Автоматизоване проектування у навчанні фізики як засіб впровадження елементів STEM-освіти в закладах вищої технічної освіти

Abstract

У статті проаналізовані системи автоматизованого проектування, що доцільно впроваджувати в навчальний процес вивчення фізики у ЗВО технічного профілю з урахуванням засад STEM-освіти. Розглянуто основні функціональні можливості систем: автоматизованого проектування для Windows, управління проектно-конструкторською документацією, параметричного твердотільного моделювання (важкого класу, високого рівня, середнього класу), автоматизованого проектування технологічних процесів, інженерні розрахункові додатки. Об’єкт дослідження – методика навчання фізики на основі систем автоматизованого проекту-вання з виділенням основних елементів STEM-освіти в ЗВО технічного профілю. Метою статті є аналіз змісту навчання фізики внаслідок впровадження програмного та техніч-ного забезпечення систем автоматизованого проектування на основі технологій STEM-освіти в системі професійної підготовки фахівців технічного напряму навчання. Нами визначено, що проектувальна діяльність охоплює технічні та інженерні компоненти STEM-освіти у навчанні фізики з урахуванням міждисциплінарного та інтегрованого підходів і розкриває у суб’єктів навчання сформовані STEM-компетентності. Відмітимо, що до провідних засобів STEM-освіти в технічному напрямі потрібно віднести комп’ютерно-графічні системи. Аналізуючи розвиток інноваційної діяльності та сучасних ІКТ, весь процес проектування вико-нується на комп’ютері з використанням технологій двовимірної та тривимірної графіки. Відповід-но, комп’ютерна графіка є системою методів, алгоритмів, програмних засобів для введення, обро-бки та відображення графічної інформації, перетворення даних у графічну форму, що відображає технічні елементи STEM-освіти. Вона є важливим складником сучасних інформаційних систем і на її базі працюють системи автоматизованого проектування. Перспективою подальших досліджень є розробка методики навчання фізики на основі автома-тизованого проектування з урахуванням засад STEM-освіти в закладах вищої технічної освіти.

The article analyzes computer-aided design systems, which are advisable to implement in the educational process of studying physics in the ZVTO, taking into account the principles of STEM education. The basic functionalities of computer-aided design systems for Windows are considered: management of design documentation, parametric solid-state modeling (heavy, high or middle class), computer-aided design of technological processes, engineering design applications. The object of study is a methodology for teaching physics on the basis of computer-aided design systems with the allocation of the main elements of STEM education in ZVTO. The aim of the article is to analyze the content of physics education as a result of the introduction of software and hardware for computer-aided design systems based on STEM education technologies in the vocational training system for technical specialists. We have determined that design activities encompass the technical and engineering components of STEM education in physics education, taking into account interdisciplinary and integrated approaches, and disclose formed STEM competencies in subjects of education. Note that the leading means of STEM-education in the technical field should include computer-graphic. Analyzing the development of innovative activities and modern ICT, the entire design process is performed on a computer using two-dimensional and three-dimensional graphics technologies. Accordingly, computer graphics is a system of methods, algorithms, software for entering, processing and displaying graphic information, converting data into a graphic form that reflects the technical elements of STEM education. It is an important component of modern information systems and computer-aided design systems operate on its basis. The prospect of further research is the development of methods of teaching physics based on computer aided design taking into account the principles of STEM education in institutions of higher technical education.

В статье проанализированы системы автоматизированного проектирования, которые целесообразно внедрять в учебный процесс изучения физики в ЗВТО с учётом принципов STEM-образования. Рассмотрены основные функциональные возможности систем автоматизированного проектирования для Windows: управление проектно-конструкторской документацией, параметрического твердотельного моделирования (тяжелого, высокого или среднего класса), автоматизированного проектирования технологических процессов, инженерные расчётные приложения. Объект исследования – методика обучения физике на основе систем автоматизированного проектирования с выделением основных элементов STEM-образования в ЗВТО. Целью статьи является анализ содержания обучения физике в результате внедрения программного и технического обеспечения систем автоматизированного проектирования на основе технологий STEM-образования в системе профессиональной подготовки специалистов технического направления. Нами определено, что проектировочная деятельность охватывает технические и инженерные компоненты STEM-образования в обучении физики с учётом междисциплинарного и интегрированного подходов и раскрывает у субъектов обучения сформованные STEM-направлении нужно отнести компьютерно-графические. Анализируя развитие инновационной деятельности и современных ИКТ, весь процесс проектирования выполняется на компьютере с использованием технологий двумерной и трёхмерной графики. Соответственно, компьютерная графика является системой методов, алгоритмов, программных средств для ввода, обработки и отображения графической информации, преобразования данных в графическую форму, отражающей технические элементы STEM-образования. Она является важной составляющей современных информационных систем и на её базе работают системы автоматизированного проектирования. Перспективой дальнейших исследований является разработка методики обучения физике на основе автоматизированного проектирования с учётом принципов STEM-образования в заведениях высшего технического образования.