Актуальность исследования. В современном и прогрессирующем мире все активнее развиваются компьютерные и промышленные технологии. Ручной труд роботизируется, управление производством осуществляется с помощью программ, а 3D-моделирование все интенсивнее внедряется во множество сфер деятельности человека, от машиностроения до печати человеческих органов. В соответствии с этим неизбежно модернизируется содержание школьного технологического образования. В образовательные программы общего образования добавляются инновационные модули, например, робототехника, программирование, 3D-моделирование, создаются условия для внедрения данных модулей и разрабатываются нормативные документы.
Например, модернизация технологического образования регламентируется Федеральным государственным образовательным стандартом основного общего образования, Стратегией научно-технологического развития Российской Федерации, Программой «Цифровая экономика Российской Федерации», Национальной технологической инициативой, Концепцией преподавания предметной области «Технология» в образовательных организациях Российской Федерации, реализующих основные общеобразовательные программы.
Так ФГОС ООО предусматривает в результатах освоения учебного предмета «Технология» необходимое введение в образовательный процесс содержания, которое будет отражать изменения жизненных реалий и формирование пространства профессиональной ориентации и самоопределения личности, которое обеспечивается за счет включения предметных результатов в основную образовательную программу освоения тематических модулей по предмету «Технология», в том числе: технологии 3D-моделирования, прототипирования, цифрового производства в области обработки материалов. [ФГОС ООО, Прил. 14].
В настоящее время 3D-моделирование и цифровая графика приобретают все большую значимость и проникают во многие сферы человеческой деятельности, например, в архитектуру и строительное дело, в разработку анимации, рекламных роликов, мультипликационных фильмов, игр также невозможно обойтись без использование специальных 3D-инструментов. Любой человек начинающий в этой сфере свою карьеру определенно должен быть высококлассным специалистом и к нему предъявляются все более высокие требования, что позволяет говорить о необходимости преподавания технологии 3D-моделирования, например, уже в средней школе и не только на информатике, как это предусматривалось ранее (Е.В. Линецкий, Житомирский, А.Г. Гейн и др.).
Говоря о предметной области информатики стоит отметить работы А.В. Копыльцова, М.Ю. Монахова, Е.К. Хеннера, С.Л. Солодова, И.Г. Семакина, Г.Е. Монаховой, которые занимались разработкой элективных курсов для старших классов в области трехмерного моделирования и компьютерной графики профильной школы. Не менее интересна разработанная O.Ю. Ильяшенко методическая система обучения векторной графике, которая реализуется при профильном обучении через специализированный учебный курс. В дополнительном же образовании стоит обратить внимание на методику 3D-моделирования, предлагаемую B.B. Александровой, отличительной особенностью которой является использование ограниченного набора стандартных форм.
Среди современных исследователей в области технологического образования, чьи работы посвящены использованию ИТ в технологическом образовании, можно назвать В.Д. Симоненко, Г.А. Мочалова, А.А. Богуславского, Г.Н. Некрасову, Ю.Л. Хотунцева, Е.М. Крысинскую, В.А. Каймина, А.М. Лейбова, А.Н. Богатырева, О.Б. Ставрову, А.А. Павлову, И.Б. Соловьеву и др.
Исследования, посвященные разработке содержания обучения и процессу внедрения технологии 3D-моделирования в предметной области «Технология», практически отсутствуют.
Анализ психолого-педагогической, нормативно-правовой, управленческой, методической литературы и педагогической практики позволил выявить противоречия между:
- необходимостью внедрения инновационных образовательных модулей (3D-моделирование, прототипирование, макетирование, программирование, робототехника, компьютерная графика, черчение) на уроках технологии в средней школе и отсутствием методической подготовки, программного, технического и инфраструктурного обеспечения;
- потребностью переработки и внедрения учебных программ предметной области «Технология», с включением инновационных модулей и не готовностью педагогов к переходу от традиционной деятельности к инновационной;
- необходимостью внедрения информационных технологий в программу по «Технологии» в средней школе и не разработанностью организационно-педагогических условий управления внедрением данных технологий.
Выявленные противоречия позволили выделить проблему исследования как необходимость определения системы организационно-педагогических условий и доказательства возможности её использования в качестве средства управления процессом внедрения технологии 3D-моделирования в образовательный процесс средней школы.
Объект исследования – процесс управления внедрением технологии 3D-моделирования в предметную область «Технология» средней школы.
Предмет исследования – организационно-педагогические условия управления внедрением технологии 3D-моделирования в предметную область «Технология» средней школы.
Цель исследования – разработать, теоретически обосновать и проверить на практике эффективность организационно-педагогических условий управления внедрением 3D-моделирования на уроках технологии в средней школе.
Гипотеза исследования: внедрение технологии 3D-моделирования в образовательный процесс средней школы на уроках предметной области «Технология» будет эффективным, если будет реализована модель управления процессом внедрения технологии 3D-моделирования и будут созданы организационно-педагогические условия управления внедрением инновационных модулей: программирование, робототехника, 3D-моделирование, а именно:
• разработана и апробирована модульная программа по технологии для 5-6 классов, приоритетным направлением которой является проектная и исследовательская деятельность;
• теоретически обоснованы и практически реализованы методы организации образовательной деятельности по 3D-моделированию;
• создана предметно-развивающая среда для осуществления познавательной деятельности школьников в соответствии с санитарными нормами и возрастными особенностями;
• осуществлен мониторинг и контроль внедрения технологии 3D-моделирования в образовательный процесс на уроках технологии в средней школе, а также, в случае необходимости, корректировка модели управления этим процессом.
Проблема и цель исследования обусловили необходимость решить следующие задачи:
• провести анализ состояния проблемы обучения технологии 3D-моделирования, которая является одним из элементов содержания технологического образования в российском и зарубежном образовании;
• определить условия включения технологии 3D-моделирования в курс предметной области «Технология»;
• определить содержание курса технологии общеобразовательной школы, с включением технологии 3D-моделирования;
• разработать и апробировать модель управления процессом внедрения технологии 3D-моделирования на уроках «Технологии» в средней школе;
• оценить результативность апробированной модели управления процессом внедрения технологии 3D-моделирования на уроках «Технологии» в средней школе.
Теоретико-методологической базой исследования являются работы в области методологии педагогического исследования (П.И. Пидкасистый, А.А. Вербицкий, Е.Я. Голант, А.Г. Пекун, Ю.К. Бабанский, Т.А. Ильина, Н.В. Борисова, С.А. Смирнов), исследования в области теории моделирования (Л.М. Фридман, В.А. Штофф), работы о применении моделей и моделирования в обучении (Э.Е. Нифантьев, Д.Н. Кожевников, В.В. Лапев, В.Роберт, А.А. Столяр, С.М. Танеев, Н.И. Пак, В.В. Лапев), исследования об обучении компьютерной графике и моделированию (Э.Т. Селиванова, А.Н. Костиков, Н.В. Макарова, Ю.Ф. Титова, И.А. Кузнецова и др.), работы в области развития пространственного мышления и представления (И.С. Якиманская, Н.С. Подходова, Ю.Е. Тихомирова).
Нормативной базой являются:
- ФГОС ООО (утв. приказом Министерства образования и науки РФ от 17 декабря 2010 г. №1897, с изменениями и дополнениями),
- Национальная технологическая инициатива (постановление Правительства Российской Федерации от 18 апреля 2016 г. №317 «О реализации Национальной технологической инициативы»),
- Стратегия научно-технологического развития Российской Федерации (утв. Указом Президента Российской Федерации от 1 декабря 2016 г. №642),
- Программа «Цифровая экономика Российской Федерации» (утв. распоряжением Правительства Российской Федерации от 28 июля 2017 г. №1632-р),
- Концепция преподавания предметной области «Технология» в образовательных организациях Российской Федерации, реализующих основные общеобразовательные программы (утв. протоколом заседания коллегии Министерства просвещения Российской Федерации от 24 декабря 2018 г. №ПК-1вн.).
Организация и этапы исследования.
Исследование проводилось в три этапа с 2019 по 2021 гг.
2019 г. – поисково-аналитический этап. На этом этапе теоретически анализировалась литература по проблеме исследования, а именно: управленческая, нормативно-правовая, психолого-педагогическая, методическая, научная, определялись направления работы по проблеме обучения технологии 3D-моделирования в школьном курсе технологии. В ходе анализа ФГОС ООО и Концепции преподавания предметной области «Технология» были определены требования к необходимому уровню знаний, умений и навыков, учащихся в области технологии трехмерного моделирования. Опрос учителей технологии Тюменской области позволил выявить проблемные вопросы по внедрению технологии 3D-моделирования в образовательный процесс. Были выявлены причины появления трудностей и определены пути их преодоления. Проводились интегрированные с технологией уроки: математики, физики и информатики. Определены объект и предмет исследования, сформулированы цель, гипотеза, исследовательские задачи и методы их решения, разработана авторская модульная рабочая программа, с содержанием технологии 3D-моделирования.
2019 – 2020 гг. – исследовательский этап. Этап проведения формирующего исследования и апробации авторской модульной рабочей программы.
Осуществлялись беседы и устные опросы учащихся с целью выяснения их интересов, затруднений и общей успеваемости при изучении математики, черчения и технологии. Было проведено тестирование учащихся по методике И.С. Якиманской для определения уровня развития пространственного мышления и влияния на него обучения технологии 3D-моделирования. После завершения эксперимента была выполнена количественная и качественная обработка результатов апробации, сформулированы общие выводы по результатам исследования.
2020 – 2021 гг. – оформительско-внедренческий этап (завершающий). Этап анализа и обобщения данных, которые были получены в ходе эксперимента; подводения итогов, оформления выводов по проведенному исследованию, осуществления работы по оформлению диссертации.
При решении поставленных задач в работе были использованы следующие методы исследования:
- теоретический анализ литературы по проблеме исследования: психолого-педагогической, нормативно-правовой, управленческой, методической, научной литературы и педагогической практики;
- организация и проведение эксперимента;
- опросы (анкетирование, интервью);
- выявление уровня развития пространственного мышления учащихся в ходе проведения тестирования по методике И.С. Якиманской;
- контент-анализ полученной информации;
- методы математической статистики экспериментальных данных с использованием стандартных пакетов программ SPSS Statistics; Microsoft Office Exсel 2013.
Экспериментальная база исследования. Эксперимент проводился на базе МАОУ лицей №34 города Тюмени, где реализуются программы НОО, ООО, СОО, а также программы дополнительной (углубленной) подготовки по физике, математике, экономике и обществознанию. Исследование проводилось в неделимых 5-6 классах.
Научная новизна исследования состоит в комплексном исследовании, предметом которого являлись организационно-педагогические условия управления внедрением технологии 3D-моделирования в предметную область «Технология» средней школы. Разработана и обоснована модель управления процессом внедрения 3D-моделирования на уроках технологии в средней школе, через разработанную авторскую модульную рабочую программу. В практической части построена методика обучения от обучения технологии 3D-моделированию к реализации собственных творческих проектов. Причем, обучение технологии 3D-моделирования происходит через разработку объектов на основе стандартных форм с последующим переносом полученных знаний, умений и навыков в предметные области, ориентированные на развитие пространственного мышления учащихся.
Теоретическая значимость исследования заключается в том, что главные теоретические положения данной работы могут использоваться при исследовании модернизации технологического образования в Российской Федерации; могут выступать в качестве теоретической и методологической базы исследований в области внедрения инновационных модулей на уроках предметной области «Технология»; могут быть основой для аналогичных исследований, в том числе междисциплинарного характера в области внедрения инноваций в образовательный процесс.
Материалы диссертационного исследования могут быть результативно применены в качестве методологической основы при подготовке учебно-методических пособий для администрации общеобразовательных учреждений и учителей технологии.
Практическая значимость исследования в том, что модель управления процессом внедрения технологии 3D-моделирования на уроках «Технологии», которая была разработана, может использоваться при разработке эффективных стратегий модернизации технологического образования в общеобразовательных школах. Также разработанная авторская модульная рабочая программа по технологии для 5-6 классов может быть востребована при реализации образовательных программ основного общего образования, а методические рекомендации станут качественной основой для учителей технологии, внедряющих технологию 3D-моделирование в образовательный процесс, с учетом различных условий обучения.
Рекомендации об использовании материалов диссертационного исследования. Результаты исследования могут быть использованы при внедрении технологии 3D-моделирования в образовательный процесс общеобразовательных классов средней школы, а также в системе переподготовки и повышения квалификации учителей технологии и других предметов.
Достоверность результатов исследования обеспечивается теоретическим анализом проблемы, полученными результатами экспериментальной проверки, подтверждающими справедливость основных положений диссертации.
Апробация результатов исследования. Разработанная модель управления экспериментально проверяется в МАОУ лицей №34 города Тюмени. В лицее реализуются программы НОО, ООО, СОО, а также программы дополнительной (углубленной) подготовки по физике, математике, экономике и обществознанию.
Апробация программы идет уже второй год, за это время учащиеся показывают высокие результаты по освоению 3D-моделирования и созданию собственных моделей, которые печатаются на 3D-принтере.
Результаты исследования были представлены автором и обсуждались:
- на мастер-классах для учителей технологии и математики в рамках курсов повышения квалификации учителей Тюменской области;
- на Международной научно-практической конференции «Интеграция в преподавании предметов естественно-математического цикла, информатики и технологии. Реализация предметных концепций как методологическая основа обновления содержания образования»;
- на областном августовском профессионально-общественном образовательном форуме «Тюменское образование-2019»;
- на стажировке слушателей Тюменской области (учителей технологии), в ходе повышения квалификации в 2019-2020 гг.;
- на Межрегиональном семинаре «Современный урок технологии: цифровое пространство и профессионализация содержания» в рамках реализации мероприятий государственной программы РФ «Развитие образования».
Результаты исследования включены и используются в образовательном процессе МАОУ лицей №34 города Тюмени при изучении предметной области «Технология» в средней школе в период с 2019 по 2021 годы.
Структура работы. Диссертация состоит из введения, трёх глав, заключения, библиографического списка и приложений. Работа иллюстрирована рисунками и таблицами.
