Педагогическое проектирование

5.1 Тенденции и проблемы развития инженерного образования в современных условиях

Состояние современного инженерного образования в мире объективно отражено в Первом Всемирном докладе ЮНЕСКО по инженерным наукам, опубликованном в 2010 г. [1]. В Докладе, составленном на основе материалов исследований по разным странам, констатируется: несмотря на растущий спрос на эффективные инженерные кадры, в различных регионах мира наблюдается нехватка инженеров, представляющая реальную угрозу развитию общества.

Основные глобальные проблемы инженерного образования вызваны: падением популярности инженерных специальностей среди молодежи и со-ответствующим снижением доли студентов в технических университетах из-за ассоциации инженерной деятельности с тяжелой плохо оплачиваемой работой и низкой мотивации к обучению; недофинансирование инженерных программ обучения, сказывающееся на снижении качества подготовки инженеров и недостаточной практической направленности образовательного процесса для наиболее полного удовлетворения реальных потребностей промышленности и корпоративного сектора; дезинтеграция системы инженерного образования с наукой и бизнес-сообществом, обусловливающая снижение самодостаточности инженерных вузов из-за отсутствия научной базы для реализации инновационных программ и недостаточной практической подготовки современных инженеров.

В ХIХ–ХХ вв. Россию называли страной инженеров и изобретателей. Как отмечается в научной литературе, институты советского периода готовили инженерные кадры чуть ли не самой высокой квалификации в мире.

Системный кризис, охвативший мировое инженерное образование, не мог обойти стороной Россию. В настоящее время страна продолжает заметно отставать от мировых лидеров по основным показателям, определяющим уровень научно-технологического развития (конкурентоспособность инженерного продукта на мировом рынке). Так, доля России на мировом рынке наукоемкой продукции составляет всего 0,3–0,5%, в то время как доля США достигает 36%, Японии – 30%, Германии – 17% [2].

Сложившаяся ситуация, вызванная проблемами в инженерном высшем образовании, во многом связана с неудачными попытками реформирования российской системы образования в 1990-е гг. Результаты международного исследования "Сравнительный анализ качества высшего образования в глобальной экономике знаний", проведенного Институтом развития образования НИУ "Высшая школа экономики" в 2009–2011 гг., свидетельствуют о том, что российские инженерные вузы и факультеты все еще готовят специалистов не для инновационной, а для индустриальной экономики.

Качество инженерного образования современной России вызывает нарекания работодателей и властных структур. К главным сдерживающим причинам многочисленные исследователи относят: низкая престижность профессии инженера, ее невысокий статус в обществе; массовизация ВПО, низкий конкурс при поступлении в инженерные вузы, снижающаяся физико-математическая подготовка абитуриентов; неурегулированность требований работодателей и системы подготовки; отсутствие реальной связи между работодателями и вузами; неразвитость связей между вузовскими кафедрами и бизнес-компаниями; устаревающие материально-техническую и кадровую базы вузов, отсталые образовательные технологии, учебные планы и программы (в отличие от общемировых тенденций, мала доля практико ориентированных технологий обучения, преобладает лекционно-семинарская система обучения); неразработанность системы прогнозирования потребности в инженерных кадрах, недостаточное развитие целевой контрактной формы подготовки специалистов; отсутствие масштабной, четко сформулированной комплексной стратегии развития инженерного образования.

Таким образом, в российском инженерном образовании по целому ряду направлений образовался разрыв между потребностями общества и результатами образования, между объективными требованиями времени и общим недостаточным уровнем образованности, между профессиональной ориентацией и потребностью личности в гармоническом удовлетворении разнообразных интересов, между современными методологическими подходами к развитым наукам и архаическими формами их преподавания.

Между тем очевидно, что реальные перемены в экономике могут быть достигнуты только за счет неуклонного роста высококвалифицированных инженерных кадров – без инженерного творчества, креативного мышления, изобретательности никакой технический прогресс невозможен.

Приблизить образовательные программы к реальной жизни, связать теорию с практикой – одна из важнейших задач, стоящих сегодня перед инженерным образованием. Для этого необходимо сформировать устойчивое взаимодействие между вузом и ключевыми предприятиями, где работодатель выступает в роли заказчика на рынке труда, определяет результаты обучения в виде набора компетенций выпускников. Эффективность взаимодействия вуза и работодателя определяет степень соответствия качества подготовки специалистов требованиям экономики, востребованность выпускников на рынке труда и, в конечном счете, эффективность использования кадрового потенциала в экономике.

Инженерное образование – важнейшая составляющая технологической модернизации России. Модернизация инженерного образования должна идти с опережениемОпережающее профессиональное образование направлено на развитие у человека пред-расположенности к получению знаний и переходу от концептуального осмысления действительности к решению прикладных социальных, управленческих, организационных, технологических задач. [3]. Россия должна двигаться по пути наукоемкой экономики. Необходимо, чтобы производительность труда росла за счет повышения человеческого капитала, качества инженерного образования, внедрения инновационных технологий.

Согласно обобщенному мнению отечественных экспертов, к основным критериям, которым должна удовлетворять оптимальная система отечественного инженерного образования, следует отнести: соответствие общим тенденциям развития мировой системы инженерного образования; адаптация к быстро изменяющимся запросам рынка, гибкая (за короткие сроки) перестройка на подготовку нужных экономике специалистов; обеспечение достаточного разнообразия вариантов профессиональной подготовки при одном базовом инженерном образовании; выраженная направленность на самообразование личности, воспитание мобильного члена общества, способного в течение жизни многократно менять профиль деятельности; обеспечение с достаточно высокой вероятностью получения выпускниками работы по приобретенной специальности; профессиональная подготовка "под конкретное рабочее место" в сокращенные сроки обучения.

В промышленно развитых странах сделан вывод о том, что выход из кризисного состояния, связанного с ситуацией в сфере реальной экономики и инженерном образовании, возможен только на основе развития высокотехнологичного сектора. Глобализация экономических процессов в мире, бурное развитие науки и техники, быстрая смена технологий способствуют подготовке высококвалифицированных инженерных кадров, превращению инженерных профессий в разряд самых престижных и высокооплачиваемых. При этом велика роль государства в поддержке инженерного образования, создании соответствующих стимулов по обеспечению притока молодых исследователей и преподавателей в промышленность и инженерные вузы.

В мировой образовательной системе: усиливается общее стремление к демократизации, обеспечивающей доступность образования для всего населения страны, в первую очередь для способной талантливой молодежи независимо от ее социального происхождения и материального положения, и преемственность ступеней и уровней образования; все более отчетливым становится стремление к обеспечению права на образование всем желающим, то есть реальная возможность и равные шансы для каждого человека получить образование в учебном заведении любого типа и уровня, независимо от национальной и расовой принадлежности, политических взглядов и вероисповедания; происходит перестройка основной (базовой) школы, заключающаяся в том, чтобы закладывать базовые знания и умения одновременно с обеспечением обучаемых максимально широкими возможностями учебно-профессиональной ориентации.

Основные тенденции развития мировой системы инженерного образования в условиях стремительного развития технологий, тотальной компьютеризации и автоматизации представлены на рис.5.1.

Гуманизация инженерного образования, выступающая отражением ориентации на нужды и интересы человека, обращенности обучения к личности, означает осознание обществом определяющей роли личностного фактора (творческой индивидуальности) в обеспечении эффективности производства. Фундаментализация инженерного образования обеспечивает целостное восприятие научной картины мира, раскрытие сущности фактов и явлений, синтез междисциплинарных знаний из различных областей науки и практики, высокую степень универсальности, направленность на интеллектуальное развитие личности, потребность в смене сфер деятельности на протяжении всей его жизни. Универсализация инженерного образования означает подготовку специалиста широкого профиля, что в условиях перехода к международным образовательным стандартам требует основательной теоретической подготовки по широкому спектру проблем в сфере профессиональной деятельности, быстрой адаптации к неизбежным изменениям продукции, технологий, условий и характера современного производства. Экологизация инженерного образования предполагает гармонизацию отношений человека с природой через познание современной естественно-научной картины мира, уяснение места человека в природе, решение проблемы биосферы и Вселенной в целом. Усиление экономической и правовой подготовки инженеров обусловлено интенсификацией процессов глобализации мирохозяйственных связей на основе принципов рыночной экономики для оценки технико-экономических характеристик продукции, показателей ее конкурентоспособности, обеспечения надлежащей правовой защиты изобретений и др. научно-технических разработок, интелектуальной собственности.

Таким образом, в настоящее время в глобальном масштабе формируется новая парадигма инженерного образования, сущность которой во многом определяют фундаментальность, целостность и направленность на удовлетворение интересов личности, саморазвивающейся на протяжении всей жизни. Новая парадигма связана с пересмотром ценностных ориентиров и приоритетов инженерного образования, переоценке и переосмыслении статуса инженера: с прагматической узкоспециализированной подготовки на приобретение широких обобщенных знаний о глубинных, сущностных основаниях и связях между процессами окружающего мира; с примата знаний на развитие общей культуры и научных форм мышления; с исторического контекста становления научного знания на современные представления о структуре и целостном содержании науки. Новая парадигма инженерного образования организационно воплощается в многоуровневое формирование теоретического типа научного, рационального мышления личности и создание интеллектуального фундамента для ее саморазвития и самореализации в изменяющихся внешних условиях.

5.2 Метод проектов как педагогическая технология мотивации и личностно ориентированного обучения в высшей инженерной школе

Переход на новую парадигму инженерного образования требует кардинальной модернизации традиционной педагогической системы, предусматривающей внедрение новых технологий обучения, проведение организационной и учебно- методической перестройки образовательного процесса в целом. Несмотря на то, что теоретические подходы к сфере педагогических технологий, обеспечивающих реализацию новых подходов к целям образования, хорошо известны, практические методики их освоения, адекватные современному состоянию инженерного образования и позволяющие эволюционно перейти к новой педагогической системе, сохранив все несомненные достижения и традиции российской высшей школы, явно недостаточно.

Одним из основополагающих компонентов повышения эффективности обучения является мотивация обучаемого к познавательной деятельности и личным достижениям, а обучающего – к совершенствованию содержания преподаваемой дисциплины и методов организации учебного процесса. Очень важно стимулировать мотивацию к образовательному процессу за счет кардинального изменения отношения к самостоятельной работе студентов – ее значимость должна заметно превышать значимость аудиторной работы.

Метод проектов – одна из современных инновационных педагогических технологий мотивации студента и личностно ориентированного образования, интегрированный компонент системы инженерного образования. Согласно методу проектов, обучение строится на активной основе через целесообразную деятельность учащихся (студентов), сообразуясь с их личным интересом Можно отметить, что метод проектов – совокупность приемов, действий студента в определенной последовательности для достижения поставленной задачи по решению определенной проблемы, значимой для него и оформленной в виде продукта исследовательской (проектной, творческой) разработки. Основная цель метода проектов состоит в предоставлении студентам возможности самостоятельного приобретения знаний в процессе решения практических задач или проблем, требующих интеграции знаний из различных областей. Преподавателю при этом отводится роль разработчика задания (формирования замысла проекта, координатора, эксперта, консультанта).

Анализ научной литературы позволяет сделать вывод о том, что большинство педагогических исследований по методу проектов ориентировано на школьное образование. Несмотря на единую концептуальную основу, необходимо учитывать, что в инженерном образовании метод проектов имеет свои особенности реализации, которые необходимо учитывать. Широкое внедрение метода в подготовку будущих инженеров особенно актуализируется в связи с переходом на новую парадигму образования в связи с переходом к компетентностным стандартам третьего поколения [4].

Метод проектов в настоящее время превращается в интегрированный компонент системы инженерного образования. Суть метода проектов заключается в стимулировании интереса студентов к определенным проблемам, предполагающим владение определенной суммой знаний и через проектную деятельность предусматривающим решение этих проблем, умение практически применять полученные знания, развитие рефлекторного мышления. Метод проектов представляет возможность создать условия для самопознания, самореализации и рефлексии студентов, а именно возможности найти себя, определить природу своих умений и навыков и, наконец, встать на путь развития своей личности [5].

Согласно В.А. Девисилову, базовыми требованиями к проекту в рамках инженерного образования являются: значимость замысла; соответствие замысла возможностям и интересам студента; широкий междисциплинарный характер, требующий привлечения знаний из различных дисциплин, в том числе из др. предметных областей; практическая ориентация на решение реальных научных и/или проектно- конструкторских задач; прагматическая направленность на результат; долговременный характер выполнения от замысла до реализации; целесообразность работы в составе команды (преподаватель – научный руководитель, аспиранты, студенты); самостоятельность в выполнении разделов интегрированной разработки; структурированность проекта на генеральную цель, цели и подцели этапов; свобода в выборе методов достижения цели и возможность внесения оперативных изменений в структуру и методы достижения цели [5].

Метод проектов как интегрированная и структурированная педагогическая технология обучения может использоваться на всех этапах образовательного процесса в высшей инженерной школе, однако его применение, по мнению В.А. Девисилова, целесообразнее для второго уровня образования (магистратуры и для старших курсов обучения при подготовке специалистов). Проект должен завершаться заключительным этапом обучения – подготовкой магистерской диссертации и выпускной квалификационной работой специалиста.

Таким образом, наиболее перспективна методика метода проектов для магистратуры. В соответствии с разрабатываемыми стандартами только 30% трудоемкости учебного плана составляет федеральный компонент. Вариативный же компонент определяет образовательная программа, выбираемая студентом, содержательная часть которой формируется в основном по выбору с учетом интересов студента в рамках проблемного поля образовательного направления. Магистерская подготовка в значительной степени индивидуализирована и ориентирована на самостоятельную работу под руководством руководителя магистранта.

Практическая реализация технологии метода проектов применительно к подготовке магистров осуществляется под руководством преподавателя – научного руководителя в составе команды, выполняющей конкретное задание по договору, гранту или инициативной теме (рис.5.2).

В результате взаимодействия студента и преподавателя определяется замысел проекта, осуществляется его декомпозиция на отдельные структурные составляющие, выбираются образовательная программа магистратуры, для которой определяются набор дисциплин естественнонаучного, экономического и специального модулей и их трудоемкость в зачетных единицах. Наиболее удобным методом структурирования генеральной цели проекта с целями и подцелями этапов их выполнения в учебном процессе является формирование "дерева" целей. Двухлетний период магистерской подготовки разбивается на несколько взаимосвязанных этапов, подчиненных единому замыслу в рамках проекта. Этапы включают наряду с теоретической подготовкой выполнение семестровых проектов, контролируемых самостоятельных поисковых и научно-исследовательских работ и практик. На завершающем этапе выполненные работы отражаются в выпускной квалификационной работе – магистерской диссертации (рис.5.3).

Метод проектов позволяет обеспечить рациональное сочетание теоретических знаний и их практическое применение для решения конкретных проблем. Проблема устанавливает цель мысли, а цель контролирует процесс мышления. "Все, что я познаю, я знаю, для чего это мне надо и где и как я могу эти знания применить" – это основной смысл метода проектов [6; 7]. Метод проектов является активным механизмом мотивации познавательной деятельности. Метод проектов позволяет оптимально сочетать индивидуальные и групповые методы обучения. Проекты могут быть поисковыми и исследовательскими (академический – научно-ориентированный магистр), а также конструкторско-технологическими (профессиональный – практико ориентированный магистр), причем отдельные индивидуальные проекты того или иного характера могут (что наиболее целесообразно) выполняться в рамках одного интегрированного междисциплинарного проекта.

5.3 CDIO – Высокая эффективность инженерного образования

В новых условиях, отличающихся информационным взрывным характером и стремительными изменениями в обществе, обновления техносферы предъявляют все более высокие требования к профессии инженера и к инженерному образованию в целом. Одной из принципиальных черт современного периода является внедрение в образовательный процесс новых методов обучения, построенных на принципе саморазвития, активизации личности. Одним из таких методов является проектное обучение. Метод проектов помогает сформировать так называемый проектировочный стиль мышления, который соединяет в единую систему теоретические и практические составляющие деятельности человека, раскрывает, развивает, реализует творческий потенциал личности.

Необходимость массового освоения основ проектировочной деятельности связана с особенностями современного инженерного образования – основной проблемой становится не усвоение постоянно увеличивающегося объема знаний, а ориентация в потоке возрастающей информации и производство нового знания. Быстрое устаревание научной информации заставляет осуществлять поиск источника новых знаний непосредственно внутри системы образования и образовательных процессов. Таким источником и становится педагогическое проектирование.

На современном этапе развития общества, который характеризуется подвижностью и изменчивостью, проектный тип культуры начинает доминировать, становится одним из центральных механизмов преобразования действительности. В проектной деятельности прослеживается соединение технократического и гуманитарного, исследовательского и прогностического, информационно-образовательного и социально-преобразовательного начал, что позволяет, по мнению С.С. Ермолаевой, провозгласить проектную культуру в качестве основы новой образовательной парадигмы XXI в. [9].

Согласно И.А. Колесниковой и М.П. Горчаковой-Сибирской [10], проектная деятельность характеризуется большими возможностями, ее развивающая функция основана на: продуктивности воображения, строящего субъективную реальность и программирующего действия по изменению того или иного объекта; силе и свободе творчества; логичности, последовательности совместной с др. людьми креативной деятельности; стимуле к развитию социальной активности; эмоциональном обогащении жизни, связанном с ощущением способности к преобразованию действительности; возможности получить наряду с предметным еще и педагогический результат в виде важных для жизни личностных приращений [10].

Модернизация инженерного образования основана на переходе от традиционной дисциплинарной модели обучения к компетентностному формату, содержательно ориентированному в большей степени на логику будущей профессиональной деятельности. В основе компетентностной модели выпускников лежит системно-деятельностный подход к обучению студентов. Доминантой в российском высшем инженерном образовании сегодня становится не столько обучение, освоение информации и профессиональных навыков, как формирование готовности студентов самостоятельно и результативно действовать в реальных жизненных и производственных ситуациях, умение их диагностировать, принимать целесообразные решения. Необходимым становится перенос акцентов на развивающую функцию образования, на приобретение знаний в течение всей жизни и гармоничное личностно-профессиональное развитие будущего инженера [11].

Компетентностный подход, определяющий конкурентноспособность выпускника, деловые качества и интеллектуальные возможности инженера, сегодня востребован и широко реализуется в мире, усиливая практическую направленность инженерного обучения.

Одним из успешных международных проектов по подготовке компетентного специалиста к инженерной деятельности является прогрессивная концепция модернизации базового инженерного образования – Инициатива CDIO (набор общих принципов создания учебных программ, их материально-технического обеспечения, подбора и обучения преподавателей) [12] (рис.5.4).

Поскольку профессиональные компетенции не могут быть сформированы одномоментно, то увязку фундаментальных наук с общетехническими и специальными дисциплинами необходимо осуществлять преемственно и последовательно, начиная с первого курса, через междисциплинарное содержание курсов, использование задач с элементами профессиональной направленности, проектно-проблемную организацию обучения. Комплексный подход Инициативы CDIO, направленный на устранение несоответствий между содержанием и результативностью образовательных программ инженерного образования уровню развития современных технологий и ожиданиям работодателей посредством комплексного освоения инженерных продуктов, процессов и систем в современной среде, основанной на командной работе специалистов в контексте "Conceive–Design–Implement–Operate" – "планирование–проектирование–производство–применение" (рис.5.5).

Концепция CDIO в соответствии с практико-проектной ориентированностью инженерного образования в целом и результатов обучения, в частности, исходит из принципа, согласно которому создание и развитие инженерных продуктов и систем на протяжении всего жизненного цикла обучения создают необходимый контекст инженерного образования. В 12 стандартах CDIO прописаны различные аспекты инженерного обучения – от философии, общего контекста развития до оценки успешности реализации образовательной программы по принципам CDIO (рис.5.6, табл.5.1 ).

*для каждого CDIO Standard имеется: описание, логическое обоснование, доказательства (содержат примеры документирования фактов, демонстрирующих уровень соответствия программы тому или иному стандарту).Источники: Современные технологии Проектно-ориентированного образования / Агентство стратегических инициатив (www.asi.ru) [Электронный ресурс].URL: http://cdiorussia.ru/app/data/uploads/2013/12/Gusev_ASI.pdf.

Ценность CDIO – системный подход к образовательной деятельности, практическом наполнении и степени проработки каждого из 12 стандартов (табл.5.1). CDIO Syllabus определяет компетенции выпускников инженерных вузов в области техники и технологий, которые планируется сформировать в результате освоения образовательных программ компетенции бакалавров в области техники и технологий, которые планируется сформировать в результате освоения соответствующих образовательных программ (рис.5.7).

Достоинством CDIO Syllabus является то, что, в отличие от требований со стороны работодателей и профессиональных организаций, аккредитующих образовательные программы в вузах, требования CDIO Syllabus, предъявляемые к результатам подготовки выпускников вузов, декомпозируются на четырех уровнях. Это позволяет преподавателям вузов – разработчикам образовательных программ – эффективно реализовывать компетентностный подход: детально определять исходные данные для проектирования программ в целом, ставить и решать задачи по разработке модулей и отдельных дисциплин образовательных программ [13].

Разработка Всемирной инициативы CDIO первоначально для вузов инженерных направлений началась в конце 1990-х в США. Сообщество CDIO объединяет технические программы ведущих инженерных школ и технических университетов. Автором и соучредителем инициативы CDIO явился Эдвард Кроули (Edward F. Crawley), профессор аэронавтики, астронавтики и инженерных систем Massachusetts Institute of Technology (MIT). В 2003–2006 гг. занимал позицию исполнительного директора МТИ; в настоящее время возглавляет Сколковский институт науки и технологий (Сколтех).

Практика применения концепции CDIO оказалась эффективной не только для инженерных кадров,но и для современных университетов в целом. Действительно, необходимый контекст образования, общая философия требований к образовательным программам и учебным планам, активные формы обучения, развитие у профессорско-преподавательского состава педагогических компетенций и умений и т.д позволяют развивать инновационную деятельность, устранять разрыв между теорией и практикой, активизировать взаимодействие с бизнесом, вовлекать студентов в реальное участие в процессы жизненного цикла создания новых систем, процессов и продуктов необходимы любому высшему учебному заведению.

Сегодня ко Всемирной инициативе CDIO присоединились уже более 100 крупнейших университетов мира, ведущих подготовку на основе практико-ориентированного обучения, из 30 стран – США, Канады, Европы, Африки, Азии и Новой Зеландии.

От Российской Федерации членами Всемирной инициативы CDIO являются: Томский политехнический университет (с 2011 г.), Сколковский институт науки и технологий (с 2012 г.), Астраханский государственный университет (с марта 2012 г.), Московский авиационный институт (с октября 2012 г.), Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники (с марта 2013 г.), Московский физико-технический институт (с апреля 2013 г.), Сибирский федеральный университет (с 2014 г.).

Результаты внедрения всемирной инициативы CDIO, формирующие новые взаимоотношения вуз–государство, вуз-бизнес, вуз–учащиеся, представлены на рис.5.8.