Полный текст статьи
Печать

Аннотация. В статье рассматривается один из методов подготовки квалифицированных инженеров и инженерных лидеров на примере дисциплины «Введение в инженерное изобретательство», реализованной в Томском политехническом университете (ТПУ). Дисциплина входит в модуль «Инженерное изобретательство» программы элитного технического образования. Содержание разрабатывалось в рамках межведомственных социальных проектов ТОДОО «Хобби-центр».
Ключевые слова: инженерное изобретательство, научно-техническое творчество студентов, инженерные компетенции. 

ВВЕДЕНИЕ

На сегодняшний день в России остро ощущается нехватка квалифицированных инженеров. В 2008 г. Правительством Российской Федерации была утверждена Концепция долгосрочного социально-экономического развития Российской Федерации на период до 2020 года. Ее основная задача – переход от экспортно-сырьевой к инновационной модели экономического роста [1]. В 2011 г. будучи премьер-министром В.В. Путин отметил, что нехватка инженерных кадров – проблема даже более важная, чем коррупция и административные барьеры [2]. В одном из интервью Е.О. Адамов, глава Технического комитета масштабного проекта «Прорыв», который позволит России закрепить мировое лидерство в ядерной энергетике, сказал, что самая главная проблема проекта – это нехватка кадров [3]. Действительно, в настоящее время качество современного российского образования оставляет желать лучшего. Об этом, например, свидетельствуют исследования, проведенные экспертами Высшей школы экономики [4].

Для того, чтобы поднять уровень инженерного образования, необходимо менять методы обучения. Если обратиться к зарубежному опыту, например, к опыту Массачусетского технологического института (MIT), который в большинстве международных рейтингов признан инженерным университетом номер 1 в мире, то видно, что для него характерно глубокое академическое обучение в сочетании со всесторонней практикой. Именно в MIT была начата программа Fab Lab (Fabrication Laboratory) по созданию лабораторий, оборудованных набором универсальных инструментов, предлагающие всем желающим возможность изготовить своими силами «почти все».

 По такому же пути пошли и в ТПУ, введя в программу обучения студентов траектории элитного технического образования (ЭТО) [5-10] ряд дисциплин, направленных на развитие в студентах изобретательских навыков и получения практического опыта работы [11-19].

ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ

Рассмотрим детально структуру и состав образовательного модуля «Инженерное изобретательство», представленного на Рис. 1 [20-24].


Рис. 1. Модель модуля «Инженерного изобретательства» программы ЭТО

В целом модуль обширен и включает в себя целый комплекс дисциплин и внеурочных мероприятий траектории ЭТО, ранее рассмотренных в [5-10]. В данной работе авторами представлена модель обучения студентов изобретательству в рамках дисциплины «Введение в инженерное изобретательство» (Рис.2).

Согласно собственному образовательному стандарту ТПУ [25] предполагает три образовательные траектории обучения студентов:

– основная траектория освоения ООП по базовому плану;

– траектория освоения ООП по учебному плану, соответствующему системе элитного технического образования (для талантливых студентов, имеющих способности выше среднего);

– траектория освоения ООП по адаптивному учебному плану (для студентов, имеющих способности ниже среднего).

В настоящий момент модуль «Инженерное изобретательство» доступен лишь для студентов элитного образования. В дальнейшем этот опыт можно распространить и на студентов, обучающихся по другим образовательным траекториям.

Все дисциплины модуля внесены в учебный план студентов. Рабочая программа определяет их содержание, отведенное количество времени и форму занятий.

Курс «Введение в инженерное изобретательство» содержит 8 часов лекций, 24 часа лабораторных занятий и 32 часа самостоятельной работы студентов. Весь семестр студенты работают в командах, число участников которых 3-5 человек.  

 Рис. 2. Модель дисциплины «Введение в инженерное изобретательство»

На Рис. 2 представлено, какие документы регламентируют дисциплину, какие средства обеспечивают её успешную реализацию, что является исходными данными, а также какие результаты получаются на выходе.

Целью курса является подготовки специалистов высокого уровня, обладающих глубокими профессиональными  компетенциями, способных реализовывать нестандартные инженерные задачи на практике.

При изучении курса студенты развивают следующие компетенции:

– применять на практике теоретические методы и технологии инженерного дела;

– ключевые и углубленные знания инженерного дела, методов и инструментария;

– аналитическое обоснование и решение проблем;

– экспериментирование, исследование и приобретение знаний;

– системное мышление; позиция мышление и познание;

– проектирование; производство; применение.

Реализация курса: каждая группа студентов должна предложить новое полезное изобретение и реализовать его своими руками, используя имеющиеся инструменты, оборудование и материалы. В конце семестра каждая группа защищает свой проект, предоставляет готовое изделие, демонстрирует его работоспособность или выполнение своей функциональной нагрузки.

Для успешного прохождения курса студентам необходимо иметь:

– достаточно хорошие «входные» знания по физике, химии;

– владеть различными математическими аппаратами и методами;

– знать основы графического представления информации, выполнять рабочие чертежи деталей (в том числе с помощью специализированных программ на персональных компьютерах);

– иметь базовые знания по электронике, электротехнике и информатике.

Зачастую, однако, этих знаний недостаточно. Поэтому для успешного выполнения проекта студентам требуется самостоятельно пополнить недостающие знания, а значит, следовать к одной из главных целей высшего образования – научиться учиться. Данный метод называют «learning by doing», когда студент сам формулирует запрос на теоретические знания и изучает их. Авторы согласны и проверили неоднократно эту теорию, когда студент сам изучает теоретический материал для выполнения практической задачи, то эти знания остаются у него на «всю жизнь», а не только до сдачи экзамена, как это происходит в дисциплинах «классической» организации.

Важную роль в освоении дисциплины играет материально-техническое обеспечение. В нашем случае студенты выполняют проекты в специальном помещении с рабочими местами, инструментами и специализированным оборудованием. Кроме слесарного инструмента и паяльного оборудования, имеются металлорежущие станки, в том числе с ЧПУ, 3D-принтер, 3D-сканер. По сути это тот же Fab lab.  

  Кроме развития профессиональных инженерных компетенций в рамках реализации проекта студентам приходится работать и с финансовыми документами и самим обеспечивать наличие необходимых материалов и комплектующих. Расходные материалы для своих проектов студенты подбирают и закупают сами в рамках выделенного на проект бюджета. На каждого студента команды выделяется определенная сумма (в нашем случае сумма составляла 500 рублей). Если команда не укладывается в бюджет, то они могут вложить собственные средства или найти другие источники финансирования проекта. Преподаватель рассказывает студентам о возможных дополнительных источниках финансирования. Это могут быть различные конкурсы, ярмарки проектов, гранты или выход на конкретного заказчика, заинтересованного в результатах проекта. 

ВЫВОДЫ

Инженерная и творческая работа студентов в течение семестра приводит к развитию у них не только основных компетенций, перечисленных выше, а также дополнительных, таких как: командная работа; коммуникация; навыки коммерциализации проектов, составления и ведения финансовых (смета проекта и пр.) и бухгалтерских документов (счет, счет-фактура, товарная накладная и пр.).

Опыт по преподаванию дисциплины «Введение в инженерное изобретательство» в том виде, как он представлен в статье еще весьма небольшой – только для двух потоков студентов ЭТО (примерно 130 человек). Однако, он показал, что выбрано правильное направление, о чем свидетельствуют победы студентов в различных всероссийский и региональных конкурсах:

1. В конце прошлого года в «Национальном молодежном проекте – Эстафета качества» в номинации «Научно-техническое творчество молодежи» все призовые места заняли проекты студентов ТПУ, обучающихся изобретательству по программе ЭТО:

  • 1 место: проект «Вторая жизнь» по созданию контейнера для макулатуры, который при заполнении отправляет смс в перерабатывающую компанию.
  • 2 место: проект SmartMealShell – переносной контейнер для разогрева еды, активируется как непосредственно, так и через смс.
  • 3 место: проект  TouchSide – компактный беспроводной манипулятор, устройство ввода, обеспечивающее интерфейс пользователя с компьютером, для которого нет необходимости в наличии поверхности; перемещение можно осуществлять в воздухе.
  • 3 место: браслет-контроллер за речью, устройство, наказывающее разрядом тока владельца, при произнесении им определенного слова.

2. Еще один проект студентов, «Ветросвет», единственный в Томской области среди технических проектов, был поддержан грантом Федерального агентства по делам молодежи. Проект интересен не только тем, что позволяет получить студентам инженерный опыт при его реализации, но и своим практическим применением. Основной идеей проекта является создание системы освещения детской площадки в поселке, находящемся в пригороде, используя для этого энергию ветра. В 2008 году Правительство России задалось целью довести мощность возобновляемых источников энергии до 4.5% от общего производства энергии в стране к 2020 году. Чтобы успешно выполнить этот план, необходимо готовить специалистов в данной области, а также показывать эффективность и доступность ветроэнергетики населению. Поэтому такие проекты как «Ветросвет» актуальны именно сейчас, в эпоху зарождения альтернативной энергетики в России.

3. Пять проектов прошли региональный отборочный этап форума ENES-2014 «Энергоэффективность и энергосбережение» и демонстрировались на выставке в Москве.

4. Два проекта (из трёх победителей) в начале 2015 года выиграли в одном из крупнейших технологических конкурсов Imagine Cup 2015:

Проект  "VitAlert" – разработка приложения для отслеживания сердечного ритма родственников и проект «Браслет – контроллер за речью». Последний широко освещался в СМИ. Браслет связывается по Bluetooth с носителем программного обеспечения, например, телефоном, и если человек употребил «запретную» лексику (список слов, от которых есть желание избавиться, владелец составляет и заносит в память сам), будет выпускать небольшой заряд электрического тока.

5. Все перечисленные проекты имеют потенциал к развитию, производству и внедрению, что, безусловно, выгодно для страны и для самих ребят. Этим интересные и перспективные проекты, выполненные в рамках дисциплины «Введение в инженерное изобретательство» не ограничиваются. Некоторые из них еще на стадии концептов и прототипов. Например, такой необходимый в сибирских условиях гаджет, как стелька с подогревом. От выпускающихся уже подобных стелек, проект отличается тем, что запасать энергию можно во время ходьбы. Или туристический котелок с возможностью производить электричество и заряжать, аккумуляторы. Работа над ними продолжается.

Считаем, что выбранный метод обучения студентов техническому творчеству и изобретательству показывает свою эффективность. Опыт реализации можно тиражировать на другие вузы для качественной подготовки инженеров. 

Список литературы

  1. Концепция долгосрочного социально-экономического развития Российской Федерации до 2020 года URL: http://www.ifap.ru/ofdocs/rus/rus006.pdf
  2. СП: в России почти не осталось инженеров URL: президенту.рф/?post=423
  3. Прорваться в будущее, URL: http://www.rosatom.ru/journalist/interview/aff009004a92617bb3fbbb9d234f1412
  4. Российское инженерное образование в глобальной экономике знаний URL: http://www.akvobr.ru/rossiiskoe_inzhenernoe_obrazovanie_v_ekonomike_znanii.html
  5. Бутакова Е.С., Замятина О.М., Мозгалева П.И. К вопросу о подготовке элитных инженерных кадров: опыт России и мира // Высшее образование сегодня. 2013. №2. С. 20-26.
  6. Chuchalin A.I., Soloviev M.A., Zamyatina O.M., Mozgaleva P.I. Elite Engineering Program in Tomsk Polytechnic University – the way to attract talented students into Engineering // В сборнике: IEEE Global Engineering Education Conference, EDUCON 20132013. С. 1004-1008.
  7. Чубик П.С., Чучалин А.И., Соловьев М.А., Замятина О.М. Подготовка элитных специалистов в области техники и технологий // Вопросы образования. 2013. № 2. C. 188-208.
  8. Солодовникова О.М., Замятина О. М., Мозгалева П.И., Лычаева М.В. Формирование компетенций элитного технического специалиста. // Профессиональное образование в России и за рубежом.  2013. №11. C. 65-71.
  9. Zamyatina O.M., Solodovnikova O.M., Denchuk D.S. Formation and Analysis of Competencies in Elite Engineering Specialists. // В сборнике: 17 International Conference ICL2013. 2013. С. 389-392.
  10. Замятина О.М., Мозгалева П.И. Усовершенствование программы элитной технической подготовки: компетентностно-ориентированый подход // Инновации в образовании. 2013. №. 10. C. 36-45.
  11. Всемирная инициатива CDIO. Планируемые результаты обучения (CDIO Syllabus): информационно-методическое издание / Пер. с анг. и ред. А.И. Чучалина, Т.С. Петровской, Е.С. Кулюкиной; Томский политехнический университет. – Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2011. – 22 с.
  12. Горлатов А.С. О взаимосвязи технической науки, инженерных знаний и изобретательского творчества // Научное обозрение. 2010.  N 3. С. 27-30.
  13. Мозгалева П.И., Замятина О.М. Технология проектной работы в системе элитной подготовки технического специалиста в ТПУ // Научное обозрение: гуманитарные исследования. 2012. № 4. С. 6-13.
  14. Замятина О.М., Мозгалева П.И., Соловьев М.А., Боков Л.А., Поздеева А.Ф. Технология проектно-ориентированного обучения в инженерном образовании // Высшее образование сегодня. 2013. №12. С. 68-74.
  15. Zamyatina O.M., Mozgaleva P.I. IT Implementation in the Educational Process of Future Engineers by Means of the Project Activities and Competences Assessment // В сборнике: IEEE Global Engineering Education Conference, EDUCON 20132013. С. 1170-1176.
  16. Гончарук Ю.О., Савинкина У.С., Мозгалева П.И., Замятина О.М. Использование интернет-технологий в организации проектной деятельности студента // Научно-методический электронный журнал "Концепт". 2013. № 3 (19). С. 26-33.
  17. Мозгалева П. И., Гуляева К. В., Замятина О. М. Информационные технологии для оценки компетенций и организации проектной деятельности при подготовке технических специалистов. // Информатизация образования и науки. 2013. №4. C. 30-46.
  18. Zamyatina O. M., Mozgaleva P. I., Solovjev M. A., Bokov L. A., Pozdeeva A. F. Realization of Project-Based Learning Approach in Engineering Education // World Applied Sciences Journal. 2013. Vol. 27. Issue 13A. С. 433-438.
  19. Gulyaeva K.V., Mozgaleva P.I., Zamyatina O.M. Development of Information System for Students’ Project Activity Management// В сборнике: IEEE Global Engineering Education Conference, EDUCON 2014. С. 824-831.
  20. Zamyatina O.M., Mozgaleva P.I. Competence Component of the Project-Oriented Training of Elite Engineering Specialists // В сборнике: IEEE Global Engineering Education Conference, EDUCON 2014. С. 114-118.
  21. Замятина О.М., Чернов А.В., Садченко В.О. Разработка и реализация образовательного модуля «Инженерное изобретательство» в рамках программы элитного технического образования  Томского политехнического университета // Изобретательство. 2014. Том XIV. №3. № С. 14-19.
  22. Замятина О.М., Солодовникова О.М., Садченко В.О. Образовательная среда, как способ мотивации студентов к изобретательской деятельности // Психология обучения. 2014. № 7. С. 14-22.
  23. Замятина О.М., Солодовникова О.М., Садченко В.О. Образовательная Психология обучения. 2014. № 7. С. 14-22.
  24. Денчук (Елишева) Д. С. , Замятина О. М. , Минин М. Г. , Садченко (Толмачева) В. О. Анализ компетенций инженерного изобретательства в практике российского и международного высшего профессионального образования [Электронный ресурс] // Современные проблемы науки и образования. - 2014 - №. 6. - C. 1.
  25. Образовательный стандарт ТПУ URL: http://tpu.ru/education/edu-policy/standart/ 

Alexander Chernov,
senior lecturer, engineer of Elite Engineering Education Department, National Research Tomsk Polytechnic University, Tomsk
Oxana M. Zamyatina,
PhD, Associate Professor, National Research Tomsk Polytechnic University, Tomsk
A model of invention training in Tomsk Polytechnic University
Abstract. The paper addresses one of the techniques for training qualified engineers and engineering leaders through the example of the "Introduction to engineering invention" discipline implemented in Tomsk Polytechnic University (TPU). The discipline is included into the "Engineering invention" module of the Elite Engineering Education program.
Keywords: engineering invention, students' scientific and engineering creativity, engineering competences.