Санкт-Петербург, г. Санкт-Петербург и Ленинградская область, Россия
Россия
Актуальность статьи обусловлена отсутствием серьезных исследований в области применения модели «перевернутого» обучения (FLM) в инженерной геометрии и компьютерной графике (ИГКГ), научно обоснованных, апробированных, внедренных программ и учебных материалов для FLM ИГКГ, а также необходимостью разработки новых современных инструментов для поддержки работы в аудитории и форм индивидуальной работы студентов. Цель исследования — изучение текущего состояния знаний и практики существующих курсов ИГКГ с использованием FLM-концепции в качестве основной педагогической стратегии. Методы исследования: педагогический эксперимент, экспертная оценка, кластерный анализ. Состояние проблемы: с 2012 г. подход FLM приобрел популярность не только в школах, но и в инженерных университетах. FLM создает возможности для решения сложных педагогических проблем в инженерном образовании, но вызывает определенные трудности при подготовке к реализации модели. Большинство исследований в области инженерного образования, основанных на FLM, было краткосрочным и проведено на основе обратной связи от профессоров и студентов и их отзывов. Теоретический и практический вклад материалов: статья представляет собой синтез качественных и количественных исследований инженерных курсов, использующих FLM. Исследование показало, что вопросы ИГКГ FLM не разработаны в научной и методологической литературе. Установлено отношение студентов к FLM, к роли учебных материалов и личности преподавателя в FLM. Выявлены преимущества, недостатки FLM и рекомендации по обучению студентов. Для создания разумных теоретических основ педагогики в области ИГКГ FLM, а также методов оценки необходимо провести дальнейшие научные исследования по изучению различных аспектов практической реализации долгосрочных программ и учебных материалов. Материалы статьи могут быть полезны для преподавателей технических университетов.
инженерная геометрия и компьютерная графика (ИГКГ), «перевернутая» модель обучения (Flipped (Inverted) Learning Model (FLM)), кластерный анализ, систематический обзор.
Введение
Ранее инженерное образование в основном поддерживало традиционные педагогические подходы. Однако недавние революционные достижения в области информационных технологий, широкомасштабное развитие интернет-технологий открыли совершенно новые направления исследований в области образования.
1. Белов Н.В. Форсайт исследование стратегии развития кафедры начертательной геометрии и графики на основе идеологии Industrial 4.0 [Текст] / Н.В. Белов, М.В. Воронина // Труды IV Международной научно-методической конференции «Современные образовательные технологии в преподавании естественно-научных и гуманитарных дисциплин» (Санкт-Петербург, 11-12 апреля 2017 г.) - СПб.: Изд-во Санкт-Петербургского горного ун-та, 2017. - Т. 1. - C. 971-976.
2. Бойков А.А. Геометрическое моделирование в системе дистанционного обучения [Текст] / А.А. Бойков // Геометрия и графика. - 2014. - Т. 2. - № 4. - C. 34-42. - DOI:https://doi.org/10.12737/8295.
3. Бондаренко А.А. Обоснование необходимости проведения Форсайт исследований стратегии развития учебной дисциплины «Начертательная геометрия, инженерная и компьютерная графика» на основе идеологии «Industrial 4.0» [Текст] / А.А. Бондаренко, М.В. Воронина // Труды IV Международной научно-методической конференции «Современные образовательные технологии в преподавании естественно-научных и гуманитарных дисциплин» (Санкт-Петербург, 11-12 апреля 2017 г.) - СПб.: Изд-во Санкт-Петербургского горного ун-та, 2017. - Т. 1. - С. 976-981.
4. Вышнепольский В.И. Показатель качества работы преподавателя и кафедры [Текст] / В.И. Вышнепольский, Н.С. Кадыкова // Геометрия и графика. - 2014. - Т. 2. - № 4. - С. 15-21. - DOI:https://doi.org/10.12737/8293.
5. Грошева Т.В. К вопросу об организации самостоятельной работы студентов в процессе графической подготовки [Текст] / Т.В. Грошева, Л.В. Кочурова, И.А. Турицына // Геометрия и графика. - 2014. - Т. 2. - № 2. - С. 43-48. - DOI:https://doi.org/10.12737/5592.
6. Жуковский В.Е. Изучение сетевых технологий в «перевёрнутом классе» [Текст] / В.Е Жуковский // Труды IV Международной научно-методической конференции «Современные образовательные технологии в преподавании естественно-научных и гуманитарных дисциплин» (Санкт-Петербург, 11-12 апреля 2017 г.) - СПб.: Изд-во Санкт-Петербургского горного ун-та, 2017. - Т. 1. - С. 16-24.
7. Игнатьев С.А. Опыт разработки электронных средств обучения для преподавания геометро-графических дисциплин [Текст] / С.А. Игнатьев, О.Н. Мороз, З.О. Третьякова, А.И. Фоломкин // Геометрия и графика. - 2017. - Т. 5 (2). - С. 84-92. - DOI:https://doi.org/10.12737/article_5953f362d92c46.58282826.
8. Литвинова С.Г. Технология «Перевернутое обучение» в облачно ориентированной учебной среде как компонент развития медиаобразования в средней школе [Текст] / С.Г. Литвинова // Медиасфера и медиаобразование: специфика взаимодействия в современном социокультурном пространстве. - 2015. - № 3. - С. 49-66.
9. Мирошникова Н.Н. «Перевернутый класс» - инновационная модель в обучении иностранным языкам в высшей школе [Текст] / Н.Н. Мирошникова // Материалы V Международной научно-практической конференции «Инновационные технологии в науке и образовании». - Чебоксары: Интерактив плюс, 2016. - № 1. - С. 214-216.
10. Перевернутый класс: технология преподавания XXI века [Текст] [Электронный ресурс]. - URL: http://www.ispring.ru/elearning-insights/perevernutyi-klass-tekhnologiyaobucheniya-21-veka (дата обращения: 25.07.2017).
11. Рыбалко Т.Т. Инновационная модель «Перевернутый класс» при изучении иностранного языка в средней школе [Текст] / Т.Т. Рыбалко // Материалы десятой международной научно-практической конференции «Профессиональное лингвообразование». - Нижний Новгород: Изд-во «Нижегородский институт управления - филиал ФГБОУВО "Российская академия народного хозяйства и государственной службы при Президенте Российской Федерации"». - 2016. - С. 278-284.
12. Сальков Н.А. Геометрическое моделирование и начертательная геометрия [Текст] / Н.А. Сальков // Геометрия и графика. - 2016. - Т. 4. - С. 31-40. - DOI:https://doi.org/10.12737/22841.
13. Сальков Н.А. Место начертательной геометрии в системе геометрического образования технических вузов [Текст] / Н.А. Сальков // Геометрия и графика. - 2016. - Т. 3. - С. 53-61. - DOI:https://doi.org/10.12737/21534.
14. Сальков Н.А. Начертательная геометрия - база для компьютерной графики [Текст] / Н.А. Сальков // Геометрия и графика. - 2016. - Т. 4. - № 2. - С. 37-47. - DOI:https://doi.org/10.12737/19832.
15. Сальков Н.А. Дистанционное обучение графическим дисциплинам. Тестирование. Анализ ситуации [Текст] / Н.А. Сальков // Геометрия и графика. - 2014. - Т. 2. - № 4. - С. 7-14. - DOI:https://doi.org/10.12737/8292.
16. Усанова Е.В. Формирование базового уровня геометро-графической компетентности в электронном обучении [Текст] / Е.В. Усанова // Геометрия и графика. - 2016 - Т. 4. - № 1. - С. 64-72. - DOI:https://doi.org/10.12737/18059.
17. Харитонова М.В. Как перевернуть урок? [Текст] / М.В. Харитонова // Материалы Всероссийского фестиваля передового педагогического опыта «Современные методы и приемы обучения» [Электронный ресурс]. - URL: http://nauka-it.ru (дата обращения: 25.07.2017).
18. Abeysekera L., Dawson P. Motivation and cognitive load in the flipped classroom: definition, rationale and a call for research // Higher Education Research and Development. 2015. No. 1. P. 1-14.
19. Amresh A., Carberry A.R., Femiani J. Evaluating the effectiveness of flipped classrooms for teaching CS1 // Proceedings of Frontiers in Education Conference, FIE. Oklahoma City, OK: IEEE Xplore Digital Library, 2013. P. 733-735.
20. Ankeny C.J., Krause S.J. Flipped biomedical engineering classroom using pencasts and muddiest point web-enabled tools // Proceedings of 121st ASEE Annual Conference & Exposition, Indianapolis, IN, 2014. P. 1-17.
21. Artyukhina A.I., Velikanova O.F., Tretjak S.V., Chumakov V.I., Velikanov V.V., Ivanova N.V. Interactive teaching methods in the development of the sit-uational readiness of a specialist // The Austrian Journal of Humanities and Social Sciences. 2016. No. 1-2. С. 48-50.
22. Baepler P., Walker J.D., Driessen M. It’s not about seat time: Blending, flipping, and efficiency in active learning classrooms // Computers and Education. 2014. No. 78. P. 227-236.
23. Bailey R., Smith M.C. Implementation and Assessment of a Blended Learning Environment as an Approach to Better Engage Students in a Large Systems Design Class // ASEE Annual Conference & Exposition, Atlanta, Georgia, 2013. P. 13.
24. Bart M. Survey confirms the growth of the flipped classroom // Faculty Focus. 2013, November 20. Retrieved June 7, 2017, from https://www.facultyfocus.com/articles/ blended-flipped-learning/survey-confirms-growth-of-theflipped- classroom/
25. Bergmann J., Sams A. Flip Your Classroom: Reach Every Student in Every Class Every Day // International Society for Technology in Education, 2012. P. 112.
26. Bergmann J., Sams A. Flipped Learning: Gateway to Student Engagement, 2014. P. 182.
27. Berrett D. How flipping the classroom can improve the traditional lecture, 2012. Retrieved June 7, 2017 from http://ribonode.ucsc.edu/SciEd/pdfs/CHI_GuideFlippedClassroom.pdf/
28. Bishop J., Verleger M. 1 Testing the flipped classroom with model-eliciting activities & video lectures in a mid-level undergraduate engineering course // Proceeding of Frontiers in Education Conference, FIE, 2013.
29. Bishop J., Verleger M. 2 The Flipped Classroom: A Survey of the Research // ASEE Annual Conference & Exposition, Atlanta, Georgia, 2013. P. 13.
30. Bland L. Applying flip/inverted classroom model in electrical engineering to establish life-long learning // Proceedings of ASEE Annual Conference & Exposition, Chicago, Illinois, 2006.
31. Bogam R.R. Effect of Flipped Classroom Model on Knowledge of Medical Students in Context of Community Medicine // International Journal of Advanced Research in Education & Technology (IJARET). 2015. No. 2. P. 111-113.
32. Borrego M., Foster M.J., Froyd J.E. Systematic literature reviews in engineering education and other developing interdisciplinary fields // Journal of Engineering Education. 2014. No. 1. P. 45-76.
33. Boudet F.J., Talón J. Use of wiki as a postgraduate education learning tool: A case study // International Journal of Engineering Education. 2012. No. 6. P. 1334-1340.
34. Bretzmann J. Flipping 2.0: Practical Strategies for Flipping Your Class, 2013. P. 328.
35. Campbell J. et al. Evaluating an inverted CS1 // SIGCSE 2014 - Proceedings of the 45th ACM Technical Symposium on Computer Science Education, 2014.
36. Canino J.V. Comparing student performance in thermodynamics using the flipped classroom and think-pair-share pedagogies // ASEE Annual Conference & Exposition, Seattle, WA, 2015.
37. Chao C.-Y., Chen Y.-T., Chuang K.-Y. Exploring students learning attitude and achievement in flipped learning supported computer aided design curriculum: A study in high school engineering education // Computer Applications in Engineering Education, 2015. No. 4. P. 514-526.
38. Chen Y., Wang Y., Kinshuk & Chen N.S. Is FLIP enough? Or should we use the FLIPPED model instead? // Computers and Education, 2014. - No. 79. - P. 16-27.
39. Chetcuti S., Thomas H., Pafford B. Flipping the engineering classroom: lessons learned in the creation, production and implementation, 2014. Retrieved June, 7, 2017 from https:// www.asee.org/documents/sections/middle-atlantic/fall- 2013/7-Hans-Flipping-the-Engineering-Classroom.pdf/
40. Chiang Y., Wang C. Effects of the in-flipped classroom on the learning environment of database engineering // International Journal of Engineering Education. 2015. No. 2. P. 454-460.
41. Chohan I.R. Group Dynamics in Flipped and Social Learning Situations in Higher Education, 2016. Retrieved June, 6, 2017 from http://conference.pixel-online.net/FOE/files/ foe/ed0006/FP/2975-ITL1895-FP-FOE6.pdf/
42. Choi E. Applying inverted classroom to software engineering education // International Journal of E-Education, E-Business, E-Management and E-Learning. 2013. No. 2. P. 121-125
43. Clemens B.M., Nivargi C., Jan A., Lu Y., Schneider E., Manning J. Adventures with a flipped classroom and a materials science and engineering MOOC: «fools go where angels fear to tread» // Proceedings of Materials Research Society Symposium. 1583. Boston, MA, 2013.
44. Coventry University Staff Survey on Flipped Teaching Provision, 2016. Retrieved June, 6, 2017 from http://dmll.org.uk/ wp-content/uploads/2016/08/flipped-phase-1-staff-survey.pdf/
45. Davies R.S., Dean D.L., Ball N. Flipping the classroom and instructional technology integration in a college-level information systems spreadsheet course // Educational Technology Research and Development. 2013. No. 4. P. 563-580.
46. Definition of Flipped Learning [Текст], 2014, March 12. Retrieved June 19, 2017 from http://fln.schoolwires.net/ domain/46/
47. Drake L., Kayser M., Jacobowitz R. The Flipped Classroom. An Approach to Teaching and Learning // A 2020 VISION for public education in Ulster County. The Benjamin Center, SUNY New Paltz Ulster County School Boards Association, State University of New York, New Paltz, NY, 2016. Retrieved June, 6, 2017 from http://www.newpaltz.edu/media/ the-benjamin-center/P.Brief_2020Vision-Flipped%20 classroom.pdf/
48. Estes M., Ingram R., Liu J.C. A review of flipped classroom research, practice, and technologies // International HETL, 2014. Review, 4. Retrieved June, 7, 2017 from https://www.hetl.org/a-review-of-flipped-classroom-research-practiceand-technologies/
49. Everett J.W., Morgan J.K., Stanzione J.F., Mallouk K.E. A hybrid flipped first-year engineering course // Proceedings of 121st ASEE Annual Conference & Exposition, Indianapolis, 2014.
50. Flipped classroom // In Wikipedia, the free encyclopedia, 2017 (June 6). Retrieved June 19, 2017 from https://en.wikipedia. org/wiki/Flipped_classroom/
51. Folomkin A.I., Voronina М.V. Educational library for the automation of design calculations springs using SOLIDWORKS API // Man In India. 2017. No. 3. P. 443-451.
52. Furse C.M., Ziegenfuss D. & Bamberg S. Learning to teach in the flipped classroom // IEEE Antennas and Propagation Society, AP-S International Symposium (Digest), 2014. P. 910-911.
53. Gannod G.C., Burge J.E., Helmick M.T. Using the inverted classroom to teach software engineering // Proceedings of the 30th international conference on Software engineering. Leipzig, Germany, 2008. P. 777-786.
54. Hagen E.J., Fratta D. Hybrid learning in geological engineering: Why, how, and to what end? // Proceedings of Geo-Congress 2014 Technical Papers: Geocharacterization and modeling for sustainability, Atlanta, GA: ASCE, 2014. P. 3920-3929.
55. Hamdan N., McKnight P., McKnight K., Arfstrom K.M. A review of flipped learning, 2013. Retrieved June 6, 2017, from https://www.pearson.com/content/dam/one-dot-com/onedot- com/global/Files/efficacy-and-research/he/fl-1-LitReview_ 2014_FlippedLearning_vFinal_JK_WEB.pdf/
56. Herreid C.F., Schiller N.A. Case Studies and the Flipped Classroom // Journal of College Science Teaching, 2013. - No. 42 (5).
57. Ingram D., Wiley B., Miller C., Wyberg T.A. Study of the Flipped Math Classroom in the Elementary Grades // Center for Applied Research and Educational Improvement, Saint Paul, MN: University of Minnesota, College of Education and Human Development, 2014.
58. Ivala E., Thiart F., Gachago D. A lecturer’s perception of the adoption of the inverted classroom or flipped method of curriculum delivery in a hydrology course, in a resource poor university of technology // Proceedings of the 8th International Conference on E-Learning. Cape Town, South Africa: ACPI, 2013. P. 207-214.
59. Jungic V., Kaur H., Mulholland J., Xin C. On flipping the classroom in large first year calculus courses // International Journal of Mathematical Education in Science and Technology, 2015. No. 46. P. 1-8.
60. Kaleem F., Jacobson D.W., Khan F. Comparison of Traditional, Flipped, and Hybrid Teaching Methods in an Electrical Engineering Circuit Analysis Course // ASEE Annual Conference & Exposition, New Orleans, LA, 2016. P. 15.
61. Karabulut-Ilgu A., Cherrez N.J., Jahren Ch.T. A systematic review of research on the flipped learning method in engineering education // British Journal of Educational Technology (2017, February 20). Retrieved June 16, 2017, from http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/bjet.12548/pdf/
62. Kay R., Kletskin I. Evaluating the use of problem-based video podcasts to teach mathematics in higher education // Computers & Education. 2012. No. 59. P. 619-627.
63. Kerr B. The flipped classroom in engineering education: A survey of the research // Proceedings of 2015 International Conference on Interactive Collaborative Learning (ICL), Florence, Italy, 2015, September 20-24. Retrieved June 19, 2017, from http://www.weef2015.eu/Proceedings_WEEF2015/proceedings/papers/Contribution1252.pdf/
64. Kim M.K., Kim S.M., Khera O., Getman J. The experience of three flipped classrooms in an urban university: An exploration of design principles // Internet and Higher Education. 2014. No. 22. P. 37-50.
65. Kostka I., Lockwood R.B. What’s on the Internet for Flipping English Language Instruction? // The Electronic Journal for English as a Second Language, 2015, August. No. 2. Retrieved June 6, 2017, from http://www.tesl-ej.org/pdf/ej74/int.pdf/
66. Kwan L.Ch., Foon H.Kh. A critical review of flipped classroom challenges in K-12 education: Possible solutions and recommendations for future research // Research and Practice in Technology Enhanced Learning. 2017. No. 4. P. 1-22.
67. Lee A., Zhu H., Middleton J.A. Effectiveness of flipped classroom for mechanics of materials // ASEE Annual Conference and Exposition, 2016.
68. Love B., Hodge A., Grandgenett N., Swift A.W. Student learning and perceptions in a flipped linear algebra course // International Journal of Mathematical Education in Science and Technology, 2014. No. 45. P. 317-324.
69. Mason G.S., Shuman T.R., Cook K.E. Comparing the effectiveness of an inverted classroom to a traditional classroom in an upper-division engineering course // IEEE Transactions on Education, 2013. P. 430-435.
70. McClelland C.J. Flipping a large-enrollment fluid mechanics course - Is it effective? // ASEE Annual Conference and Exposition, Atlanta, GA, 2013.
71. McGivney-Burelle J., Primus X.F. Flipping Calculus, 2013. No. 5. P. 477-486.
72. McKittrick C., Ligon E. Flipping a Large Lecture Hall Class: Creating Scaffolded Interactive Learning Using Technology and CaseBased Group Activities in a 390-Seat Auditorium // Conference on Teaching Large Classes. The Inn at Virginia Tech and Skelton Conference Center Virginia Tech, Blacksburg, Virginia, 2015. P. 17-18.
73. Mendoza Diaz N.V. The Inverted Engineering Classroom: An Analysis of the Impact in a First Year Engineering Program // Proceedings of the 7th First Year Engineering Experience (FYEE) Conference, Roanoke, VA, 2015, August 3-4. P. M4C1-M4C3.
74. Mok H.N. Teaching tip: The flipped classroom // Journal of Information Systems Education, 2014. No. 25. P. 7-11.
75. Papadopoulos C., Santiago Roman A. Implementing an inverted classroom model in engineering statics: Initial results // Proceedings of the 117th ASEE Annual Conference & Exposition, Louisville, Kentucky, 2010.
76. Puarungroj W. Inverting a Computer Programming Class with the Flipped Classroom // The Twelfth International Conference on eLearning for Knowledge-Based Society, 11-12 December 2015, Thailand, 2016. P. 40.1-40.7.
77. Redekopp M.W., Ragusa G. Evaluating flipped classroom strategies and tools for computer engineering // ASEE Annual Conference & Exposition, Atlanta, GA, 2013.
78. Rockland R. Learning outside the classroom - Flipping an undergraduate circuits analysis course // Proceedings of the ASEE Annual Conference and Exposition, 2013.
79. Rodrigues D., Mouraz A. «Flipped classroom» as new challenge in higher education: a multi case study // Challenges in Higher Education, 2014. P. 207-220.
80. Rutherfoord R., Rutherfoord J. Flipping the classroom - Is it for you? // Proceedings of the 2013 ACM SIGITE Annual Conference on Information Technology Education, 2013.
81. Sahin M., Kurban K.H. The Flipped Approach to Higher Education: Designing Universities for Today's Knowledge Economies and Societies, 2016. P. 229. Retrieved June 6, 2017, from https://www.amazon.com/Flipped-Approach- Higher-Education-Universities/dp/1786357445/
82. Simenko Е.V., Voronina М.V. Constructive Methods of Forming Surfaces // International Journal of Applied Engineering Research. 2017. No. 6. P. 956-962.
83. Simpson W., Evans D., Eley R., Stiles M. Findings from the HEI “Flip” project: Application issues // International Journal of Continuing Engineering Education and Lifelong Learning, 2003. No. 5. P. 471-482.
84. Talbert R. Inverting the Linear Algebra classroom // PRIMUS: Problems, Resources, and Issues in Mathematics Undergraduate Studies, 2014. No. 24. P. 361-374.
85. Talbert R., Valley G. Learning MATLAB in the inverted classroom // ASEE Annual Conference & Exposition, San Antonio, TX, 2012.
86. Thomas J.S., Philpot T.A. An inverted teaching model for a mechanics of materials course // ASEE Annual Conference & Exposition, San Antonio, TX, 2012.
87. Touchton M. Flipping the Classroom and Student Performance in Advanced Statistics: Evidence from a Quasi-Experiment // Journal of Political Science Education, 2015. No. 1. P. 28-44.
88. Van Veen B. Flipping signal-processing instruction (SP education) // IEEE Signal Processing Journal, 2013. No. 6. P. 145-150.
89. Velegol S.B., Zappe S.E., Mahoney E. The Evolution of a flipped classroom: Evidence-based recommendations // Advances in Engineering Education, 2015. No. 3. P. 1-37.
90. Voronina M.V., Moroz O.N. A substantiation of foresight research of development strategy of descriptive geometry, engineering geometry and computer graphics departments on the basis of industrial 4.0 ideology // Man In India. 2017. No. 3. P. 375-389.
91. Voronina M.V., Muratbakeev Ed.Kh. History and modern interpretations of descriptive geometry in today's Russian engineering university // Man In India. 2017. No. 97. C. 1-15.
92. Voronina M.V., Tretyakova Z.O. The Experience of Teaching of Descriptive Geometry and Engineering Graphics in Russian language as a Foreign Language // International Journal of Environmental & Science Education. 2017. No. 1. P. 25-34.
93. Voronina M.V., Moroz O.N., Tretyakova Z.O., Folomkin A.I. Descriptive geometry in educational process of Technical University in Russia today // International Journal of Environmental & Science Education. 2016. No. 11 17. P. 10911-10922.
94. Voronina M.V., Moroz O.N., Sudarikov А.Е., Rakhimzhanova M.B., Muratbakeev E.Kh. Systematic review and results of the experiment of a flipped learning model for the courses of descriptive geometry, engineering and computer graphics, computer geometry // Eurasia Journal of Mathematics, Science and Technology Education. 2017. No. 8. P. 4831-4845.
95. Wilson S. The flipped class: A method to address the challenges of an undergraduate statistics course // Teaching of Psychology, 2013. No. 3. P. 193-199.
96. Yarbro J., Arfstrom K.M., McKnight K.K., McKnight P. Extension of a review of flipped learning, 2014, June. Retrieved June 6, 2017, from https://www.pearson.com/content/dam/ one-dot-com/one-dot-com/global/Files/efficacy-and-research/ he/fl-4-613_A023_FlippedLearning_2014_JUNE_ SinglePage_f.pdf/
97. Zengin I. Investigating the Use of the Khan Academy and Mathematics Software with a Flipped Classroom Approach in Mathematics Teaching // Educational Technology & Society, 2017. No. 2. P. 89-100.
