Текст книги "Переосмысление инженерного образования. Подход CDIO"

Переосмысление инженерного образования. Подход CDIO

© Перевод на русский язык. Издательский дом Высшей школы экономики, 2015

* * *

Примечание автора

Когда в 2007 г. вышло в свет первое издание книги «Переосмысление инженерного образования: подход CDIO», Чарльз М. Вест уже покинул пост президента Массачусетского технологического института, который он занимал на протяжении 14 лет. В последние годы жизни он являлся также президентом Национальной инженерной академии США. Президент Ч. Вест умер 12 декабря 2013 г. С его уходом инженерное сообщество и инженерное образование потеряли истинного вдохновителя и лидера. Мы публикуем его предисловие без изменений, поскольку изложенные в нем мысли не утратили своей актуальности и значимости до сегодняшнего дня.

Подготовка инженеров после 2020 года

Моя карьера развивалась в XX веке – эпохе физики, электроники, высокоскоростной коммуникации и транспорта. Всем нам (и в первую очередь нашим студентам) посчастливилось дожить до вступления в XXI век – эпоху, в которой основную роль, очевидно, будут играть биология и информация.

В связи с переменами, которым мы являемся свидетелями, пришло время переосмыслить и инженерное образование. Оглядываясь на более чем 35-летний опыт работы преподавателем инженерного вуза, я понимаю, что многие вещи претерпели кардинальные изменения, а некоторые нисколько не изменились. За последние 35 лет мы столкнулись с необходимостью сделать обучение на первом курсе более захватывающим, обратиться к реальной инженерной практике и привнести в инженерную профессию богатство и разнообразие человеческой деятельности. Современные студенты должны уметь совмещать естественные и информационные науки на нано-, микро– и макроуровнях, владеть профессиональной этикой и ощущать социальную ответственность, быть творческими личностями и новаторами, иметь развитые навыки устного и письменного общения. Студенты должны быть готовы стать гражданами мира и понимать, какой вклад могут внести инженеры в развитие общества. Они должны понимать принципы развития бизнеса, быть экспертами в области разработки и производства продукции, знать, как планировать, проектировать, производить и применять сложные инженерные системы. Они должны вести профессиональную деятельность, применяя принципы устойчивого развития, и быть готовы жить и работать в глобальном мире. Трудная задача… возможно, даже невыполнимая.

Но так ли это на самом деле? В стенах Массачусетского технологического института и других вузов я встречаю студентов, способных выполнить все перечисленные требования, и даже больше. Значит, мы должны стремиться к большему. Вопрос лишь в том, каким образом мы сможем включить все обозначенные аспекты в образовательную программу? Что из имеющегося опыта должно быть сохранено, а что необходимо изменить?

Задумываясь о предстоящих переменах, важно помнить, что некоторые вещи остаются неизменны. Так, например, студентами по-прежнему движут страсть, любопытство, чувство сопричастности и мечты. И хотя мы не можем точно знать, чему их следует учить, мы можем обратить внимание на условия и контекст образования, а также на идеи, стимулы и реальные проекты, с которыми могут столкнуться выпускники вузов.

Другой неизменный фактор – потребность студентов в приобретении прочной научной основы, базовых инженерных знаний и аналитических навыков. С моей точки зрения, глубокие фундаментальные знания по-прежнему остаются наиболее важным преимуществом подготовки инженеров в университете. Наше представление об инженерных принципах было сформировано под воздействием так называемой научно-технической революции. Она зародилась во многом благодаря преподавателям Массачусетского технологического института, которые, используя опыт создания радиолокационных систем во время Второй мировой войны, разработали принципиально новый подход к инженерной профессии и инженерному образованию. Огромным достоянием этой эпохи стал новый мир инженерного образования, созданный при участии многих университетов. Он был построен на прочной научной основе вместо традиционного феноменологического подхода, изучения графиков и инструкций, выполнения лабораторных практикумов. Создатели новой концепции инженерного образования не стремились лишать инженерную деятельность присущего ей азарта, запрещать студентам проектировать и строить, работать в команде и следовать законам этики. Однако что-то было утеряно на новом пути. Сейчас нам предстоит переосмыслить инженерное образование и найти баланс.

Возможно, я слишком старомоден, но я по-прежнему убежден, что мастерски спланированные и прочитанные лекции – превосходный метод обучения. Они все еще необходимы. Тем не менее даже мне приходится признать правоту любимого изречения моего друга, лауреата Нобелевской премии по физике 1969 г. Мюррея Гелл-Манна: «Нам нужно уходить от мудреца на сцене к гиду, стоящему в стороне». Студийное обучение, командные проекты, решение задач, проведение экспериментов и исследований должны стать неотъемлемыми элементами инженерного образования.

Философия подхода CDIO подхватила эти главные особенности современного инженерного образования – увлеченность инженерной деятельностью, глубокое усвоение базовых навыков и понимание вклада инженеров в развитие общества. Подход CDIO позволяет разжечь в наших студентах страсть к профессии.

Я советую вам познакомиться с этим комплексным подходом и задуматься о том, как он может повлиять на подготовку специалистов по инженерным программам в вашем вузе.

Чарльз М. Вест,

президент Национальной

инженерной академии США

Предисловие ко второму изданию

После выхода в свет первого издания книги «Переосмысление инженерного образования: подход CDIO» количество университетов, применивших подход CDIO хотя бы к одной инженерной программе и присоединившихся к инициативе CDIO, увеличилось в 4 раза. Хотя базовые принципы, положенные в основу подхода, не изменились, в настоящее время область его применения значительно расширилась и включает, например, химическую технологию, биоинженерию, горную промышленность. В последнее время общие принципы подхода CDIO также применяются к программам по менеджменту и к другим областям профессиональной подготовки.

Основные документы подхода были пересмотрены. В перечень результатов обучения CDIO Syllabus 2.0 были добавлены два раздела, касающиеся лидерства и предпринимательства. Таким аспектам, как этика, социальная ответственность и устойчивое развитие было уделено большее внимание по сравнению с предыдущей версией перечня, где они не выделялись как отдельные пункты. В стандартах CDIO 2.0 появились рубрики для самооценки. Общая структура глав книги по-прежнему соответствует стандартам CDIO. По сравнению с первым изданием были пересмотрены главы, посвященные вопросам применения подхода, истории и перспективам инженерной деятельности.

В главе 1 подход CDIO представлен как направление комплексного реформирования инженерного образования во всем мире. Здесь описаны ключевые особенности подхода: понимание важности обучения в контексте инженерной практики, определение планируемых результатов обучения студентов, разработка учебного плана и применение методик обучения, в которых дисциплинарные знания интегрируются с универсальными, а также профессиональными навыками и личностными качествами. Особенность подхода – проведение исследовательски-ориентированных мероприятий, которые в значительной степени повышают качество высшего инженерного образования. Таким образом, глава 1 представляет собой сводный аналитический обзор, предваряющий изложение последующего материала книги. Во втором издании произошло два изменения. Во‑первых, в главу 1 из главы 2 был перенесен раздел «Необходимость перемен», чтобы усилить обоснование необходимости нового подхода к инженерному образованию (подхода CDIO) и подчеркнуть актуальность книги. Во‑вторых, было дано определение термину «инициатива CDIO». Теперь он используется исключительно для обозначения сообщества, состоящего из более чем 100 университетов, которые сотрудничают в вопросах применения подхода CDIO к инженерным программам. Впервые инициатива CDIO упоминается в главе 8 раздела, посвященного описанию ресурсов, разработанных в целях оказания поддержки применению подхода CDIO.

В первом издании книги глава 2 касалась основных отличительных характеристик подхода CDIO, начиная от описания основной задачи и заканчивая целями, видением проблемы и педагогическими принципами подхода. В этой же главе представлены основные положения перечня результатов обучения CDIO и стандартов CDIO, а также способов адаптации и применения подхода, подробно описанные в последующих главах. Название главы «Обзор» изменилось на «Подход CDIO», чтобы подчеркнуть степень детализации описания. Кроме того, был пересмотрен раздел «Требования к реформированию инженерного образования». Обновленный раздел призван объяснить основополагающий принцип подхода CDIO, который заключается в применении модели «планирование – проектирование – производство – применение» как контекста инженерного образования. Наконец, в этой главе подробно рассмотрены пять новых контекстных факторов, которые оказали очевидное влияние на развитие подхода CDIO с момента выхода первого издания: устойчивое развитие, глобализация, инновации, лидерство и предпринимательство.

В главе 3 мы подробнее останавливаемся на истории создания и содержании CDIO Syllabus, т. е. системы знаний, навыков и личностных качеств, необходимых современным инженерам и лежащих в основе реформы инженерных образовательных программ. Здесь объясняется необходимость формулирования результатов обучения в терминах личностных и межличностных компетенций, навыков создания объектов, процессов и систем, дисциплинарных знаний. В главе 3 произошло три основных изменения. Во‑первых, CDIO Syllabus был обновлен и расширен до версии 2.0. Во‑вторых, глава была дополнена обсуждением способов включения в CDIO Syllabus 2.0 пяти новых факторов, речь о которых шла в главе 2. В‑третьих, был пересмотрен последний раздел главы в целях описания процедуры определения уровня сформированности навыков и уточнения формулировок результатов обучения на основе CDIO Syllabus. Примеры анкетирования заинтересованных сторон, вошедшие в первое издание, сохранены, но подверглись значительным сокращениям. Наш коллега Перри Дж. Армстронг, профессор Королевского университета Белфаста, участвовавший в написании главы 3, к сожалению, скончался после выхода первого издания книги. Однако мы сохранили его имя в числе авторов из благодарности за огромный вклад, который он внес, работая над главой. Мы также благодарны профессору Ливерпульского университета Питеру Дж. Гудхью за обновление примера 3.1. Соответствие CDIO Syllabus стандартам UK-SPEC.

В главе 4 обосновывается учебный план, в котором интегрированы инженерные навыки и дисциплинарные знания. Кроме этого, здесь предлагается технология проектирования учебного плана на основе анализа существующей программы и условий ее реализации с применением методов проектирования и внедрения интегрированного учебного плана. На дополнительном рисунке в примере 4.1 представлены компоненты интегрированного учебного плана и сделан акцент на важности интеграции и поступательного движения в процессе обучения. Новый пример, подготовленный нашими коллегами из Сингапурского политехнического института (пример 4.3), демонстрирует интегрированный учебный план, охватывающий все программы вуза. Для большей ясности многие количественные данные были уточнены.

Цели главы 5 переформулированы. Глава дополнена разделом, посвященным описанию проектно-внедренческой деятельности и соответствующих педагогических моделей. Вся глава была пересмотрена с позиции знаний и опыта, приобретенных с 2007 г. до настоящего времени. Мы также попытались обобщить свои идеи и убрать ссылки на конкретные программы в области машиностроения и аэрокосмической отрасли, кроме тех случаев, когда это необходимо. В новом разделе более четко проведены аналогии проектно-внедренческой деятельности с существующими педагогическими моделями проблемно-ориентированного и проектно-организованного обучения. Общий акцент сделан на постоянное повышение комплексности результатов обучения и формирование инженерных навыков и компетенций в процессе выполнения нескольких последовательных проектов, предусматривающих приобретение опыта проектно-внедренческой деятельности. С целью устранения неясностей некоторые примеры даны в сокращенном варианте или опущены. В частности, пример 5.1. Модель управления проектами в Университете Линчёпинга исключен, так как он ранее описывался в главе 4. Раздел, посвященный рабочему пространству, стал более ориентирован на функции и обучение, при этом меньше внимания уделяется описанию организационных вопросов и используемого оборудования.

Основная цель главы 6 – описание процесса реализации интегрированного обучения на уровне отдельных дисциплин в контексте ожиданий студентов. Здесь предлагается модель конструктивного соответствия, приводятся примеры активного и практико-ориентированного обучения. Наконец, в этой главе описываются способы реализации учебных мероприятий, обладающих большим стимулирующим потенциалом, способных повысить привлекательность инженерного образования. Термин «личностные, межличностные компетенции и навыки создания объектов, процессов и систем» замещен понятием «профессиональные навыки», кроме случаев, когда он встречается в стандартах 7 и 8 CDIO или когда необходима конкретизация значений. Обсуждение концептуальных тестов и использование компьютеров при проведении опросов вошли в раздел, посвященный методу перекрестного обучения в соответствии с результатами исследований и сложившейся практикой. Раздел, посвященный поддержке преподавателей, участвующих в процессе внедрения интегрированного обучения, перенесен в одну из последующих глав в рамках общего обсуждения вопросов, связанных с повышением квалификации преподавателей.

В главе 7 подчеркивается значение оценки результатов освоения образовательных программ и приведения методов оценивания в соответствие с методами преподавания. Кроме этого, даны примеры различных методов оценки. В этой главе также произошли изменения, способствующие большей ясности изложения и подчеркивающие очевидную взаимосвязь с предыдущей главой «Преподавание и обучение». Модель конструктивного соответствия учебного плана, методов преподавания и оценки, описанная в главе 6, здесь вновь рассматривается сквозь призму оценки. Вместо примера использования портфолио в одном из вузов приводится вариант оценочного листа, который, будем надеяться, найдет свою сферу применения. В завершении главы объясняется взаимосвязь между результатами оценки и непрерывным улучшением, а также описываются основные преимущества и проблемы оценки результатов обучения.

В главе 8 приводятся основные факторы, влияющие на успех организационных изменений в вузе и разработку программы CDIO как примера изменения его культуры. Здесь также предлагаются мероприятия, позволяющие лидерам реформы повысить квалификацию преподавателей как в области личностных и межличностных компетенций и навыков создания объектов, процессов и систем, так и в области преподавания и оценивания. Кроме того, в главе 8 описаны ресурсы, способствующие адаптации и применению подхода CDIO к инженерным программам. Два новых примера иллюстрируют, как факторы изменений, описанные в этой главе, повлияли на реформу системы образования на уровне отдельного факультета и университета в целом.

Глава 9 посвящена описанию целей и задач оценки программы на основе стандартов CDIO как способа вынесения суждения об успехе применения подхода CDIO в рамках отдельной программы. Здесь речь идет об особенностях оценки программы на основе стандартов и других ключевых вопросах, лежащих в основе оценки программы, разнообразии методов оценки, связей между оценкой, постоянным улучшением и обеспечением качества программ, применяющих подход CDIO. Раздел «Методы сбора данных и оценки программ» был дополнен кратким описанием исследований по оценке эффективности программ студентами. Основным изменением, однако, стало включение в стандарты CDIO рубрик по самооценке.

Как и в первом издании, в главе 10 описываются исторические условия появления идеи реформирования инженерного образования с применением подхода CDIO. Здесь обсуждаются основополагающие и часто задаваемые вопросы, касающиеся целей, содержания и структуры инженерного образования. Описание технических вузов и различных подходов к обучению дано с позиции национальных различий и противоречий между теорией и практикой. Глава заканчивается обсуждением современных проблем инженерного образования и задач, стоящих перед ним в связи с ориентацией образования на науку и необходимостью формирования навыков коммуникации и работы в команде, важных для междисциплинарного взаимодействия и проектирования. Здесь обсуждаются новые компетенции, которые должны иметь инженеры в области экологии и климатологии, антропогенной среды, взаимодействия с клиентами, глобализации и предпринимательства. Педагогические приемы, применяемые разными вузами, зависят от страны и традиций, в свете чего актуальность приобретает гибкость подхода CDIO, что позволяет применять его в разных ситуациях.

В последней главе дается обзор изменений, происшедших в подходе CDIO после 2007 г., и подчеркивается увеличение количества университетов-партнеров, применяющих данный подход для разработки своих программ. Как и в первом издании, здесь определяются факторы, стимулирующие изменения в инженерном образовании. В разделе, посвященном перспективам развития подхода CDIO и предполагаемому расширению инициативы CDIO (сообщества университетов, применивших подход CDIO хотя бы к одной инженерной программе), описываются достижения в областях, намеченных в 2007 г., а также потенциал проекта и направления его развития в будущем.

Мы благодарны за вклад наших коллег в написание каждой главы и за предоставленные ими примеры и кейсы. Как всегда, мы ждем комментариев и желаем всем успеха на пути реформирования инженерного образования.

Эдвард Ф. Кроули

Йохан Малмквист

Сорен Остлунд

Дорис Р. Бродер

Кристина Эдстрем

1. Введение и мотивация

Обоснование

Задача инженерного образования – подготовка выпускников к успешной профессиональной деятельности, а значит, формирование у студентов предметной компетентности, понимания социального контекста и стремления к инновациям. Для повышения уровня производительности, предпринимательства и лидерства в условиях возрастающей технологической сложности объектов, процессов и систем существенными становятся соответствующие знания, навыки и личностные качества, что обосновывает крайнюю необходимость модернизации содержания базового инженерного образования на уровне бакалавриата.

В последние десятилетия ведущие вузы, промышленные и правительственные организации обратили внимание на необходимость реформ и сформулировали свои представления о требуемых компетенциях инженеров. Благодаря этому стало возможно определить основную задачу инженерного образования как подготовку выпускников, способных планировать, проектировать, производить и применять сложные инженерные объекты, процессы и системы с высокой добавленной стоимостью.

Ниже мы предлагаем вашему вниманию 12 принципов, способствующих успешному решению поставленной задачи в рамках инженерных образовательных программ. Первый из таких принципов – рассмотрение инженерного образования в контексте реальной инженерной практики: планирования, проектирования, производства и применения объектов, процессов и систем. Второй принцип – привлечение заинтересованных сторон к определению требований к результатам освоения образовательных программ. Для реализации сформулированных таким образом образовательных потребностей нами были разработаны 10 дополнительных принципов, которые в совокупности представляют собой комплексный и широко применимый подход к совершенствованию образовательных программ, методов преподавания, а также инфраструктуры технических вузов, основанный на надежной системе оценивания и постоянного улучшения. Тем самым мы стремимся значительно усовершенствовать содержание базовых инженерных образовательных программ и повысить качество технического образования в мире.