; сбор данных и доказательств.

Все авторы прочитали и одобрили окончательный вариант рукописи .