Подход CDIO основан на практическом изучении теории, уходящем корнями в конструктивизм и теорию когнитивного развития. Теоретики когнитивного развития, среди которых одним из самых влиятельных был Жан Пиаже [6], выявили, что процесс познания зависит от стадии развития человека. Идеи Ж. Пиаже и последователей его теории когнитивного развития легли в основу трех важных принципов, имеющих значение для инженерных образовательных программ.
• Процесс обучения, по сути, является обучением студентов применению ранее сформированных когнитивных структур к новому содержанию.
• В связи с тем, что студенты не могут научиться применять когнитивные структуры, которые у них еще не сформированы, базовая когнитивная архитектура должна сформироваться самостоятельно.
• Попытка преподать знания, которые выходят за рамки текущей стадии когнитивного развития, – пустая трата времени как преподавателя, так и студента [7].
Теория когнитивного развития, социальная психология и теория социального учения стали историческими предшественниками конструктивизма, согласно которому знание – это результат содержания, контекста, деятельности и целей познающего субъекта. Конструктивисты считают, что познающий субъект создает внутренние конструкции знаний, к которым затем присоединяет новые понятия. Познающий субъект обучается, активно конструируя собственное знание, проверяя новые понятия в отношении предыдущего опыта, применяя их в новых ситуациях и интегрируя в уже имеющееся знание. Основная функция обучения состоит в создании условий для интерпретации новых данных и оказании помощи в конструировании содержательных соединений между знаниями.
Теории конструктивизма и «социального научения» были применены при разработке нескольких образовательных программ и моделей обучения. Одна из таких моделей – экспериментальное обучение активно используется в подходе CDIO. Экспериментальное обучение может быть определено как процесс создания и трансформации опыта в знание, навыки, личностные качества, ценности, эмоции, убеждения и чувства. В работах, посвященных экспериментальному обучению, Д. Колб описывает шесть особенностей экспериментального обучения [8].
• Обучение следует рассматривать как процесс. Знание формируется и постоянно изменяется под воздействием личного опыта.
• Обучение – постоянный процесс, основанный на практическом опыте. Студент приступает к изучению, имея в разной степени сформированные представления об изучаемой теме, многие из которых могут оказаться ложными.
• В процессе обучения необходимо разрешить конфликт между противостоящими способами адаптации к миру. Студенту нужны разные умения, варьирующиеся от наличия конкретного опыта до понимания абстрактных понятий и от пассивного наблюдения до активного экспериментирования.
• Обучение – целостный процесс адаптации к миру. Обучение не ограничивается стенами учебной аудитории.
• Обучение предполагает взаимодействие студентов с реальным миром.
• Обучение – процесс формирования знания и соответствует пониманию процесса познания в конструктивистской традиции.
Особенности обучения, сформулированные Д. Колбом, позволяют лучше понять одну из центральных идей подхода CDIO – создание учебных мероприятий, оказывающих двойное действие. Реализуя практические учебные мероприятия, разработанные в целях формирования профессиональных умений, возможно формирование личностных и межличностных компетенций, а также навыков создания объектов, процессов и систем. Иными словами, учебные мероприятия позволяют студентам создавать конструкции знаний, используемые для понимания и освоения абстрактных технических понятий. Практические занятия также предполагают активное применение знаний, которое закрепляет понимание и способствует запоминанию. Таким образом, обеспечивается достижение конечной цели – приобретения практического знания технических основ.
Модель «планирование – проектирование – производство – применение» как контекст инженерного образования
Следующий раздел призван объяснить, обосновать и доказать эффективность применения модели «планирование – проектирование – производство – применение» как контекста инженерного образования. Этот основополагающий принцип подхода CDIO настолько важен для понимания, что стал первым из 12 стандартов CDIO.
Стандарт 1 CDIO
«CDIO как контекст инженерного образования»
Принятие принципа, согласно которому развитие и реализация жизненного цикла объектов, процессов и систем происходит в рамках модели «планирование – проектирование – производство – применение» (модель 4П). Модель 4П определяет контекст инженерного образования.
Следует отметить, что стандарт 1 CDIO не призывает рассматривать модель 4П как единственный контекст инженерного образования. Скорее, он обращает внимание на необходимость подготовки выпускников инженерных программ в контексте общего принципа жизненного цикла объектов, процессов или систем, одним из возможных примеров которого является модель 4П. Описание основного принципа CDIO начнем с изучения контекста профессиональной инженерной деятельности, от которого перейдем к контексту инженерного образования. Рассмотрение процесса обучения студентов инженерных программ в каком-либо контексте способствует так называемому контекстному обучению. Контекстное обучение – тщательно проработанная образовательная модель, положенная в основу подхода CDIO. В этом разделе будут кратко изучены исторические причины возникновения контекстного обучения, а также представлены важнейшие особенности и преимущественные характеристики этой образовательной модели.
Контекст профессиональной инженерной деятельности
Прежде чем обратиться к контексту инженерной деятельности, необходимо описать значение понятия «контекст». Этот термин можно определить как «условия» или «события», формирующие среду, в которой что-либо существует или происходит и которая способствует пониманию существующего или происходящего. Данное определение состоит из двух частей и обращает внимание на наличие сопутствующих факторов, а также на способность сопутствующих факторов объяснять или интерпретировать происходящее. Другими словами, чтобы понять и оценить проект здания, архитектору необходимо изучить окружающие его дома. Для понимания организационного решения, принятого командой, необходимо проанализировать проблему и традиции, управляющие организацией. Иными словами, основное значение контекста – обстоятельства и среда, способствующие пониманию.
CDIO как модель жизненного цикла инженерной продукции. Для определения контекста инженерной деятельности необходимо понять, что представляет собой этот вид деятельности. Центральная задача инженерной деятельности – планирование, проектирование, производство и применение объектов, процессов и систем, которые ранее не существовали и которые прямо или косвенно необходимы обществу или определенной его части. Для определения любых продуктов, создаваемых инженерами, мы используем термины «объекты», «процессы» и «системы». При этом под объектами понимаются любые предметы, обладающие материальной ценностью. Под процессами – действия, направленные на достижение цели. Под системами – группы объектов и процессов, объединенных с целью получения определенного результата. Термины «объекты», «процессы» и «системы» используются вместо длинного списка продуктов – результатов инженерной деятельности, которые также определяются как инженерные решения. Так, например, инженеры-строители и инженеры-технологи имеют дело с предприятиями, проектами и производством промышленной продукции, в то время как биоинженеры и инженеры-химики создают новые молекулы и крупные структуры, а материаловеды разрабатывают новые материалы. Результат деятельности специалиста по вычислительной технике и инженера-электрика – программное обеспечение, компьютерные системы, устройства и сети. Для упрощения и стандартизации терминологического аппарата во всех главах книги используются термины «объекты», «процессы» и «системы» для определения любых технических решений, применяемых инженерами.
Независимо от конкретной профессиональной области основная задача инженера – проектирование и принятие инженерных решений, как показано в табл. 2.3. Проектирование подразумевает разработку чертежей и алгоритмов, описывающих конечные объекты, процессы или системы. На этапе производства проектирование трансформируется в готовое техническое решение и проходит стадии изготовления изделий, программирования, тестирования и проверки. Желательно, чтобы инженеры также участвовали в планировании и принятии решения о проектировании и производстве продукции, для чего необходимо понимать потребности заинтересованных сторон и общества, уметь выбрать подходящую технологию и выработать стратегию принятия инженерных решений, соответствующих определенным требованиям. Этот этап определен в модели 4П как планирование, т. е. выявление потребности и возможности ее удовлетворения. Планирование – важный этап инженерной деятельности, отличный от проектирования. Планирование – процесс принятия решения о том, что будет в дальнейшем спроектировано.
