science-review.ru
В настоящей статье ставится цель рассмотреть взгляд зарубежных авторов на проблему формирования инженерной компетенции. Изучить практику формирования инженерной компетенции учащихся школ и высших учебных заведений для последующего внедрения в систему российского образования.
Инженерия, наука, технология и математика являются наиболее важными секторами, которые необходимо учитывать для поддержания статуса экономики, основанной на знаниях.
Инженерная программа ХХ в. более не является достаточной для решения инженерных задач ХХI в. Определенные инженерные компетенции, такие как проектирование и аналитическое мышление, стали необходимыми даже для тех, кто учится и работает в неинженерных дисциплинах. Выпускники инженерных специальностей не только востребованы для технической и научной карьеры, но и начали играть важную роль в таких областях, как бизнес, финансы, менеджмент, политика, общественные науки и т.д. Утверждается, что определение инженерия должно быть расширено, чтобы соответствовать возникающим тенденциям и ролям современной и будущей инженерии.
Исследования в области инженерного образования, будь то высшее образование или образование в школах, имеют важное значение для разработки современной учебной программы, обеспечения компетентного преподавания инженерного образования и обучения, а также для решения проблем, с которыми сталкиваются выпускники в профессиональной обстановке на рабочем месте [1]. Растущая сложность и междисциплинарность инженерной профессии требует оснащения выпускников инженерных специальностей набором нетехнических навыков, таких как общение, принятие решений, управление, лидерство, эмоциональный интеллект, культурная осведомленность и социальная этика. Внимание к исследованиям в области инженерного образования стремительно растет во многих странах мира, таких как США, Малайзия, Индия, Мексика, Европа, Тайвань и т.д. [2].
Исследования в области инженерного образования (ИО) – это новая междисциплинарная область исследований. В частности, методы исследования в области педагогики, психологии и социальных наук имеют важное значение для информатизации исследований в инженерном образовании [2]. Другие области, которые, как было установлено, оказывают влияние на ИО: социология, этнические и гендерные исследования, международные отношения и др. [3]. Эксперты в области инженерного, естественнонаучного и математического образования выдвинули на первый план ряд причин, чтобы сосредоточиться на инженерном образовании, такие как глобализация и трансконтинентальное предпринимательство, большие проблемы в устойчивом проектировании, снижение интереса к инженерному делу среди школьников, поддержание инновационного потенциала и международной компетентности на мировом рынке и т.д. Все эти и другие причины требуют радикальных изменений в учебной программе и в методике преподавания и обучения инженеров [4].
Центры и подразделения университетского или инженерного колледжей по инженерному образованию, педагогическая поддержка, информационно-пропагандистская деятельность, исследования и разработка учебных программ довольно распространены в США с 1990-х гг. За пределами США центры, подразделения и исследовательские группы, занимающиеся инженерным образованием, разбросаны по всему миру, однако их частота намного меньше, чем в США; ожидается, что это число будет быстро расти в ближайшие несколько лет. Примерами таких центров являются: Инженерный центр передового опыта в области преподавания и обучения в Университете Лафборо, Великобритания, исследовательская группа по инженерному образованию в Университете Линчёпинга, Швеция и Отдел инженерного обучения в Мельбурнском университете, Австралия.
Эти отделы были нацелены на перемещение статуса в инженерном образовании от изолированных исследовательских усилий к активным академическим сообществам, предназначенным для научной исследовательской работы.
Реализация различных форм инженерного образования на уровне K-12 (Школа в США, K – kindergarten, 12 классов) проводилась в основном в США и прослеживается до начала 1990-х гг. По оценкам, более шести миллионов учащихся K-12 в США прошли формальное инженерное образование в школах, а десятки тысяч учителей K-12 прошли соответствующие курсы повышения квалификации. Инженерная деятельность использовалась в качестве одного из наиболее эффективных средств для демонстрации применимости преподаваемых математики, физики и химии в образовании школьников. Появляется все больше свидетельств того, что включение инженерного образования в школьное образование оказывает положительное влияние на стимулирование интереса и улучшение изучения предметов по естественным наукам и математике. Кроме того, поскольку инженерные приложения весьма ощутимы и сильно зависят от науки и математики, такой подход обычно привлекает школьников к будущей карьере по предмету STEM [5]. Инжиниринг мог бы улучшить достижение результатов обучения естественнонаучным и математическим предметам в учебной программе K-12 [6]. Независимо от того, выберут ли ученики техническое или нетехническое обучение или карьеру после школы, использование инженерного образования в образовании K-12 является способом развития необходимых навыков для карьеры ХХI в., таких как решение проблем, творчество, лидерство, командная работа, организация навыки управления и т.д. [6].
Страны Европы, США, Россия стали более серьезно относиться к диверсификации своих экономических ресурсов, уделяя особое внимание рационализации технологий, инноваций и экономики, основанной на знаниях. Инженерные и технологические кадры играют ключевую роль в этом процессе диверсификации. Например, потребуется большее количество выпускников инженерно-технических специальностей и, следовательно, увеличение объема работ, начиная со школы. С точки зрения качества потребуется значительный пропорциональный переход к функциям инноваций, проектирования, устойчивости, НИОКР и коммерциализации. Следовательно, компетенции, требуемые от выпускников инженерно-технических специальностей, должны будут существенно измениться.
Некоторое время назад крупные учебные центры инженерного образования привели к новому, основанному на результатах, подходу к созданию программ в области инженерных наук [7]. Эти результаты основаны на наборе качеств выпускника, полученных им для удовлетворения предполагаемых потребностей промышленности в будущем. Тем не менее выпускники инженерных специальностей могут не обладать компетенциями, необходимыми для современной практики, даже если результаты программы были разработаны с учетом заявленных потребностей отрасли. Существует воспринимаемый разрыв между знаниями выпускника и компетенциями, необходимыми на практике для удовлетворительной работы в промышленности. Анализ эмпирического исследования приводит к многомасштабной системной модели инженерной компетенции, где установки и самооценка находятся на метауровне, и они помогают организовать и контекстуализировать конкретный набор компетенций человека в конкретной рабочей ситуации [8].
Компетенция – это больше чем обладание знаниями или психомоторными навыками, необходимыми для выполнения конкретной задачи. Инженерная компетенция означает, что инженер, осуществляющий какой-либо производственный процесс, последовательно интегрирует знания, навыки и личные качества в повседневную практику, чтобы соответствовать установленным стандартам производительности [9].
Образование, основанное на компетенциях, фокусируется на знаниях, профессиональных навыках и поведении, необходимых новым выпускникам.
Основы компетенции инженерного образования тесно связаны с новаторским обучением, чтобы уменьшить пассивную зависимость от учителей и стимулировать командную работу студентов и критическую самооценку.
Компетенция чаще всего используется для описания навыков, понимания и профессиональных ценностей человека, готового начать самостоятельную инженерную деятельность в промышленной отрасли
Инженерная компетенция сочетает в себе атрибуты соответствующих вспомогательных знаний и профессиональных установок, а также надежную работу в естественных условиях без посторонней помощи.
Ранее инженерное образование было структурировано таким образом, чтобы учащиеся в значительной степени изучали то, что программа вуза выбирала для обучения. Цель состояла в том, чтобы подготовить инженера с предписанными пакетами знаний после окончания обучения. Этот традиционный подход был в основном дисциплинированным [10]. В настоящее время все чаще наблюдается тенденция к основанному на компетенциях обучению, которое обеспечивает последовательность определенного учебного опыта для студентов, чтобы по окончании обучения и практики их можно было считать квалифицированными молодыми специалистами. Принятие обучения, основанного на компетенциях, требует переоценки и пересмотра старых учебных программ, но между традиционным и основанном на компетенциях образованием остается определенный общий язык.
Акцент делается на оценку производительности и демонстрацию навыков или компетенций, а не просто письменного подтверждения знаний. Оценка, основанная на результатах, является всеобъемлющей и охватывает широкие результаты, а не несколько узких областей знаний в установленной сфере образования [11].
Различие между дисциплинарным образованием и образованием, основанным на компетенциях, должно учитываться при планировании и разработке учебных программ, которые предназначены для обеспечения практических потребностей будущего. Однако эти два подхода не являются взаимоисключающими, и между ними существует определенная точка соприкосновения.
Стать профессионалом – значит пройти через предсказуемую последовательность качественно различных моделей навыков, знаний и ценностей. Компетенция включает в себя разработку моделей поведения, которые открыты для более широких протоколов оценки, чем традиционно используемые в формальном обучении. Задача образования, основанного на компетенциях, состоит в том, чтобы интегрировать цели с заявлениями о компетенциях для ключевых задач.
Компетентность достигается не сразу, а достигается поэтапно, как описано в работе С. Мале и соавт. [12].
Все чаще в инженерном образовании основная цель обучения состоит в том, чтобы учащийся постепенно становился автономным, а самостоятельное обучение сменялось преподаванием [12]. Некоторые учебные задачи могут помочь учащимся быстрее освоить умственные процессы, необходимые для обучения [13]. Успешная стратегия обучения может включать в себя практику конкретных навыков, соответствующих задаче (когнитивный аспект). Студентам, возможно, придется дать четкие инструкции о том, как приобретать и контролировать приобретаемые ими навыки (метакогнитивный аспект), а также объяснять, почему и как приобретаемые ими навыки работают (информированное обучение) [13].
Преподавание в университетах в основном сосредоточено на развитии навыков и знания у студентов. Этот акцент на области знаний и навыков не учитывает компетенцию изменения личности, мотивов и самооценки [14]. Компетенция концептуализируется как айсберг, где навык и область знаний формирует верхушку, видимую над ватерлинией, черты характера, самооценка и мотивы составляют основу человеческой компетенции. Более конкретно, это означает, что эти черты человеческой личности были определены как гораздо более надежные предикторы долгосрочной производительности труда, отмечает в своей работе Л. Спенсер [15].
На практике разрыв в компетенции возникает в основном из двух основных причин. Во-первых, вопрос, что в принципе возможно в образовании. А во-вторых, некоторые аспекты касаются более глубоких личных черт выпускника и мотивов, его этического и социального осознания, очевидно, что это нельзя выучить на уровне фактических знаний, отмечает Д. Рэдклифф [16].
Инженерия как профессия становится все более разнообразной с широким спектром карьерных возможностей. Таким образом, задача преподавателей подготовить своих студентов к этому разнообразию требований компетентности. Это приводит к конфликту общего образования против подготовки для конкретных рабочих задач.
Д. Майлз [17] отмечает, что цели обучения или компетенции часто находятся в «слишком широкой рамке», что делает их осуществление невозможным.
В работе М. Тарафдара [18] были описаны составляющие исследовательского успешного проекта:
1. База технических знаний.
2. Сотрудничество (коммуникационные сети, электронная почта, веб-камеры, программное обеспечение для синхронизации файлов, многопользовательские редакторы, вики, программное обеспечение для шифрования и порталы, которые развивают компетенцию в сотрудничестве).
3. Управление знаниями (сохранение знаний, обмен между фирмами, учеными, доступ к знаниям), но не сами знания.
4. Гибкость (техническая и организационная гибкость, чтобы изменить баланс между ними в ответ на внешние условия и внутренние потребности).
5. ИТ / Инновационное управление. Это структура и процессы, посредством которых различные рабочие элементы скоординированы и взаимозависимы. В этом контексте управление ИТ / инновациями представляет управление ИТ-ресурсами фирмы, интеграции и стандартизации для планирования и безопасности ИТ-инфраструктуры.
6. Бизнес-связи. Специалисты по инженерным технологиям должны работать вместе с лидерами бизнеса и зачастую с клиентами и поставщиками компании, чтобы достаточно хорошо понимать работу и стратегию бизнес-подразделений своей компании, чтобы внести свой вклад в их инновации. Кроме того, лидеры бизнеса должны понимать потенциал технологий для улучшения своих продуктов и процессов.
Инженерная компетенция предполагает сочетание всех шести элементов компетенции в инженерии, перечисленных выше. Условно их можно разделить на: интеллектуальную компетентность, физико-техническую компетентность и межличностную компетентность.
Техническая компетенция связана со знаниями технической направленности фирмы как средством для разработки и использования для достижения целей (например, добывающая отрасль). Техническая компетенция включает в себя создание, хранение / извлечение, передачу и применение знания определенной технической направленности. Например буровое оборудование, насосы, фильтры, содержание примесей, пластовая закачка воды для добычи нефти, показатели по подготовке нефти для транспортировки, допустимая коррозия оборудования, методы контроля на ней – это все технические компетенции специалистов на участках. Профессиональная компетенция – это компетенция в определенной профессии, например газосварщик.
Инженерная компетенция – это компетенция комплексная, компетенция в инновационном процессе, потому что инновационный процесс по своей природе является наукоемким [19].
Чтобы превратить идею в новый продукт, услугу или процесс, необходимо найти и интегрировать внешнюю информацию, предварительные исследования, а также знания и экспертизы других.
В работах Дж. Вальтера, С. Чана, Н. Келлама [20–23] указано, что инженерная компетенция – это сложная система, в которой диапазон влияний, выходящих за рамки явного обучения, способствует развитию студентов как профессиональных инженеров. Это исследование предоставляет основанную на фактических данных основу для рассмотрения этой сложности в рефлексивной практике преподавания и инновационной разработке учебных программ. Следующие три формы репрезентации обеспечивают достоверное представление об исследуемой компетенции: (I) контекстуальная модель формирования компетенций иллюстрирует сложную природу процессов обучения; (II) обзор структуры представляет семь кластеров компетенций (гибкость, взаимодействие, планирование, профессиональные реалии, личность, социальный контекст и технические вопросы); и (III) прослеживаются три характеристики сложных процессов обучения (сложное влияние кластеров, неоднозначность результатов, контекстно-зависимый характер результатов обучения) [24, 25].
Хотя в инженерном сообществе существует широкое согласие в отношении необходимости лучшей подготовки инженеров к мировой практике, гораздо меньше согласия относительно того, какие навыки и способности определяют глобальную компетенцию, какое сочетание и продолжительность международного образования и опыта лучше всего прививают и какие метрики должны использоваться, чтобы судить, достигли ли студенты этого. В работе [26] представлена концептуальная модель для определения глобальной компетенции, модель учебного плана для обучения и модель оценки, чтобы определить, достигли ли выпускники этой компетенции.
Студент по окончании образования получает портфель или журнал завершенных этапов, отвечающих определенным критериям, письма или формы, подтверждающие способности студента в различных дисциплинах, подписанные руководителями кафедр, видеокассеты о его / ее работе во время практики, а также исследовательские работы или рефераты. Эта система оценки создается в четыре этапа:
− Разработка набора заявлений о компетенции и их распространение среди преподавателей и студентов.
− Перечень типов доказательств, запрашиваемых для определения того, была ли достигнута компетенция.
− Определение стандартов, посредством которых компетенция может быть подтверждена.
− Спецификация механизма, необходимого для проведения оценки компетенций, например, форма, в которой должны быть представлены доказательства, даты и т.д.
Оценки успеваемости студентов могут быть как формирующими, чтобы стимулировать дальнейший прогресс посредством обратной связи результатов, так и суммирующими, когда результаты являются окончательными для последующего образования. Такие оценки оказались эффективными в образовательных программах, основанных на компетенциях для инженеров, для улучшения знаний, профессионального отношения и навыков работы. Лабораторные и практические учебные задачи легко поддаются непрерывной формирующей оценке. Сразу после урока каждый ученик должен записать свой учебный опыт и самостоятельно оценить свой уровень знаний, профессионального поведения и навыков работы. Хотя, по опыту авторов, некоторые студенты склонны переоценивать свои способности, более реалистичная перспектива развивается с увеличением зрелости.
Приобретение компетенции в целом как комплексной системы [14] – это случайные компетенции и способности, важные для работы в профессиональной отрасли, которые не связаны с целевым обучением. Инженерные студенты приобретают эти компетенции через сложное взаимодействие традиционных форм обучения и других элементов, окружающих формальный учебный процесс. Внешний круг содержит различные кластеры элементов, которые составляют сложную систему образования и тем самым способствуют формированию компетенций студентов.
Для школьников сегодня различие между наукой и техникой трудно определить. Повышение осведомленности о фундаментальных принципах, лежащих в основе инженерной профессии должно обладать высоким приоритетом.
Есть веские основания, чтобы убедить правительства сделать инженерию основным предметом в учебной программе школьников. С началом обучения в 12-летнем возрасте, с непрерывным усилением осваивания данной программы до поступления в университет.
С внедрением основ инженерной компетенции в школьную программу появится возможность использовать и развивать ряд творческих учебных и преподавательских ресурсов, которые оживляют многие предметы через инженерную дисциплину. Целями исследования являются обобщение лучших практик раннего вовлечения школьников в научно-исследовательскую деятельность, разработка новых теоретических представлений, концептуализирующих раннюю научно-познавательную деятельность учащихся-исследователей. В результате многолетнего изучения практики по программе «Шаг в будущее» выявлены два типа мотивации ранней научно-исследовательской деятельности школьников – социальная и формальная образовательная. Эпистемо-дидактический анализ экспериментальных данных показывает ключевую роль социальной мотивации и вспомогательную роль формально-образовательной мотивации. Разработаны новые теоретические концепции: исследовательское поведение научного типа, эпистемический (исследовательский когнитивный) импринтинг, социализация научно-исследовательского типа. Анализируется отношение к истине в воспитательной работе со школьниками-исследователями; определены микропедагогические роли научного руководителя. Сделан вывод о том, что научно-познавательное самореализация человека регулируется не формальной системой отношений преподавания и обучения, а человеческим фактором, играющим ключевую социальную роль.
Таким образом, развитие «инженерной компетенции учащихся общеобразовательных учреждений (школы)» – это формирование и пробуждение интереса, познание самого себя, собственной пытливости, острого ума, иного взгляда и мышления, формирование, повторяю в самом простом и начальном состоянии наиболее востребованных компетенций XXI в. – креативности, критического мышления, общения, работы с информацией, сотрудничества посредством проектных мероприятий.
Приведем пример на основе опыта.
В системе образования растет число вмешательств в области науки, техники, инженерии и математики (STEM), и вопрос об их эффективности, а также об оптимальных способах определения их эффективности вызывают растущий интерес. Это исследование качественно оценивает двухлетнюю программу вмешательства STEM, чтобы получить более глубокое понимание восприятия и понимания студентами вмешательства STEM. Вторая цель состояла в том, чтобы дать некоторые рекомендации для планирования будущих вмешательств в STEM, понимая предоставленную причину удовлетворенности студентов. Четыре фокус-группы были проведены с учащимися в 4–6 классах (N = 24) в 2016 г. и четыре фокус-группы со студентами в 5–7 классах (N = 34) в 2017 г. Использование качественного подхода при оценке программы вмешательства STEM оказалось хорошим выбором. Результаты анализа показывают, что такая программа STEM может быть эффективной, если мы сохраним эффект свежести и интерес к упражнению, обеспечим как можно больше практических занятий, увеличим чувство самостоятельности у студентов, разработаем совместное обучение и обеспечим акцент на роботизированное обучение и обучение через игру. Кроме того, важно проводить ранние вмешательства STEM, подчеркивая важность и полезность мероприятий для повседневной жизни школьников.
То есть происходит формирование понятий, что опыт STEM – хороший, научный, интересный подход, формирующий интерес к знаниям [27].
В основе модели «формирование инженерной компетенции учащихся общеобразовательных учреждений (школы)» лежит проект обучения в так называемых «творческих пространствах». «Творческие пространства» – это области интеграции школьников, студентов и аспирантов, работающих в формате совместной работы над проектами, инициированными различными структурами общества и бизнеса. Анализ результатов экспериментальной работы показал, что использование «творческих пространств» для реализации проектной деятельности школьников и студентов позволяет им формировать навыки и компетенции, необходимые для отрасли [28].
Выводы
Есть много проблем, которые требуют специальной методологии и методов исследования. В связи с этим полезно использовать и интегрировать опыт других стран, а также руководствоваться их национальными особенностями системы образования.
– При формировании образования в контексте компетентностного подхода мы должны обеспечить интегральную фундаментальность и практическую направленность обучения.
– При изучении компетенций мы должны учитывать компетентность выпускников, чтобы прогнозировать потенциальные компетенции как условие успешной карьеры.
– При изучении компетенций единство участников – работодателей, представителей академического сообщества, специалистов, выпускников является правильным, определять, организовывать и формировать необходимые компетенции в вузах у будущих специалистов.
Все это поможет правильно выстроить, откорректировать и дополнить компетенции, определить состав и структуру профессиональной компетенции будущих специалистов и оценить, правильно ли они сформированы, поскольку состав требуемых компетенций на рынке может измениться, если мы учитываем обусловленность компетенции требованиями рынка труда.
Для создания у будущих студентов интереса к инженерной специальности необходимо вводить в школах знакомство школьников с инженерной специальностью, рассказывать о связи технических наук (математики, физики, ИТ), создавать «окна возможностей» для талантливых школьников и построение учебной программы для школьников.
Безусловно, исследованный нами опыт зарубежных авторов по формированию инженерной компетенции учащихся высшего и среднего образования возможно применить в системе образования Российской Федерации как на региональном, так и на федеральном уровнях.