CC BY
104
Высшее образование
УДК 378.1
Концепции инженерного образования в современных условиях Conceptions of engineering education in modern conditions
Кондратьев В.В., Казанский национальный исследовательский технологический университет, v. kondratyev.50@mail. ru
Дреер Р., Университет Зигена, Германия, [email protected]
Кузнецова М.Н., Казанский национальный исследовательский технологический университет, [email protected]
Kondratyev V., Kazan National Research Technological University, [email protected]
Dreher R., University of Siegen, Germany, [email protected]
Kuznetsova M., Kazan National Research Technological University, [email protected]
DOI: 10.51379/KPJ.2022.156.6.005
Статья подготовлена в рамках международной сетевой научно-практической конференции «Синергия-2022».
Ключевые слова: инженерная подготовка, концепции инженерной подготовки, проблемно-ориентированное обучение, проектно-ориентированное обучение, контекстное обучение, концепция CDIO, клятва Леонардо, концепция естественной структуры инженерной подготовки.
Кеуwords: engineering training, conceptions of engineering training, problem-oriented training, project-oriented training, contextual training, CDIO concept, Leonardo's oath, the concept of the natural structure of engineering training.
Аннотация. Актуальность данной статьи обусловлена необходимостью поиска новых концепций подготовки нового типа инженера, отвечающего современным условиям устойчивого развития. Цель статьи заключается в актуализации таких концепций инженерной подготовки как клятва Леонардо и естественной структуры инженерной подготовки. Авторами представлена последовательность концепций инженерной подготовки, где каждая последующая вытекает из предыдущей и обобщает её. Дан краткий обзор особенностей, преимуществ и принципов проблемно-ориентированного, проектно-ориентированного и контекстного обучения, а также концепции CDIO. Раскрыта сущность концепций «Клятва Леонардо для инженеров» и естественной структуры инженерной подготовки, заключающихся в том, чтобы инженеры выполняли свою работу, основываясь на категориях «устойчивость», «профессиональное развитие» и «экологичность», образовательный процесс является деятельностью и должен следовать общей логике деятельности, а естественный образовательный процесс подготовки к деятельности в определенной области техносферы должен строиться на постепенном усложнении дескриптивного языка на всех этапах учебной деятельности в соответствии с логикой возникновения инженерной деятельности. Предложено внедрение предлагаемой концепции инженерного образования на основе естественной структуры инженерной подготовки и кодекса профессионального инженера «Клятва Леонардо для инженеров», которое, по мнению авторов, поможет сформировать инженера нового типа, компетентного в реализации принятого решения и ответственного за последствия этого решения для социальной, экологической и экономической среды.
Abstract. The relevance of this article is due to the need to search for new conceptions of training a new type of engineer that meets modern conditions of sustainable development. The purpose of the article is to update such conceptions of engineering training as Leonardo's oath and the natural structure of engineering training. The authors present a sequence of concepts of engineering training, where each subsequent one follows from the previous one and generalizes it. A brief overview of the features, advantages and principles of problem-oriented, project-oriented and
contextual learning, as well as the concept of CDIO, is presented. The essence of the concepts of "Leonardo's Oath for Engineers" and the natural structure of engineering training is revealed, which consists in engineers doing their work based on the categories of "sustainability", "professional development" and "environmental friendliness", the educational process is an activity and should follow the general logic of activity, and the natural educational process of preparing for activity in a certain area of the techno-sphere should be based on the gradual complication of the descriptive language at all stages of educational activity in accordance with the logic of the emergence of engineering activity. It is proposed to introduce the proposed conception of engineering education based on the natural structure of engineering training and the code of professional engineer "Leonardo's Oath for Engineers", which, according to the authors, will help to form a new type of engineer competent in the implementation of the decision and responsible for the consequences of this decision for the social, environmental and economic environment.
Введение. Дискурс устойчивого развития в современных условиях неразрывно связан с контекстами инновационного роста, экологии, энергосбережения и ресурсосбережения, улучшения демографии, качества жизни (и т.п.: «экономики знаний», «цифровой экономики», «умных городов», качества образования, корпоративной социальной ответственности, развития гражданской активности и ответственности). Новая модель инженерной подготовки необходима для подготовки нового типа инженера, отвечающего современным условиям устойчивого развития. Инновационная инженерия представляет собой создание технических средств для мира со свободным доступом к информации, образованию для всех, равенству и устойчивому развитию. Она должна основываться на двух руководящих принципах: компетентности в реализации решения и ответственности, осознании последствий этого решения для самой проблемы, а также для социальной, экологической и экономической среды.
Материалы и методы исследования. Проанализированы известные концепции инженерного образования, особое внимание уделено новым концепциям - клятве Леонардо и естественной структуры инженерной подготовки. В статье применены такие общенаучные методы, как анализ и синтез, структурно-функциональный анализ и др.
Результаты. Можно предложить следующую последовательность концепций инженерной подготовки, где каждая последующая вытекает из предыдущей и обобщает её: проблемно-ориентированное обучение => проектно-ориентированное обучение => контекстное обучение => концепция CDIO => клятва Леонардо => концепция естественной структуры инженерной подготовки (NL - Natural occurring Learning).
Рассмотрим основные положения приведенных концепций.
Проблемно-ориентированное обучение - это концепция, в основе которой лежит идея решения актуальных для обучающихся профессиональных
проблем с целью освоения ими универсальных способов деятельности и развития творческих способностей. Можно выделить четыре особенности такого обучения: 1) проблемность, т.е. наличие необходимого для решения проблемы звена; 2) творчество, заключающееся в поиске нового знания для решения проблемы; 3) вариативность, т.е. возможность существования нескольких вариантов решения; 4) доказательность как обоснование и аргументированность предложенного варианта решения проблемы.
Среди преимуществ такого обучения отметим: получение практических знаний; восполнение их недостатка, систематизация и упорядочение; учет различных мнений; развитие самостоятельности; кооперативного обучения; навыков и умений, применимых в стандартных ситуациях; интереса и мотивации; формирование способности принимать разумные решения в нестандартных ситуациях.
При этом мы отмечаем необходимость создания проблемно-ориентированной учебной среды, характеризующейся альтернативностью; оригинальным социальным и инструктивным контекстами.
Проблемно-ориентированное обучение
предусматривает переоценку роли преподавателя: от традиционных заданий к новым. Среди требований к преподавателю-тренеру выделяют следующие:
1. Знание преподаваемого им предмета программы обучения.
2. Обеспечение по каждой теме программы обучения необходимых пояснений, доказательств, практических упражнений для закрепления новых знаний, работы над ошибками.
3. Проведение занятий в живой форме. При этом ему необходимо овладеть постановкой целей обучения, технологиями проведения презентаций, психологией влияния и убеждения, принципами групповой коммуникации и управлением временем.
Проектно-ориентированное обучение -концепция образования, предполагающая
активное участие в процессе обучающегося и включающая учет реальных проблем и опыта [8;11]. Такое обучение базируется на реализации комплексных проектов, обеспечивающих развитие обучающихся и позволяющих им применять приобретенные компетенции. В процессе работы над проектом обучающиеся значительную часть информации должны получать самостоятельно. Концепция ориентирована на формирование и развитие творческого мышления, на получение определенных навыков работы с информацией. Обучение на основе проектов характеризуют: междисциплинарный и мотивирующий характер, комплексное решение задач, достоверность и настрой на взаимно обогащающее сотрудничество.
В инженерном образовании проектное обучение направлено на решение конкретных задач и получение профессионального опыта. Проектная модель обучения предполагает прикрепление студентов к проектам, выполняемым на кафедрах. Кроме традиционных лекционных, семинарских, практических занятий в этой модели принципиальное место занимают такие организационные формы, как мастерские, проектные бюро, творческие лаборатории. Через них студент включается в профессиональную деятельность в условиях, приближенных к реальным [9; 11]. Преимущества такого проектно-ориентированного обучения очевидны: заказчик получает возможность решить свою задачу бесплатно или с минимальными затратами, а также предложить работу студентам, хорошо зарекомендовавшим себя при работе над проектом. Вуз, в свою очередь, решает целый спектр научных, учебных, финансовых задач, включая создание кейсов, учебно-методических комплексов, внедрение полученных результатов в производственную сферу [11].
Контекстное обучение - это концепция образования, в которой процесс учебной деятельности студентов основан на предметном содержании их будущей профессиональной деятельности [1].
Основная идея контекстного обучения -овладение студентом теоретическими и практическими знаниями в условиях осваиваемой им профессиональной деятельности путем последовательного моделирования ее предметно-технологического содержания, а основная цель -формирование будущего специалиста как профессионала и личности. К основным принципам контекстного обучения относятся: осознанное включение студента в процесс обучения; моделирование в учебной деятельности
его будущей профессиональной деятельности; проблемность в содержании и в процессе учебной деятельности; соответствие форм организации целям обучения; ведущая роль совместной деятельности и диалога преподавателя со студентами; использование инновационных и традиционных педагогических технологий; единство обучения и воспитания профессионала.
К преимуществам контекстного обучения можно отнести: системность и меж-предметность знания; динамическую развертку содержания; сценарий будущей профессиональной деятельности; ролевое согласование действий; должностные и личностные интересы. Учебная деятельность (информационная лекция, проблемная лекция, семинар-дискуссия); квазипрофессиональная деятельность (групповое практическое занятие, деловая игра); учебно-профессиональная деятельность (курсовая, НИР, производственная практика, ВКР) составляют базовые формы деятельности в контекстном образовании.
Всемирная инициатива CDIO (Conceive -Design - Implement - Operate), по-русски - 4П (Планировать - Проектировать - Производить -Применять) - это международный проект, разработанный тремя шведскими и одним американским университетами в начале 2000-х годов и направленный на устранение дисбаланса между теорией и практикой в инженерном образовании [10]. Эта концепция предполагает усиление практической направленности обучения, а также использование проблемно-ориентированного и проектно-ориентированного обучения. Она использует лучшие мировые практики по обучению студентов и постоянному его совершенствованию. Инициатива включает в себя 12 стандартов, отражающих все аспекты эффективного обучения студентов (контекста данной инициативы (стандарт 1), разработки учебных планов (стандарты 2-4), проектной деятельности и рабочих пространств (стандарты 5-6), методов преподавания и обучения (стандарты 7-8), повышения квалификации преподавателей (стандарты 9-10) и оценки результатов программы (стандарты 11-12)). Ее цель - получить студента, который будет обладать всеми необходимыми для будущей работы компетенциями, другими словами -максимально подготовленного специалиста для индустрии.
Внедрение стандартов способствует выработке у студентов компетенций, необходимых будущим работодателям; повышению качества обучения, увеличению количества полученных навыков; расширению
сети индустриальных партнеров; повышению уровня и квалификации преподавателей; притоку студентов из других вузов; улучшению общей атмосферы при общении «преподаватель-студент»; использованию современного оборудования.
Рассматривая цели тысячелетия ЮНЕСКО, идея создания (по аналогии с «Клятвой Гиппократа» в медицине) «Клятвы Леонардо для инженеров» в качестве основной цели инженерного образования ставит требование, чтобы инженеры выполняли свою работу, основываясь на категориях «устойчивость», «профессиональное развитие» и «экологичность» [4-7]. «Клятва Леонардо» была разработана как ориентир для инженерных образовательных программ, понимая, что инженерная деятельность - это не просто процесс передачи технологий в продукты и решения. Это проектирование и влияние на жизнь на земле. Поэтому инженеры должны понимать теорию и практику своей дисциплины - но они также должны понимать: какие технические решения будут необходимы для устойчивого развития будущего и что произойдет на самом деле в данный момент, что их решения станут реальностью (какие ресурсы будут использованы, каковы последствия для рынка труда, как можно объединить или потерять преимущества для экономической ценности решения). Но именно реакция инженеров должна показать, что является более стабильным, что возможно, что ответственно и что необходимо обсуждать и осмысливать в мире глобализации и сетевого взаимодействия в соответствии с целью, предполагающей разработку хотя бы продукта или сервисного предложения, близкого к оптимальному. Таким образом, «Клятва Леонардо» содержит требование ко всем видам инженерного образования - развивать хорошую профессиональную компетентность.
Отметим, что основной тезис этого документа заключается в том, что инженерия означает создание технических средств для мира без голода и эпидемий, со свободным доступом к пресной воде и информации, к образованию для всех, к равенству и устойчивому развитию, поэтому инженерия должна основываться на следующих двух руководящих принципах: компетентность в реализации решения; ответственность, осознание последствий этого решения для самой проблемы, а также для социальной, экологической и экономической среды. Это означает, что главная цель инженерии должна быть реализована как дуалистическая функция. Его этическая составляющая ориентирована на будущее в отношении ситуации
в мире. Каждый инженерный курс должен основываться на идее, что инженеры будут готовы использовать полученные технические знания с их ответственностью за проектирование, ориентируясь на принципы: этического обоснования; устойчивости; социальной оценки. Учебные планы в области инженерного образования должны давать больше свободы в курсах практико-ориентированного обучения, решения инженерных задач. Типичная структура такого курса показывает, что в случае развития проектной компетенции академические курсы должны следовать принципу действия, осуществляемого с помощью шагов «информировать, планировать (решать), делать, контролировать, анализировать», что соотносится с концепцией CDIO Массачусетского технологического института.
Концепция естественной структуры инженерной подготовки NL подробно раскрыта в работах авторов [3-5], а также в работе [2].
Отметим только, что генератором фрактальных структур NL является инвариантная структура деятельности, основные элементы которой совпадают с проектной структурой
Проекция этой обобщенной структуры деятельности на образовательный процесс определяет основные системообразующие тезисы NL:
1) учебный процесс также является деятельностью и должен следовать общей логике деятельности; в то же время логика формирования знаний, умений, навыков для данной сферы деятельности будет соответствовать логике самой деятельности за счет вариативности обобщенной структуры (структуры формируемой и формирующей деятельности совпадают);
2) на аналитическом этапе преобладает традиционная дидактика развития понятий, знаний; на синтетическом (на этапе коррекции репродуктивного варианта) должна преобладать проектная дидактика (теория проектной деятельности). Это, конечно, верно на любом образовательном уровне;
3) любой локальный (частный) образовательный цикл (например, постановка и решение внутриобъектной задачи) должен следовать общей логике деятельности, определяющей фрактальные размерности образовательной структуры NL (сквозное единообразие логики);
4) такая логическая структура учебного процесса будет соответствовать логике деятельности студента вне учебного процесса; обе области его деятельности по логической
организации не будут противоречить, а дополнять друг друга;
5) естественный образовательный процесс подготовки к деятельности в определенной области техносферы должен строиться на постепенном (последовательном) усложнении дескриптивного языка на всех этапах учебной деятельности в соответствии с логикой возникновения инженерной деятельности;
6) в частности, дисциплины естественнонаучного цикла должны моделироваться приложениями, интегрируемыми на самом высоком уровне структуры ЫЬ.
Структура учебного курса этой дисциплины в рамках инженерной подготовки в ЫЬ (а не академической) и его структура как научной дисциплины различны.
Заключение. В заключении отметим, что:
1. Основная задача наших университетов -подготовка конкурентоспособных кадров для инновационных наукоёмких производств путем подготовки «инженерной элиты» для предприятий региона и страны, внедрения
образовательных программ со сквозными цифровыми компонентами, системы управления талантами, цифрового образования и т.п. Поэтому приоритетными являются вопросы качества подготовки инженеров, передовые идеи в области инженерного образования.
2. Система советского инженерного образования была традиционно сильна в подготовке креативных специалистов, поскольку их мышление формировалось на основе системного образовательного принципа «от общего к частному».
3. Внедрение предлагаемой концепции инженерного образования на основе естественной структуры инженерной подготовки и кодекса профессионального инженера «Клятва Леонардо для инженеров», на наш взгляд, поможет сформировать инженера нового типа, компетентного в реализации принятого решения и ответственного за последствия этого решения для социальной, экологической и экономической среды.
Литература:
1. Вербицкий А.А. Теория и технологии контекстного образования: учебное пособие / А.А. Вербицкий. - М.: МПГУ, 2017. - 268 с.
2. Горнов А.О. Естественные и искусственные структуры учебного процесса / А.О. Горнов, В.А. Анисимов / Высшая школа России: научные исследования и передовой опыт: информационно-аналитический сборник. - М.: НИИВО, 1994. - Вып. 910. - С. 1-45.
3. Горнов А.О. Инвариантная структура основной профессиональной образовательной программы инженерной подготовки на основе логики деятельности / А.О. Горнов, В.В. Кондратьев, Л.А. Шацилло // Новые стандарты и технологии инженерного образования: возможности вузов и потребности нефтегазохимической отрасли. СИНЕРГИЯ-2017: сб. докладов и науч. ст. международной сетевой конференции; под ред. В.В. Кондратьева. - Казань: Бронто, 2017. - С. 98103.
4. Dreher R. Concept of the Natural Structure of Engineering Training and the Code of Professional Ethics of an Engineer / R. Dreher, A.O. Gornov, V.V. Kondratyev // Высшее образование в России. - 2019. - № 1 (231). -С. 76-85.
5. Dreher R. New Concept of Engineering Education for Sustainable Development of Society / R. Dreher, V.V. Kondratyev, U.A. Kazakova, M.N. Kuznetsova // In: Auer M.E., Ruutmann T. (eds) Educating Engineers for Future Industrial Revolutions. ICL 2020. Advances in Intelligent Systems and Computing. - 2021. - Vol. 1329. Springer, Cham. - Pp. 819-831.
6. Dreher R. Social-Ecologic Oriented Curricula in Engineering Education: "Leonardo's Oath" as an Answer to Janus-Headedness in Engineering Work / R. Dreher, V.V. Kondratyev, M.N. Kuznetsova // Высшее образование в России. - 2021. - Т. 30. - № 1. - С. 115124.
7. Дреер Р. «Новое» просвещение в эпоху цифровых технологий? Инженерное обучение использованию и формированию цифровых технологий / Р. Дреер, В.В. Кондратьев, М.Н. Кузнецова // Управление устойчивым развитием. -2021. - № 6 (37). - С. 90-97.
8. Кондратьев В.В. Подготовка будущих инженеров для работы в междисциплинарных командах и проектах / В.В. Кондратьев // Инженерное образование: журнал АИОР. - 2016. - № 20. - С. 98103.
9. Кондратьев В.В. Формирование практических компетенций инженеров в процессе их подготовки: подходы, лучшие практики и опыт КНИТУ / В.В. Кондратьев, М.Н. Кузнецова // Казанская наука. - 2014. - № 5. - С. 10-18.
10. Переосмысление инженерного образования. Подход CDIO / [Э.Ф. Кроули и др.]; пер. с анг. и под науч. ред. А.И. Чучалина. - М.: Изд. дом Высшей школы экономики, 2015. - 504 с.
11. Применение проектного метода обучения в инженерном вузе: учебное пособие / И.В. Павлова, Ф.Т. Шагеева, О.Ю. Хацринова, Ф.А. Сангер, М.С. Сунцова: в 2 частях, на русском и английском языке. -Казань: РИЦ «Школа», 2019. - 223 с.
References:
1. Veibitsky A.A. Theory and technologies of contextual education: textbook / A.A. Veibitsky. - M.: MPSU, 2017. - 268 p.
2. Gornov A.O. Natural and artificial structures of the educational process / A.O. Gornov, V.A. Anisimov / Higher School of Russia: scientific research and advanced experience: information and analytical collection. - M.: RIHE, 1994. - Issue 9-10. - P. 1-45.
3. Gornov A.O. Invariant Structure of the Main Professional Educational Program of Engineering Training Based on the Logic of Activity / A.O. Gornov, V.V. Kondratyev, L.A. Shatsillo / In: New Standards and Technologies of Engineering Education: Possibilities of Higher Education Institutions and Requirements of Petrochemical Branch - SYNERGY-2017: Collection of Reports and Scientific Articles of the International Network Conference. V.V. Kondratyev (Ed). - Kazan: Bronto Publ., 2017. - P. 98-103.
4. Dreher R., Gornov A.O., Kondratyev V.V. Concept of the Natural Structure of Engineering Training and the Code of Professional Ethics of an Engineer / R. Dreher, A.O. Gornov, V.V. Kondratyev // Higher Education in Russia. - 2019. - № 1 (231). - P. 76-85.
5. Dreher R. New Concept of Engineering Education for Sustainable Development of Society / R. Dreher, V.V. Kondratyev, U.A. Kazakova, M.N. Kuznetsova // In: Auer M.E., Rüütmann T. (eds) Educating Engineers for Future Industrial Revolutions. ICL 2020. Advances in Intelligent Systems and Computing. - 2021. - Vol. 1329. Springer, Cham. - P. 819-831.
6. Dreher R. Social-Ecologic Oriented Curricula in Engineering Education: "Leonardo's Oath" as an Answer to Janus-Headedness in Engineering Work / R. Dreher, V.V. Kondratyev, M.N. Kuznetsova // Higher Education in Russia. - 2021. - Vol. 30. - № 1. - P. 115-124.
7. Dreher R. "New" enlightenment in the era of digital technologies? Engineering training in the use and formation of digital technologies / R. Dreher, V.V. Kondratyev, M.N. Kuznetsova // Management of sustainable development. -2021. - № 6 (37). - P. 90-97.
8. Kondratyev V.V. Training of future engineers to work in interdisciplinary teams and projects / V.V. Kondratyev // Engineering education: AEER journal. -2016. - № 20. - P. 98-103.
9. Kondratyev V.V., Kuznetsova M.N. Formation of practical competencies of engineers in the process of their training: approaches, best practices and experience of KNRTU / V.V. Kondratyev, M.N. Kuznetsova // Kazan Science. - 2014. - № 5. - P. 10-18.
10. Rethinking of engineering education. The CDIO approach / [E.F. Crowley et al.]; translated from English and under the scientific editorship of A.I. Chuchalin. - M.: Publishing House of the Higher School of Economics, 2015. - 504 p.
11. Application of the project- based method of teaching in an engineering university: textbook / I.V. Pavlova, F.T. Shageeva, O.Y. Khatsrinova, F.A. Sanger, M.S. Suntsova. - In 2 parts, in Russian and English. -Kazan: EPC "School", 2019. - 223 p.
5.8.7. Методология и технология профессионального образования Сведения об авторах:
Кондратьев Владимир Владимирович (г. Казань, Россия), доктор педагогических наук, профессор, начальник Центра переподготовки и повышения квалификации преподавателей вузов, зав. кафедрой методологии инженерной деятельности, ФГБОУ ВО «Казанский национальный исследовательский технологический университет», e-mail: [email protected]
Дреер Ральф (Зиген, Германия), PhD, профессор, зав. кафедрой дидактики профессионально-технического образования, Университет Зигена, Германия, e-mail: [email protected]
Кузнецова Мария Николаевна (г. Казань, Россия), кандидат педагогических наук, доцент, доцент кафедры иностранных языков в профессиональной коммуникации, ФГБОУ ВО «Казанский национальный исследовательский технологический университет», e-mail: [email protected]
