Особенности проектирования методики формирования инновационной компетентности на основе использования встраиваемого модуля

                      ISSN 1991-9468 (Print), 2308-1058 (Online)

На протяжении последних лет многие исследователи, в том числе авторы статьи, занимаются вопросами подготовки студентов к инновационной инженерной деятельности (ИИД) как творческой продуктивной деятельности. По их мнению, ИИД включает в себя анализ и выявление существующего уровня развития технических систем, синтез нового технического решения, проектирование и создание новой техники и технологий, доведенных до вида товарной продукции, представленной нематериальными (НИП) (охранными документами на результаты интеллектуальной деятельности, научно-технической и технологической документации) и материальными иннова- ционными (МИП) (товарами, изделиями, работой, услугами, обеспечивающими эффект (экономический, военный, социальный и др.) продуктами1. На основании выполненных исследований ими были сделаны следующие важные выводы:

• 1.    Инновационная деятельность возникла вместе с появлением человеческого общества и всегда служила инструментом его развития.

• 2.    Одной из основных задач вуза становится задача подготовки кадров, способных к инновационной деятельности.

• 3.    Обучение в современном вузе должно быть направлено на формирование у студентов соответствующей компетентности – кластера необходимых компетенций.

• 4.    ФГОС ВО и его последующие поколения, основанные на компетентнос-тном подходе, предполагают подготовку студентов именно к инновационной деятельности.

На сегодняшний день для эффективной подготовки студентов технических вузов к ИИД авторами разработаны, спроектированы и реализованы следующие методические системы: 1) обучение студентов ИИД на основе интеграции всех компонентов инженерной подготовки студентов2 [1; 2]; 2) подготовка студентов к ИИД при обучении дисциплине «Основы инженерного творчества и патентоведения»3 [2–4]; 3) подготовка студентов к ИИД на основе интеграции теоретического обучения дисциплине «Основы инновационной и инженерной деятельности» и практического обучения этой деятельности [5; 6], а также методики практического обучения ИИД в рамках летних научных студенческих школ [7–11]; активного обучения ИИД (деловые инновационные игры «Фирма-1, 2», «Конструкторское бюро» [12]; педагогическая технология, представленная в виде образовательной услуги «Подготовка к инновационной инженерной деятельности на основе проектирования специальных курсов» и др. Для их реализации были специально спроектированы, включены в учебные планы подготовки и внедрены в учебный процесс соответствующие дисциплины.

Так, после введения актуализированных версий ФГОС 3+, как показывает анализ их содержания, в кластере представленных стандартом компетенций отсутствуют компетенции, направленные на подготовку обучающихся к инновационной деятельности, и на основании этого в учебные планы подготовки не включаются соответствующие дисци- плины. Также в них не дается определений понятий «инженерная деятельность», «инновационная деятельность», но в квалификационных требованиях приведены отдельные их компоненты (исследование, разработка, внедрение и использование технических и технологических инноваций), предполагающие управление интеллектуальной деятельностью и ее результатами для всех профессий, а значит, и обязательную подготовку бакалавров к инновационной деятельности. Возникает противоречие между необходимостью готовить бакалавров к инновационной деятельности и отсутствием в учебных планах дисциплин, обеспечивающих такую подготовку. Для разрешения этого противоречия авторами предлагается интеграция в модульную структуру дисциплин учебного плана встраиваемого гибкого учебного модуля инновационной подготовки (ВГУМИП).

Таким образом, предлагаемая статья посвящена вопросам проектирования новой методической системы на основе интеграции в модульную структуру дисциплин учебного плана встраиваемого гибкого учебного модуля инновационной подготовки, что внесет определенный научный вклад в теорию и методику обучения общепрофессиональным дисциплинам и следовательно должна быть предоставлена для ознакомления и обсуждения посредством опубликования в журнале «Интеграция образования».

Обзор литературы

Как было отмечено выше, для обеспечения эффективной подготовки бакалавров к ИИД в условиях отсутствия в учебных планах дисциплин, направленных непосредственно на такую подготовку, предлагается использовать мо- дульное обучение. Остановимся на этом виде обучения подробнее.

Модульное обучение подразумевает структуризацию учебной информации на модули. Группа таких модулей позволяет раскрывать содержание определенных разделов учебной дисциплины или всей дисциплины. Такое обучение обеспечивает активизацию самостоятельной деятельности обучающихся4. Анализ зарубежных и отечественных исследований показал, что модульное обучение возникло в начале 60-х гг. XX в. и приобрело большую популярность в институтах повышения квалификации высших учебных заведений США, Германии, Англии и других стран. В России его основателями считаются исследователи И. Прокопенко и П. Юцявичене.

Д. В. Чернилевский отмечает, что сущность модульного обучения заключается в самостоятельной работе студентов с индивидуальной учебной программой5. В отечественных вузах чаще всего можно встретить модульно-рейтинговую оценку знаний студентов как одну из форм реализации модульного обучения. Наиболее проработанным из последних исследований в этой области видится исследование Т. Г. Вагановой, посвященное формированию компетенций при обучении физике студентов технических вузов6. Поставленные в работе задачи решаются за счет разработки методической системы на основе использования учебных модулей первого и второго порядков путем реализации рабочих программ, с учетом соответствующих компетенций.

Отечественные исследователи (Т. И. Шамова, П. И. Третьяков, Т. М. Давыденко, Г. Н. Шибанова) подчеркивают, что модульное обучение позволяет студентам самостоятельно обучаться по целевой программе, реализуя индивидуализацию обучения по содержанию, темпу усвоения, уровню самостоятельности, методам и способам учения, способам контроля и самоконтроля7.

В качестве основных преимуществ модульного обучения перед другими являются гибкость и адаптация к конкретным условиям обучения; возможность развития самого метода без принципиальных изменений программы обучения; создание атмосферы сотрудничества; обеспечение доступности усвоения материала и овладения деятельностью [12–14]. Однако Н. Б. Лаврентьева находит недостатки этого обучения, которые можно устранить за счет использования других технологий обучения8.

Ключевым понятием модульного обучения является «учебный модуль». Так, один из основателей модульного обучения Дж. Рассел определял модуль как учебный пакет, охватывающий концептуальную единицу учебного материала и предписанных учащимся действий. Исследователи Б. и М. Гольдшмидт считали, что, модуль – автономная, независимая единица в спланированном ряде видов учебной деятельности, предназначенная помочь студенту достичь некоторых четко определенных целей. С точки зрения Г. Оуенса, модуль – образовательная среда, объединяющая в систему преподавателя, обучаемых, учебный материал и средства.

Отечественный исследователь П. А. Юцявичене определяет модуль как «блок информации, включающий в себя логически завершенную единицу учебного материала, целевую программу действий и методическое руководство, обеспечивающее достижение поставленных дидактических целей»9. Аналогично трактуют понятие модуля исследователи профессионального инженерного обучения В. В. Карпов и М. Н. Катханов10. Они структурируют модули на субмодули с учетом их иерархии. Наряду с данными видами модулей в педагогическом энциклопедическом словаре представлены целевые (содержат сведения о новых явлениях, фактах); информационные (материалы учебника, книги); операционные (практические упражнения и задания).

На основании анализа исследований модульного обучения Н. А. Морозов предлагает ввести модуль «воспитание», понимая под ним совокупность целей, форм, средств воспитания обеспечивающих формирование у обучающихся социальных компетенций.

М. А. Чошанов, объединив достоинства модульного и проблемного обучения, разработал гибкую проблемно-модульную технологию обучения математике, в которой он впервые указал на сложную структуру и иерархию модульного построения11.

Анализ рассмотренных определений понятия «модуль» позволяет выделить следующие составляющие в его определении:

• 1)    модуль – часть учебного материала, охватывающая одну концептуальную единицу;

• 2)    модуль – учебная единица в виде блока информации, включающий в себя логически завершенную одну, две или более единиц учебного материала, в рамках одной учебной дисциплины;

• 3)    модуль – организационно-методическая междисциплинарная структура учебного материала, представляющая набор тем из разных учебных дисциплин, необходимых в рамках одной специальности;

• 4)    модуль как блок учебных дисциплин, учебного плана подготовки;

• 5)    модуль – модульная программа обучения, направленная на конкретную подготовку обучающихся;

• 6)    модуль может иметь сложную иерархическую структуру;

• 7)    модули системы могут быть базовыми и вариативными, причем, в свою очередь, каждый модуль может иметь базовый и вариативный компоненты.

Обобщая анализ определений понятия «модуль», в дальнейшем под учебным модулем будем понимать самостоятельную и самодостаточную учебную единицу знаний, объединенных определенной целью, методическим руководством их освоения системой рефлексии и контроля за его освоением.

Таким образом, на основании вышеизложенного можно заключить, что: 1) понятия «модуль» и «модульное обучение» активно используются в теории и практике российского и зарубежного образования как «учебный модуль»; 2) использование учебных модулей, с одной стороны, обеспечивает гибкость, управляемость и системность обучения, с другой – эффективную самостоятельность обучения; 3) понятия «модуль» и «модульное обучение» применяются при организации учебного процесса во всех образовательных учреждениях и на всех уровнях образования; 4) модульное обучение обеспечивает реализацию проблемно-активного обучения и высокую эффективность достижения планируемых результатов; 5) модульное обучение недостаточно используется в проектировании интегрированных учебных дисциплин на основе включения в их структуру модулей из других блоков и направлений подготовки.

Материалы и методы

С точки зрения авторов статьи, эффективное формирование у студен- тов технических вузов компетентности в инновационной инженерной деятельности (КИИД) (в условиях отсутствия в учебных планах дисциплин, непосредственно направленных на это) возможно на основе интеграции в модульную структуру других дисциплин ВГУМИП.

Предлагаемая структура такого модуля включает ядро модуля, а также его инвариантную и варьируемую части (рис. 1). Ядро формируется на основе концептуальных положений, лежащих в основе теории проектирования методической системы или ее компонентов, и включает фундаментальные законы, научно-технические и научно-методи- ческие теории. Например, в предлагаемом нами модуле инновационной подготовки ядро (на основании научной концепции об инновационной деятельности как инструментарии и источнике технического прогресса общества) содержит элементы научно-технической теории инноваций, основные понятия структурных компонентов национальной инновационной системы (НИС), классификацию видов инновационной деятельности и инноваций. Такое содержание способствует формированию у обучающихся устойчивой мотивации к инновационной подготовке [11; 15–17].

Р и с . 1 . Структура встраиваемого гибкого учебного модуля инновационной подготовки F i g. 1 . Structure of the embeddable flexible innovative module

Инвариантная часть ВГУМИП перекликается с содержанием ядра модуля и включает основные положения инноватики. К ней относится материал, который должны знать все специалисты в рассматриваемой области знаний: фундаментальные опыты, входящие в эмпирический базис, модели, понятия и величины, составляющие основание научно-технических теорий; наиболее важные выводы и практические применения. Например, при формировании у студентов КИИД в процессе теоретического обучения инновационной деятельности инвариантная часть модуля включает основы инновационной инженерной деятельности, которая, в свою очередь, содержит в себе такие подмодули, как основы инновационной деятельности, инженерного творчества, интеллектуального права и патентных исследований [18; 19]. При практическом обучении ИИД эта часть модуля включает такие подмодули, как 3-D моделирование, быстрое прототипирование, тиражирование [11].

Вариативная часть ВГУМИП включает дисциплинарно-ориентированное содержание базовой дисциплины, в которую интегрируется модуль. На данном этапе важное значение приобретает проявление главных качеств дидактического принципа межпредметных связей (МПС) [20; 21]. Межпредметные связи ВГУМИП проявляются практически со всеми дисциплинами учебного плана обучения студентов инженерных направлений. Так, по направлению «Агроинженерия» в дисциплинах профессионального цикла, посвященных использованию, сервисному обслуживанию и конструированию производственного оборудования, сельскохозяйственной техники, агрегатов и других технических объектов, необходимо выполнить курсовой проект, основной целью которого является усовершенствование устаревших технических объектов либо создание новых. С этой задачей справятся студенты, успешно изучившие методы решения изобретательских задач модуля. То же касается и дипломных проектов бакалавров, и диссертаций магистрантов. Более того, они будут знать, что их работа, их решение – это результат интеллектуальной деятельности. Что касается модуля практического обучения, то используя содержание подмодуля 3-D моделирование студенты могут создать цифровую модель (CAD-модель), с использованием 3D-сканирования и реализовать методы реверс-инжиниринга [11].

При изучении методов решения изобретательских задач модуля затрагиваются понятия индукции и дедукции, которые изучаются и в психологии, и в философии. Решения инженерных задач могут находиться в совершенно разных науках, например, существует наука бионика, в которой решения для технических систем берутся из биологических систем (репейник – застежка «липучка»). Поэтому для успешного решения инженерных задач необходимы знания, находящиеся за пределами инженерных наук, к тому же все знания взаимосвязаны. На основе знаний и умений, полученных при изучении таких дисциплин, как «Детали машин и основы конструирования», «Механика», «Сопротивление материалов», «Метрология и стандартизация», «Автоматика» и др., студенты могут синтезировать и получать техническое решение, что является необходимым условием при оформлении заявления о выдачи патента на изобретение, а также, используя возможности подмодуля быстрого прототипирования , изготовить макет узла или детали из пластика. Увидеть будущую модель, а в некоторых случаях и реальную не только на экране монитора, но и в твердой копии – это бесценное подспорье для преподавателя как в области развития наглядности учебного процесса, так и в области мотивации и в процессе овеществления продуктов труда.

Таким образом, интеграция в модульную структуру дисциплин учебного плана подготовки бакалавров ВГУМИП обеспечивает обучение студентов инновационной инженерной деятельности на основе включения их во все этапы этой деятельности, представляющие завершенный инновационный цикл как при теоретическом, так и практическом обучении с получением студентами как нематириальных, так и материальных инновационных продуктов.

Результаты исследования

Использование в педагогической теории обучения ВГУМИП позволяет спроектировать методику обучения студентов технических вузов инновационной инженерной деятельности на основе интеграции в модульную структуру дисциплин такого модуля (рис. 2).

Р и с. 2. Педагогическая модель с использованием ВГУМИП F i g. 2. Pedagogical model with embeddable flexible module

При работе над этой моделью авторы опирались на основные положения следующих теоретико-методологических подходов к обучению и педагогических технологий, способствующих формированию у студентов КИИД: компетентностный подход (обеспечивает формирование стремления к получению конченого результата) [22]; междисциплинарный (обучает самостоятельному получению знаний из смежных дисциплин); студен-то-центрированный (ориентирован на мотивацию к самостоятельной работе) [23]; системно-деятельностный (самостоятельность и самореализация при исследовательской деятельности) [24]; педагогика сотрудничества (деятельность педагогов и преподавателей, как сотрудников) [9].

Рассмотрим содержание ее основных традиционных компонентов.

Целевой компонент модели включает цели и задачи обучения. Целью нашего исследования является формирование у студентов КИИД. Для ее достижения ставятся задачи по формированию у студентов соответствующего кластера компетенций [22].

Концептуальный компонент модели отражает гипотезу методической системы о том, что эффективность успешной подготовки студентов к инновационной инженерной деятельности обеспечивается интеграцией ВГУМИП с модульной структурой базовой дисциплины, направленной на формирование у студентов КИИД.

Содержательный компонент модели основывается на знаниях, усвоенных студентами при изучении всех предшествующих дисциплин, и предусматривает проектирование нового содержания подготовки к ИИД. В зависимости от вида ВГУМИП. Если это модуль теоретического обучения ИД, то оно будет включать положения этой области, характеристики НИС, законы развития технических систем и их использования. Содержание этого модуля имеет четкую взаимосвязь с содержанием последующих общепрофессиональных и профессиональных дисциплин, что обеспечивает успешность овладения знаниями этих дисциплин, позволяет грамотно подходить к решению научно-технических задач, развивать креативные способности студентов, учит их вычленять охраноспособные результаты интеллектуальной собственности и грамотно управлять ими. В случае использования модуля практической подготовки к ИИД – это будет содержание 3-D моделирования, быстрого прототипирования, т. е. аддитивных технологий (технологий послойного изготовления деталей) и их атрибутов.

В процессуально-технологический компонент модели методической системы в дополнение к традиционному его составу (методам, формам и средствам обучения) авторами включены педагогические технологии обучения.

Рефлексивно-диагностический компонент модели предполагает диагностику и самодиагностику уровня сформи-рованности (низкий, средний, высокий) КИИД как кластера инновационных компетенций и реализуется через систему заданий.

Таким образом, в результате выполненных исследований разработана педагогическая модель методической системы формирования у студентов вузов компетентности в инновационной деятельности на основе включения в различные дисциплины гибкого учебного модуля инновационной подготовки, содержащая целевой, концептуальный, содержательный, процессуально-технологический и рефлексивно-диагностический компоненты.

Обсуждение и заключения

На основании выполненных авторами исследования по проектированию модуля инновационной подготовки и методики обучения этой деятельности студентов были сделаны следующие выводы:

• 1.    Понятия «модуль» и «модульное обучение» активно используются в теории и практике российского и зарубежного образования как в виде термина «учебный модуль». Их использование обеспечивает, с одной стороны, гибкость, управляемость и системность обучения, с другой – эффективную самостоятельность обучения. Модульное обучение обеспечивает реализацию проблемно-активного обучения и высокую эффективность достижения планируемых результатов. Однако оно недостаточно используется в проектировании интегрированных учебных дисциплин на основе включения в их структуру модулей из других блоков и направлений подготовки.

• 2.    Интеграция в модульную структуру дисциплин учебного плана подготовки бакалавров ВГУМИП обеспечивает обучение студентов ИИД на основе включения их во все этапы этой деятельности, представляющие завершенный инноваци-

• онный цикл как при теоретическом, так и практическом обучении с получением студентами как нематериальных, так и материальных инновационных продуктов.

• 3.    В результате выполненных исследований разработана педагогическая модель методики формирования у студентов вузов компетентности

в инновационной деятельности на основе включения в различные дисциплины гибкого учебного модуля инновационной подготовки, включающая целевой, концептуальный, содержательный, процессуально-технологический и рефлексивно-диагностический компоненты.

СПИСОК

ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

Поступила 14.07.2016; принята к публикации 15.08.2016; опубликована онлайн 30.12.2016.

Об авторах :

Наумкин Николай Иванович, заведующий кафедрой основ конструирования механизмов и машин ФГБОУ ВО «МГУ им. Н. П. Огарёва» (Россия, г. Саранск, ул. Большевистская, д. 68), доктор педагогических наук, ORCID: ,

Кондратьева Галина Александровна, аспирант кафедры основ конструирования механизмов и машин ФГБОУ ВО «МГУ им. Н. П. Огарёва» (Россия, г. Саранск, ул. Большевистская, д. 68), ORCID: Х,

Панюшкина Елена Николаевна, преподаватель кафедры прикладной математики, дифференциальных уравнений и теоретической механики ФГБОУ ВО «МГУ им. Н. П. Огарёва» (Россия, г. Саранск, ул. Большевистская, д. 68), ORCID: ,

Купряшкин Владимир Федорович, доцент кафедры основ конструирования механизмов и машин ФГБОУ ВО «МГУ им. Н. П. Огарёва» (Россия, г. Саранск, ул. Большевистская, д. 68), кандидат технических наук, ORCID: ,

Заявленный вклад авторов :

Наумкин Николай Иванович – научное руководство, формулирование основной концепции исследования, подготовка начального варианта текста.

Грошева Елена Петровна – развитие методологии, критический анализ и доработка текста.

Кондратьева Галина Александровна – сбор данных и доказательств, проведение экспериментов.

Панюшкина Елена Николаевна – визуализация / представление данных в тексте, администрирование проекта, проведение компьютерных работ.

Купряшкин Владимир Федорович – формализованный анализ данных, сбор данных и доказательств.

Все авторы прочитали и одобрили окончательный вариант рукописи.