Cognitive component of future agriengineers readiness to use three-dimension modeling in professional activity

Abstract

In the article the issue of agriengineers preparation to modern design activity characterized by broad introduction of information technologies has been raised. In this regard readiness of future agriengineers to use three-dimension modeling in professional activity and, in particular, its cognitive component is considered. Experiments data and their analysis, testifying to positive dynamics of cognitive component are given .

Full Text

В условиях широкого внедрения автоматизированных промышленных технологий в сельскохозяйственном производстве значительно меняется облик данной отрасли народного хозяйства, что в свою очередь требует наличие специалистов качественно нового уровня. На решение данной проблемы направлена национальная образовательная доктрина Российской Федерации (на период до 2025 г.). Предусматривается формирование активной творческой личности, способной и готовой самостоятельно определять и решать комплексные агроинженерные проблемы, обусловленные постоянным воздействием природного фактора; проектировать и конструировать сложные ресурсоэффективные технические объекты и системы, а также адекватно оценивать результаты своей профессиональной деятельности [9]. Для этого будущий агроинженер (студент, обучающийся по направлению подготовки «Агроинженерия») [3, 10] должен обладать не только знанием предметной среды профессиональной деятельности, но и высоким уровнем готовности к использованию современных информационных средств и организационных форм проектной деятельности. Таким образом, готовность будущих агроинженеров к активному и эффективному использованию перспективных информационных технологий в профессиональной деятельности приобретает особую актуальность [2, 4]. В процессе подготовки будущих агроинженеров предусмотрено формирование готовности к различным видам деятельности [3, 10], из которых наиболее проблемной на сегодняшний момент является проектная деятельность, так как подготовка к ней осуществляется на основе устаревшей идеологии преподавания специальных дисциплин и не может в достаточной степени обеспечить должный уровень конкурентных знаний выпускников. Вместе с тем, современным агроинженерам в ходе проектной деятельности приходится активнее использовать компьютерные системы проектирования и моделирования объектов. В этой связи особую актуальность приобретает новейшая перспективная технология трёхмерного моделирования. Очевидно, что в этих условиях императивной становится необходимость анализа сущности проектной деятельности и механизмов формирования у будущих агроинженеров «готовности к использованию трёхмерного моделирования», исследование динамики этого процесса, особенностей организации и реализации в профессиональной деятельности. Под понятием «готовность будущих агроинженеров к использованию трёхмерного моделирования в профессиональной деятельности» понимается устойчивая интегративная характеристика личности, включающая в себя мотивационный, когнитивный и деятельностный компоненты, степень сформированности которых определяет эффективность реализации задач в области проектирования моделей объектов с использованием 3D-моделирования, а также обусловливает совершенствование его профессиональной компетентности. Содержание когнитивного компонента готовности включает профессиональные знания о сущности, особенностях трёхмерного моделирования и способах его использования в будущей профессиональной деятельности. Их сформированность предполагает, что будущие агроинженеры должны ознакомиться с принципами создания трёхмерных моделей реальных объектов и направлениями развития трёхмерного моделирования [1]. В связи с этим, целью исследования является экспериментальное подтверждение теоретических предпосылок формирования когнитивного компонента готовности будущих агроинженеров к использованию трёхмерного моделирования в профессиональной деятельности. Задачей исследования является разработка теоретических основ формирования знаний в области трёхмерного моделирования и их экспериментальная проверка в процессе подготовки будущих агроинженеров. Когнитивный компонент готовности определяется необходимым объёмом знаний в области трёхмерного моделирования, включающих знания информационных технологий, а также развитое пространственное и структурное мышление, и характеризуется следующими показателями: - знание основ трёхмерного моделирования; - знание различных способов создания трёхмерных моделей с использованием программного пакета «3ds Max»; - знание основ создания инженерной анимации и визуализации в программном пакете «3ds Max». Критерием сформированности когнитивного компонента готовности служит владение базовыми знаниями в области трёхмерного моделирования, необходимыми для того, чтобы продуктивно и эффективно использовать специальные программные средства. С целью формирования готовности будущих агроинженеров к использованию трёхмерного моделирования в профессиональной деятельности и определения эффективности разработанных средств был спланирован и реализован педагогический эксперимент, проводимый с 2009 по 2011 гг. на базе инженерного факультета Самарской ГСХА. В общей сложности в нём участвовало 152 студента третьего курса направления подготовки «Агроинженерия» [5]. В экспериментальных группах студенты изучали дисциплину «Методика применения трёхмерного моделирования в современной агроинженерии», разработанную в соответствии с программой исследования. Студенты контрольных групп проходили стандартную агроинженерную подготовку, в содержание которой не был включен материал дисциплины. Для определения уровня сформированности когнитивного компонента готовности были использованы такие методы как анкетный опрос, тестирование, анализ выполнения практических и индивидуальных заданий. Совокупные результаты данных методов и обобщение оценок позволили определить уровень когнитивной подготовки. Полученные анкетные данные на констатирующем и формирующем этапах эксперимента соотносились с условно принятой шкалой (табл. 1), позволяющей определить уровень сформированности когнитивного компонента готовности. Затем в контрольной и экспериментальных группах вычислялось число студентов, имеющих тот или иной уровень сформированности (табл. 2, 3, рис. 1, 2) [6]. Исследование уровня (табл. 2, рис. 1) сформированности когнитивного компонента готовности к использованию трёхмерного моделирования позволяет сделать вывод о том, что данный компонент исследуемой готовности является наименее сформированным у студентов как контрольных групп, так и экспериментальных. Это связано с низким уровнем знаний, обеспечивающих правильное представление о трёхмерных объектах и о методах их моделирования в программной среде. Таблица 1 Оценка уровней сформированности когнитивного компонента готовности будущих агроинженеров к использованию трёхмерного моделирования в профессиональной деятельности Показатели Уровни сформированности когнитивного компонента готовности Высокий (5-4,5) Достаточный (4,5-4) Средний (4-3) Низкий (3-2) Знание основ трёхмерного моделирования Глубокие, прочные знания, представляющие собой стройную систему Хорошо владеет знаниями, они прочные, достаточно глубокие Знания недостаточные, безсистемны Знания поверхностны, безсистемны, крайне недостаточны Знание различных способов создания трёхмерных моделей с использованием программного пакета «3ds Max» Глубокие, прочные знания, представляющие собой стройную систему Хорошо владеет знаниями, они прочные, достаточно глубокие Знания недостаточные, безсистемны Знания поверхностны, безсистемны, крайне недостаточны Знание основ создания инженерной анимации и визуализации в программном пакете «3ds Max» Глубокие, прочные знания, представляющие собой стройную систему Хорошо владеет знаниями, они прочные, достаточно глубокие Знания недостаточные, безсистемны Знания поверхностны, безсистемны, крайне недостаточны Таблица 2 Уровни сформированности когнитивного компонента готовности будущих агроинженеров к использованию трёхмерного моделирования в профессиональной деятельности (констатирующий эксперимент) Год Группа Количество студентов N Уровни сформированности Низкий Средний Достаточный Высокий Nн % Nс % Nд % Nв % 2009 КГ1 19 9 47,37 7 36,84 2 10,53 1 5,26 КГ2 18 8 44,44 9 50,00 1 5,56 0 0,00 ЭГ 19 9 47,36 8 42,11 2 10,53 0 0,00 2010 КГ1 14 7 50,00 5 35,71 2 14,29 0 0,00 КГ2 17 9 52,94 5 29,41 2 11,76 1 5,89 ЭГ 18 10 55,56 6 33,33 1 5,56 1 5,55 2011 КГ1 13 5 38,47 6 46,15 2 15,38 0 0,00 КГ2 20 9 45,00 7 35,00 4 20,00 0 0,00 ЭГ 14 6 42,86 5 35,71 2 14,29 1 7,14 Рис. 1. Уровни сформированности когнитивного компонента готовности будущих агроинженеров к использованию трёхмерного моделирования в профессиональной деятельности (констатирующий эксперимент) Рост уровня сформированности когнитивного компонента наблюдается, прежде всего, в экспериментальной группе (табл. 3, рис. 2). Значительные изменения произошли в формировании 3d-компетенции высокого уровня у студентов экспериментальной группы. Они достаточно свободно применяют трёхмерное моделирование, лучше владеют навыками пространственного мышления. Такого уровня сформированности когнитивного компонента исследуемой готовности в процессе формирующего эксперимента смогли достичь 15,8% (2009 г.), 11,11 (2010 г.) и 7,13% (2011 г.) (табл. 3, рис. 2), тогда как в контрольных группах ни один студент на данный уровень так и не поднялся. Намного больше студентов в экспериментальной группе добились достаточного уровня сформированности данного компонента, что позволяет им без особых проблем осуществлять трёхмерное моделирование. Так, среди студентов экспериментальных групп достаточный уровень составляет 47,37% (2009 г.), 50 (2010 г) и 64,29% (2011 г.), а среди студентов контрольных групп – КГ1: 5,26% (2009 г.), 14,29 (2010 г) и 15,38 (2011 г.); КГ2: 5,56 (2009 г.), 5,88 (2010 г) и 20% (2011 г.) соответственно (табл. 3). Также необходимо отметить, что в экспериментальных группах резко снизился процент студентов, находящихся на низком уровне сформированности когнитивного компонента по сравнению с формирующим экспериментом. В контрольных группах количество студентов низкого уровня сформированности данного компонента сократилось незначительно. Также незначительное движение в плане роста сформированности когнитивного компонента наблюдается в контрольных группах между средним и достаточным уровнями. Таблица 3 Уровни сформированности когнитивного компонента готовности будущих агроинженеров к использованию трёхмерного моделирования в профессиональной деятельности (формирующий эксперимент) Год Группа Количество студентов N Уровни сформированности Низкий Средний Достаточный Высокий Nн % Nс % Nд % Nв % 2009 КГ1 19 8 42,10 9 47,37 1 5,26 1 5,27 КГ2 18 8 44,44 9 50,00 1 5,56 0 0,00 ЭГ 19 3 15,78 5 26,32 8 42,11 3 15,79 2010 КГ1 14 5 35,71 7 50,00 2 14,29 0 0,00 КГ2 17 9 52,94 6 35,29 1 5,88 1 5,89 ЭГ 18 2 11,11 5 27,78 9 50,00 2 11,11 2011 КГ1 13 4 30,77 7 53,85 2 15,38 0 0,00 КГ2 20 8 40,00 7 35,00 4 20,00 1 5,00 ЭГ 14 2 14,29 2 14,29 9 64,29 1 7,13 Рис. 2. Уровни сформированности когнитивного компонента готовности будущих агроинженеров к использованию трёхмерного моделирования в профессиональной деятельности (формирующий эксперимент) Для анализа значимости произошедших изменений в уровнях сформированности когнитивного компонента готовности в экспериментальных группах использовали методы математической статистики. По полученным данным определялись средний балл ( ) и дисперсия (S). Далее, для определения достоверности разницы средних баллов при двух независимых выборках использовали t-критерий Стьюдента [8]: , (3) где – среднее значение первой и второй выборок; и – дисперсия соответственно для первой и второй выборок; N1 и N2 – количество студентов в первой и второй выборках. Однако, оценка однородности групп по критерию Стьюдента не является объективной, так как учитывает только средние баллы групп без учёта распределения студентов по уровням сформированности готовности. Поэтому, для объективной оценки однородности групп с учётом уровней сформированности готовности студентов каждых групп использовали критерий хи-квадрат [7]: , (4) где , – число студентов в каждой группе, получивших i-й уровень сформированности готовности (высокий, достаточный, средний, низкий); L – число уровней градации. Рассчитанное значение сравнивали с критическим (табличным) значением при уровне значимости 0,05 равное 5,99 [7]. Превышение эмпирического значения над критическим означает, что две рассматриваемые выборки не однородны и наоборот. Полученные расчётные данные занесены в таблицу 4. Таблица 4 Сравнительный анализ данных по сформированности когнитивного компонента готовности будущих агроинженеров к использованию трёхмерного моделирования в профессиональной деятельности Год Констатирующий этап эксперимента Формирующий этап эксперимента Группа Средний балл Дисперсия S2 t-критерий эксп. t-критерий табл. χ2эмп Средний балл Дисперсия S2 t-критерий эксп. t-критерий табл. χ2эмп 2009 КГ1 2,74 0,87 0,39 2,03 0,27 2,74 0,81 2,75 2,03 9,65 КГ2 2,61 0,61 0,08 2,03 0,42 2,61 0,61 3,32 2,03 11,73 ЭГ 2,63 0,68 - - - 3,58 0,96 - - - 2010 КГ1 2,64 0,74 0,09 2,04 0,12 2,79 0,70 2,60 2,04 7,47 КГ2 2,71 0,92 0,31 2,03 0,32 2,65 0,86 3,07 2,03 10,76 ЭГ 2,61 0,85 - - - 3,61 0,85 - - - 2011 КГ1 2,77 0,73 0,25 2,06 0,35 2,85 0,69 2,34 2,06 8,75 КГ2 2,75 0,79 0,34 2,04 0,02 2,90 0,91 2,26 2,04 7,21 ЭГ 2,86 0,95 - - - 3,64 0,84 - - - Анализируя данные таблицы 4 по трём группам на обоих этапах эксперимента, можно отметить, что в 2009 г. обучения знания в области трёхмерного моделирования у студентов в контрольных группах остались на прежнем уровне, о чём свидетельствуют рассчитанные значения средних баллов и критериев, а в экспериментальной группе значительно возросли, относительно исходного состояния, что обеспечено изучением ими дисциплины. Аналогичная тенденция прослеживается в 2010 и 2011 гг., но, необходимо отметить, что средний балл по контрольным группам за эти два года оказался немного выше, чем на начальном этапе, что связано с взаимодействием студентов этих групп между собой и, возможно, самостоятельным освоением основ трёхмерного моделирования. Это косвенно говорит о наличии заинтересованности у студентов этих групп по отношению к трёхмерному моделированию. Прослеживая динамику среднего балла по экспериментальным группам, необходимо отметить, что год от года средний балл на формирующем этапе эксперимента повышается (табл. 4, выделено). Это связано с введением дополнительных средств формирования готовности: в 2010 г. – интерактивной доски, в 2011 г. – интерактивной доски и электронного учебного пособия. Таким образом, проведённый эксперимент полностью подтвердил теоретические предпосылки и эффективность применяемых средств формирования готовности будущих агроинженеров к использованию трёхмерного моделирования в профессиональной деятельности, что характеризуется положительной динамикой в уровнях когнитивного компонента за все три года эксперимента.