Разработка педагогической модели многоуровневой и поэтапной подготовки студентов к инновационной инженерной деятельности

Последовательно продекларированные государством важные заявления и документы1 невозможно реализовать без наличия специалистов, владеющих инновационной инженерной деятельностью (ИИД) – творческой продуктивной деятельностью, результатом которой яв-

ляется инновационный конкурентоспособный, приносящей эффект продукт. Проблемой подготовки таких специалистов должен быть озабочен каждый вуз. Анализ существующих исследований по данной проблеме показал, что в России и за рубежом задачу подготовки студентов к инновационной в целом и инновационной инженерной деятельности в частности пытаются решать многие учебные заведения высшей школы. Многолетний опыт такой работы накоплен и в Мордовском государственном университете им. Н. П. Огарёва» (МГУ им. Н. П. Огарёва) в виде реализованных научно-методических исследований по подготовке к ИИД для различных уровней образования при обучении различным дисциплинам и в различных образовательных условиях [1–3]. Некоторые из них внедрены в учебный процесс других вузов страны. Однако, по-нашему убеждению, в постоянно изменяющихся условиях обучения, вызванных сменой поколений образовательных стандартов, документов и других факторов, необходима разработка новых гибких интегрированных методических систем обучения ИИД, которые могли бы быть адаптированы к условиям конкретного вуза.

Таким образом, научная проблема рассматриваемого исследования видится авторами в поиске ответа на вопрос, какой должна быть педагогическая модель методической системы многоуровневой и многоэтапной подготовки студентов технических университетов к ИИД в постоянно изменяющихся условиях образовательной среды.

Цель исследования – обосновать возможность проектирования и разработать педагогическую модель, многоуровневой интеграции и поэтапной подготовки студентов к инновационной инженерной деятельности, адаптируемую к изменяющимся условиям образовательной среды.

Поставленная проблема и сформулированная цель позволяют нам на основе результатов ранее выполненных исследований по обозначенной проблеме [4–6] сформулировать в качестве рабочей следующую гипотезу: эффективность процесса формирования у студентов технических университетов компетентности в инновационной инженерной деятельности (КИИД) повысится, если он будет построен на основе многоуровневой интеграции и поэтапной подготовки студентов к этой деятельности.

Таким образом, все вышесказанное является основанием необходимости проведения представленных исследований и экспериментального подтверждения эффективности полученных результатов.

Обзор литературы

В ранее опубликованных работах авторов [7–9] выполнен достаточно полный анализ существующих публикаций по проблеме обучения студентов ИИД. Данный анализ и изучение других материалов позволяют разделить их на следующие пять укрупненных групп по подготовке обучающихся к ИИД [10]:

• 1)    при обучении различным дисциплинам;

• 2)    при обучении отдельным компонентам ИИД;

• 3)    при использовании различных научно-методических подходов;

• 4)    при использовании проектного обучения;

• 5)    на основе применения новых концепций обучения.

В первую группу входят методическая система Н. И. Наумкина [7; 8], используемая при подготовке к ИИД в процессе обучения общетехническим дисциплинам, система Е. П. Грошевой [4; 9] – при обучении патентоведению и техническому творчеству, система Н. Н. Шекшаевой [11] – при обучении дисциплине «Основы инновационной инженерной деятельности» и др. Ко второй мы отнесли методики подготовки к ИИД О. А. Линенко [12] и И. В. Вишняковой [13] – при обучении изобретательству, Г. В. Глотовой [14] – при обучении методам решения изобретательских задач (ТРИЗ, АРИЗ), Н. Л. Курилевой [15] и ученых Д. С. Флейт, Э. М. Сорьяно де Аленкар [16], разработанных на основе использования методов развития творческих технических способностей об-

учающихся и др. В третью группу вошли исследования, проводимые на основе использования различных научно-методических подходов: интегрированной методики обучения А. В. Бабикова [17], Н. В. Соснина [18] и О. О. Горшкова [19] – на основе компетентностно-ориентиро-ванного подхода, Б. Л. Аграновича [20] – на основе создания цифровой образовательной среды, О. А. Сорокиной [21] – проектирование модели формирования инженерной компетентности будущих бакалавров на основе решения профессионально ориентированных проектных задач и др.

Наиболее интересна четвертая группа исследований, организованных на основе проектного обучения. Так, О. В. Тулупова и В. Ю. Лешер обращают внимание на необходимость формирования компетентности в оценочной деятельности, предполагающей сформированную систему эталонов и критериев оценки различных объектов инженерной деятельности при комплексной инженерной подготовке, с учетом возможности проектных методов в ее развитии и выделения признаков оценки и описания объектов восприятия и преобразования в процессе проектирования [22]. М. А. Лощилова предлагает использовать новые современные педагогические технологии (проектную, модульного обучения, игровые и др.) [23], а группа исследователей под руководством Т. И. Шишеловой считают, что необходимо шире использовать метод проектов, в частности метод сквозного проектирования [24]. В свою очередь, Е. В. Вехтер и И. А. Сафьянников рассматривают модель формирования проектно-конструкторских компетенций как целостную, многоуровневую динамическую систему, состоящую из структуры, содержания, технологий и диагностики формирования проектно-конструкторских компетенций на основе принципов проблемно-ориентированного и проектно-организованного обучения в системе непрерывного обучения проектно-конструкторской деятельности [25]. В. В. Соболева для этого конкретизирует понятия «проектирование» и «проектировочная деятельность» при реализации метода сквозного проектирования объектов профессиональной деятельности в строительстве на основе использования принципов фундаментальности и профессиональной направленности [26]. С. И. Осипова и Е. Б. Ерцкина обосновывают актуальность и значимость формирования проектно-конструкторской компетентности как ключевой в инженерной деятельности [27].

Постоянно обновляются исследования, отнесенные нами к пятой группе. Так, ученые под руководством И. Д. Столбовой предлагают готовить инженеров, владеющих ИИД, на основе использования BIM-технологий (информационного моделирования с новым мышлением в практико-ориентированной образовательной среде) [28]. В Технологическом институте Флориды непосредственно инженерная подготовка начинается с вводного интегрированного инженерного курса, включающего лекционную, лабораторную и логистическую части [29]. Студентоцентрированное обучение учащихся инженерных направлений, включая инновационную подготовку, предлагают также в Китайской Народной Республике [30]. Особый интерес вызывают исследования, посвященные подготовке к ИИД на основе создания систематической методологии [31]. В зарубежных университетах реализуется концепция CDIO (Conceive, Design, Implement, Operate – «Задумать, спроектировать, внедрить, работать»), предложенная в Массачусетском технологическом институте совместно с участием известных инженерных учебных заведений Швеции. Ученые под началом И. В. Дубовой предлагают основные идеи этой концепции использовать на стадии проектирования содержания и выбора технологий обучения при прохождении интегрированной дисциплины «Введение в инжиниринг» [32]. И. В. Дмитриева уточняет определение ИИД и предлагает развитие ее инфраструктуры [33], что подтверждает публикация С. В. Полутина и А. В. Седлецкого [34]

Рассмотрим исследования, наиболее близко связанные с анализируемой в статье проблемой многоуровневой поэтапной подготовкой студентов к ИИД.

С. В. Сергеев и О. А. Воскрекасенко затрагивают вопросы подготовки инженерных кадров в многоуровневой системе непрерывного образования, для чего создают новую модель обучения [36]. Систему поэтапного обучения выполнению проектно-конструкторской деятельности при изучении физики предлагает А. Г. Валишева [37]. Для этого ею разработана и реализована методика обучения студентов технических вузов, включающая 3 этапа (применение студентами сформированных компонентов профессиональных компетенций, формирование новых компетенций и их компонентов). Ч. Гудзинь при обучении предпринимательству и инновациям считает возможным применять режим поэтапного обучения для подготовки студентов к базовым навыкам, навыкам применения знаний, инженерному проектированию, научным исследованиям и разработкам, а также интегрированным инновационным возможностям [38]. Одним из примеров многоуровневой и поэтапной подготовки студентов к ИИД является модель, предложенная Н. И. Наумкиным, в которой уровни характеризуются сложностью решаемых задач (от первого – самого простого до 5 – самого сложного)2, созвучной с классификацией сложности изобретательских задач Г. С. Альтшуллера. Этапы соответствуют последовательности каждого отдельно взятого цикла учебного действия. Интересная многоуровневая поэтапная интеграция подготовки к ИИД описана в работе Е. П. Грошевой, в которой рассматриваются сложившиеся уровни высшего образования в РФ (бакалавриат, магистратура, аспирантура) [9].

Особый интерес представляет подход исследователей МГУ им. Н. П. Огарёва, предложившими одними из первых использовать многоуровневую интеграцию подготовки к ИИД бакалавров при изучении общетехнических дисциплин, читаемых преподавателями одной кафедры, что позволяет организовать трехуровневое обучение ИИД [10].

Таким образом, многоуровневая и поэтапная подготовка инженерных кадров к профессиональной деятельности, включая подготовку к инновационной деятельности, не нова и эффективно используется в различных российских и зарубежных вузах. Однако в исследованиях отсутствует единое понимание многоуровневости и этапности, тем более выстраивание их в единую целостную методическую систему. Большинство исследователей также не различают понятия уровней и этапов, подразумевая под ними разную сложность решаемых проблем и задач. В связи с этим авторы впервые предложили и успешно реализовали педагогическую модель многоуровневой и поэтапной подготовки студентов технических вузов к инновационной инженерной деятельности на основе всесторонней интеграции различных видов деятельности.

Материалы и методы

В данном исследовании, как и во многих других, использовалась система научно-методических подходов, методов и принципов: интегрированный, междисциплинарный, системный, субстратный и структурированный общенаучные подходы, морфологический, гипотети-ко-дедуктивный и экспериментальный методы исследования, общенаучные принципы многоуровневости и много-этапности.

Использование в работе взаимосвязанных интегрированного и междисциплинарного подходов позволило объ-

единить в описываемой модели все ее компоненты, а в технологическом – знания, виды деятельности, технологии и методы из различных сфер жизнедеятельности человека (педагогики, моделирования, быстрого прототипирования, ИИД и др.) [1].

При разработке педагогических моделей многоуровневой и поэтапной подготовки студентов к ИИД были использованы системный, субстратный и структурированный научные подхо -ды [2]. Системный подход позволил конкретизировать состав педагогических моделей многоуровневой и поэтапной подготовки к ИИД, структурный – выстроить строгую иерархию этапов и ступеней моделей, субстратный – выявить в структуре модели субстрат в виде отдельно взятого этапа.

Рабочая гипотеза исследования о повышении эффективности многоуровневой и многоэтапной инновационной подготовки студентов была выдвинута на основе использования гипотетико-де-дуктивного метода приближения к ее окончательной формулировке [39].

Для перебора всех возможных вариантов интеграции, задействованных в работе факторов и последующей разработке модели обучения ИИД, использовались общенаучные методы классификации и морфологического анализа [40], в частности, при составлении матрицы модели многоуровневой и многоэтапной подготовки к ИИД применялась 3-мерная прямоугольная призма с осями: виды интеграции, этапы подготовки, разновидности каждого вида интеграции.

Многоуровневость и этапность обучения – это два взаимосвязанных понятия, определяющих направления исследования. При этом под этапом обучения (формирования, подготовки) будем понимать логически завершенный период времени обучения, в течение которого достигаются планируемые цели. Каждому такому этапу присущи определенные отличительные характеристики:

• 1)    многоэтапность – совокупность иерархически взаимосвязанных, последовательно реализуемых этапов (чем

выше планируемый конечный результат, тем больше этапов);

• 2)    каждый этап имеет свои цели и задачи, требования к уровню сформи-рованности компетенций, или их компонентов, приемы, методы и средства обучения;

• 3)    «открытость» каждого отдельного этапа, означающая взаимосвязанность с предыдущими и последующими этапами (цели, содержание, методы, средства предыдущего этапа – есть основание и база для освоения последующего);

• 4)    временная ограниченность каждого этапа, регламентируемая рамками, необходимыми и достаточными для реализации поставленных целей.

При достижении поставленных целей этапа или их цикла осуществляется переход на новый качественный уровень обучения. Уровень образования – это оконченный образовательный цикл, для которого характерны определенные требования, сформулированные исследователем, учреждением, государственными органами, стандартами и др. В педагогике эти принципы аналогичны принципу последовательности и систематичности [41], в соответствие с которым преподавание и обучение ведутся в логической последовательности по составленному плану, содержание дисциплины дифференцируется на законченные разделы (модули, параграфы и др.); модели обучения при этом имеют иерархическую структуру.

В данном исследовании под уровневостью мы будем понимать ступень высшего образования (бакалавриат, специалитет, магистратура, аспирантура), под этапом – логически завершенный цикл обучения (подготовки, формирования и др.).

Результаты исследования

Для подтверждения сформулированной гипотезы исследования на основе интегрированного, системного, субстратного и структурированного научных подходов, с использованием морфологического анализа была составлена система взаимосвязанных моделей многоуровневой и поэтапной подготов-

ки студентов технических вузов к ИИД (табл. 1). В основу этой системы была положена видовая интеграция, имеющая свою структуру и реализуемая в несколько этапов.

В представленной таблице внутри-дисциплинарный вид интеграции реализуется во всех дисциплинах, имеющих модульную структуру. Ярким примером такого вида интеграции являются педагогические модели методических систем подготовки студентов к ИИД при обучении инженерному творчеству [3], интегрированной дисциплине «Основы инновационной инженерной деятельности» (ОИИД) [5; 11] и др.

Большие возможности повышения эффективности обучения ИИД заложены в междисциплинарной интеграции (табл. 1):

• 1)    одного цикла дисциплин (естественно-научного, общетехнического,

гуманитарного, общепрофессионального, профессионального), например, методическая система Н. И. Наумкина – при интеграции в дисциплине «Механика», основных разделов дисциплин «Сопротивление материалов», «Теоретическая механика», «Теория механизмов и машин» (ТММ) и «Детали машин и основы конструирования» (ДМиОК) [6];

• 2)    дисциплин разных циклов (естественно-научной с общетехнической, общетехнической с профессиональной и др.), например, методическая система интеграции физики и теоретической механики с дисциплиной ТММ и со специальными дисциплинами [6]. Этот вид интеграции заложен во всех основных профессиональных образовательных программах, но в данном случае речь идет о мобилизации ресурсов указанных дисциплин на решение конкретной задачи – подготовки к ИИД;

  Т а б л и ц а 1. Модели многоуровневой и многоэтапной подготовки к ИИД

  T a b l e 1. Models of multi-level and multi-gradual preparation for IE

  
  

  Вид интеграции /                   Структура (характеристика интеграции) /

  Types of integration                        Structure (integration characteristic)

  1.    Внутридисциплинарная / Модуль 1 /      Модуль 2 / Intradisciplinary                Module 1         Module 2 2.    Междисциплинарная /      Одного цикла / Разных Interdisciplinary                 Single cycle       циклов / Different cycles	Модуль 3 /     Модуль N / Module 3      Module N Разных на-     С видами дея- правлений /    тельности / Different        With activities directions different cycles
  3. Многоуровневая /          Бакалавриат /    Магистрату- Multilevel                     Bachelor’s        ра / Master’s degree            degree	Специалитет / Аспиранту-Specialist’s      ра / Postgrad degree (5-year uate school curriculum)
  4. Комбинированная /        Внутридисциплинар- Combined                   ная с междисциплинар ной / Intradisciplinary with interdisciplinary Междисциплинарная с многоуровневой / Interdisciplinary with multilevel	Внутридисциплинарная с многоуровневой / Intra-disciplinary with multilevel Другие комбинации / Other combinations

  
  

  Этапы цикла учебного познания / Stages of the cycle of educational knowledge

  1 этап /             2 этап /          3 этап / Stage 1             Stage 2           Stage 3

  4 этап /             5 этап / Stage 4             Stage 5

  
  

  Этапы подготовки обучения / Stages of training

  1 этап /             2 этап /          3 этап / Stage 1             Stage 2           Stage 3

  4 этап /            N этап / Stage 4            Stage N

  
  
  
  

• 3)    дисциплин разных направлений подготовки, позволяющей проектировать новые образовательные траектории обучения, решая конкретные задачи, например, интеграция дисциплины ТММ с дисциплиной «Аддитивные технологии» (АТ) обеспечила вовлечение студентов во все этапы цикла ИИД;

• 4)    дисциплин с видами деятельности – обеспечивает моделирование квази-профессиональной среды (дисциплина с деловой игрой, дисциплина с НИР, дисциплина с деятельностью малого инновационного предприятия (МИП) и др.). Например методическая система, объединяющая основные компоненты инженерной подготовки (дисциплин с ВСО, НИР, НИРС, летние научные школы) [6].

Наиболее востребована сейчас многоуровневая интеграция (интеграция уровней образования), основной задачей которой является эффективное проектирование образовательных программ различных уровней с целью их согласования и направления на решение главных задач при оптимальных значениях материальных, временных и других затрат. Одним из примеров такой интеграции является описанная в работе Е. П. Грошевой система подготовки к ИИД бакалавров, магистрантов и аспирантов, основанная на последовательном обучении взаимосвязанным соответственно указанным уровням, дисциплинам [9].

Безграничные возможности для решения образовательных задач предоставляет комбинированная интеграция, обеспечивающая объединение различных существующих уровней, этапов, методов и технологий образования и обучения. Так, исследователи МГУ им. Н. П. Огарёва разработали и реализовали методическую систему формирования способностей к ИИД на основе интеграции компонентов инженерной подготовки, дисциплин различных циклов с видами творческой деятельности студентов [6].

Рассмотренный выше материал относится в основном к видам интеграции. В таблице 1 этапы представлены двояко: с одной стороны, это этапы обучения (формирования, подготовки и т. п.), подробно описанные нами в разделе «Материалы и методы», с другой – это этапы учебного познания при прохождении каждого единичного акта обучения, реализуемого в пять действий: изучение и анализ, переход от конкретного к абстрактному, формулирование выводов, применение полученных знаний, переход от абстрактного к конкретному.

Практически все представленные модели в той или иной степени проработанности опробованы в учебном процессе авторами статьи.

Рассмотрим описание разработанной и успешно реализованной нами в учебном процессе МГУ им. Н. П. Огарёва модели междисциплинарной интеграции дисциплин одного цикла с инженерным творчеством и изобретательством, цифровыми технологиями моделирования и производства деталей (АТ) и узлов сельскохозяйственной техники (видами деятельности), направленной на подготовку студентов к ИИД (табл. 2). Модель реализуется последовательно при обучении ИИД бакалавров направления подготовки 35.03.06 «Агроинженерия» с 3 по 5 семестры в три этапа.

• 1    этап – базовый – включает обучение интегрированной дисциплине ОИИД, направленной непосредственно на формирование у студентов КИИД и состоящей из таких разделов, как ИИД, инженерное творчество, интеллектуальное право, патентные исследования. Методика ее проектирования и реализации подробно описана в предыдущих работах авторов [5; 6]. Основным результатом ее изучения является получение студентами технического решения в виде комплекта заявительских документов на изобретение, полезную модель и др. – нематериальный инновационный продукт (НИП). Как видно из таблицы 2 на данном этапе студентами синтезировано техническое решение «Адаптивный рабочий орган для почвообрабатывающей фрезы с изменяемым углом резания ножей», оформлена необходимая документация в виде заявки на получение патента на одноименное изобретение. Дисциплина включена в 3-й семестр учебного плана

  
  

вышеуказанного направления подготовки. На этом этапе интегрируются знания перечисленных разделов дисциплины с изобретательской деятельностью на основе использования общенаучных методов анализа-синтеза, наблюдения, сопоставления, заключения и др.

• 2    этап – синтез-моделирование . В основе его реализации лежит изучение дисциплины ТММ – дисциплины об общих законах исследования и создания механизмов и машин, включающей следующие разделы: структурный и метрический, кинематический и динамический анализ и синтез механизмов. Она изучается в 4-м семестре и ее особенностью является наличие такой эффективной формы занятий, как курсовое проектирование. В результате работы над проектом синтезируется сложная поверхность пространственного кулачка, определяющего требуемый закон движения рабочих органов вышеупомянутой фрезы, создается его 3D-модель, распечатываемая на 3D-принтере (табл. 2). На данном этапе интегрируются знания общетехнической дисциплины ТММ с 3D-моделированием и 3D-печатью (цифровое производство) на основе использования общенаучных методов анализа-синтеза, сквозного проектирования, наблюдения, сопоставления, заключения и формулируется техническое задание (ТЗ) для 3 этапа.

• 3    этап – проектно-производственный (заключительный) – основан на изучении дисциплины ДМиОК, в которой рассматриваются основы проектирования и конструирования деталей и узлов общего назначения, встречающиеся в различных механизмах, установках и машинах, с целью изучения устройств, принципа их работы, овладения методиками расчета и проектирования деталей машин и механизмов общего назначения. Главное отличие этого этапа состоит в решении реальных задач по расчету, проектированию, конструированию, изготовлению и сборке узлов машины.

На третьем этапе задействованы методы цифрового проектирования и производства. Изготавливаются от- дельные детали для последующей сборки действующего макета механизма. В таблице 2 представлен такой механизм регулирования углов резания фрезы – главный результат реализации всех этапов подготовки студентов к ИИД. На данном этапе интегрируются знания общетехнических дисциплин ТММ и ДМиОК с 3D-моделированием и 3D-печатью на основе использования общенаучных методов анализа-синтеза, сквозного проектирования, наблюдения, сопоставления, заключения и др.

Методика такого обучения ИИД реализуется в рамках разработанной авторами деловой игры «Конструкторское бюро» [6] (табл. 2). Она начинается на первом этапе и продолжается на последующих, во всех формах занятий (лекционных, лабораторных, практических, курсовом проектировании, СРС и др.). Интеграция этапов обеспечивается за счет реализации сквозного проектирования (каждый этап заканчивается формулированием ТЗ для последующего этапа), принципов межпредметных и междисциплинарных связей. В ходе деловой игры из группы студентов (5–7 чел.) самостоятельно организуется «Конструкторское бюро» (табл. 2), происходит распределение должностей (начальник, главный конструктор, главный метролог, аналитик, генератор идей и др.). На каждом последующем уровне возможна ротация ролей. Каждый этап завершается сдачей экзамена (зачета, курсового проекта и др.), в форме презентации, в которой все сотрудники бюро описывают свою часть работы:

• 1)    об основных понятиях инноватики и разработанном ИП;

• 2)    о методах исследования и синтеза механизмов и машин с яркими примерами их использования, а также представлением МИП (кулачок-регулятор и механизм регулирования углов резания почвообрабатывающей фрезы и привода ходовых колес к ней);

• 3)    о методах проектирования и конструирования деталей и узлов машин и представлением действующего макета

  
  
  
  
  
  
  
  
  

  Т а б л и ц а 2. Модель поэтапного формирования КИИД

  T a b l e 2. Model of the gradual formation of CIE

  
  
  
  

механизма регулирования углов резания фрезы – главного результата всей многоэтапной подготовки студентов к ИИД.

Для оценки эффективности формирования КИИД по предложенной модели обучения до начала обучения и после каждого этапа проводился сравнительный педагогический эксперимент в контрольной и экспериментальной группах бакалавров направления 35.03.06 «Агроинженерия». В контрольную группу были включены студенты профиля «Технологическое оборудование для хранения и переработки сельскохозяйственной продукции» (26 чел.), в экспериментальную – «Технические системы в агробизнесе» – 25 чел. Такой выбор групп не был случайным, поскольку именно по этим направлениям средние показатели полученных результатов экзаменационных сессий на I и II курсах были примерно одинаковы. В контрольной группе велось обучение перечисленным дисциплинам по обычному учебному плану, а в экспериментальной – по предложенной модели.

В ходе эксперимента контролировался уровень владения выявленных ранее авторами компетенций [3], определяющих КИИД: умения выделять проблему и ставить задачу, синтезировать решение задачи, изобретать, принимать решение и нести за него ответственность, представлять решение в конечном виде, осваивать готовое решение, работать в команде, проектировать и конструировать, моделировать технические объекты, проводить испытание готового изделия, а также владение общетехническими, проектными и конструкторскими и междисциплинарными знаниями, владение инновационными, в том числе аддитивными, технологиями изготовления изделий. Их измерение и математическая обработка полученных данных производились по отработанной нами ранее методике [1]. Графическая иллюстрация результатов эксперимента представлена на рисунке, где С – средний показатель динамических рядов. Из диаграмм видно, что:

• 1)    уровень владения студентами всеми компетенциями до эксперимента

в обеих группах практически одинаков и его средняя величина С ( С _ср) = 1,5;

• 2)    после окончания первого этапа значение С _ср выросло в контрольной и экспериментальной группах соответственно до С _с^к_р = 1,9 и С _с^к_р = 2,1, что объясняется дополнительной мотивацией к овладению ИИД у бакалавров экспериментальной группы за счет необходимости продолжения выполняемой работы над проектом на последующих этапах;

• 3)    после второго этапа в обеих группах наблюдается увеличение С по осям, определяющим проектные и конструкторские компетенции соответственно до С ^к = 2,1 и С ^к = 2,6;

ср ср

• 4)    после заключительного этапа в контрольной группе выросли значения С только по осям, соответствующим компетенциям, формируемым дисциплиной ДМиОК, а в экспериментальной – по всем осям, достигнув величины С _с^к_р = 2,8, увеличилась также равномерность их формирования [1], достигнув значения δ = 0,07;

• 5)    каждый этап в той или иной степени формирует соответствующие компетенции, определяющие КИИД, но только интеграция всех перечисленных этапов обеспечивает максимальный уровень и равномерность их формирования.

В завершении этого раздела необходимо отметить, что интегрированный подход к обучению, широко используемый для решения различных задач в образовании, обеспечивает высокую эффективность подготовки студентов к ИИД и в зависимости от конкретных условий и возможностей можно использовать ее различные виды. Продемонстрированная эффективность реализации такого подхода подтверждена статистическими данными эксперимента.

Обсуждение и заключение

Таким образом, выполненные авторами исследования позволили на основе использования научных методов, анализа-синтеза и гипотетико-дедук-тивного методов, сформулировать рабочую гипотезу исследования об эффективности многоуровневой и многоэтапной подготовки студентов к инно-

г)

□ Экспериментальная группа / Еxperimental group

Контрольная группа / Сontrol group

Р и с у н о к. Диаграммы изменения среднего показателя С у обучающихся:

• а) до эксперимента, б) после 1 этапа (ОИИД), в) после 2 этапа (ТММ), г) после 3 этапа (ДМиОК) F i g u r e. Diagrams of changes in the average C of students:

• a) before experiment, b) after stage 1 (BIEA), c) after stage 2 (TMM), d) after stage 3 (DMiBK)

Примечание : цифрами 1–13 обозначены оси компетенций, характеризующие КИИД.

Note : Figures 1–13 axis of competences characterizing CIE.

вационной инженерной деятельности, а на основе интегрированного, системного, субстратного и структурированного научных подходов, с использованием морфологического анализа составить систему взаимосвязанных моделей многоуровневой и поэтапной подготовки студентов технических вузов к ИИД. Многие из этих моделей были апробированы в учебном процессе авторами статьи. Одной из наиболее значимых является модель междисциплинарной интеграции общетехнических дисциплин (ОИИД, ТММ, ДМиОК) бакалавриата с различными видами деятельности (инженерным творчеством и изобретательством, цифровыми технологиями моделирования и производства деталей и узлов сельскохозяйственной техники). Модель реализуется последовательно в три этапа в ходе деловой игры «Конструкторское бюро», одновременно являющейся контролирующим, оценива-

ющим и рефлексивным средством. Сформулированная гипотеза, а также эффективность использования модели были подтверждены в ходе педагогического обучающего эксперимента, организованного по адаптированной разработанной ранее авторами методике. В соответствии с ней после каждого этапа обучения осуществлялся итоговый контроль в контрольной и экспериментальных группах, результаты которого подтверждают гипотезу исследования об эффективности интеграции видов деятельности при многоуровневой и многоэтапной подготовки студентов к инновационной инженерной деятельности.

В рамках выполненного исследования были получены важные практические результаты: разработаны морфологическая таблица совокупности взаимосвязанных моделей многоуровневой и поэтапной подготовки студентов технических вузов к ИИД, служащая

основанием для выбора новых моделей обучения ИИД, и методика междисциплинарной интеграции общетехнических дисциплин одного уровня обучения с различными видами деятельности; оптимизированы рабочие программы дисциплин ТММ, ОИИД, ДМиОК на основе использования сквозного проектирования, принципов междисциплинарной и межпредметной связи и др.; создано методическое обеспечение реализации предложенных моделей в виде учебных пособий, учебников, электронной поддержки читаемых дисциплин. Все эти результаты востребованы и реализуемы с высокой степенью воспроизводимости в различных условиях образовательной среды вузов РФ и других государств.

Все вышеизложенное позволяет с высокой степенью вероятности говорить о дальнейших направлениях развития полученных результатов. Это прежде

всего мобилизация потенциала интеграции дисциплин учебного плана и видов деятельности, направленная на решение конкретных задач вуза, региона, страны в целом (подготовка к ИИД, подготовка элитных специалистов, лидеров и др.) при реализации Национальных проектов (Образование, Наука, Цифровая экономика и др.). В ближайшее время авторы приступают к разработке научной концепции формирования инновационного мышления у студентов национальных исследовательских университетов с ее последующей реализацией на основе многоуровневой интеграции и поэтапной подготовки.

Полученные результаты будут полезны ученым, занимающимся проблемой повышения эффективности подготовки студентов технических университетов к инновационной инженерной деятельности.

СПИСОК

ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

Поступила 03.06.2019; принята к публикации 26.08.2019; опубликована онлайн 31.12.2019.

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), доктор педагогических наук, ORCID: , Researcher ID: L-4643-2018,

Шекшаева Наталья Николаевна, доцент кафедры основ конструирования механизмов и машин ФГБОУ ВО «МГУ им. Н. П. Огарёва» (430005, Россия, г. Саранск, ул. Большевистская, д. 68), кандидат педагогических наук, ORCID: , Researcher ID: N-6441-2016,

Квитко Светлана Ильинична, ученый секретарь Института машиноведения Национальной академии наук Кыргызской Республики (720071, Кыргызская Республика, г. Бишкек, пр-т Чуй, д. 265а), кандидат технических наук, ORCID: , Researcher ID: AAF-8454-2019,

Ломаткина Мария Владимировна, аспирант кафедры основ конструирования механизмов и машин ФГБОУ ВО «МГУ им. Н. П. Огарёва» (430005, Россия, г. Саранск, ул. Большевистская, д. 68), ORCID: , Publons ID: maria-lomatkina,

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), кандидат технических наук, ORCID: , Researcher ID: L-5153-2018,

Коровина Ирина Валерьевна, доцент кафедры английской филологии ФГБОУ ВО «МГУ им. Н. П. Огарёва» (430005, Россия, г. Саранск, ул. Большевистская, д. 68), кандидат филологических наук, ORCID: , Publons ID: researcher/3006854/irina-korovina,

Заявленный вклад авторов :

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

Шекшаева Наталья Николаевна – развитие методологии; критический анализ и доработка текста.

Квитко Светлана Ильинична – сбор данных и доказательств; проведение экспериментов.

Ломаткина Мария Владимировна – участие в разработке модели; сбор данных и доказательств; проведение экспериментов.

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

Коровина Ирина Валерьевна – сбор данных и доказательств; проведение экспериментов.

Все авторы прочитали и одобрили окончательный вариант рукописи .