Methodology and practice of developing scientific thinking of students at a technical university

Full Text

Постановка проблемы

Наша эпоха характеризуется стремительным переходом к новейшему технологическому укладу и масштабной цифровой трансформацией, в связи с чем кардинально меняются требования к качеству подготовки инженерных кадров. Современные производственные площадки больше не обнаруживают необходимости в инженерах-исполнителях, способных исключительно выполнять требования инструкций и следовать заранее заданным алгоритмам действий, напротив, они нуждаются в специалистах, способных выступать в роли исследователей и новаторов, изобретателей и создателей новых технологий.

Подтверждением сказанному служит тот факт, что в нашей стране в последние десятилетия большое внимание уделяется проблемам подготовки высококвалифицированных инженерных кадров, для чего была сформирована инновационная инфраструктура. Двумя глобальными блоками такой инфраструктуры могут быть названы такие экосистемы инженерного обучения как СколТех или АСИ (Агентство стратегических инициатив), а также комплекс масштабных государственных программ поддержки образования и технологий, например, нацпроект «Образование» или Федеральный проект «ПИШ» («Передовые инженерные школы»). Следовательно, проблема подготовки инженеров нового поколения в России возведена в ранг стратегических государственных задач.

Тем не менее, практическая реализация упомянутых инициатив сталкивается с серьезным педагогическим и методическим противоречием в виде того, что существующая система высшего технического образования все ещё в большей степени ориентирована на трансляцию готовых знаний и обучение узкоспециализированным навыкам, в то время как реальный сектор экономики обнаруживает острый дефицит в специалистах с развитым научным мышлением и способностью вести самостоятельную высокопрофессиональную деятельность, в том числе, в условиях неопределенности. При этом наиболее высок «спрос на специалистов, обладающих навыками планирования в условиях неопределенности, умениями самостоятельно формулировать проблемы и подбирать наиболее оптимальные способы их решения, а также способностями реализовать созданные алгоритмы решения за счет инновационных программно-технических средств» [1, с. 99–100].

Связь проблематики исследования с практическими задачами

В связи с изложенным очевидной становится связь обозначенной проблемы с ключевыми практическими задачами: невозможно обеспечить технологический суверенитет государства и внедрение инноваций без развития научного мышления будущих инженеров. При этом в педагогике обнаруживается острая необходимость теоретического обоснования и методического обеспечения процессов формирования научного мышления студентов инженерных специальностей как фундамента их последующей успешной профессиональной деятельности.

Анализ научной литературы

Изучение научных источников по заявленной теме исследования подтверждает тот факт, что обозначенная проблема находится в фокусе внимания многих современных педагогов, методистов, инженеров и иных специалистов технического профиля.

Наиболее детализировано методологические основания в формировании представлений о научном мышлении будущих инженеров и о составляющих его компонентах были описаны Л.М. Андрюхиной, выделившей четыре основных подхода к формированию программ подготовки инженеров в вузах, в том числе: практико-ориентированный подход, основу которого составляют представления о профессиограмме труда будущего инженера, профессиональных стандартах его деятельности, задачи выявления профессиональных дефицитов инженерных кадров; феноменологический подход позволяет рассматривать научное мышление инженеров через перечень его свойств и видов в интеграции с такими гуманитарными характеристиками как мотивы, интерес, профессиональная предрасположенность и т.п.; в центре концептуального подхода – модели научного мышления инженеров, разработанные как организационно-деятельностные модели, имеющие концептуальное обоснование; контекстный подход рассматривает модели научного мышления инженеров, реализующиеся в разных контекстах образования и профессиональной деятельности инженера [2, с. 18–19].

Переходя к более подробному описанию практико-ориентированного подхода, необходимо отметить обеспокоенность современных работодателей текущей системой инженерного образования, которая, с одной стороны, имеет блестящие научные и педагогические традиции, но, с другой стороны, результаты высшего профессионального образования демонстрируют низкую подготовленность выпускников к решению нестандартных инженерных задач, слабую способность молодых инженеров вести самостоятельную деятельность в условиях неопределенности, отсутствие у них инициативности, недостаточно развитые коммуникативные, организаторские и управленческие способности, пробелы в теоретической подготовке, недостатки системного мышления и проч. [3]. Зарубежные специалисты соглашаются с данной точкой зрения и дополнительно отмечают проблемы гуманитарной подготовки – отсутствие у студентов инженерных специальностей интереса к социальному аспекту технических знаний [4].

Более того, в ряде публикаций делаются прогнозы касаемо негативной трансформации научного мышления инженера будущего вследствие наличия определенных дефицитов в текущей системе высшего технического образования. В заявленном контексте отмечаются такие важные моменты как воспитание у будущих инженеров любви к обучению, что необходимо для их дальнейшей активной профессиональной жизни [5; 6] и развитие у молодых специалистов творческих навыков решения проблем [7].

Феноменологический подход обращает внимание исследователей на неявные регуляторы развития научного мышления будущих специалистов, интегрируя технологический аспект проблемы с ее глубоким гуманитарным фундаментом. Как следствие, к характеристикам научного мышления будущих инженеров исследователи относят:

• разностороннюю образованность, широкий кругозор, позволяющие будущим инженерам видеть проблему и конкретную задачу в полноте их возникновения и реализации, находить, соответственно, наиболее, взвешенные пути их решения [8];
• наличие развитых коммуникативных компетенций как части универсальной общекультурной компетенции, что означает умение мылить и коммуницировать в логике существующих «культурных кодов» науки и деятельности, взаимодействия с людьми [9, с. 63];
• владение наиболее полным объемом, знаний, умений и навыков по специальности, а также междисциплинарной профессиональной мобильностью как ресурсом научной и прикладной инноватики [10, с. 189].

Иными словами, сторонники феноменологического подхода рассматривают научное мышление будущих инженеров сквозь призму интеграции общекультурных и профессиональных компетенций, подчеркивая важность междисциплинарности и развития широты кругозора.

В рамках концептуального подхода разработке подлежат разнообразные модели научного мышления инженеров, включающие такие компоненты как техническое мышление, конструктивное мышление, научно-исследовательское мышление и экономическое мышление [11; 12]. При этом контекстный подход демонстрирует, как такие модели «интегрируются в практику современного высшего технического образования, в том числе, для проектирования содержания и форм учебных программ и планов для обучения будущих инженеров» [2, с. 12].

В целом, в настоящее время существует большое количество научных трудов и публикаций, посвященных проблеме развития научного мышления будущих инженеров, однако при этом могут быть выделены некоторые ранее не разрешенные части этой общей проблемы, а именно:

• не существует детализированного описания конкретных педагогических условий, имплементация которых могла бы облегчить и углубить процессы формирования научного мышления будущих инженеров;
• основная масса научных работ сосредоточена на характеристике научно-исследовательской деятельности студентов-инженеров как факультативной или даже необязательной деятельности;
• практически полностью отсутствует описание комплексных моделей трансформации фундаментальных принципов научного познания в прикладные инженерные решения (особенно с учетом современной тотальной цифровизации и «давления» нейросетей и искусственного интеллекта);
• наблюдается разрыв между требованиями современного высококонкурентного рынка труда к способностям молодых инженеров и наличием реальных педагогических инструментов, которые могут формировать такие способности.

Цель исследования

Цель исследования состоит в попытке теоретико-методологического обоснования педагогической проблемы развития научного мышления будущих инженеров для выявления ключевых проблем его формирования в современной образовательной среде и разработки предложений по модернизации образовательного процесса в технических вузах.

Изложение основного материала статьи

Термин «научное мышление» в различных исследованиях может получать несколько разные определения, например:

• «продукт сложного познавательного процесса, включающего в себя выделение объекта и предмета исследования, использование множества различных логических приемов и методов, специального языка» [13, с. 113];
• «специфический вид интеллектуальной деятельности человека, направленной на получение объективно истинных, обоснованных новых знаний о действительности, о самой личности и ее профессиональной деятельности» [14, с. 76];
• «вид интеллектуальной деятельности, обусловленной специфической мотивацией личности и представляющий собой процесс и результат решения научной задачи, заключающийся в построении алгоритма ее решения» [15, с. 234].

Важно, что научное мышление реализует ряд важных функций, в число которых входят практически-деятельностная, познавательная, культурно-мировоззренческая и социальная функции. В процессе развития данного типа мышления приоритетной является именно их совокупность, которая не только определяет пути и способы практического применения профессиональных знаний, умений и навыков, но также способствует изучению жизни и деятельности людей [16].

В структуру научного мышления включен ряд важных компонентов, которые наиболее полно описаны в экспертно-аналитическом докладе «Научное мышление и популяризация науки в России» в следующем виде:

• широта кругозора;
• расширенные границы и масштабы пространства и времени;
• познавательная интенция и наличие направленности на узнавание нового;
• наличие способности сомневаться и не принимать информацию на веру (критическое мышление);
• наличие способности опираться на проверяемые данные и уметь самостоятельно верифицировать таковые;
• непротиворечивость мышления;
• научная грамотность как совокупность базовых непротиворечивых знаний о мироустройстве, что способствует формированию целостной картины мира;
• предсказательность как способность синтезировать выводы и предположения о развитии текущей ситуации на основе знаний о мире, о его свойствах, о законах природы и общества и т.д. [17, с. 5].

На основании изложенного выше в настоящей статье научное мышление будущих инженеров будем рассматривать как системный вид интеллектуальной деятельности, сочетающий научную грамотность, критический анализ данных и прогностические способности для получения объективно новых решений профессиональных задач.

Переходя к выделению и характеристике основных педагогических и методических проблем развития научного мышления будущих инженеров, можно отметить среди них отсутствие четкого государственного заказа, деструктивное влияние нейросетей и искусственного интеллекта, исключение из учебных планов технических вузов социально-гуманитарного и этического компонентов, а также нехватку междисциплинарной подготовки.

Более подробно характеризуя первую из обозначенных проблем, можно отметить, что отсутствие четкого госзаказа на опережающее обучение связано с тем, что вузы привыкли ориентироваться на текущие запросы рынка труда, а не на перспективные. Такой подход значительно замедляет формирование научного мышления будущих инженеров, развивая реактивность вместо проактивности и шаблонность вместо новаторства [18, с. 24]. При изучении студентами готовых и нередко устаревших решений вместо освоения методологии научного поиска они утрачивают прогностическую функцию, теряя способность предвидеть системные последствия внедрения новых технологий. Более того, отсутствие масштабных государственных целей нивелирует интерес к сложной научной деятельности, в связи с чем научное мышление будущих инженеров вытесняется копированием неактуальных технологических образцов.

Переходя к характеристике второй проблемы, можно заметить, что деструктивное влияние нейросетей и систем искусственного интеллекта, от которых современные студенты зависят в чрезмерной степени, при решении учебных задач порождает угрозу утраты навыков анализа и синтеза информации. В подтверждение сказанному в современных исследованиях отмечается, что «участники инженерного образовательного процесса все чаще прибегают к помощи искусственного интеллекта для решения креативных профессионально ориентированных задач» [19, p. 128], что «приводит к снижению качества инженерных решений и потере критического мышления» [20, с. 16], хотя одновременно с этим в современные учебные процессы рекомендуется интегрировать профессиональные сетевые курсы для развития научного мышления инженеров нового поколения [21], которые позволяли бы учащимся реализовывать полную последовательность действий от анализа текста профессионально ориентированной задачи до анализа полученных в ходе ее решения результатов и возможностей их практического применения [22, с. 93].

Действительно, современные студенты технических специальностей привыкают использовать результаты расчетов искусственного интеллекта, не задумываясь над их внутренней логикой и нередко принимая на веру ложные или искаженные данные, что подменяет поиск нестандартных решений генерацией шаблонных вариантов. У таких студентов исчезает привычка перепроверять получаемые результаты экспериментальным или аналитическим путем, что неизбежно ведет к снижению их когнитивной гибкости и формирует только «иллюзию» компетентности.

Третья проблема касается исключения из технических планов вузов социально-гуманитарного и этического компонентов, что проявляется в явном сокращении дисциплин гуманитарного цикла, в результате чего будущие специалисты игнорируют социальные и этические последствия внедрения новых технологий, обнаруживая фактическую узость мышления. Действительно, данная проблема представляет угрозу в том плане, что инженер перестает понимать социальные последствия разрабатываемых технологий [18] и утрачивает системное видение, не осознавая связь между технологическим и социальным развитием. Более того, данный фактор приводит к деградации коммуникации, т.к. будущие инженеры теряют способность доступно объяснять преимущества сложных технических идей инвесторам и обществу.

Наконец, рассуждая о нехватке междисциплинарной подготовки, можно говорить о том, что из-за этого фактора студенты-инженеры пытаются решать новые сложные проблемы исключительно инструментами своей узкой специальности, а также оказываются неспособными работать в команде из-за неумения находить общий язык со специалистами других отраслей. Вследствие этого студенты недополучают опыт комплексного ведения проектов с одновременным учетом множества сопряженных с ними факторов, что приводит к фрагментации учебного процесса и пробелам в развитии научного мышления будущих инженеров. Кроме того, нивелирование междисциплинарности в дальнейшем приводит к недостаткам системного проектирования, когда, например, при создании отдельного узла инженер не может интегрировать его в сложную многоуровневую систему, что в итоге замедляет скорость внедрения инноваций в реальное производство.

Для решения указанных проблем и с целью формирования научного мышления будущих инженеров нами предлагается реализация следующего комплекса педагогических мер:

1. Внедрение с первых курсов вуза сквозного проектно-исследовательского обучения, чтобы лабораторные и курсовые работы были ориентированы на решение реальных производственных задач с заведомо неизвестным результатом. Это заставит студентов самостоятельно проходить полный путь научного поиска от формулирования гипотезы до верификации результатов.

2. Внедрение системы критического контроля и обязательной экспертизы решений искусственного интеллекта, в процессе которой студенту необходимо защитить не полученный результат, а логику и алгоритм его генерации нейросетью для доказательства точности и безопасности полученного решения. Такой подход минимизирует риск деградации критического мышления будущих инженеров.

3. Интеграция в учебный процесс технического вуза социально-гуманитарных дисциплин, например, путем дополнения инженерных проектов элементом обязательной оценки социальных, этических и экологических последствий их внедрения. Такая рекомендация будет способствовать формированию всесторонне развитой и высокообразованной личности.

4. Организация междисциплинарных студенческих лабораторий для реализации разнонаправленных проектов по созданию комплексных продуктов командами учащихся разных специальностей, что позволит сформировать междисциплинарную мобильность и системное видение, необходимые будущим инженерам.

Выводы

Развитие научного мышления будущих инженеров сегодня является одной из ключевых педагогических проблем, от решения которой зависит темп научно-технологического прогресса. Будучи сложной интегративной структурой, научное мышление не может быть сформировано с использованием традиционных систем и средств обучения, которые сегодня являются основными барьерами на пути его становления. Именно поэтому в учебный процесс технических вузов должны активно внедряться формы учебной деятельности, развивающие навыки научного познания и дающие возможность осуществить переход от знаниевой парадигмы к деятельностной, в том числе, через реализацию междисциплинарного подхода и активное вовлечение студентов в научную коммуникацию со специалистами разных отраслей.

Перспективы дальнейших исследований

Дальнейшие исследования по заявленной теме и проблематике могут быть направлены на разработку диагностического инструментария оценки степени сформированности научного мышления будущих инженеров с включением разных критериев и дескрипторов применительно к разным этапам обучения в техническом вузе. Кроме того, могут быть созданы методические модели индивидуальных образовательных маршрутов студентов-инженеров, направленные на более глубокое и прочное формирование их научного мышления.

About the authors

Svetlana Vladimirovna Genisaretskaya

Author for correspondence.
Email: svgenisaretskaya@mephi.ru

deputy director of the Institute for Laser and Plasma Technologies

References

Supplementary files