Текст книги "Переосмысление инженерного образования. Подход CDIO"

3. CDIO Syllabus: результаты освоения инженерных образовательных программ[1]1
  Эта глава написана в соавторстве с Перри Армстронгом.


[Закрыть]

Введение

Перейдем к детальному обсуждению одного из главных вопросов реформирования инженерного образования, обозначенных в главе 2:

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

Иными словами, каковы планируемые результаты освоения инженерных образовательных программ? Этот вопрос выявляет противоречие между очевидно противоположными потребностями. С одной стороны, задача преподавателя вуза заключается в передаче студентам большого объема предметных знаний. С другой стороны, инженерам необходимы разнообразные личностные и межличностные компетенции, а также навыки создания объектов, процессов и систем, которые позволят им работать в реальной команде инженеров и приносить пользу обществу. Подход CDIO был разработан с целью устранения этого конфликта и удовлетворения всех потребностей студентов. Для этого на первом этапе необходимо понять и описать знания, навыки и личностные качества, необходимые современным инженерам, т. е. определить планируемые результаты обучения. Формированию этого понимания посвящена глава 2. О том, как создать учебный план, выбрать педагогические стратегии и разработать систему оценивания, чтобы обеспечить достижение планируемых результатов обучения студентами, речь пойдет в главах 4–9. В главе 3 мы подробнее остановимся на истории создания и содержании CDIO Syllabus, который включает перечень планируемых результатов обучения CDIO и требования к знаниям, навыкам и личностным качествам современного инженера в виде системы.

CDIO Syllabus – основной документ реформирования инженерных образовательных программ. С точки зрения профессиональных инженеров, он представляет собой список требований работодателей к инженерному образованию. Вместе с тем преподаватели вузов могут рассматривать его как систему результатов обучения. Оба определения будут одинаково верны. Мы стремимся сделать шаг в сторону решения конфликта современного инженерного образования, создав полный перечень знаний и навыков, которыми должны владеть выпускники вузов. Этот перечень должен состоять из достаточно общих формулировок, чтобы его можно было применить ко всем инженерным областям. В то же время он должен быть проработан с достаточной степенью детализации, чтобы быть полезным при планировании программы и оценке образовательного процесса.

В первой части главы описывается процесс создания CDIO Syllabus, отвечая на первую часть вопроса: каким набором знаний, навыков и личностных качеств должны обладать выпускники инженерных вузов после освоения программы? Традиционно на вторую часть вопроса (на каком уровне?) отвечают сами преподаватели программы, достигая консенсуса с заинтересованными сторонами программы или позволяя каждому преподавателю самостоятельно решить этот вопрос для себя. С нашей точки зрения, уровень освоения каждого результата обучения должен определяться с участием заинтересованных сторон, включая студентов, преподавателей, руководства вуза, выпускников и представителей промышленных партеров.

Цели и задачи главы

Цели главы 3:

• объяснить, как содержание CDIO Syllabus возникло из профессиональной инженерной деятельности;

• описать содержание и структуру CDIO Syllabus;

• обосновать необходимость различных требований к результатам обучения, относящимся к дисциплинарным знаниям, личностным и межличностным компетенциям, навыкам создания объектов, процессов и систем;

• предложить способы привлечения заинтересованных сторон в университете и за его пределами к процессу формулирования результатов обучения с необходимой степенью детализации;

• описать процесс планирования результатов обучения, сформулированных в общих терминах для применения во всех инженерных областях.

Инженерные знания и навыки

Необходимые инженерные знания и навыки проще всего определить в результате анализа реальной инженерной практики. В действительности с момента формирования инженерной деятельности как самостоятельной профессиональной области в XIX веке и до середины XX века инженерное образование напрямую зависело от инженерной практики. Как уже упоминалось в главе 1, за последние полвека инженерное образование претерпело ряд изменений и превратилось из практико-ориентированного в науко-ориентированное. В настоящее время мы можем наблюдать становление третьего подхода, который стремится объединить лучшие элементы инженерной науки и инженерной практики, для чего необходимо пересмотреть потребности современной инженерной деятельности.

Попытки изучить и систематизировать навыки инженера предпринимаются с 1940‑х годов. Одна из них привела к публикации книги «Неписаные законы инженерной деятельности» [1], призывающей обратить внимание на такие требования к компетенциям инженеров, как навыки устной и письменной коммуникации, планирование и способность к успешной работе на предприятии. Кроме того, авторы «Неписаных законов инженерной деятельности» подчеркивают значимость личностных компетенций, например стремления к действию, добросовестности и уверенности в своих силах. Во многом перечень необходимых навыков, каким он был более полувека назад, остается актуальным для современных инженеров.

С приходом науко-ориентированного подхода в 1950‑х годах подготовка студентов инженерных программ оторвалась от реальной практики. Инженерная наука заняла доминирующее положение в культуре технических вузов, где лишь часть преподавателей имела практический опыт. К 1980‑м годам преподаватели и промышленники начали выражать недовольство по поводу увеличивающейся пропасти между инженерным образованием и реальной практикой. В своем обращении к членам ежегодной конференции Европейского общества инженерного образования SEFI Бернард М. Гордон ясно сформулировал знания и навыки, необходимые современному инженеру-практику [2] (см. пример 1.1 в главе 1).

За последнее десятилетие многие пытались преодолеть разрыв между инженерным образованием и реальной практикой. Некоторые крупнейшие инженерные корпорации, лидеры в своих отраслях (такие, например, как компания Boeing), опубликовали собственные перечни необходимых компетенций инженеров и сформировали новый взгляд на проблему [3]. Однако актуальны ли такие перечни только для США и отражают ли они нужды последнего десятилетия? Интересно отметить, что в 2004 г., спустя десять лет после опубликования первых списков компетенций, Всемирный совет по химическим технологиям (World Chemical Engineering Council) составил перечень важных недостающих выпускникам инженерных программ навыков [4] (табл. 3.1). При сравнении этого перечня со списком навыков, предложенных компанией Boeing (см. пример 1.2 в главе 1), а также с перечнями, разработанными ABET [5] и другими организациями за последние 50 лет, возникает удивительно ясная картина, иллюстрирующая требования к инженерам. Среди знаний, навыков и личностных качеств, которые промышленные компании хотели бы видеть у своих сотрудников, постоянно упоминаются базовые технические знания, проектирование и производство, контекст инженерной деятельности, способность к творческому и критическому мышлению, навыки коммуникации и работы в команде.

Сославшись на постоянство требований к инженерам, лидеры инженерной отрасли США пролоббировали в государственных органах вопрос о финансировании реформы инженерного образования, убедили профессиональные сообщества пересмотреть стандарты аккредитации и создали совместные рабочие группы для обмена опытом. Подобные образовательные реформы начались и в других развитых странах мира. Однако, несмотря на благие намерения, большинство принятых мер не оказали значимого влияния на образование, как изначально планировалось.

Сближению инженерного образования и инженерной практики препятствуют две основные причины: отсутствие логичного обоснования и недостаточная детализация существующих перечней. Ранее созданные списки требований не содержат убедительного объяснения, почему именно перечисленные навыки и знания так необходимы инженеру. В главе 2 мы попытались сформулировать основные цели и задачи таким образом, чтобы более ясно обосновать целесообразность проведения реформы. Следовательно, отправной точкой нашей работы стало формулирование основной задачи инженерного образования: мы считаем, что выпускник технического вуза должен уметь планировать, проектировать, производить и применять комплексные инженерные объекты, процессы и системы с высокой добавленной стоимостью в современных условиях командной работы.

Другими словами, необходимость реформы заключается в том, чтобы инженеры умели проектировать и создавать. Если принять модель «планирование – проектирование – производство – применение» как контекст инженерного образования, можно более детально сформулировать цели и планируемые результаты обучения на инженерных программах, соответствующие основной задаче инженерного образования. Перечень планируемых результатов обучения в CDIO Syllabus составлен в соответствии с указанной формулировкой.

Другим ограничением стал тот факт, что существующие списки навыков недостаточно детализированы и поэтому не могут быть широко применены. Перечень планируемых результатов обучения в CDIO Syllabus разрабатывался с учетом этого недостатка и представляет собой удобный для понимания, полный, систематизированный и подробный список целей инженерного образования, который может быть использован преподавателями инженерных вузов при проектировании и разработке оптимального учебного плана и системы оценивания.

При формулировании требований к инженеру, составивших основу CDIO Syllabus, должное внимание было также уделено научно-исследовательской работе. Технические науки составляют основу инженерного образования, а исследовательская деятельность способствует приобретению новых знаний. Несмотря на то что большая часть преподавателей, применяющих подход CDIO, – это ученые и исследователи, они обучают студентов, абсолютное большинство которых станут профессиональными инженерами. Эта особенность характерна даже для наукоемких университетов, таких как Массачусетский технологический институт в США, Королевский технологический институт в Швеции и Университет Цинхуа в Китае. Независимо от того, станут ли студенты практикующими инженерами или исследователями, обучение в контексте планирования, проектирования, производства и применения систем и объектов повысит их квалификацию.

Перечень планируемых результатов обучения CDIO представляет собой список знаний, навыков и личностных качеств, которыми должны обладать выпускники инженерных программ. Он был составлен по результатам анализа современной инженерной практики, всех существующих перечней навыков и согласован с экспертами в разных областях. Особая ценность CDIO Syllabus заключается в том, что его можно применить к различным дисциплинам и использовать как образец при формулировании специфических результатов обучения любых инженерных программ.

Второй принцип эффективной практики, сформулированный в виде стандарта 2 CDIO, подчеркивает значимость CDIO Syllabus при проведении реформы образования.

Стандарт 2 CDIO

«Результаты обучения»

Специфические детализированные результаты обучения, описывающие личностные и межличностные компетенции, дисциплинарные знания и навыки создания объектов, процессов и систем, соответствуют целям программы и согласованы с заинтересованными лицами программы.

Следует обратить внимание, что стандарт 2 CDIO не призывает к использованию только CDIO Syllabus. Вместо этого он ставит более общую задачу формулирования результатов обучения, последовательно описывающих широкий диапазон личностных и межличностных компетенций, а также навыков создания объектов, процессов и систем, необходимых для ведения инженерной деятельности. Он также требует, чтобы результаты обучения были согласованы с целями конкретной программы и заинтересованными сторонами. По сути, этого можно добиться и без обращения к CDIO Syllabus, прибегая к другой системе результатов обучения, которую можно найти в национальных стандартах или в стандартах аккредитации.

Перечень планируемых результатов обучения в CDIO Syllabus разрабатывался как дополнительный ресурс и справочный материал для тех, кто стремится реализовать принцип эффективной практики CDIO. В CDIO Syllabus систематизированы знания, навыки и личностные качества, которые должны быть освоены в процессе обучения, т. е. результаты обучения. Результаты обучения CDIO определяют то, что студенты должны знать и уметь после освоения инженерных программ. Помимо дисциплинарных знаний (раздел 1), в CDIO Syllabus сформулированы результаты обучения в терминах личностных и межличностных компетенций, а также навыков создания объектов и систем. Личностные компетенции (раздел 2) ставят в центр внимания когнитивное и эмоциональное развитие студентов, включающее аналитическое мышление, способность решать задачи, экспериментирование, исследование и приобретение знаний, системное, творческое и критическое мышление, профессиональные навыки и другие личностные качества. Межличностные компетенции (раздел 3) определяют индивидуальное и групповое взаимодействие, в том числе работу в команде, лидерство и коммуникацию. Навыки создания объектов, процессов и систем (раздел 4) делают упор на планирование, проектирование, производство и применение объектов, процессов и систем в контексте предприятия, общества и окружающей среды.

Результаты обучения должны быть согласованы с основными потребителями программы, т. е. группами лиц, заинтересованных в качественной подготовке выпускников на предмет соответствия целям программы и актуальности для реальной инженерной деятельности. Заинтересованные стороны также участвуют в определении уровня квалификации, т. е. уровня достижения каждого результата обучения. Далее в главе 3 будет описана процедура согласования перечня планируемых результатов обучения CDIO.

Содержание и структура CDIO Syllabus частично обусловлена его задачей. Сформированный по итогам анкетирования заинтересованных сторон CDIO Syllabus используется как основа для планирования и проектирования программы, обучения и оценки результатов. Процесс создания CDIO Syllabus от анализа потребностей до формулирования целей, приведения результатов обучения в соответствие с целями программы и включения их в учебный план представлен на рис. 3.1. Более подробно весь процесс описан в следующих главах: способ интеграции CDIO Syllabus в учебный план программы – в главе 4, подходы к обучению содержанию CDIO Syllabus – в главе 6 и оценка уровня достижения результатов обучения студентами – в главе 7.

Перечень необходимых навыков и компетенций был сформирован рабочими группами, состоящими из представителей разных заинтересованных сторон, с учетом имеющихся на то время материалов и затем подвергнут экспертной оценке. В результате в 2001 г. был опубликован CDIO Syllabus 1.0 [6]. Изначально созданный с целью оказания содействия в реализации стандарта 2 CDIO, CDIO Syllabus оказался полезным рамочным документом для более чем 100 программ по всему миру в определении целей, разработки учебного плана и оценке достижений студентов. Он был переведен на шведский, французский, испанский, вьетнамский и китайский языки.

После опубликования первой версии CDIO Syllabus он долгое время оставался популярен. С тех пор, однако, возникла необходимость внесения ряда поправок. Во‑первых, появились новые принципы систематизации знаний, которые выявили проблемы, требующие внимания. Новые таксономии были разработаны как другими университетами (например, модель жизненного цикла инженерных объектов бельгийской Группы Т [7]), так и аккредитующими организациями (Канадский инженерный аккредитационный совет – CEAB [8]). С другой стороны, такая необходимость объясняется большим количеством вопросов и уточнений в отношении знаний и навыков, которые не были включены в CDIO Syllabus, от тех, кто сделал попытку его применить.

Возникшие вопросы были тщательно изучены в 2010 и 2011 гг., в результате чего была разработана версия CDIO Syllabus 2.0, описанная ниже. Предыдущая версия подробно представлена в отчетах и в первом издании данной книги и остается полезным справочным материалом. Перечень планируемых результатов обучения в CDIO Syllabus 2.0 расширяет и уточняет предыдущую версию. Перечень в CDIO Syllabus носит исключительно рекомендательный характер, и, если разработчики и преподаватели программ считают, что он не соответствует целям программы или должен быть дополнен, перечень может быть изменен в соответствии с их видением. Поскольку CDIO Syllabus – это лишь вспомогательный ресурс, руководители программы вольны выбирать, какой вариант больше соответствует их целям.

Содержание и структура CDIO Syllabus были определены исходя из трех целей:

• создать логичную и понятную структуру;

• сформировать комплексный набор широко сформулированных целей, согласованный с другими подходами;

• разработать ясные и исчерпывающие формулировки, способствующие реализации и оцениванию.

Отправной точкой формирования CDIO Syllabus послужило простое утверждение, что инженеры должны проектировать и создавать, т. е. разрабатывать объекты, процессы и системы на благо человечества. Для того чтобы стать профессиональным инженером, современный выпускник должен быть готов выполнять основные функции инженера. Как уже упоминалось выше, выпускники технических вузов должны уметь планировать, проектировать, производить и применять комплексные инженерные объекты, процессы и системы с добавленной стоимостью в современной командной среде. Говоря другим языком, выпускники должны ценить инженерную практику и быть способными внести свой вклад в создание инженерных объектов, процессов и систем в процессе работы в инженерной организации. Помимо этого, выпускники должны быть ответственными и разумными членами общества.

Эти общие цели определяют первый уровень в организации CDIO Syllabus, как показано на рис. 3.2. Элементы первого уровня соответствуют требованиям к выпускникам как к ответственным членам общества, заинтересованным в решении технических задач и обладающим набором личностных компетенций и профессиональных навыков, необходимых для ведения профессиональной деятельности. Для того чтобы разрабатывать комплексные инженерные системы с высокой добавочной стоимостью, выпускники должны иметь соответствующие базовые дисциплинарные знания и понимание. Для того чтобы работать в современной командной среде, студенты должны освоить межличностные умения работы в команде и коммуникации. Кроме того, чтобы создавать и применять объекты, процессы и системы, студенты должны понимать принципы планирования, проектирования, производства и применения систем в контексте предприятия, общества и окружающей среды, которые составляют процесс создания инноваций.

Подтверждением справедливости видения CDIO стала комплексная концепция образования ЮНЕСКО [9], построенная на четырех базовых принципах обучения.

• Учиться познавать, т. е. осваивать методы интерпретации информации и данных.

• Учиться деятельности, т. е. учиться действовать творчески в определенной среде.

• Учиться жить вместе, т. е. взаимодействовать с другими людьми.

• Учиться «быть», т. е. достичь результата реализации предыдущих принципов.

Перечень планируемых результатов обучения в CDIO Syllabus можно рассматривать как один из вариантов реализации концепции ЮНЕСКО. Так, раздел 1 CDIO Syllabus «Дисциплинарные знания и понимание» близок к первому принципу концепции ЮНЕСКО «Учиться познавать». Раздел 4 CDIO Syllabus «Планирование, проектирование, производство и применение систем в контексте предприятия, общества и окружающей среды» определяет сферу применения второго принципа ЮНЕСКО «Учиться деятельности». Раздел 3 CDIO Syllabus «Межличностные компетенции: работа в команде и коммуникация» очень близок к принципу ЮНЕСКО «Учиться жить вместе». Ну и наконец, раздел 2 CDIO Syllabus «Универсальные и профессиональные компетенции», акцентирующий внимание на развитии личности, соответствует последнему принципу ЮНЕСКО «Учиться быть». Хотя концепция ЮНЕСКО была разработана несколькими годами ранее CDIO Syllabus, авторы CDIO Syllabus не знали о ее существовании. Таким образом, рабочие группы ЮНЕСКО и CDIO независимо друг от друга создали аналогичные системы организации основных видов обучения.

Второй уровень детализации CDIO Syllabus подробно рассматривался в главе 2 (см. табл. 2.3). Содержание раздела 1 CDIO Syllabus «Дисциплинарные знания и понимание» на втором уровне детализации представлено на рис. 3.3. Современная инженерная деятельность основана на базовых научных знаниях (1.1), фундаментальные инженерные знания (1.2), в свою очередь, дополняют базовые знания, а освоение углубленных инженерных знаний, методов и средств (1.3) позволяет студентам начать профессиональную деятельность. Таким образом, в CDIO Syllabus определяется содержание учебного плана, которое обычно обсуждают преподаватели программы. Эта часть CDIO Syllabus может быть использована в качестве исходных данных для более подробного описания предметных знаний, которые должны быть освоены в инженерных программах. Конкретное тематическое наполнение раздела 1 разнится в зависимости от предметной области. То, что раздел «Дисциплинарные знания и понимание» расположен в самом начале CDIO Syllabus, лишний раз подчеркивает, что освоение глубоких знаний технических основ – основная задача инженерного образования. В остальной части CDIO Syllabus сформулированы более общие знания, навыки и личностные качества, которыми должны обладать выпускники инженерных программ.

Все инженеры используют приблизительно одинаковый набор личностных и межличностных компетенций и следуют приблизительно одинаковым процедурам. В остальные разделы CDIO Syllabus мы постарались включить все знания, навыки и личностные качества, которые могут понадобиться выпускникам инженерных программ. Мы также стремились использовать терминологию, понятную во всех областях инженерного знания. Применение CDIO Syllabus к отдельным областям потребует конкретизации некоторых терминов.

Содержание раздела 2 «Личностные компетенции и профессиональные навыки» и раздела 3 «Межличностные компетенции» CDIO Syllabus на втором уровне детализации представлено на рис. 3.4. Во внутреннем круге выделены три способа мышления, наиболее часто применяемые инженерами, а именно: аналитическое мышление и способность решать задачи (2.1), экспериментирование, исследование и приобретение знаний (2.2) и системное мышление (2.3). Иначе их можно определить как инженерное, научное и системное мышление. Каждый способ мышления далее включает постановку задач, непосредственно процесс мышления и нахождение решения. Подробные формулировки знаний, навыков и личностных качеств, составившие разделы 2 и 3 CDIO Syllabus на третьем уровне детализации, приведены в табл. 3.2. Четвертый уровень, или уровень реализации, представлен в приложении.

Личностные компетенции, которые реализуются преимущественно в профессиональном контексте и относятся к рабочим обязанностям, вошли в раздел 2.5 «Профессиональные компетенции и личностные качества». К ним относятся этика, честь, социальная ответственность, профессиональное поведение и навыки, необходимые для планирования карьеры и повышения инженерной квалификации в течение всей жизни. Кроме того, рассматриваются такие качества, как справедливость и лояльность. «Универсальные компетенции и личностные качества» (2.4) включают общие черты характера и навыки: инициативность и упорство, творческое и критическое мышление, самосознание, обучение в течение всей жизни и навыки управления временем.

Межличностные компетенции составляют особую категорию компетенций и, в свою очередь, делятся на три группы: работа в команде (3.1), коммуникация (3.2) и коммуникация на иностранных языках (3.3). Работа в команде включает формирование и руководство техническими и междисциплинарными командами. Под коммуникацией понимаются все необходимые навыки для разработки коммуникативной стратегии и структуры, а также навыки четырех видов коммуникации (письменной, устной, графической и электронной). Сюда также относятся навыки неформального общения: слушание, ведение переговоров, защита интересов и установление контактов. Коммуникация на иностранных языках включает традиционные навыки, формирующиеся в процессе изучения иностранного языка, особенно иностранного языка в технических целях.

На рис. 3.5 схематично представлено содержание раздела 4 «Планирование, проектирование, производство и применение систем в контексте предприятия, общества и окружающей среды – инновационный процесс». Оно отражает процесс создания объекта, процесса или системы, состоящий из четырех этапов: планирования и управления системами (4.3), проектирования (4.4), производства (4.5) и применения (4.6). Для описания процесса создания объекта, процесса или системы нами были подобраны термины, применимые к любым отраслям инженерной промышленности. На этапе планирования и управления системами происходит определение потребности рынка, возможностей, формирование общей концепции, системная разработка объекта или процесса и проектный менеджмент. Проектирование включает различные аспекты процесса проектирования, в том числе дисциплинарные и междисциплинарные, с учетом устойчивого развития, безопасности, эстетики, удобства в использовании и других особенностей. В этап производства входят изготовление изделий и программ, тестирование и проверка, а также проектирование и управление производственным процессом. Применение охватывает широкий круг вопросов от проектирования эксплуатации до технической поддержки и усовершенствования объектов, процессов и систем и планирования прекращения их жизненного цикла.

Объекты, процессы и системы создаются и применяются в определенном деловом контексте (4.2), который инженеры должны понимать, чтобы работать эффективно. Для этого необходимо осознавать культуру и стратегию развития предприятия и знать способы эффективной и изобретательной работы на предприятиях малого и среднего бизнеса, а также в крупных международных компаниях. Сюда также относятся навыки создания новых технологий и финансирования проектов. Предприятия существуют в широком внешнем, социальном и экологическом контексте (4.1), что определяет необходимость понимания роли инженерной деятельности для общества и широкого исторического, культурного и глобального контекста, а также важности принципа устойчивого развития.

Таким образом, первые два уровня детализации планируемых результатов обучения в CDIO Syllabus организованы исходя из рациональных потребностей. Первый уровень отражает функции инженера, обладающего зрелостью характера, участвующего в рабочих процессах своего предприятия и стремящегося создавать объекты, процессы и системы. Второй уровень детализации состоит из элементов, характерных для профессиональной практики и научной деятельности современного инженера.

Перечень далее декомпозируется на третьем и четвертом уровнях. Высокая степень детализации необходима для формулирования общих целей в виде доступных и измеримых результатов обучения. Хотя вначале CDIO Syllabus может показаться излишне подробным, он дает многочисленные преимущества преподавателям, не являющимся экспертами в отдельных областях, включенных в CDIO Syllabus. Элементы перечня определяют содержание и результаты обучения, включение необходимых навыков в учебный план, а также планирование обучения и оценку результатов. В табл. 3.2 приведена сокращенная версия третьего уровня детализации. Полная версия CDIO Syllabus 2.0, состоящая из четырех уровней детализации, приведена в приложении.