В мае 2018 года Президент РФ Владимир Путин подписал «майский указ», которым определяются национальные цели развития России на период до 2024 года. В этом документе среди семнадцати пунктов, выполнение которых осуществляется в целях «прорывного научно-технологического и социально-экономического развития Российской Федерации», значатся и целевые показатели, относящиеся к обеспечению глобальной конкурентоспособности российского образования, в том числе «модернизация профессионального образования посредством внедрения адаптивных, практико-ориентированных и гибких образовательных программ», нацеленных на так называемую опережающую подготовку кадров. Такая опережающая подготовка кадров необходима, в первую очередь, в области строительства для освоения новых российских территорий, которые в основном расположены на Арктике. Освоение и широкомасштабное развитие арктической зоны Российской Федерации в современных условиях является актуальнейшей задачей, что неоднократно подчеркивалось президентом и правительством нашей страны и нашло отражение в соответствующих федеральных программах [1-3]. Достаточно отметить тот факт, что 65% территории России находится в зоне многолетней мерзлоты. Географическое положение Арктической зоны, отличающееся экстремальными условиями нахождения людей в северных широтах, вызывает необходимость принимать во внимание особые требования, которые необходимо учитывать при проектировании строительных объектов. К ним, в частности, относятся: долгая холодная зима (с температурой наружного воздуха до -60 °С), короткое холодное лето (со средней дневной температурой +3 °С), длительная полярная ночь (4-5 месяцев), физические воздействия внешней среды (затяжные ветра с абразивным воздействием снежной крошки), высокие снеговые нагрузки и снегоперенос, повышенные требования к комфортным условиям пребывания людей, энергетические ограничения и необходимость полной автономии, максимальная безопасность зданий, устойчивость и долговечность конструкций, «зеленое» строительство.
Правильный учет перечисленных требований предопределяет необходимость наличия у студентов - будущих строителей специальных комплексных знаний (междисциплинарных). Такие знания они могут получить в объеме специального курса, содержание которого должно учитывать реализацию всех вышеперечисленных условий.
Целью исследования является обоснование и выбор задач спецкурса, тематики его разделов, нацеленных на реализацию правительственной программы эффективного использования территорий с суровым арктическим климатом.
Материалы и методы исследования. Очевидно, что механический перенос существующих методологий преподавания строительных дисциплин, традиционных решений проектирования, строительства и эксплуатации для уникальных северных условий малоэффективен и не применим [4; 5]. Необходимы специальные методологические алгоритмы, представляющие собой систему принципиально новых подходов к освоению вышеназванного курса, основанных на интегральном, творческом применении студентом ранее полученных знаний по таким дисциплинам, как «Архитектура», «Строительные конструкции», «Теплотехника», «Экология», «Технология строительного производства», «Безопасность жизнедеятельности», «Механика грунтов», «Основания и фундаменты» и т.п. Таким образом, нужны педагогические технологии, ориентированные на интеграцию дисциплин и результативность каждой стадии образовательного процесса, обеспечивающие эффективное освоение специальных дисциплин, учитывающих географические и суровые климатические условия строительства. Методика преподавания спецкурса должна базироваться как на учёте междисциплинарной интеграции при чтении лекций и проведении практических занятий, так и на практико-ориентированном подходе при выполнении курсового проекта.
Результаты исследования и их обсуждение. Для полноценного получения студентами строительных специальностей специальных знаний для разработки объемно-планировочных и конструктивных решений зданий и сооружений, расположенных в суровых климатических условиях арктической зоны, в Оренбургском государственном университете на кафедре строительных конструкций для магистрантов был разработан практико-ориентированный спецкурс «Проектирование строительных объектов в арктических условиях». Спецкурс включает лекции и практические задания в объеме 3 кр. ед. Заключительным этапом изучения спецкурса является защита курсового проекта по выбранной тематике.
Целью освоения спецкурса «Проектирование строительных объектов в арктических условиях» является:
- формирование у студентов полного и ясного представления о классификационных признаках зданий и сооружений, архитектурных форм в условиях, методах расчета конструкций зданий и сооружений; навыков по применению и проектированию несущих систем зданий и сооружений;
- готовность к применению полученных знаний в проектной и научной деятельности.
Задачи спецкурса:
- научить студента проектировать с учетом особенностей Арктической зоны на основе информационных технологий, определять характер внешних силовых воздействий на конструкции, выработать навыки расчета строительных конструкций с использованием расчетно-вычислительных комплексов;
- сформировать знания о закономерностях работы строительных конструкций в зависимости от их назначения и нагрузок; об основных математических моделях по расчету конструктивных элементов зданий и сооружений и программных комплексах; целесообразности форм в зависимости от функционального назначения и на основании технико-экономических показателей.
Процесс формирования человеческого знания достаточно трудоемок и длителен во времени, требует целенаправленного регулирования и управления. Этот процесс в большинстве случаев инерционен, подвержен влиянию многих факторов и включает в себя ряд этапов. В этой связи исследователи справедливо отмечают наступление новой эпохи: «Проходит эпоха человека здравомыслящего, рационального, приходит эпоха человека повседневно мыслящего как ученый исследователь, творящего как художник» [6, с. 263].
В рамках концепции проектного образования необходимо обозначить его основополагающие подходы, принципы отбора содержания и организации процесса образования. Это фундаментальные работы по: теории деятельности (Л.С. Выготский, В.В. Давыдов, А.Н. Леонтьев, Б.Ф. Ломов, С.Л. Рубинштейн, Г.И. Щукина); по теории развития личности в учебно-познавательной деятельности (В.Г. Ананьев, В.И. Андреев, Д.Б. Богоявленская, И.Я. Лернер, В.Г. Рындак); по теории творческой деятельности (В.И. Андреев, И.П. Волков, C.О. Граузенберг, Л.И. Новикова, Я.А. Пономарев, В.А. Сухомлинский, А.П. Тряпицына); по специфике профессионального образования (С.И. Архангельский, С.Я. Батышев, В.П. Беспалько, Э.Ф. Зеер). Теоретическим и методическим основам проектной деятельности посвящены труды В.Р. Аронова, Дж.К. Джонса, Я. Дитриха, М.С. Когана и ряда других авторов. Авторы этих работ схожи во мнении, что преобразующая деятельность человека, соизмеримая с глобальными и природными процессами, делает более актуальной необходимость воспитания молодого поколения, умеющего прогнозировать и предупреждать последствия этой деятельности. Они рассматривают техническое творчество инженеров как взаимосвязь составляющих его компонентов: проектирование, изобретательство, конструирование, дизайн.
Основным методологическим аспектом спецкурса «Проектирование строительных объектов в арктических условиях» является его внутренне содержание, которое органически и интегрально должно базироваться на реализации системы базовых алгоритмов, позволяющих разрабатывать жилые здания и другие строительные объекты инфраструктуры с учетом климатических и географических условий Арктики. В эту систему входят архитектурные алгоритмы, алгоритмы экологической безопасности и повышенной комфортности среды пребывания людей, конструктивные алгоритмы и принципы энергоэффективности.
Реализация архитектурных алгоритмов при проведении лекционных и практических занятий должна основываться на обтекаемости формы и аэродинамических характеристиках, на выразительности и привлекательности в условиях монотонной окружающей среды, а также на повышенной комфортности пребывания для людей. Такой подход предопределяет необходимость уделить особое внимание архитектурному проектированию зданий в виде куполов, двояковыпуклых линз, сфер или конусов, образованных вращением треугольника Рёло. Кроме этого, для предотвращения эффекта размерзания грунтов и снегозаносов здания необходимо располагать на сквозных конструкциях фундаментов с их отрывом от земли на высоту до четырех-пяти метров. Минимизация нахождения человека на холоде может быть обеспечена при помощи объединения отдельных зданий в комплексы при помощи переходов со светопрозрачными полимерными покрытиями или жесткими пространственными переходами. Примером практической реализации этих положений, синтезированных с такими направлениями в архитектуре, как параметризм, бионическая архитектура, био-тек, может служить построенный Арктический трилистник военной базы РФ на острове Земля Александры (рисунок) в архипелаге Земля Франца-Иосифа [7].
Это яркий пример удачной реализации изложенных выше архитектурных алгоритмов для учета атмосферных и географических особенностей сурового арктического региона. Он может быть использован преподавателями как базовый пример для разработки тематики курсового проектирования, в объеме которого рекомендуется выполнять проекты жилых комплексов, производственных объектов, в том числе с учетом потребностей МО, МЧС, ФПС в специальных объектах.
Анализ производственных отношений и структуры образовательной подготовки студентов строительного направления свидетельствует о том, что приоритетным направлением профессионального развития инженера является усвоение умений осуществления этапов проектной деятельности.
Арктический трилистник - военная база РФ на острове Земля Александры в архипелаге Земля Франца-Иосифа
Об этом свидетельствует интерес ученых к таким профессиональным умениям специалистов инженерно-строительных специальностей, как способность формировать образ будущего объекта, прогнозировать структуру и содержание будущего объекта, последовательно реализовывать процесс создания прототипа, прообраза будущего объекта.
В этой связи в спецкурсе предусмотрена лекция «Особенность формирования архитектурных форм и принципов проектирования зданий и сооружений в северных широтах» и практическая работа в группе над проектом по выбору, формированию (представление эскизов, чертежей и т.п.) и обоснованию целесообразности проектируемой архитектурной формы (обтекаемость формы, энерго- и аэродинамические характеристики, выразительность и привлекательность в условиях монотонной окружающей среды, повышенная комфортность пребывания для людей, ёмкость пространственной формы, компактность). В следующей лекции преподаватель во взаимодействии с группой вырабатывает стратегию по ориентации выбранной архитектурной формы по господствующему направлению ветра (непроницаемость ограждений, обтекаемость поверхностей зданий и защита жилой территории от проникновения ветра и снегозаносов) и потоку солнечной радиации (восприятие потока солнечной радиации, отражение и фокусировка его на защищенных от ветра участках) на жилой территории.
Феномен проектного образования всегда соотносился «с формированием личности на основе того или иного проекта» [8]. В процессе реального проектирования у студента происходит формирование «готовности к свободному и ответственному выбору через проблематизацию своей позиции по отношению к миру и самому себе», что может быть достигнуто посредством «проектирования самим субъектом своего образования» [9]. Для активизации этого процесса в спецкурсе предусмотрены часы для самостоятельного исследования и реализации творческого проекта по выбранной тематике. В методологическом плане это является чрезвычайно перспективным направлением по формированию проектных знаний в личностной проектной среде, расширению и углублению освоенных в ходе аудиторных занятий профессиональных компетенций, приобретению опыта в разрешении технических противоречий и опыта работы в прикладных программных комплексах. Согласно «теории возможностей» Дж. Гибсона, чем больше и полнее личность использует возможности проектной среды, тем более успешно происходит ее свободное и активное саморазвитие: «человек одновременно является продуктом и творцом своей среды, которая даёт ему физическую основу для жизни и делает возможным интеллектуальное, моральное, общественное и духовное развитие» [10]. Самостоятельная деятельность проектанта направлена на определение средств, приемов и способов достижения результата, а не сам результат или его характер. Объектом проектирования становится проблемная ситуация, с точки зрения ее решения посредством выделенных в процессе проектирования способов и средств её разрешения. Разработка проекта должна включать следующие этапы: информационное наполнение предметной области проекта; создание композиционной идеи проекта; разработка нескольких компьютерных вариантов проекта (эскизирование); этап моделирования и обоснованного выбора основного варианта проекта, численное и технико-экономическое обоснование; выбор программного комплекса для реализации проекта; презентация проекта.
В этой связи проект как «комплексно-системная модель действий», направленных на достижение «оригинальной цели» [11, с. 21], отличается своеобразной уникальностью (проектной единственностью) созидаемого «продукта», который, даже при условии возможного наличия «прототипов» и «аналогов», обладает вместе с тем «какими-то только ему присущими особенностями» [12, с. 301].
Заключение. В современных условиях развития Российской Федерации, в том числе ее Арктической зоны, особое значение приобретает актуальность и целесообразность вовлечения студентов в процесс реального проектирования в рамках специального курса. Построенный таким образом учебный процесс носит открытый, познавательный характер, фундаментальное теоретическое междисциплинарное знание в сочетании с освоением современных программных комплексов и интеграцией интеллектуальных, коммуникативных и креативных умений, обеспечивает активность студентов и даёт возможность самореализации. Создание проектной среды по освоению северных территорий является перспективной задачей человечества на ближайшее будущее, ради достижения которой необходимо создание новых адаптивных, практико-ориентированных и гибких образовательных программ. Реализация концепции проектного обучения на основе информационных технологий в специальном курсе «Проектирование строительных объектов в арктических условиях» будет способствовать выпуску высококвалифицированных, разносторонне образованных и мобильных специалистов, чья будущая профессиональная деятельность связана с проектированием.