ПРОСТОРОВЕ МИСЛЕННЯ МАЙБУТНІХ ІНЖЕНЕРІВ У ЦИФРОВУ ЕПОХУ: ТРАНСФОРМАЦІЯ ФУНКЦІЙ ТА РОЛЬ ГЕОМЕТРИЧНОЇ ПІДГОТОВКИ

Автор(и)

  • Олена Колосова Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Україна https://orcid.org/0000-0001-7795-6412

DOI:

https://doi.org/10.32347/0131-579X.2026.110.113-127

Ключові слова:

інженерне моделювання, інтерпретація результатів моделювання, когнітивні ризики, інженерна освіта, CAD-системи, штучний інтелект у проєктуванні, генеративне проєктування, геометрична підготовка, STEM-дисципліни, просторове мислення, інженерне мислення

Анотація

У статті проаналізовано зміни у структурі та функціональній ролі інженерного мислення в умовах цифровізації проєктування та впровадження технологій штучного інтелекту. Показано, що сучасний етап розвитку інженерної діяльності характеризується переходом від безпосереднього формування геометричної моделі до роботи з результатами, згенерованими інтелектуальними системами. Це зумовлює зміну когнітивних підходів, що лежать в основі професійної діяльності інженера, та потребує переосмислення ролі просторового мислення.

На основі аналізу сучасних досліджень та практик інженерного проєктування обґрунтовано еволюцію когнітивних підходів: від мислення формою, характерного для традиційної інженерної графіки, через мислення операціями, притаманне CAD-системам, до мислення оцінюванням і вибором рішень, згенерованих засобами штучного інтелекту. Встановлено, що у цих умовах просторове мислення змінює свою функціональну роль: від інструмента створення форми воно трансформується у засіб аналізу, інтерпретації, верифікації та прогнозування результатів моделювання.

Виявлено основні когнітивні ризики, пов’язані з використанням інтелектуальних систем у проєктуванні, зокрема зниження глибини інженерного аналізу, формування некритичної довіри до результатів генерації, ілюзію розуміння геометричної форми та обмеження самостійності мислення. Показано, що ці ризики пов’язані з розривом між процесом формування рішення та його осмисленням і можуть негативно впливати на якість інженерної підготовки.

Обґрунтовано, що геометрична підготовка є ключовим чинником формування здатності до аналізу та інтерпретації результатів генеративного проєктування. Вона забезпечує розвиток когнітивних механізмів, необхідних для встановлення причинно-наслідкових зв’язків між параметрами моделі та її геометричною реалізацією, а також для критичної оцінки отриманих рішень. Доведено, що інтеграція геометричної підготовки з сучасними цифровими технологіями є необхідною умовою формування сучасного типу інженерного мислення.

Отримані результати можуть бути використані для вдосконалення змісту інженерної освіти та розроблення нових методичних підходів до розвитку просторового мислення здобувачів вищої освіти.

 

Біографія автора

Олена Колосова, Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського»

к. т. н., доцент

Посилання

Література

Sorby, S. A. (2000). Spatial abilities and their relationship to effective learning of 3-D modeling software. Engineering Design Graphics Journal, 64(3), 30-35.

Uttal D. H., Meadow N. G., Tipton E. et al. The malleability of spatial skills: A Meta-Analysis of Training Studies / Psychological Bulletin. 2012. Vol. 139(2). P. 352–402. DOI: 10.1037/a0028446

Wai J., Lubinski D., Benbow C. P. Spatial ability for STEM domains: : Aligning Over 50 Years of Cumulative Psychological Knowledge Solidifies Its Importance / Journal of Educational Psychology. 2009. Vol. 101. P. 817–835. DOI: 10.1037/a0016127

Hegarty M. Components of spatial intelligence / Psychology of Learning and Motivation. 2010. Vol. 62. P. 265–297. DOI: 10.1016/S0079-7421(10)52007-3

Ванін В. В., Вірченко Г. А., Яблонський П. М. Теоретичні основи структурно-параметричного геометричного моделювання виробів машино-будування: монографія. Київ: КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2022. 223 с. https://lnk.ua/U1ipZ8jgv

Ванін В.В., Вірченко Г.А., Яблонський П.О. До питання узагальнення структурно-параметричного формоутворення технічних об’єктів / Прикладна геометрія та інженерна графіка. 2020. Вип. 99. С. 56–64. https://doi.org/10.32347/0131-579x.2020.99.56-64

Баскова Г. В., Колосова О. П., Міхлевська Н. В. Проблеми та шляхи реалізації дистанційного вивчення теми «Ескізи і робочі кресленики деталей»: методичні підходи та виклики інженерної графіки / Сучасні проблеми моделювання. 2025. Вип. 27. С. 1224. https://doi.org/10.33842/2313-125X-2025-19-12-24

Ботвіновська С.І., Ніколаєнко Т.П., Куновська А., Болботенко В. Використання сучасних педагогічних технологій в курсі проєктивної графіки для студентів спеціальності «Образотворче мистецтво» / Прикладна геометрія та інженерна графіка. Київ : КНЦБА, 2020. Вип. 99. С. 28–42. https://doi.org/10.32347/0131-579x.2020.99.28-42

Ботвіновська С.І., Ніколаєнко Т.П., Григорчук В.І., Бондаренко Р.С. Вдосконалення графічної підготовки студентів-першокурсників дизайнерських спеціальностей / Прикладна геометрія та інженерна графіка. Київ. КНУБА, 2020. Вип. 97. С. 3–15. doi.org/10.32347/0131-579x.2020.97.3-15. http://ageg.knuba.edu.ua/article/view/195056/pdf_2.

Chester I. Teaching for CAD expertise / International Journal of Technology and Design Education. 2007. Vol. 17. P. 23–35. https://eric.ed.gov/?id=EJ813279

Strong S., Smith R. Spatial visualization: Fundamentals and trends / Journal of Engineering Education. 2001. Vol. 18(1). P. 343–348.

Branoff T. J. The Effects of Adding Coordinate Axes to a Mental Rotations Task in Measuring Spatial Visualization Ability in Introductory Undergraduate Technical Graphics Course / Engineering Design Graphics Journal. 1998. Volume 62, Issue 2. P. 16–34.

Panther G., Duffy G., Sorby S., Soni D. Analyzing the relationship between spatial skills… / Australasian Journal of Engineering Education. 2026. DOI: https://doi.org/10.1080/22054952.2026.2626163

Xiao Z. et al. Cubicle: An adaptive educational gaming platform… / Proc. IUI ’18. 2018. P. 91–101. DOI: https://doi.org/10.1145/3172944.3172954

Radianti J., Majchrzak T. A., Fromm J., Wohlgenannt I. A systematic review of immersive VR / Computers & Education. 2020. Vol. 147. Vol. 147. DOI: 10.1016/j.compedu.2019.103778

Makransky G., Petersen G. Immersive VR and learning / Educational Psychology Review. 2019. 113(4):719-735DOI: 10.1037/edu0000473

Prince M., Felder R. Inductive teaching and learning methods / Journal of Engineering Education. 2006. Vol. 95. Pp.123-137. DOI: 10.1002/j.2168-9830.2006.tb00884.x

O’Connor S., Power J., Blom N., Tanner D. Engineering students’ perceptions of PBL / Australasian Journal of Engineering Education. 2025. DOI: https://doi.org/10.1080/22054952.2025.2493419

Hmelo-Silver C. Problem-based learning. What and How Do Students Learn? / Educational Psychology Review. 2004. Vol, 6(3). Pp. 235-266. DOI: 10.1023/B:EDPR.0000034022.16470.f3

Shea K., Aish R., Gourtovaia M. Towards integrated performance-driven generative design / Automation in Construction. 2005.

Autodesk. Generative design in engineering (white papers). 2020.

Dellermann D. et al. AI-based systems in engineering design / Business & Information Systems Engineering. 2019, Vol, 61(5). Pp.637–643

https://doi.org/10.1007/s12599-019-00595-2

References

Sorby, S. A. (2000). Spatial abilities and their relationship to effective learning of 3-D modeling software. Engineering Design Graphics Journal, 64(3), 30-35.

Uttal D. H., Meadow N. G., Tipton E. et al. The malleability of spatial skills: A Meta-Analysis of Training Studies / Psychological Bulletin. 2012. Vol. 139(2). P. 352–402. DOI: 10.1037/a0028446

Wai J., Lubinski D., Benbow C. P. Spatial ability for STEM domains: : Aligning Over 50 Years of Cumulative Psychological Knowledge Solidifies Its Importance / Journal of Educational Psychology. 2009. Vol. 101. P. 817–835. DOI: 10.1037/a0016127

Hegarty M. Components of spatial intelligence / Psychology of Learning and Motivation. 2010. Vol. 62. P. 265–297. DOI: 10.1016/S0079-7421(10)52007-3

Vanin, V. V., Virchenko, H. A. (2010). Structural-parametric geometric modeling. Geometric and Computer Modeling, Issue 23, 42–48. {in Ukrainian}

Vanin, V. V., Virchenko, H. A., Yablonskyi, P. O. (2020). On the generalization of structural-parametric shape formation of technical objects. Applied Geometry and Engineering Graphics, Issue 99, 56–64. {in Ukrainian}

Baskova, H. V., Kolosova, O. P., Mikhlevska, N. V. (2025). Problems and ways of implementing distance learning of the topic “Sketches and working drawings of parts”: methodological approaches and challenges of engineering graphics. Modern Problems of Modeling, Issue 27, 12–24. https://doi.org/10.33842/2313-125X-2025-19-12-24 {in Ukrainian}.

Botvinovska, S. I., Nikolaenko, T. P., Kunovska, A., & Bolbotenko, V. (2020). Vykorystannia suchasnykh pedahohichnykh tekhnolohii v kursi proektyvnoi hrafiky dlia studentiv spetsialnosti "Obrazotvorche mystetstvo" [Using modern pedagogical technologies in the course of projective graphics for students of the specialty "Fine Arts"]. Prikladnaia Geometryia i Inzhenernaia Grafika [Applied Geometry and Engineering Graphics], (99), 28–42. https://doi.org/10.32347/0131-579x.2020.99.28-42

Botvinovska, S. I., Nikolaenko, T. P., Hryhorchuk, V. I., & Bondarenko, R. S. (2020). Vdoskonalennia hrafichnoi pidhotovky studentiv-pershokursnykiv dyzainerskykh spetsialnostei [Improving the graphic training of first-year students of design specialties]. Prikladnaia Geometryia i Inzhenernaia Grafika [Applied Geometry and Engineering Graphics], (97), 3–15. https://doi.org/10.32347/0131-579x.2020.97.3-15

Chester I. Teaching for CAD expertise / International Journal of Technology and Design Education. 2007. Vol. 17. P. 23–35. https://eric.ed.gov/?id=EJ813279

Strong S., Smith R. Spatial visualization: Fundamentals and trends / Journal of Engineering Education. 2001. Vol. 18(1). P. 343–348.

Branoff T. J. The Effects of Adding Coordinate Axes to a Mental Rotations Task in Measuring Spatial Visualization Ability in Introductory Undergraduate Technical Graphics Course / Engineering Design Graphics Journal. 1998. Volume 62, Issue 2. P. 16–34.

Panther G., Duffy G., Sorby S., Soni D. Analyzing the relationship between spatial skills… / Australasian Journal of Engineering Education. 2026. DOI: https://doi.org/10.1080/22054952.2026.2626163

Xiao Z. et al. Cubicle: An adaptive educational gaming platform… / Proc. IUI ’18. 2018. P. 91–101. DOI: https://doi.org/10.1145/3172944.3172954

Radianti J., Majchrzak T. A., Fromm J., Wohlgenannt I. A systematic review of immersive VR / Computers & Education. 2020. Vol. 147. DOI: 10.1016/j.compedu.2019.103778

Makransky G., Petersen G. Immersive VR and learning / Educational Psychology Review. 2019. 113(4):719-735DOI: 10.1037/edu0000473

Prince M., Felder R. Inductive teaching and learning methods / Journal of Engineering Education. 2006. Vol. 95. Pp.123-137. DOI: 10.1002/j.2168-9830.2006.tb00884.x

O’Connor S., Power J., Blom N., Tanner D. Engineering students’ perceptions of PBL / Australasian Journal of Engineering Education. 2025. DOI: https://doi.org/10.1080/22054952.2025.2493419

Hmelo-Silver C. Problem-based learning. What and How Do Students Learn? / Educational Psychology Review. 2004. Vol, 6(3). Pp. 235-266. DOI: 10.1023/B:EDPR.0000034022.16470.f3

Shea K., Aish R., Gourtovaia M. Towards integrated performance-driven generative design / Automation in Construction. 2005.

Autodesk. Generative design in engineering (white papers). 2020.

Dellermann D. et al. AI-based systems in engineering design / Business & Information Systems Engineering. 61(5):637–643 (2019)

https://doi.org/10.1007/s12599-019-00595-2

##submission.downloads##

Опубліковано

2026-06-05