Согласно ФГОС ВО 3++ будущие бакалавры, обучающиеся по направлению 08.03.01 Строительство (профиль Промышленное и гражданское строительство), должны быть подготовлены к творческому и оптимальному решению профессиональных задач по проектированию и конструированию сложных и социально значимых объектов. Для успешного решения обозначенных профессиональных задач необходимо более активно внедрять в учебный процесс вуза междисциплинарную подготовку с одновременным привлечением преподавателей как общетехнических, так и выпускающих кафедр.
Анализ учебного плана бакалавриата 08.03.01 и рабочих программ дисциплин (с первого и по четвертый курс включительно) показал, что организация межпредметных связей возможна при интеграции следующих дисциплин: «Основы архитектурно-строительного проектирования», «Основы стандартизации и метрологии», «Инженерная и компьютерная графика», «Архитектура зданий и сооружений», «Основания и фундаменты», «Металлические конструкции», «Железобетонные конструкции», «Системы автоматизированного расчета и проектирования в строительстве», «Сметное дело в строительстве». Межпредметная интеграция может быть реализована на всех уровнях методической системы, а именно на уровне содержания, методов, форм и средств обучения.
На уровне содержания и метода обучения интеграция общетехнической и профессиональной подготовки в вузе возможна в рамках проектного обучения, объединяющего несколько дисциплин и, соответственно, преподавателей нескольких кафедр. Реализация проектного обучения позволит сформировать у студентов междисциплинарные знания, умения, обобщенные способы действия, самостоятельные навыки исследовательской работы, а также социально значимые механизмы самоконтроля и общения в «малых» группах. Рядом ученых проектное обучение, реализующее межпредметные связи, рассматривается не только как основа формирования неординарных способностей студентов, но и как средство для повышения квалификации преподавателей-предметников [1, 2]. Поэтому конечной учебной целью такой интеграции нескольких кафедр, на наш взгляд, должен стать комплексный проект, выполняемый студентами на старшем курсе под руководством наставника или коллектива наставников.
На уровне средств и форм обучения необходимыми условиями реализации междисциплинарности, на наш взгляд, являются активное использование коллективных форм и комплексное применение следующих цифровых средств профессиональной направленности: 1) компьютерных средств выполнения 2М-чертежей (CAD-средства); 2) средств информационного моделирования (ТИМ-средства); 3) средств расчета конструкций; 4) инструментов управления проектами. Следует отметить, что, если средства расчета конструкций (Лира-САПР, Лира 10), применяемые при подготовке инженеров строительной отрасли как минимум последние 15 лет, выполнены отечественными разработчиками, то программные CAD-, ТИМ-средства и средства управления проектами принадлежат иностранным компаниям Autodesk (Автокад, Revit) и Mirafox (Project manager). Поэтому в настоящее время большая часть учебных материалов была разработана именно для этих средств [3, 4, 5]. В современных условиях при подготовке будущих инженеров-строителей в вузе следует переходить на отечественные ТИМ-средства и средства коллективного управления проектами, такие как NanoCad, Renga, Pilot-BIM, Pilot-ICE.
Однако в настоящее время в научных трудах проблеме междисциплинарной интеграции на уровне содержания, методов и форм обучения, а также комплексной интеграции в учебном процессе профессионально значимых цифровых средств уделено внимание в большей степени только при подготовке специалистов машиностроительного профиля. Поэтому проблема конструирования межпредметного содержания, отбора методов и форм обучения, способствующих продуктивному формированию у будущих выпускников архитектурно-строительного вуза профессиональных компетенций в комплексе с общепрофессиональными компетенциями в условиях цифровизации ВО, остается не до конца разрешенной, что подтверждает актуальность исследования.
Цель исследования: разработать для обучающихся с первого по четвертый курс содержание, определить методы и формы обучения, способствующие в условиях цифровизации поэтапному формированию межпредметных знаний и проектных умений, развитию обобщенных и коммуникативных способностей будущих выпускников баклавриата (направление 08.03.01 Строительство); разработать методику освоения студентами на практике ТИМ-средствами, привести примеры межпредметных заданий.
Материал и методы исследования
В ходе реализации обозначенной цели были проанализированы: 1) психолого-педагогические материалы по проблемам подготовки студентов инженерных вузов разных профилей; 2) нормативные документы (ФГОС ВО последней редакции [6], постановления Правительства РФ в сфере ВО [7], приказы Минстроя РФ [8]). Использовались методы: анкетирование преподавателей архитектурно-строительных вузов и проектировщиков профильных организаций, анализ результатов исследования. В исследовании приняли участие 35 преподавателей из трех архитектурно-строительных вузов – ННГАСУ, ПГУАС, НГАСУ (Сибстрин).
Результаты исследования и их обсуждение
По результатам анкетирования преподавателей были выявлены преимущественно узкопредметный характер подготовки студентов (86%), а также недостаточно активное использование значимых цифровых инструментов и форм обучения (89%). Не случайно результаты анкетирования проектировщиков (24 инженеров из ведущих компаний-работодателей – Атомэнергопроект, Металлимпресс) показали, что только 37% выпускников, поступивших на работу в профильные организации, в полной мере подготовлены к решению актуальных для отрасли профессиональных задач.
Для конструирования межпредметного содержания был проведен анализ педагогических источников [9, 10] и содержания рабочих программ выделенных дисциплин, который позволил определить межпредметные разделы, ставшие в дальнейшем основой поэтапной подготовки студентов с первого по четвертый курс. Межпредметные разделы включают темы, предполагающие поэтапную разработку студентами архитектурных и конструктивных решений для объектов разного назначения и сложности: 1) малоэтажный жилой дом по типовому и индивидуальному проекту; 2) здания социальной направленности (автовокзал, гостиница и др.); 3) производственное здание.
При этом для успешной реализации непосредственно проектного обучения и ввиду сложности профессиональных ТИМ-средств и средств управления проектами необходимо введение, на наш взгляд, в учебный план бакалавриата двух новых модулей:
– во-первых, нового модуля общепрофессиональной подготовки – Информационное моделирование в строительстве. В ходе лекционных и лабораторных занятий при освоении данного модуля студенты приобретут не только умения по разработке и построению цифровыми средствами архитектурных и конструктивных решений зданий разного назначения, но и навыки коллективной работы «малыми группами». Также значимо, что введение в подготовку инженеров нового модуля позволит усилить не только интеграцию дисциплин, но и ее актуальность;
– во-вторых, нового модуля профессиональной подготовки – Проектная деятельность, завершающего этапы межпредметной подготовки студентов. Проектный модуль также необходим для закрепления зачетных единиц за соответствующими кафедрами и координации деятельности наставников-преподавателей этих кафедр, отвечающих за консультационную поддержку при выполнении студентами разделов комплексного проекта.
Разработанное нами последовательное содержание, а также применяемые методы, формы и цифровые средства межпредметной общепрофессиональной и профессиональной подготовки будущих бакалавров представлены в таблице. Такая форма обучения, как расчетно-графическая работа, имеет в таблице обозначение РГР, а расчетная работа – РР.
Содержание, методы, формы и цифровые средства межпредметной подготовки будущих бакалавров (08.03.01 Строительство)
|
Разделы/Содержание |
Методы/Средства |
Формы |
|
Б.1.О.12. Инженерная и компьютерная графика (1-й, 2-й семестры, 11 з.е.) Б.1.О.13. Основы стандартизации и метрологии (3-й семестр, 3 з.е.) |
||
|
1) законы геометрического моделирования и взаимного пересечения моделей плоскости и пространства; 2) чертежи узлов строительных конструкций и зданий. Сборочные чертежи соединений. Генеральные планы; 3) 2D-инструменты построения рабочих чертежей средствами компьютерных технологий |
алгоритмический, частично-поисковый / NanoCad (модули – СПДС, Geonics)
|
РГР «Малоэтажный жилой дом по типовому проекту». Общий пример. РГР «Малоэтажный жилой дом по индивидуальному проекту». Варианты. Архитектурные решения. Разбивочный план |
|
Б.1.О.14 Информационное моделирование в строительстве (3-й, 4-й семестры, 4 з.е.) Б.1.О.16. Основы архитектурно-строительного проектирования (3-й семестр, 3 з.е.) Б.1.В.32. Архитектура зданий и сооружений (4-й, 5-й, 6-й семестры, 9 з.е.) |
||
|
1) основы проектирования, архитектура зданий; 2) инструменты моделирования архитектурных элементов, металлических и железобетонных конструкций зданий; 3) разработка проектной документации архитектурных и конструктивных решений; 4) организация связи с CAD-системами |
частично-поисковый / RENGA (модули – Архитектура, Конструкции) |
РГР: «Здание социального назначения». Общий пример; РГР «Производственное здание». Варианты. Архитектурные и конструктивные решения |
|
Б.1.В.43. Системы автоматизированного расчета и проектирования в строительстве (5-й семестр, 2 з.е.) |
||
|
1) инструменты САПР построения и расчета; 2) экспорт/импорт файлов (связь с ТИМ-системами); 3) конструктивные решения |
Частично поисковый / ЛИРА, RENGA (модуль Конструкции) |
РГР «Производственное здание». Расчет узлов несущих конструкций. Варианты |
|
Б.1.В.40. Сметное дело в строительстве (7-й семестр, 3 з.е.) |
||
|
1) формирование проектно-сметной документации (ПСД); 2) экспорт/импорт файлов (связь с ТИМ-системами) |
частично-поисковый / Pilot-ICE |
РР «Производственное здание». Выполнение ПСД. Варианты |
|
Б.1.В.45. Проектная деятельность (8-й семестр, 1 з.е.) |
||
|
1) инструменты коллективной работы над проектом; 2) сборка модели и экспертиза ТИМ-модели; 3) размещение объектов на 3D-строительной площадке |
Проектный / Pilot-BIM
|
Комплексный проект «Производственное здание». Варианты. Работа в команде |
Рассмотрим более подробно методику проведения аудиторных занятий и самостоятельного выполнения заданий и РГР по проектированию ТИМ-средствами архитектурных и конструктивных решений строительных объектов разного назначения, которая реализуется в рамках разработанного нами междисциплинарного модуля.
Выполнение студентами межпредметных заданий и РГР-модуля осуществляется в ходе освоения ими следующих четырех разделов: «Архитектурные решения», «Монолитные железобетонные конструкции», «Сборные железобетонные конструкции», «Металлические конструкции». В ходе освоения раздела «Архитектурные решения» на примере здания автовокзала студенты: 1) на лекционных занятиях изучают правила построения стен разных типов, колонн, перекрытий, балок, лестничных маршей и площадок, ограждающей части кровли, экспликации типов заполнения, экспликации помещений, многослойных фрагментов элементов здания; 2) на лабораторных занятиях выполняют общее задание на построение информационной модели здания по исходным чертежам, применяют фильтры и различные материалы; 3) в ходе самостоятельной работы оформляют рабочие чертежи (фасады, планы, разрезы, экспликацию типов заполнения оконных и дверных проемов, поэтажную экспликацию помещений, Фрагмент 1 к многослойной конструкции стены, выноску к плите перекрытия, видовые точки). Фрагмент выполнения студентами межпредметного задания ТИМ-средствами показан на рисунке 1.
Рис. 1. Фрагмент результата выполнения студентами межпредметного задания по разделу «Архитектурные решения» (видовые точки здания Автовокзала)
В ходе освоения раздела «Монолитные железобетонные конструкции» на примере архитектурных решений здания автовокзала студенты: 1) на лекционных занятиях изучают правила создания сборок, армирования элементов здания каркасом, сеткой, отдельными стержнями, технологической арматурой, а также заполнения спецификации элементов армирования; 2) на лабораторных занятиях выполняют общие и индивидуальные задания: во-первых, по армированию одного перекрытия, стены с проемом, одной балки и колонны здания с использованием разных материалов, классов и стилей арматуры; во-вторых, по усилению верхнего армирования приопорного участка плиты перекрытия, стены стержнями и П-хомутами; в-третьих, по армированию фундамента под колонну здания (сетка С1, петля монтажная); 3) в ходе самостоятельной работы оформляют рабочие чертежи конструктивных решений на армируемые элементы (планы, разрезы, спецификацию).
В ходе освоения раздела «Сборные железобетонные конструкции», продолжая детализировать конструкции здания автовокзала, студенты: 1) на лекционных занятиях осваивают правила управления стилями балок и колонн; 2) на лабораторных занятиях выполняют по вариантам задания по построению сечений балок и колонн пользовательских форм с фиксированными и параметрическими размерами; 3) в ходе самостоятельной работы моделируют плиту перекрытия по ГОСТ 9561-2016. Фрагмент выполнения студентами ТИМ-средствами межпредметного задания по разделу показан на рисунке 2.
Рис. 2. Фрагмент результата выполнения студентами межпредметного задания по разделу «Монолитные железобетонные конструкции» (армирование подколонника)
В ходе освоения раздела «Металлические конструкции» студенты: 1) на лекционных занятиях изучают конструкции и правила построения ферм стальных стропильных из гнутосварных профилей прямоугольного сечения и с элементами из парных уголков; 2) на лабораторных занятиях моделируют по вариантам узлы опирания ферм стальных, проектируют металлическую конструкцию входной зоны здания; 3) при самостоятельной работе разбиваются на группы (3–4 студента), моделируют конструкцию промышленного цеха, оформляют чертежи (геометрические схемы, фасады, планы, ведомость расхода стали).
Заключение
В настоящее время на базе ФГБОУ ВО ННГАСУ осуществляется апробация разработанной методики межпредметной подготовки бакалавров. Сформированы группы студентов, занимающиеся с 2019 г. по новой методике (ЭГ) и по традиционной методике (КГ) (всего 250 студентов). Промежуточная сравнительная оценка, проведенная с первого по третий курс, показала, что у большей части студентов ЭГ усредненный суммарный результат освоения выделенных дисциплин находится в интервале от 3,8 до 5,0 балла (78%). При этом меньшая часть студентов КГ показали такие же результаты (37%). Получение студентами ЭГ в течение последних 2 лет дипломов вторых призовых мест в командном и личном первенстве в ежегодно проводимом на базе ФГБОУ ВО СПбГАСУ чемпионате по ТИМ (ноябрь 2021 г., октябрь 2022 г.) также является значимым подтверждением успешности подготовки бакалавров по нашей методике. В дальнейшем исследовании предполагаются уточнение содержания учебного материала и совершенствование инструментария оценки.