Текст книги "Переосмысление инженерного образования. Подход CDIO"

4. Разработка интегрированного учебного плана[2]2
  Эта глава написана в соавторстве со Сванте Гуннарссоном и Гораном Густафссоном.


[Закрыть]

Введение

Мы достигли критической точки в нашем обсуждении. В главе 2 были сформулированы основные вопросы реформирования инженерного образования.

• Каким набором знаний, навыков и личностных качеств должны обладать выпускники инженерных вузов после освоения программы и на каком уровне?

• Каким образом можно обеспечить формирование необходимых навыков у студентов?

В предыдущих главах нами были рассмотрены веские причины, почему технические университеты должны обеспечить освоение студентами широкого спектра личностных и межличностных компетенций, навыков создания объектов, процессов и систем, а также сформировать у них технические знания. Для достижения этой цели были определены основные принципы подхода CDIO.

1. Особое внимание должно уделяться базовым техническим знаниям и организации обучения в контексте планирования, проектирования, производства и применения объектов, процессов и систем (стандарт 1 CDIO).

2. Студенты должны достигать результатов обучения, определенных в соответствии с CDIO Syllabus.

3. Результаты обучения должны быть организованы в системе, соответствовать целям программы и быть согласованы с заинтересованными лицами программы (стандарт 2 CDIO).

Рассмотрев первый вопрос в главах 1–3, в следующих трех главах мы попытаемся ответить на второй вопрос: что можно улучшить, чтобы обеспечить формирование необходимых навыков у студентов? Инженерные программы должны обеспечить не только усвоение теоретических знаний, но также формирование личностных и межличностных компетенций и навыков создания объектов, процессов и систем. Однако в большинстве случаев повышение качества образования не предполагает увеличения ресурсов. Для решения поставленной задачи руководители программы перераспределяют существующие ресурсы с целью повышения их эффективности, т. е. вносят изменения в учебный план, по-новому организуют рабочее пространство и применяют новые методы обучения. В главе 4 предлагаются методы организации образовательной программы на основе интегрированного учебного плана, который включает дисциплину «Введение в инженерную деятельность». В главе 5 объясняется, как в программу могут быть включены проекты, предусматривающие приобретение опыта проектно-внедренческой деятельности, реализуемые в современном оборудованном рабочем пространстве. В главе 6 обсуждается опыт интегрированного обучения, который способствует формированию дисциплинарных знаний, наряду с личностными компетенциями и навыками межличностного общения, создания объектов, процессов и систем, а также применения методов активного и практического обучения студентов. Итак, закончив обсуждение содержания обучения, в главе 4 мы приступаем к обсуждению способов и средств реформирования инженерного образования.

Интегрированный учебный план характеризуется системным подходом к формированию личностных и межличностных компетенций, а также навыков создания объектов, процессов и систем, составивших основу перечня планируемых результатов CDIO Syllabus. Для того чтобы подчеркнуть, что результаты обучения CDIO готовят выпускников инженерных программ к профессиональной деятельности, а также для упрощения формулировок используем для всех необходимых профессиональному инженеру знаний, навыков и личностных качеств понятие «профессиональные инженерные навыки» или «профессиональные навыки». В целом интегрированный учебный план имеет следующие характеристики.

• Основу интегрированного учебного плана составляют инженерные дисциплины. Однако он организован таким образом, чтобы эти дисциплины изучались не изолированно, а были взаимосвязаны.

• Профессиональные инженерные навыки формируются в процессе освоения взаимосвязанных дисциплин, что усиливает эффективность обучения.

• Каждая дисциплина и учебное мероприятие направлены на достижение определенных результатов обучения (усвоение знаний и формирование профессиональных навыков), которые создают основу для будущей профессиональной деятельности выпускников.

Другими словами, интегрированный учебный план позволяет достичь такого обучающего эффекта, который превосходит суммарный эффект от применения его компонентов. Интегрированный учебный план состоит из взаимодополняющих элементов, каждый их которых выполняет определенную функцию. Только в совокупности элементы интегрированного плана позволяют студентам достичь результатов обучения по программе. Важный компонент интегрированного учебного плана – курс «Введение в инженерную деятельность», стимулирующий интерес и мотивацию студентов к инженерной деятельности, формирующий базовые навыки и создающий основу для последующего обучения. Как любая строго определенная система, учебный план должен быть сбалансирован с точки зрения гибкости и эффективности.

В рамках главы 4 рассмотрим подход CDIO к проектированию и реализации интегрированного учебного плана с учетом существующих ресурсов и требований к программе, а также с применением альтернативных методов, способствующих обучению студентов согласно новым принципам. В первой части главы 4 доказывается важность интеграции учебного плана и рассматриваются системные подходы к проектированию образовательных программ. Во второй части главы обосновывается необходимость раннего знакомства студентов с особенностями инженерной практики и описываются задачи вводного курса, предусмотренного в стандарте 4 CDIO. Проектно-внедренческой деятельности и педагогическим принципам интегрированного обучения посвящены главы 5 и 6.

Цели и задачи главы

Цели главы 4:

• объяснить необходимость интегрированного учебного плана, основанного на результатах обучения, предусматривающих совместное формирование профессиональных инженерных навыков и освоение предметных знаний;

• представить принцип реформирования учебного плана, основанный на анализе требований к программе, определяющих ее содержание и структуру;

• описать процесс проектирования и реализации интегрированного учебного плана;

• описать задачи и обосновать полезность вводного курса в инженерной программе.

Обоснование необходимости интегрированного учебного плана

Инженерное образование состоит из двух основных процессов: приобретения и усвоения предметных знаний и формирования профессиональных компетенций. Основная причина необходимости интеграции учебного плана – взаимосвязь этих процессов. Предметные знания приобретают значимость в процессе их применения на практике. В свою очередь, формирование профессиональных инженерных навыков невозможно без усвоения и применения предметных знаний в реальной инженерной деятельности. Кроме применения теории на практике профессиональные инженерные навыки также включают умения выносить обоснованные суждения и выдвигать идеи. Интегрированный учебный план отличается системным подходом к развитию профессиональных навыков, т. е. личностных и межличностных компетенций и навыков создания объектов, процессов и систем, при одновременном усвоении базовых технических знаний. Кроме того, интеграция учебного плана предполагает установление взаимосвязей между изучаемыми темами и результатами обучения и определяет способы применения инженерных навыков в междисциплинарной среде. Наличие интегрированного учебного плана – требование стандарта 3 CDIO.

Стандарт 3 CDIO

«Интегрированный учебный план»

Учебный план содержит взаимосвязанные дисциплины и включает четкий план по интеграции личностных и межличностных компетенций, а также навыков создания объектов, процессов и систем.

Взаимосвязь дисциплин учебного плана определяется наличием пересечений между изучаемыми темами и результатами обучения. Четкий план определяет способы формирования личностных и межличностных компетенций и навыков создания объектов, процессов и систем в междисциплинарной среде. Важно понимать, что проектирование интегрированного учебного плана требует динамичной и целенаправленной интеграции всех его компонентов. Студенты – не «пустые сосуды», которые надо наполнить содержанием прежде, чем допустить до практической инженерной деятельности. Такое восприятие студентов может создать проблемы с их мотивацией к обучению и увеличить отсев. Могут пройти годы, прежде чем студентам встретится дисциплина, которая напомнит им, почему они захотели стать инженерами. Данное отношение к студентам также может вызвать проблемы с усвоением знаний, потому что к тому моменту, когда студентам наконец-то доведется применить свои знания, они уже ничего не будут помнить. Теоретическое образование не всегда наглядно демонстрирует отношение к реальной практике. Правильнее было бы относиться к студентам как к начинающим инженерам, стремящимся стать профессионалами, для чего им необходимо приобрести предметные знания одновременно с освоением инженерных навыков.

Необходимость создания интегрированного учебного плана продиктована как практическими, так и методическими причинами. Руководители и преподаватели существующих программ зачастую не могут рассчитывать на интенсификацию содержания или увеличение времени, отведенного на освоение программы. В связи с этим существует мало других возможностей для реформирования, кроме перераспределения имеющихся временных и других ресурсов. Подход CDIO стремится извлечь двойную выгоду из имеющегося времени и ресурсов при преподавании дисциплин программы, делая ставку на синергетический эффект от одновременного усвоения профессиональных навыков и предметных знаний.

Помимо практической необходимости, существуют веские методические причины интеграции способов формирования профессиональных навыков и предметных знаний.

• Личностные и межличностные компетенции, а также навыки создания объектов, процессов и систем зависят от контекста обучения и применения его результатов. В инженерном образовании личностные и межличностные компетенции (такие как работа в команде и коммуникации) принято относить к универсальным компетенциям. Их общность заключается в том, что необходимость работать в команде свойственна юристам, врачам и представителям других профессий. Тем не менее личностные и межличностные компетенции, а также навыки создания объектов, процессов и систем применяются инженерами в специфическом техническом контексте. Например, коммуникативная компетенция в технических областях зависит от способности применять дисциплинарные знания, анализировать задачи на разных уровнях абстракции, устанавливать связи и объяснять технические вопросы общаясь в разной аудитории.

• Учебные мероприятия, направленные на формирование инженерных навыков, предоставляют дополнительную возможность студентам осмыслить практическое значение теоретических знаний. Приобретение профессиональных навыков в контексте теоретических знаний способствует более глубокому пониманию содержания дисциплины. Интегрированные учебные мероприятия позволяют применять технические знания, в результате чего из абстрактной идеи они превращаются в реальное знание, имеющее практическую ценность. Таким образом, теоретические знания и профессиональные навыки дополняют друг друга.

Интегрированный учебный план обладает рядом особенностей.

• Результаты обучения интегрированной программы системно распределяются между компонентами учебного плана (дисциплинами, курсами и т. д.).

• Компоненты образовательной программы направлены на одновременное усвоение предметных знаний и достижение определенного уровня сформированности профессиональных навыков.

• Учебный план разрабатывается с участием всех преподавателей. Пример интегрированного учебного плана приведен на рис. 4.1.

Последняя особенность крайне важна для успешного внедрения интегрированного учебного плана. Поскольку в реализации инженерной программы участвует большое количество преподавателей, а учебный план программы состоит из отдельных компонентов, преподаватели, обеспечивающие отдельные компоненты, должны осознавать место своей дисциплины в общем учебном плане.

Эффективное средство проектирования программы – структура интегрированной программы, описывающая ее компоненты, включая цели и содержание, а также демонстрирующая связи между компонентами [1]. Она была разработана с тем, чтобы облегчить задачу проектирования образовательной программы для всех участников этого процесса. На рис. 4.1 продемонстрированы связи между компонентами структуры.

В соответствии со структурой интегрированной программы процесс проектирования начинается с определения назначения программы, после чего формулируются и согласовываются цели программы. На следующем этапе разрабатывается идея программы, т. е. фундаментальные принципы, определяющие условия проектирования программы. Далее идея программы реализуется в виде учебного плана, для чего определяются необходимые дисциплины, их трудоемкость и место в учебном плане. Затем составляется матрица программы, в которой устанавливается связь между дисциплинами и целями программы. Матрица позволяет удостовериться, что все цели программы реализуются в одной или нескольких дисциплинах и что организация программы обеспечивает постепенный прогресс в достижении целей. На последнем этапе разрабатываются рабочие программы дисциплин, в которых уточняются соответствующие цели программы и определяются методы обучения и оценки результатов.

Распределение целей программы между дисциплинами, формирующими профессиональные навыки, должно происходить в двухстороннем диалоге между руководителем и преподавателями программы, чтобы обеспечить заинтересованность последних в достижении поставленных целей. Структура интегрированной программы позволяет эффективно продемонстрировать этапы проектирования программы, один из которых – разработка самой структуры. Структура также позволяет преподавателям увидеть, каким образом каждая дисциплина программы способствует достижению результатов обучения.

При проектировании образовательной программы необходимо понимать, что преподаватели могут иметь разное мнение относительно ценности и места личностных и межличностных компетенций, а также навыков создания объектов, процессов и систем в учебном плане. Преподаватели, считающие, что профессиональные навыки вторичны и должны формироваться отдельно от предметных знаний, могут неохотно отнестись к интеграции их в свои дисциплины. По мнению С. Барри [2], восприятие общих атрибутов преподавателями может попадать в одну из четырех категорий: обеспечение, трансформация, дополнение или предшествие (табл. 4.1). Эти категории не являются взаимоисключающими и образуют иерархию, т. е. каждая категория включает другую категорию более низкого порядка.

Восприятие профессиональных навыков и их функции по отношению к содержанию дисциплины отражается на представлении преподавателей о наиболее эффективной организации программы. С учетом классификации С. Барри стандарт 3 CDIO подчеркивает необходимость изменения восприятия общих навыков, которые должны рассматриваться как обязательные для интеграции в образовательную программу. Так, например, формирование коммуникативных навыков в процессе изучения предмета может быть отнесено к трансформации, в то время как обучение проектированию, очевидно, должно рассматриваться на уровне обеспечения, так как проектирование обеспечивает более глубокое усвоение предметных знаний. В обоих случаях профессиональные и общие навыки должны естественным образом интегрироваться в образовательную программу.

Преподавателям могут потребоваться возможность и время для обдумывания и обсуждения необходимости интеграции учебного плана. В результате обсуждения должны возникнуть предложения по комбинированию профессиональных навыков и предметных знаний, которые затем могут быть использованы при проектировании учебного плана. В процессе обсуждения крайне важную роль играет мнение заинтересованных сторон о степени значимости профессиональных навыков.

Проектирование интегрированного учебного плана

Проектирование инженерного образования необходимо рассматривать как процесс решения инженерной задачи. При этом исходная точка процесса проектирования может значительно различаться в зависимости от особенностей программы. Так, реформирование существующей программы с применением подхода CDIO предполагает ряд условий, которые необходимо принять во внимание уже на первом этапе. В то же время количество ограничений, как правило, сокращается при проектировании абсолютно новой программы. Независимо от исходных условий, термин «проектирование» используется нами для описания процесса создания новой программы или модернизации существующей программы.

Как видно из модели, представленной на рис. 4.2, процесс проектирования образовательной программы заключается в представлении видения CDIO как средства достижения целей программы. До этого этапа необходимо определить результаты обучения и проанализировать особенности, структуру и требования к программе. Далее проектирование заключается в транслировании целей программы на конкретные дисциплины и соответствующие учебные мероприятия, из которых состоит учебный план.

Рис. 4.2. Модель процесса проектирования образовательной программы

Процесс проектирования начинается с формулирования результатов обучения и анализа требований к программе, в том числе таких факторов, как назначение и продолжительность программы, идея и концепция программы, а также соответствующая структура программы. В свою очередь, эти факторы определяются национальными стандартами, собственными стандартами университета и традициями образования. На первом этапе существующая программа анализируется на соответствие планируемым результатам обучения. Анализу подвергаются все компоненты программы, задействованные в образовательном процессе. Частично анализ может проводиться параллельно с опросом заинтересованных сторон с целью выявления их мнения относительно ожидаемых уровней квалификации (описан в предыдущей главе). Собственно процесс проектирования образовательной программы начинается, когда определены цели, учтены требования к программе и проанализирован существующий учебный план.

Проектирование программы должно начинаться двумя параллельными процессами: разработкой структуры программы и определением последовательности формирования навыков и знаний. Когда структура и последовательность обучения определены, необходимо сопоставить последовательность с компонентами структуры таким образом, чтобы каждый компонент способствовал последовательному продвижению студентов по интегрированному, взаимосвязанному и скоординированному учебному плану. Проектирование программы – итерационный процесс и предусматривает многократные повторения, отмеченные на рис. 4.2 пунктирными стрелками. Непрерывное совершенствование и уточнение учебного плана происходит по итогам оценки качества обучения студентов в связи с корректировкой результатов обучения или организационными изменениями, например увеличением финансирования, изменениями ресурсов или кадрового состава. Остановимся на каждом элементе модели процесса проектирования образовательной программы в следующих разделах.

В основе процесса проектирования образовательной программы лежит определение содержания будущей программы и формулирование результатов обучения. Тематическое содержание программы – это элементы математики, естественных, инженерных и других технических наук, а также гуманитарных и социальных дисциплин. В программе CDIO результаты обучения определяются как для предметных знаний, так и для инженерных навыков. В перечне планируемых результатов обучения CDIO Syllabus подробно представлены личностные и межличностные компетенции, а также навыки создания объектов, процессов и систем. Уровень усвоения всех знаний и навыков выпускниками инженерных программ и иногда содержание образования определяются через выявление мнения заинтересованных сторон. Процесс формулирования результатов обучения подробно описан в главе 3. Сформулированные таким образом результаты обучения и ожидаемые уровни усвоения предметных знаний и навыков используются в дальнейшем для проектирования образовательной программы.

Собственно процесс проектирования образовательной программы начинается с анализа требований к программе и связанности учебного плана. Требования к программе – это факторы, определяющие условия проектирования и реализации программы, которыми могут быть стандарты аккредитации, собственные стандарты университета, традиции образования и потребности региональных и национальных организаций, влияющие на условия реализации существующей программы. Наиболее заметное влияние на процесс проектирования оказывают три основных требования: к назначению и продолжительности программы, к принципу организации и к структуре учебного плана.

Назначение и продолжительность программы. С точки зрения назначения существует две группы образовательных программ.

• Программы, ведущие к присвоению инженерной степени, достаточной для ведения профессиональной деятельности.

• Программы, предусматривающие последующее поступление на другую программу, ведущую к присвоению инженерной степени, достаточной для ведения профессиональной деятельности.

Принадлежность к той или иной группе, как правило, отражается на продолжительности и структуре программы и должна быть учтена при проектировании.

Принцип организации учебного плана. Структура учебного плана часто бывает определена общеуниверситетскими стандартами. В некоторых программах учебный план состоит из дисциплин первого и второго уровней. Инженерные программы, как правило, включают четыре модуля.

1. Математический и естественно-научный.

2. Базовый инженерный.

3. Дисциплины специализации и элективных курсов.

4. Аттестация.

Стандарты университета могут также распространяться на преподавательскую деятельность и определять степень, с которой руководители программ вправе изменять тот или иной модуль. Например, во многих университетах преподавание математических и естественно-научных дисциплин возложено на кафедры математических и естественных наук, которые прямо не подчиняются руководителям инженерных программ. С другой стороны, основные инженерные дисциплины зачастую являются обязательными дисциплинами базового модуля и могут быть изменены решением руководителя программы. Дисциплины специализации и элективные курсы, которые встречаются не во всех учебных планах, часто реализуются преподавателями, имеющими инженерное образование. Их можно легко изменить, однако такие изменения не коснутся всех студентов в той же мере, как изменение обязательных дисциплин. Для того чтобы направить изучение дисциплин специализации и элективных курсов на достижение целей интегрированного учебного плана, могут быть использованы курсовые проекты, проектно-внедренческая деятельность и выпускные квалификационные работы, которые устанавливают общие требования к результатам обучения.

Структура учебного плана. Практически все университеты предъявляют жесткие требования к продолжительности и трудоемкости учебного года и семестров и определяют базовую единицу обучения, которая в этой книге названа дисциплиной или курсом. Установленная единица обучения и фиксированное количество единиц обучения в программе могут значительно снизить гибкость учебного плана.

Тематическое содержание программы. Общеуниверситетские требования могут также распространяться на тематическое содержание программы и определять степень, с которой оно может быть изменено преподавателями. В процессе проектирования важно понимать взаимосвязь тем, т. е. наличие пересекающихся и обособленных тем в дисциплинах программы. Взаимосвязь дисциплин в рамках программы в соответствии со стандартом 3 CDIO может быть обеспечена путем составления учебных планов для различных траекторий обучения студентов. Однако наиболее надежный способ понять, как организовано тематическое содержание программы, – интервьюирование преподавателей. В качестве примера ниже приведены результаты анализа факторов, определяющих условия проектирования и реализации программы «Прикладная физика и электротехника» Университета Линчёпинга (Швеция). В целом результаты анализа показали высокую степень пересечения между темами, составляющими программу. Не вызывает также удивления тот факт, что математические дисциплины – это пререквизиты для многих последующих курсов. Матрица также позволяет выявить другие дисциплины (например, «Научные вычисления»), которые предшествуют освоению других курсов. Эти данные будут важны при проектировании программы на этапе реструктуризации учебного плана.

Пример 4.1. Взаимосвязь обязательных дисциплин программы «Прикладная физика и электротехника» Университета Линчёпинга (Швеция)

Университетом Линчёпинга было проведено интервьюирование преподавателей с целью выявления взаимосвязи дисциплин программы «Прикладная физика и электротехника». Предметом исследования стали обязательные дисциплины первых трех лет обучения по программе. Отобранные дисциплины относятся к математическому, естественно-научному и инженерному модулям. Во время интервью преподавателей просили оценить степень пересечения между дисциплинами и курсами, которые предшествуют их освоению (пререквизитами). Необходимо обратить внимание, что преподаватели более достоверно оценивают взаимосвязь с предшествующими дисциплинами, чем с последующими. Степень пересечения отмечалась в матрице одним из четырех цветов: от белого (нет взаимосвязи) до темно-серого (тесная связь). Каждая строка матрицы демонстрирует пересечение соответствующего курса с последующими дисциплинами. Степень пересечения дисциплины с предыдущими курсами отражена в колонках матрицы.

T. Карлссон, Университет Линчёпинга