Текст книги "Переосмысление инженерного образования. Подход CDIO"

Лидерство. П. Нордхаус [13] определяет лидерство как «процесс, в котором человек влияет на других членов группы ради достижения общей цели». Лидерство определяется не только и не столько занимаемой должностью и полномочиями, сколько влиянием на тех, над кем лидер часто не имеет официальной власти. Лидерство как общая способность и процесс проявляется в бизнесе, политике, науке и инженерной практике.

В течение многих лет инженеры оставались лидерами на предприятиях, потому что инженерные знания были необходимы для принятия решений. В конце XX века ведущие позиции на предприятиях заняли менеджеры, не обладающие техническими знаниями, но принимающие важнейшие решения. Некоторые полагают, что это изменение привело к снижению эффективности инновации. Во многих странах мира наблюдается обеспокоенность текущей ситуацией и бытует мнение, что инженеры должны вновь занять лидирующие позиции в инженерных компаниях. Это вовсе не означает, что они должны возглавить предприятия. Однако они должны участвовать в принятии решений наравне с руководителями компаний, определяющими их политику и стратегию экономического развития, и управлять техническими процессами. Как станет понятно из главы 3 раздела 4 CDIO Syllabus 2.0 был дополнен результатами обучения, относящимися к лидерству.

Предпринимательство. Слово «предпринимательство» первоначально возникло для описания процесса выполнения новой задачи, но постепенно стало использоваться для обозначения процесса создания новой промышленной компании. Предприниматели одновременно занимаются инновациями, т. е. производством новых продуктов, а также создают и финансируют новые предприятия. Во многих регионах предпринимательство значительно способствует появлению новых рабочих мест и экономическому развитию, в связи с чем активно поддерживается органами управления и университетами. С точки зрения предпринимателя, предпринимательство связано с высоким риском и обладает высокой прибыльностью. Всему миру хорошо известны примеры успешных высокотехнологичных предприятий, вдохновляющих новое поколение на свершения.

Помимо дефицита ресурсов, отсутствия сложных процедур и острой необходимости в достижении быстрого успеха в производстве первой продукции, рабочие процессы в предпринимательской компании мало чем отличаются от любой другой деятельности в инженерном контексте. Особенности предпринимательской деятельности, в том числе вопросы создания предприятия и привлечения капитала, рассматриваются в главе 3 как возможность расширения границ CDIO Syllabus.

Определив контекст профессиональной инженерной деятельности, необходимо также описать контекст инженерного образования. В образовании под контекстом подразумевается среда, способствующая приобретению знаний и умений. Образовательный контекст включает практический опыт студентов, мотивирующие факторы и возможность практического применения изученного материала.

CDIO как контекст инженерного образования. Если формировать образовательный контекст на основе контекста профессиональной инженерной деятельности, последствия такого изменения для образования достаточно ясны, а именно – оно должно определяться постоянными, не зависящими от времени особенностями профессионального контекста, такими как:

• внимание к проблемам заинтересованных сторон;

• создание объектов, процессов и систем;

• применение новых изобретений и технологий;

• акцент на умение находить решение, а не на владение дисциплинарными знаниями;

• работа в команде;

• эффективная коммуникация;

• использование ресурсов.

Также необходимо знакомить студентов с новыми элементами контекста – устойчивым развитием, глобализацией, инновациями, лидерством и предпринимательством, которые должны быть учтены при разработке образовательных программ. Именно это требование предъявляется стандартом 1 CDIO.

Как уже упоминалось выше, разработчики подхода CDIO не считают, что планирование, проектирование, производство и применение должны стать содержанием инженерного образования, и практически единогласны во мнении, что в университетах студенты должны осваивать базовые технические знания и предметы своего направления подготовки – машиностроения, гражданского строительства, биоинженерии и т. д. Однако очевидно, что содержание дисциплин легче понять в соответствующем контексте, и что развитию личностных и межличностных навыков, а также навыков создания систем способствует обучение в контексте CDIO.

Альтернативные контексты, основанные на модели жизненного цикла. «Планирование – проектирование – производство – применение» – одна из моделей жизненного цикла объектов, процессов и систем. Другие модели жизненного цикла также могли бы стать контекстом инженерного образования. Существует мнение, что именно проектирование составляет основу инженерной деятельности. И хотя проектирование, несомненно, очень важно, выделение этого вида деятельности в качестве контекста приведет к пренебрежению важной функции инженеров в изобретении новых объектов и систем, разработке новых технологий, их производству и эксплуатации. По этой причине полный жизненный цикл объекта, процесса или системы больше соответствует роли контекста инженерного образования.

Тем не менее модель 4П – не единственная возможная модель жизненного цикла объектов и систем. В этой модели, построенной по принципу «сверху вниз», создание новых объектов и систем происходит в ответ на потребности заинтересованных сторон и общества. Зачастую потребности клиентов и общества в создании нового объекта формируются как результат появления новой технологии или изобретения. Например, для развивающейся науки биоинженерии преподаватели Массачусетского технологического института разработали модель «Measure – Model – Manipulate – Make», представляющую основные этапы создания новой биомолекулы. На первом этапе создания биомолекулы проводится оценка имеющегося в природе строительного материала, который затем используется при моделировании. Имея модель, можно планировать и проводить манипуляции со строительными блоками для создания нового «решения». Эта общая модель 4М описывает профессиональный контекст для студентов и определяет отличие биоинженеров от биологов.

В качестве контекста образования возможно использование другой модели, которая окажется более подходящей для определенной области инженерной деятельности, чем модель «планирование – проектирование – производство – применение». Например, Т‑модель, состоящая из пяти элементов, которую Университет Лёвена (Бельгия) определил контекстом своих образовательных программ. Первые три элемента – инженерная деятельность, предпринимательство и образование – определяют роль инженера в обществе. Остальные элементы – окружающая среда (включает весь окружающий мир) и согласованность (умение выйти за пределы и увидеть взаимосвязь вещей) – обладают еще большей широтой [14]. Будет ли это модель 4П, либо вариант, подобный тем, что разработали для себя преподаватели Массачусетского технологического института или Университета Лёвена, важным остается тот факт, что обучение студентов протекает в контексте жизненного цикла объектов, процессов или систем.

Причины использования жизненного цикла объектов как контекста инженерного образования. Существует четыре причины, почему жизненный цикл системы (планирование, проектирование, производство и применение) должен стать контекстом инженерного образования.

1. Этот контекст отражает профессиональную деятельность инженера.

2. Этот контекст обусловливает перечень компетенций, которые промышленные компании хотят видеть у выпускников.

3. Это естественный контекст для формирования необходимых компетенций.

4. Этот контекст способствует лучшему овладению базовыми техническими знаниями.

В данном разделе кратко рассматриваются первые три пункта. Обсуждению более общей четвертой причины посвящен следующий раздел.

Участие современных инженеров в некоторых или во всех этапах планирования, проектирования, производства и применения объектов и систем, составляющее первую причину, уже обсуждалось в предыдущих разделах. Поступая в университет, студенты желают стать инженерами и понимают, что эти этапы определяют основные виды инженерной деятельности. Они испытывают разочарование и теряют мотивацию к обучению от нехватки профессионального контекста в образовании. Погружая инженерное образование в контекст профессиональной практики, мы обучаем студентов тому, чем на самом деле занимаются инженеры на благо человечеству.

Вторая причина может быть доказана значительным и комплексным участием представителей промышленных компаний в формулировании навыков, которыми должны обладать выпускники, о чем речь шла в главе 1. Промышленные компании высказали пожелание, чтобы в образовательных программах больше внимания уделялось формированию навыков, необходимых инженерам в их профессиональной деятельности. Все промышленники, принявшие участие в разработке подхода CDIO, единодушны во мнении, что программы должны формировать знания, навыки и личностные качества, необходимые для успешной профессиональной деятельности, подчеркивая значимость базовых дисциплинарных знаний. Потребность в знаниях и навыках определяется в контексте профессиональной деятельности.

Третья причина менее очевидна. Теоретически студенты могут самостоятельно овладеть необходимыми навыками и личностными качествами в процессе освоения инженерных знаний, но такой подход может оказаться малоэффективным. Что может быть более естественным способом формирования у студентов необходимых навыков, чем погружение образования в контекст разработки объектов, процессов и систем, т. е. контекста, в котором в дальнейшем выпускники вузов будут применять полученные навыки?

Педагогический потенциал образовательного контекста, основанного на жизненном цикле объектов, процессов и систем. Четвертой причиной определения жизненного цикла объектов, процессов и систем как контекста инженерного образования стало то, что он обеспечивает лучшее усвоение базовых дисциплинарных знаний. Обучение становится более эффективным, когда учебные мероприятия проводятся в среде, способствующей интерпретации и пониманию. В образовании этот подход получил название контекстного обучения. Принцип контекстного обучения во многом основан на последних открытиях в когнитивистике. Согласно теории контекстного обучения, обучение возможно только тогда, когда студенты могут применить новое знание к собственным ранее сформированным когнитивным структурам. Последователи этой теории считают, что разум естественным образом стремится понять значение из контекста, т. е. текущей ситуации, в которой оказался обучающийся, через установление логичных и полезных связей [15].

Особенности контекстного обучения. Выросшее из конструктивистской теории «научения» и когнитивистики, контекстное обучение обладает рядом особенностей:

• знакомство с новыми концепциями происходит в реальных и знакомых студентам ситуациях;

• концепции в задачах и упражнениях даются в контексте их применения;

• знакомство с новыми концепциями происходит в контексте уже известного студентам материала;

• примеры описывают правдоподобные ситуации, воспринимаемые студентами как важные для их настоящей или будущей жизни;

• учебные мероприятия способствуют применению концепций и навыков в соответствующем контексте, подготавливая студентов к возможному будущему, например работе в неизвестной компании [16].

Причины применения контекстного обучения очень убедительны. Это подход способствует выбору будущей профессии и мотивирует к продолжению обучения по соответствующей программе. Образовательная среда, построенная в контексте профессиональной деятельности, раскрывает студенческие умы и взращивает мыслящих и активных членов общества и сотрудников. Кроме того, контекстное обучение учит студентов контролировать свои знания, обеспечивая формирование навыка самообучения.

Преимущества и примеры контекстного обучения. Контекстное обучение имеет ряд преимуществ, существенных для инженерного образования. Помимо ранее упомянутых достоинств, благодаря этому подходу новые знания и навыки дольше сохраняются, а связи между смежными знаниями и концепциями становятся очевидны. Контекстное обучение формирует понимание необходимости и актуальности материала, изучаемого студентами. Приведем несколько примеров. Изучение теплопроводности в термодинамике может быть основано на измерении количества энергии, необходимого для сохранения тепла или холода в здании, и его изменении в зависимости от качества и количества изоляционного материала. Учебная практика в медицинской лаборатории может оказаться стимулирующим контекстом для создания медицинских приборов. Реализация проектов по разработке инновационных объектов и услуг, полученных от некоммерческих общественных организаций, может повысить значимость и актуальность заданий по проектированию и разработке.

Контекстное обучение лежит в основе использования модели жизненного цикла объекта или системы в качестве контекста инженерного образования. Это подчеркивает идею о том, что, усваивая знания и навыки, необходимые для будущей профессиональной деятельности, студенты проявляют большую мотивацию к обучению, демонстрируют большую эффективность, знают, как правильно применить собственные знания, стремятся остаться в выбранной профессии. Именно поэтому применение модели жизненного цикла объектов, процессов и систем является основополагающим принципом подхода CDIO, а также первым принципом эффективной практики.

Реализация подхода CDIO

Как уже упоминалось выше, задача подхода CDIO – удовлетворить общую потребность в подготовке выпускников вузов, способных планировать, проектировать, производить и применять сложные инженерные объекты, процессы и системы с добавленной стоимостью в современных условиях командной работы. Основная цель образовательных программ формулируется как подготовка студентов, способных освоить глубокое практическое знание технических основ, руководить созданием и эксплуатацией новых объектов, процессов и систем и понимать важность и последствия воздействия научного и технического прогресса на общество. Мы считаем, что достижение поставленных целей возможно при рассмотрении модели «планирование – проектирование – производство – применение» жизненного цикла объектов, процессов и систем как контекста образования. В основе подхода CDIO лежит определение результатов обучения с участием заинтересованных сторон, обучение через последовательность комплексных учебных мероприятий, организация учебного плана вокруг взаимодополняющих дисциплин, где обучение предполагает овладение личностными и межличностными компетенциями, а также навыками создания объектов, процессов и систем. Педагогический принцип подхода – использование хорошо спланированных учебных мероприятий, активного и практического обучения, при которых цели образовательной программы могут быть достигнуты без увеличения ресурсов.

Сложность в реализации подхода CDIO заключается в необходимости изменения инженерных программ и фактически культуры инженерного образования. Для того чтобы облегчить переход программ в новое качество, нами была разработана технология привлечения преподавателей инженерных программ, обеспечения прогресса и качества, включающая:

• тщательное формулирование целей и результатов обучения студентов (CDIO Syllabus);

• принципы эффективной практики (CDIO Standards);

• меры по изменению организационной структуры и культуры образования;

• повышение квалификации преподавателей в предметной области, а также в области преподавания и оценивания;

• открытые ресурсы, благодаря которым модернизированные программы не станут значительно более ресурсоемкими, чем обычные программы;

• взаимодействие разработчиков программ, способствующее разработке программ и нахождению решений общих проблем;

• инженерно-педагогические исследования и опыт эффективных практик;

• соответствие национальным стандартам и другим крупным проектам в области образования;

• стратегии привлечения и мотивации студентов.

В результате реализации подхода CDIO мы стремимся привлечь и заинтересовать студентов и подготовить инженеров, которые «умеют проектировать и создавать». Каждая из вышеназванных мер кратко описана ниже и более подробно освещена в последующих главах. Следующие разделы «CDIO Syllabus» и «CDIO Standards» отвечают на вопросы «Чему учить?» и «Как учить?», как показано на рис. 2.2.

Первый этап проектирования и разработки образовательной программы – формулирование результатов обучения, т. е. способностей или компетенций, которыми студенты должны обладать после окончания программы. Перечень результатов обучения должен отвечать на вопрос: какими знаниями, навыками и личностными качествами должны обладать выпускники университета и в какой степени? Очень важно сформулировать результаты обучения ясно и четко, так как они:

• формализуют знания, навыки и личностные качества, которые хотят видеть у выпускников инженерных программ представители промышленности, преподаватели и общество;

• способствуют разработке интегрированного учебного плана (см. главу 4), комплексных учебных мероприятий (см. главу 6) и комплексных мероприятий по оценке достижений студентов (см. главу 7);

• являются источником информации о программе для настоящих и будущих студентов.

Перечень планируемых результатов обучения CDIO Syllabus, кратко представленный в главе 2, более детально описан в главе 3.

Стандартами CDIO стали 12 принципов эффективной практики, регулирующие проектирование и разработку образовательных программ. Стандарты CDIO позволяют ответить на второй главный вопрос: что мы можем улучшить, чтобы студенты смогли сформировать необходимые компетенции? Стандарты служат руководством по модернизации и оцениванию образовательных программ, определяют контрольные показатели и цели на основе мирового опыта и способствуют непрерывному улучшению образования.

12 стандартов CDIO включают требования к:

• использованию жизненного цикла объектов и систем в качестве контекста образования (стандарт 1 CDIO);

• разработке учебного плана (стандарты 2–4 CDIO);

• учебным мероприятиям и рабочему пространству (стандарты 5 и 6 CDIO);

• методам преподавания и обучения (стандарты 7 и 8 CDIO);

• повышению квалификации преподавателей (стандарты 9 и 10 CDIO);

• системе оценивания (стандарты 11 и 12 CDIO).

Стандарты CDIO также легли в основу организации данной книги, в каждой главе которой описывается один или два стандарта и приводятся примеры их применения в программах CDIO. В табл. 2.5 приведены все 12 стандартов CDIO и указаны главы книги, в которых соответствующие стандарты детально рассмотрены. Полные формулировки стандартов CDIO приведены в приложении. Каждый стандарт сопровождается описанием и объяснением причин его включения в стандарты CDIO. Помимо этого, с целью самооценки по каждому стандарту были разработаны оценочные листы. Как станет понятно из главы 9, стандарты CDIO могут быть использованы для оценивания и непрерывного совершенствования образовательных программ.

Применение подхода CDIO предполагает изменение природы инженерного образования и переход к интегрированному обучению в контексте создания объектов, процессов и систем. Это сложная задача. В настоящее время преподаватели технических вузов – это в основном исследователи и теоретики. Они, как правило, рассматривают дисциплины в отрыве от остальных предметов, преподают их сугубо теоретически и уделяют внимание не применению и синтезу полученных знаний, а эволюции концепций. Подход CDIO подчеркивает необходимость взаимной интеграции дисциплин и их освоения в контексте реальной инженерной деятельности.

Важная особенность подхода CDIO – модернизация образования на уровне отдельных программ. Эта задача также оказывается сложной. Многие преподаватели и разработчики образовательных программ имеют опыт реформирования инженерного образования при поддержке промышленных и правительственных партнеров, а также аккредитующих организаций. Однако зачастую такие изменения проводятся лишь на уровне отдельных дисциплин и модулей. Преподаватели, разрабатывающие новые практико-ориентированные педагогические подходы и учебные материалы, как правило, получают поддержку со стороны университетов и финансирующих организаций. Таких преподавателей поощряют кафедры и университеты, уважают студенты. Такие преподаватели генерируют новые идеи и составляют кадровый резерв, готовый первым принять меры к системному реформированию образования. И все же практика показывает, что, если успешный преподавательский опыт не распространяется на другие дисциплины программы и другие образовательные программы вуза, эффект от реформирования пропадает, так как преподаватели теряют интерес или уходят в другие подразделения.

Реформу образования лучше проводить на уровне программы или кафедры. В таком случае можно установить и поддерживать требования к преподавателям и студентам. Образовательную программу следует рассматривать как систему, каждый элемент которой имеет индивидуальную и общую обучающую ценность. По нашим наблюдениям, для достижения успеха в вопросе реформирования образования изменения должны коснуться большинства обучающих элементов, т. е. должны протекать на уровне программы или кафедры.

В действительности подход CDIO подразумевает изменения, направленные как «снизу вверх», так и «сверху вниз». Изменения «снизу вверх» касаются интересов и преданности делу со стороны отдельных преподавателей, которые должны быть заинтересованы в изменениях и стремиться к созданию или адаптации существующей эффективной практики. Тем не менее для успеха реформы необходимо также и коллективное усилие со стороны руководства. Опыт реформирования в университетах показывает, что второй подход оказывается более результативным [17]. Необходимо понимать, что изменения такого масштаба потребуют не только пересмотра учебного плана, но и перемен в культуре образования. Для того чтобы провести успешную реформу, мы должны быть готовы учиться на примерах лучших мировых практик организационных и культурных реформ. Подробнее остановимся на этом вопросе в главе 8.