Концепция подготовки выпускников образовательных программ вузов по техническим направлениям и специальностям к комплексной инженерной деятельности разработана в рамках Международного проекта CDIO Initiative (Conceive, Design, Implement, Operate) [2]. В настоящее время проект CDIO реализуется в сотне университетов мира. Инициаторами проекта были Массачусетский технологический институт (MIT, США) и ведущие технические университеты Швеции (KTH, Chalmers). Целью CDIO является инженер - выпускник вуза, умеющий придумать новый продукт или новую технологию, осуществить все конструкторские работы по воплощению идеи и осуществить её производство [9].
Томский политехнический университет присоединился к Международному проекту CDIO Initiative 2011 г., а направление 12.03.01 - Приборостроение ТПУ - в 2013 г.
Следует отметить, что ещё в Советском Союзе практико-ориентированный метод обучения широко внедрялся с 60-х годов ХХ века в общем среднем, среднем специальном и высшем техническом образовании. В школах в течение последних лет учебы учащиеся осваивали рабочую профессию. Один день в неделю школьники работали в качестве рабочих на заводе. После 9 класса была предусмотрена месячная практика на предприятии, на рабочем месте.
В результате вместе с аттестатом о среднем образовании выпускник школы получал свидетельство о рабочей профессии. Это были профессии токаря, фрезеровщика, электромонтажника, слесаря КИПиА, радиомонтажника, радиомеханика – специалиста по ремонту телевизионных и радиоприёмников, электронной техники, программиста, слесаря по ремонту автомобилей и др. Наряду с хорошей базовой подготовкой по математике и естественным дисциплинам выпускники школ имели профессиональные навыки, необходимые для реализации проектов. Здесь уместно вспомнить слова американского президента Джона Кеннеди, сказавшего с горечью в шестидесятых годах о том, что русские выиграли у американцев соревнование за космос за школьной партой и что им, американцам, пора перенять именно русский опыт образования [7].
В 90-е годы многие предприятия находились в стадии банкротства и разрушения. Таким образом, исчезла база для профессиональной подготовки школьников. Во многих школах были упразднены уроки труда, либо они проводились формально, на низком уровне, в основном из-за неудовлетворительного материально-технического обеспечения. Была прекращена подготовка учителей труда. В 70-80-е годы создавались районные центры подготовки к рабочим профессиям учеников близлежащих школ. В 90-е годы эта система была подорвана.
В 60-е годы в высших технических учебных заведениях были так называемые рабочие-студенты. Первые три семестра студенты полную смену работали на заводах, а вторую половину дня учились в институте. Они полностью погружались в производственный процесс. При этом формировались многие компетенции, необходимые инженеру. Срок обучения составлял при этом 6 лет. В Томском политехническом институте такая форма существовала с 1960 по 1965 г.
Достижения Советского Союза в космосе стали свидетельством огромного потенциала страны в научно-технической сфере и образовании. Именно в то время в нашей стране начала осуществляться реформа образования, направленная на укрепление его связи с производством. 30 декабря 1959 г. вышло Постановление Правительства № 1425 «Об организации заводов-втузов». В 1960 году в СССР были организованы заводы-втузы при крупных машиностроительных и металлургических предприятиях [6] и существовали они с таким названием до начала 90-х годов. Так, например, Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М.Ф. Решетнёва (СибГАУ) [6] был основан в 1960 году. Выпускники этого завода-втуза внесли неоценимый вклад в развитие ракетной и космической отрасли.
Кроме того, с 60-х до начала 90-х годов прошлого столетия в СССР была развита система выполнения вузами хоздоговоров на разработку новой техники и технологий для предприятий. При этом почти все студенты привлекались к выполнению реальных курсовых и дипломных работ по актуальной для предприятий тематике, принимались на должности лаборантов и техников по х/д. Системой было выполнение комплексных дипломных проектов группами до 7 студентов [4].
Существенный вклад в становление специалистов внесли и продолжают вносить студенческие конструкторские бюро (СКБ) при кафедрах технических университетов. Для будущего инженера важен опыт работы руками с материалами и узлами создаваемого прибора, опыт решения конструкторских и дизайнерских задач, а также - опыт работы в коллективе. Все эти навыки и дают рождающемуся специалисту возможность пройти с коллективом единомышленников весь путь от первого эскиза до воплощенного в жизнь проекта, получив творческое удовлетворение и ценные знания.
Выпускники высших технических учебных заведений (втуз), прошедшие такую школу, быстро адаптировались в коллективы разработчиков, производственников, кафедр вузов. Они оперативно находили решение сложных научных и производственных задач. Многие из них быстро прошли карьерную лестницу до кандидатов и докторов наук, главных конструкторов, главных технологов, начальников комплексов, директоров предприятий [4].
Таким образом, внедрение в учебный процесс стандартов CDIO есть своего рода Ренессанс системы высшего технического образования в России на современном уровне.
В процессе перехода направления 12.03.01 - Приборостроение ТПУ с 2013 года на подготовку в рамках всемирной инициативы CDIO на первом курсе в осеннем семестре в учебный план введена дисциплина «Введение в инженерную деятельность», и далее во втором, третьем и четвертом семестрах введена дисциплина «Творческий проект». Выполнение творческого проекта имеет целью развить у студентов интерес к творческой, проектной деятельности. Студенты объединяются в группы от трех до шести человек. В начале семестра, на первых встречах группа принимает решение об объекте проектирования. Причем перед студентами стоит задача в течение 3-4 месяцев семестра довести свою идею до практической реализации – действующего макета устройства.
Практика трех прошедших лет показала, что одним из слабых звеньев в подготовке большинства современных студентов является отсутствие навыков выполнения простейших обработочных операций: слесарной обработки, токарной, фрезерной обработки и др. Профессиональная подготовка в школах России, стран СНГ, стран дальнего зарубежья имеет разную направленность. Профессиональные навыки по методам формообразования деталей приборов, электрическому монтажу имеет небольшой процент выпускников школ (не более 10-20%). По этой причине при создании действующих макетов у студентов возникают проблемы, в процессе решения которых руководителям проектов приходится проводить дополнительные практические занятия по методам и приёмам обработки материалов, пайке электрорадиокомпонентов и зачастую изготавливать за студентов ряд сложных для исполнения деталей.
Введение учебной практики после первого курса по методам формообразования деталей является актуальным в сложившейся ситуации при подготовке будущих разработчиков новых поколений приборов.
В 2015 г. для студентов направления 12.03.01 – Приборостроение ТПУ была организована учебная практика (часть 1) [5] на базе производственных мастерских Томского экономико-промышленного колледжа (ТЭПК). ТЭПК более 50 лет осуществляет подготовку квалифицированных рабочих по профессиям слесаря, токаря-фрезеровщика, контролера, слесаря КИПиА, радиомонтажника и имеет хорошо оснащенные мастерские, позволяющие обеспечить рабочими местами до 20 человек одновременно.
Весь бюджет времени практики был разделен на три равные части для освоения основ слесарных работ, токарной и фрезерной обработки. Каждый студент после кратких теоретических занятий осваивал основные приемы работы и выполнял индивидуальное задание, которое оценивалось учебными мастерами. В конце каждой части студент сдавал зачет по теории. Каждый студент получил сертификат, подтверждающий приобретение навыков и практического опыта указанных выше способов обработки материалов (рис. 1).
В 2016 г. на период учебной практики была сформирована группа для получения рабочей профессии токаря (рис. 1а) из 16 студентов и группа фрезеровщиков (рис. 1б) из 15 студентов. При этом студенты концентрировались на получении только одной профессии с получением свидетельства установленного государственного образца. Две трети студентов получили квалификацию токаря и фрезеровщика 2 разряда, а студенты, показавшие наилучшие практические навыки работы и теоретические знания, получили третий разряд.
Результат практики положительно сказался на качестве материального воплощения творческих проектов студентов в третьем и четвертом семестрах. Для реализации проектно-ориентированного обучения кафедра точного приборостроения приобрела два 3D-принтера. В течение полутора лет эти принтеры активно используются для реализации творческих проектов студентов кафедры точного приборостроения [1; 3].
|
а |
б |
Рис. 1. Работа в станочных мастерских: а – на токарных станках, б – на фрезерных станках
Некоторые примеры творческих проектов 2015/16 учебного года представлены на рис. 2.
|
|
|
а
бРис. 2. Образцы студенческих работ, выполненных в рамках творческих проектов с использованием 3D-принтеров: а – макет наноспутника CubeSat, б – роботизированная рука
Рис. 3. Действующий макет трехосного стабилизатора фотокамеры
Учебная практика 2, проводимая на втором курсе по направлению 12.03.01 – Приборостроение, направлена на профессиональную подготовку в области электротехники. На базе Томского индустриального техникума студенты получают рабочую профессию «Электромонтер» 3-4 разряда, на базе экономико-промышленного колледжа рабочую профессию слесаря КИПиА или радиомонтажника 3-4 разряда. Таким образом, к моменту окончания второго курса студенты получают подготовку по базовым естественно-научным, математическим и общепрофессиональным дисциплинам направления, две рабочие профессии и первый опыт проектной деятельности, завершающийся изготовлением действующего макета устройства. Это хорошая база для формирования компетенций, необходимых современному разработчику новых приборов.
В 2016 г. защищали ВКР первые выпускники бакалавриата направления 12.03.01 - Приборостроение, прошедшие подготовку по учебным планам, построенным на основе концепции CDIO. Государственная аттестационная комиссия отметила в качестве позитивных изменений то, что многие студенты при защите проекта представляли действующие макеты [8] разработанных устройств (рис. 3).
Таким образом, благодаря интеграции материально-технической базы томских образовательных учреждений среднего профессионального образования и Томского политехнического университета, эффективному использованию педагогического потенциала этих заведений достигнуты значимые результаты в деле подготовки бакалавров по направлению 12.03.01 - Приборостроение к проектной деятельности.
Заключение
Для материального воплощения своих проектных решений студентам технических университетов по направлениям «Приборостроение», «Машиностроение», «Электромеханика» и ряду других направлений необходимо получить следующие компетенции:
- хотя бы одну рабочую профессию ещё на базе общего среднего образования;
- в период учебной практики 1 на втором семестре - рабочую профессию по процессам формообразования деталей машин и приборов;
- в период учебной практики 2 на четвертом семестре - рабочую профессию по электромонтажу, радиомонтажу, обслуживанию КИПиА и т.п.;
- в период производственной практики после 3 курса - навыки инженерной деятельности по решению научных и производственных задач.
Технические университеты должны создать учебно-производственную базу, оснащённую современным оборудованием для реализации студенческих проектов, начиная с первого и кончая выпускным курсами. Для студентов должен быть обеспечен свободный доступ к оборудованию.
Такая база должна иметь высококвалифицированный персонал для обслуживания оборудования. Обязательно должна быть группа технологов, которые могут оперативно оценить технологичность разработанных студентами конструкций и дать совет по повышению уровня технологичности, чтобы исключить нерациональное использование материалов и оборудования. Учебное производство должно быть обеспечено материалами и комплектующими. Здесь же можно организовать обучение рабочим профессиям.