1. Введение и мотивация
Обоснование
Задача инженерного образования – подготовка выпускников к успешной профессиональной деятельности, а значит, формирование у студентов предметной компетентности, понимания социального контекста и стремления к инновациям. Для повышения уровня производительности, предпринимательства и лидерства в условиях возрастающей технологической сложности объектов, процессов и систем существенными становятся соответствующие знания, навыки и личностные качества, что обосновывает крайнюю необходимость модернизации содержания базового инженерного образования на уровне бакалавриата.
В последние десятилетия ведущие вузы, промышленные и правительственные организации обратили внимание на необходимость реформ и сформулировали свои представления о требуемых компетенциях инженеров. Благодаря этому стало возможно определить основную задачу инженерного образования как подготовку выпускников, способных планировать, проектировать, производить и применять сложные инженерные объекты, процессы и системы с высокой добавленной стоимостью.
Ниже мы предлагаем вашему вниманию 12 принципов, способствующих успешному решению поставленной задачи в рамках инженерных образовательных программ. Первый из таких принципов – рассмотрение инженерного образования в контексте реальной инженерной практики: планирования, проектирования, производства и применения объектов, процессов и систем. Второй принцип – привлечение заинтересованных сторон к определению требований к результатам освоения образовательных программ. Для реализации сформулированных таким образом образовательных потребностей нами были разработаны 10 дополнительных принципов, которые в совокупности представляют собой комплексный и широко применимый подход к совершенствованию образовательных программ, методов преподавания, а также инфраструктуры технических вузов, основанный на надежной системе оценивания и постоянного улучшения. Тем самым мы стремимся значительно усовершенствовать содержание базовых инженерных образовательных программ и повысить качество технического образования в мире.
Необходимость перемен
Чем занимается современный инженер?
Инженеры создают объекты на благо общества. Цитируя Теодора фон Кармана [1], «ученые открывают существующий мир, инженеры же создают мир, которого никогда не было». По определению Устава Британского института гражданских инженеров 1828 г. [2], инженерная деятельность – это «искусство направления больших природных источников энергии на нужды и во благо человека». Несмотря на то что сегодня мы могли бы переформулировать это высказывание, отметив ответственность человека перед природой за распределение ее ресурсов, несомненным остается тот факт, что создание новых объектов, так же как и разумное использование природных ресурсов, остается одной из задач современного инженера.
Современные инженеры вовлечены во все этапы жизненного цикла объектов, процессов и систем, которые могут значительно отличаться (быть простыми и невероятно сложными), но имеют одну общую черту: они отвечают потребностям общества. Хорошего инженера отличает умение наблюдать и прислушиваться к требованиям клиента. Он определяет масштаб объекта или системы и помогает разработать общую концепцию. Другими словами, он участвует в планировании создания объекта или системы. Современные инженеры проектируют объекты, процессы и системы, обладающие технологической природой. Иногда они используют прорывные технологии, открывающие новые рубежи и создающие новые возможности. Порой же они используют существующие технологии, адаптируя их под изменяющиеся потребности общества. Инженеры руководят и в некоторых случаях участвуют в производстве объектов, процессов или систем. Объекты и системы проектируются инженерами таким образом, чтобы они были легки в производстве и надежны. Для того чтобы приносить пользу обществу, технические объекты и системы должны применяться. Потребительские товары (такие как кухонные печи, машины или ноутбуки) используются обычными людьми. Более сложными системами (например, промышленными печами, самолетами или коммуникационными сетями) управляют профессионалы. Инженеры должны учитывать и планировать применение объекта, процесса или системы уже на этапе проектирования.
Для успешного планирования, проектирования, производства и применения объектов, процессов и систем инженеры работают в команде, что требует коммуникативных навыков. Они творчески и критически подходят к решению задач, действуют ответственно и обладают целым рядом других универсальных и профессиональных компетенций.
Необходимость реформирования инженерного образования
Задача высшей школы – подготовка выпускников к успешной инженерной деятельности, т. е. формирование у выпускников способности участвовать и со временем руководить всеми этапами планирования, проектирования, производства и применения объектов, процессов, систем и управления проектами. Для этого студенты должны обладать теоретическими и практическими знаниями, понимать ответственность перед обществом и иметь склонность к инновациям. Такие компетенции необходимы для повышения уровня производительности, предпринимательства и лидерства в условиях возрастающей технологической сложности объектов и систем. Во всем мире признается, что студентов технических вузов необходимо лучше готовить к будущей профессиональной инженерной деятельности, что возможно только при условии системного реформирования инженерного образования.
Сегодня в высшей инженерной школе существует две, на первый взгляд, непримиримые точки зрения. С одной стороны, студенты должны освоить постоянно увеличивающийся объем знаний. С другой стороны, возрастает понимание того, что для создания реальных объектов, процессов и систем инженеры должны представлять их производство, обладать широким набором личностных и межличностным компетенций, а также уметь работать в команде.
Это противоречие отражает очевидное расхождение во взглядах между преподавателями вузов и представителями профессионального инженерного сообщества, являющимися в итоге работодателями выпускников технических вузов. Академическая общественность традиционно подчеркивает важность наличия глубоких технических знаний. Однако с конца 1970‑х – начала 1980‑х годов, а затем более активно в 1990‑х годах представители промышленности стали выражать озабоченность этим противоречием, обращая внимание на необходимость широкого вбидения перспективы, акцентирующей внимание на личностных и межличностных качествах, а также навыках создания объектов, процессов и систем.
В это время между работодателями, правительством и вузами возник диалог, целью которого стало усовершенствование инженерного образования. В ходе совместной работы были проанализированы компетенции выпускников инженерных программ и сформулированы перечни требуемых характеристик современного инженера. В обоих списках прослеживалась неявная критика инженерного образования в отношении излишней теоретизации обучения, в частности, математике, естественным и техническим наукам и недостаточности подготовки к реальной практике, требующей навыков проектирования, работы в команде и коммуникации.
Такая критика выявила напряженность в решении главных задач современного инженерного образования: подготовить специалистов в определенных технических областях, что предполагает овладение увеличивающимся объемом профессиональных знаний, и одновременно сформировать у выпускников универсальные личностные и межличностные компетенции и навыки создания объектов, процессов и систем.
Во многих странах мира имеются программы, демонстрирующие эту напряженность как результат эволюции инженерного образования за последние 50 лет. Практико-ориентированные инженерные программы превратились в научно-ориентированные программы, имеющие целью дать студентам прочную научную основу для решения перспективных инженерных задач. Следствием такой смены парадигмы стало изменение общей концепции инженерного образования и снижение ценности ключевых навыков и умений, ранее являвшихся отличительной чертой инженерных программ. Таким образом, возникло противоречие между теорией и практикой.
Впервые реакция на сложившуюся ситуацию прозвучала в отчете сэра Монти Финнистона правительству Великобритании в 1978 г., известном как «отчет Финнистона» [3]. Несколькими годами позже, в 1984 г., изобретатель аналого-цифрового преобразователя, обладатель Национальной медали США в области технологий Бернард Гордон, являющийся также основателем премии Гордона в области инженерного образования, присуждаемой Национальной инженерной академией США, прямо заявил, что «мировое сообщество… не вполне удовлетворено текущим положением дел в общем [инженерном] образовании» [4]. Ниже приведена выдержка из его обращения к членам ежегодной конференции Европейского общества инженерного образования SEFI (пример 1.1). Двадцать пять лет спустя оно не утратило своей актуальности.
Очевидно, что мировое сообщество в целом и западный мир в частности не вполне удовлетворены текущим положением дел в образовании. Такое недовольство оборачивается шквалом критики в адрес выпускников вузов, которые не умеют читать, писать и не справляются с вычислениями средней степени сложности. Вопрос «Почему Джонни не умеет читать?», получивший широкую огласку, ярко демонстрирует обеспокоенность общества.
Теперь все чаще задают и другой вопрос: «Почему Мистер Инженер не умеет проектировать и создавать?», поскольку руководители компаний и широкая общественность разочарованы недостаточным качеством производимых товаров. Критики инженерного образования любят цитировать жалобы на «продукцию» системы образования:
• непропорционально низкая и постоянно уменьшающаяся экономическая отдача от инженерных кадров;
• ограниченное и формальное обучение, низкая осведомленность в базовых технических областях;
• недостаточная подготовка для формирования инженерных навыков на необходимом уровне;
• недостаточное понимание важности точных испытаний и измерений;
• низкий дух состязательности и настойчивости;
• низкий уровень владения коммуникативными навыками;
• недостаточная дисциплинированность на рабочем месте;
• страх перед личной ответственностью.
В связи с этим необходимо провести переоценку нашего понимания инженерной деятельности, сконцентрировав внимание на содержательной составляющей с тем, чтобы определить, чем, с нашей точки зрения, должны заниматься инженеры в своей профессиональной деятельности, и внедрить новые технологии в методику образования.
Определение
Я предлагаю считать НАСТОЯЩИМ (т. е. ПРОФЕССИОНАЛЬНЫМ) ИНЖЕНЕРОМ того, кто обрел и постоянно совершенствует знания, навыки и личностные качества в области техники и технологий, коммуникации и человеческих взаимоотношений и кто приносит пользу обществу, теоретически обосновывая, планируя, проектируя и производя надежные инженерные конструкции и машины, имеющие практическую и экономическую значимость.
Чем шире знания, чем разнообразнее и лучше сформированы навыки и чем выше понимание у каждого инженера, тем значимее будут достижения, что, в свою очередь, принесет ему признание в качестве ролевой модели, учителя и лидера.
Знания
Для настоящего инженера знания не ограничиваются полученной и тем более технической информацией. Процесс познания отличается от процесса приобретения. Поскольку современный инженер может использовать информационные технологии, чтобы мгновенно получить любые существующие в мире данные, настоящий инженер имеет общее представление о необходимых данных и умеет восстанавливать в памяти и обрабатывать необходимые данные для синтезирования новой информации с целью решения поставленной задачи.
Принимая во внимание роль инженера как лидера общества, область необходимого знания не должна ограничиваться естественно-научными и техническими дисциплинами. Понимание процессов развития общества через изучение истории, экономики, социологии, психологии, литературы и искусства усиливает значимость инженерного решения. Кроме того, в эпоху «сближения миров» в результате развития коммуникационных технологий нельзя забывать об изучении иностранных языков – аспекте, который часто игнорируется на западном побережье Атлантики.
Навыки
Навыки настоящего инженера, по сути, сводятся к владению технологиями решения задач проектирования, в которых консолидированные технические и естественно-научные знания применяются с использованием личного творческого потенциала и умений принимать решения, сформированных через обучение и практический опыт. Поскольку инженерные успехи достигаются в командной среде, для лидера и исполнителя крайне важны коммуникативные навыки.
Эти навыки могут быть сформированы только путем моделирования решений задач или через реализацию реальных проектов под руководством профессиональных инженеров. Однако следует иметь в виду, что никакое количество проанализированных примеров не сможет заменить реальной практики, в частности, по выполнению проекта. Метод кейсов может быть полезным, но его недостаточно для подготовки квалифицированного инженера.
Личностные качества
Личностные качества настоящего инженера напрямую влияют на качество принимаемых им решений, независимо от задачи. Настоящий инженер руководит различными ресурсами (финансовыми, человеческими, материальными) на всех уровнях инженерной деятельности. Успешному руководителю необходима доля самокритики, при которой сбалансированно сосуществуют эгоизм и альтруизм. Для этого инженер должен иметь такие качества, как любознательность и смелость, реализующиеся в творчестве и инновациях. Успешный руководитель обладает силой, позволяющей отдавать и принимать приказы и стойко реагировать на вызовы рынка, неуклонно стремясь к успеху. Настоящий лидер демонстрирует преданность как своей команде, так и компании и заслуживает уважения членов проектной группы за личную компетентность, терпение и чуткое руководство.
К 1990‑м годам критика университетского инженерного образования распространилась по всем миру. Компания Boeing, например, пыталась повлиять на качество инженерного образования, сформировав перечень требуемых характеристик инженера, представленный в примере 1.2. В более широком контексте промышленники развитых стран мира отреагировали семинарами и курсами по усовершенствованию образовательных программ и оказанием влияния на аккредитующие и профессиональные организации. Они также напрямую или косвенно через фонды финансировали образовательные инициативы и требовали, чтобы правительство выделило ресурсы для проведения реформ. Такая реакция не была случайной. Кампания развернулась против того, что промышленность считала главной кадровой угрозой, исходящей из университетов. Эти и другие комментарии промышленников объединяет принижение значимости фундаментальных технических и естественно-научных знаний и перечисление широкого спектра навыков, которые обычно включают элементы планирования, коммуникацию, командную работу, этику и другие личностные навыки и характеристики.
• Хорошее понимание основ инженерных наук:
– математики (включая статистику);
– физики и биологии;
– информационных технологий (значительно выше уровня компьютерной грамотности).
• Хорошее понимание процессов проектирования и производства.
• Междисциплинарный системный подход.
• Базовое понимание контекста инженерной практики:
– экономики (включая практику деловых отношений);
– истории;
– окружающей среды;
– потребностей клиентов и общества.
• Хорошие коммуникативные навыки:
– письменной и устной речи, составления графиков, аудирования.
• Высокие этические нормы.
• Способность к критическому и творческому мышлению (самостоятельному и в команде).
• Гибкость, т. е. способность уверенно адаптироваться к быстрым или значительным переменам.
• Любознательность и желание обучаться в течение всей жизни.
• Глубокое понимание значимости командной работы.
Компания Boeing
Многие слышали, анализировали и применяли на практике столь же ясно сформулированные требования промышленных компаний. Однако задача повышения качества образования, поставленная работодателями и подхваченная правительствами, остается актуальной. Помимо этого, сохраняется потребность в увеличении количества выпускников инженерных программ. Мы стремимся повысить качество подготовки студентов технических вузов через проведение системной реформы инженерного образования, основанной на применении подхода CDIO к проектированию образовательных программ.
Основы подхода CDIO
Подход CDIO направлен на подготовку всесторонне образованных инженеров, способных планировать, проектировать, производить и применять сложные инженерные объекты, системы и процессы с высокой добавленной стоимостью в современных условиях командной работы. Подход направлен на достижение трех общих целей – подготовить выпускников, способных:
• применять базовые технические знания в практической деятельности;
• руководить процессом создания и эксплуатации инженерных объектов, процессов и систем;
• понимать важность и последствия воздействия научного и технического прогресса на общество.
Образование, организованное с применением подхода CDIO, основано на формировании базовых технических знаний в контексте планирования, проектирования, производства и применения объектов, процессов и систем. Мы стремимся разработать эффективные образовательные программы, интересные студентам и способные привлечь их в инженерное образование, удержать их на программе и в профессии.
Планирование, проектирование, производство и применение должны рассматриваться как контекст, а не как содержание инженерного образования. Образовательный контекст – это среда, способствующая пониманию и приобретению знаний и умений. Выбор планирования, проектирования, производства и применения в качестве образовательного контекста соответствует профессиональной деятельности инженера и формирует естественную среду для приобретения основных инженерных навыков. В рамках заданного контекста мы создали комплексный подход к определению образовательных потребностей студентов и разработали последовательность учебных мероприятий, направленных на их удовлетворение.
Важная особенность подхода CDIO заключается в том, что он позволяет создать образовательный контекст, который оказывает двойное воздействие на студентов тем, что способствует глубокому пониманию теоретических основ инжиниринга и приобретению практических навыков. Благодаря применению современных педагогических подходов и инновационных методик преподавания создается новая образовательная среда, в которой студенты приобретают конкретный опыт обучения, способствующий осмыслению абстрактных технических понятий и активному применению полученных знаний, что приводит к их пониманию и усвоению. Следовательно, подход CDIO обеспечивает глубокое практическое понимание базовых инженерных знаний. Конкретный опыт обучения также стимулирует формирование личностных и межличностных компетенций и навыков создания объектов, процессов и систем.
Чтобы гарантировать достижение поставленных целей, подход CDIO разрабатывался как технологический процесс. Нами была создана комплексная технология определения образовательных потребностей и выработана последовательность учебных мероприятий, направленных на их удовлетворение. Технология и учебные мероприятия легли в основу перечня планируемых результатов обучения, называемого CDIO Syllabus, и стандартов CDIO (CDIO Standards).
Конкретные результаты обучения представляются в виде рационального, последовательного и подробного перечня компетенций, необходимых для инженера. Перечень планируемых результатов обучения сформирован по результатам анализа потребностей и исходных документов и прошел экспертную оценку. Квалификационные требования к выпускникам определялись при участии разных потребителей инженерных программ. Сформулированные таким образом результаты обучения служат основой для определения целей, бенчмаркинга, проектирования образовательных программ и оценивания достижений студентов.
Стандарты CDIO – это попытка объединить опыт успешных практик в инженерном образовании, выявленных путем сравнительного анализа различных программ по всему миру. Стандарт 1 CDIO устанавливает основной принцип, согласно которому планирование, проектирование, производство и применение рассматриваются как контекст инженерного образования. Стандарт 2 CDIO подчеркивает, что для каждой программы необходимо сформировать широкий перечень результатов обучения с участием потребителей программы. Учебный план программы должен включать взаимосвязанные дисциплины, где обучение предполагает овладение личностными и межличностными компетенциями, а также навыками создания объектов, процессов и систем. Одной из первых дисциплин в программе должен быть курс «Введение в инженерную деятельность», создающий представление об инженерной практике. Помимо этого, программа должна включать несколько учебно-практических заданий по проектированию и созданию технических объектов, выполняемых в современных учебных классах. Учебное пространство должно способствовать практическому обучению, а формирование навыков быть интегрировано в освоение дисциплинарных знаний. Преподаватели должны иметь достаточную педагогическую компетенцию и квалификацию в инженерных областях, а образовательные программы CDIO – постоянно совершенствоваться через оценку достижений студентов по всем результатам обучения, а также через применение системы оценки качества. Таким образом, в 12 стандартах CDIO определены требования к образовательным программам, которые могут выступать руководством для реформирования и оценки программ, создавать условия для бенчмаркинга и задавать цели в международном контексте, служить отправной точкой для непрерывного улучшения.
Подход CDIO возник и получил развитие благодаря сотрудничеству Массачусетского технологического института (США) с тремя шведскими университетами – Технологическим университетом Чалмерса, Королевским технологическим институтом и Университетом Линчёпинга. На сегодняшний день более 100 университетов мира используют подход CDIO для разработки инженерных программ.
При создании нового подхода мало что было придумано. В своей работе мы основывались на исследованиях и лучших практиках университетов-партнеров и многих других вузов по всему миру, стремящихся повысить качество инженерного образования. Многие из них внесли важный вклад в развитие проекта. Основной принцип CDIO, например, – определение результатов обучения и использование проблемно– и проектно-ориентированного обучения как неотъемлемых этапов реализации подхода, применимого при проектировании и внедрении образовательной программы. Подход CDIO развивает и систематизирует перспективные идеи с тем, чтобы сформировать набор универсальных методов для широкого применения и разработать открытые ресурсы, которые могут выступать руководством для реформирования инженерного образования. Мы понимаем, что в большинстве случаев университеты не располагают значительными финансовыми и кадровыми ресурсами, и призываем к использованию общедоступных открытых источников, позволяющих внедрить систему непрерывного совершенствования.
Подход CDIO не является нормативом и должен быть адаптирован с учетом специфики конкретной программы – ее целей, национального, общеуниверситетского и дисциплинарного контекста. Подход CDIO легко совмещается с другими реформами высшего образования. Однако в отличие от стандартов национальных аккредитующих организаций, устанавливающих цели, мы предлагаем несколько возможных решений комплексной задачи по реформированию инженерного образования. Многие университеты мира развиваются параллельно нашему проекту и вносят существенный вклад в общее дело. Другие уже провели собственные независимые реформы согласно 12 стандартам CDIO. Но мы всегда можем становиться лучше, устранять свои недостатки, помогать другим в том, в чем сами являемся лидерами, и предвосхищать постоянно меняющиеся потребности студентов и общества.
Книга
Лежащая перед вами книга писалась как введение к подходу CDIO. Это практическое руководство, содержащее достаточное количество информации, чтобы познакомить вас с его высокими целями, философией и основными идеями, объяснить исторические и социальные предпосылки. На страницах книги вы найдете ссылки на более подробные ресурсы в виде других книг, материалов семинаров и веб-сайтов.
Общий обзор подхода CDIO продолжится в главе 2. В ней будут подробно описаны причины возникновения подхода, его цели, задачи, педагогические принципы и основные этапы применения. Глава 3 посвящена описанию процессов определения необходимых компетенций инженера и формулирования результатов обучения выпускников инженерных программ. В главах 4–6 более подробно рассмотрены учебный план, рабочее пространство студента и подходы к обучению. Методы оценивания достижений студентов, определения качества программы и система постоянного совершенствования обсуждаются в главах 7–9. Авторы книги также обращаются к истории, чтобы проиллюстрировать необходимость реформы в инженерном образовании и обосновать свое видение его будущего.
Литература
1. Von Kármán T. Dictionary of Scientific Quotations / ed. by A.L. Mackay. L.: CRC Press, 1994.
2. The Royal Charter. The Institution of Civil Engineers. L., 1828. <http://www.ice.org.uk>. Accessed November 11, 2013.
3. Finiston M. Engineering Our Future: Report of the Committee of Inquiry into the Engineering Profession. L.: HMSO CMND 7794, 1980.
4. Gordon B.M. What is an Engineer? Invited Keynote Presentation, European Society for Engineering Education (SEFI) Annual Conference. Germany: University of Erlangen – Nürnberg, 1984.