АКТУАЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ ИНЖЕНЕРНОГО ОБРАЗОВАНИЯ В ЕВРАЗИЙСКОМ НАЦИОНАЛЬНОМ УНИВЕРСИТЕТЕ ИМ. Л. Н. ГУМИЛЕВА

Аннотация. В статье рассматриваются различные аспекты инженерного образования в ЕНУ им. Л.Н.Гумилева, в частности, использование компьютерных технологий: электронных таблиц, онлайн и дистанционного обучения, создание виртуальной образовательной платформы для изучения стандартизации, сертификации и метрологии. Отмечается важность стандартизации в области образования, в которой кафедра «Стандартизация, сертификация и метрология» принимает непосредственное участие.

Abstract. The article discusses various aspects of education at ENU named after. L.N. Gumilyov, in particular, the use of computer technologies: spreadsheets, online and distance learning, the creation of a virtual educational platform for the study of standardization, certification and metrology. The importance of standardization in the field of education is noted, in which the Department of standardization, certification and metrology is directly involved.

Ключевые слова: виртуальные лаборатории; дополненная реальность; смешанная реальность; стандарты в области образования; онлайн образование.

Keywords: virtual laboratories; augmented reality; mixed reality; educational standards, online education.

В 2010 году Казахстан присоединился к Болонской декларации и стал полноправным членом европейской образовательной системы. Основой этой концепции является схема «3 + 2 + 2», где первая ступень предполагает трехлетний либо четырехлетний бакалавриат, потом двухлетняя магистратура, на третьей ступени – докторантура и написание диссертации, завершающее процесс получения узкой специальности [1, 2].

В Казахстане пока еще масштабных государственных программ по развитию инженерного образования пока нет. В Концепции развития высшего образования и науки в Республике Казахстан на 2023-2029 годы, утвержденной Постановлением Правительства РК от 28.03.2028 г. № 248, среди слабых сторон системы высшего и послевузовского образования отмечена недостаточная развитость инфраструктуры и лабораторной базы вузов, а среди возможностей − развитие цифровых технологий в образовании. В сфере неформального образования отмечается дефицит цифровых навыков населения. Одной из задач, поставленных на 2023-2029 годы, является обеспечение онлайн доступа со стационарных и мобильных устройств к максимальному количеству обучающих ресурсов и программ для всех категорий населения на государственном и русском языках.

Как мы видим Национальную модель инженерного образования?

1. Углубленное изучение в школе математики, физики, химии. Организация кружков (электротехники, робототехники, программирования, авиатехники и др.). Профориентационная работа со стороны высших учебных заведений.
2. Развитие общепрофессиональных и специальных технических компетенций в соответствии с требованиями Национальной рамки квалификаций.
3. Проектоориентированный подход. Привлечение обучающихся к проектам, выполняемым на кафедре.
4. Проблемноориентированный подход. Постановка перед обучающимися конкретной задачи, вариативность ее решения, поиск альтернативных подходов.
5. Риск-ориентированный подход. Развитие аналитического мышления, оценки и предупреждения рисков и возможных угроз.
6. Сближение гуманитарных и технических дисциплин при подготовке обучающихся, развитие умения оценивать социальные, экономические и экологические последствия инженерно-технологической деятельности.
7. Обучение цифровым технологиям (САПР, электронные таблицы, графические редакторы, блокчейн-технологии и т.д.).
8. Практикоориентированный подход. Максимальное погружение в сценарии будущей профессиональной деятельности обучающихся.
9. Преемственность. Привлечение магистрантов к ведению занятий в бакалавриате.
10. Привлечение студентов к научным исследовниям, участие в научных конференциях, научных конкурсах, обсуждениях проектов образовательны программ.
11. Академическая мобильность как способ обмена опытом, развития языковых и коммуникативных навыков студентов.
12. Внедрение инновационных методов в процесс обучения: проблемные лекции, дискуссии, деловые игры, перевернутый класс, использование баз данных, электронных таблиц.
13. Направление на практику к будущим работодателям. Вовлеченность обучающихся в решение производственных задач.
14. Развитие лидерских качеств, способности работать как индивидуально, так и в команде.

IТ-технологии занимают все большее место в образовании. Эта тенденция приобретает особую актуальность в эпоху пандемий и межгосударственных конфликтов. Разработка цифровых ресурсов для образования – это требование времени, крайне важная, актуальная и кропотливая работа.

Кафедра «Стандратизация, сертификация и метрология» ЕНУ им. Л.Н. Гумилева планирует разработать Цифровую платформу для подготовки и переподготовки инженерных кадров в области стандартизации, сертификации и метрологии. Она будет включать как минимум следующие разделы:

• Теоретическую часть (обучающий материал, видео-, аудио- и текстовый материал, примеры заданий).
• Тесты.
• Виртуальные лаборатории по темам: масса, геометрия, электрические измерения, давление, расход, физическая химия, теплофизические измерения.
• Личный кабинет обучающегося с оценками (рейтингами).
• Рабочую тетрадь обучающегося с описанием работы, записями обучающегося и комментариями преподавателя.
• Электронные таблицы для расчетов и построения графиков. Возможность переноса материала в тетрадь.
• Чат личный и групповой.

Основной проблемой современного технического образования является формирование у обучающихся разрозненной естественно-научной картины мира, отрывочных знаний и отдельных навыков. Большим минусом является различный подход к преподаванию одних и тех же дисциплин среди профессорско-преподавательского состава (ППС) одного вуза, а также среди различных университетов.

Во многих вузах наблюдается отсутствие полноценной лабораторной базы. Даже в случае, если такая лабораторная база существует, она рано или поздно морально и физически устаревает и приходит в негодность. Зачастую приобретение комплектующих и расходных материалов является довольно сложной задачей, требующей времени и материальных затрат. Хранение и использование реактивов, а также проведение лабораторных работ требует особой техники безопасности и наличие лаборанта.

Если говорить о готовых цифровых лабораториях, то имеющиеся на рынке программные продукты, содержащих виртуальные лабораторные и практические задания, то они не всегда соответствуют направлению и специфике вуза или образовательного центра. Например, специалистов по стандартизации, сертификации и метрологии вузы готовят по отдельным отраслям экономики. Кроме того, готовые виртуальные лаборатории приобретаются на определенный срок и на строго ограниченное количество компьютеров. Внести в них коррективы не представляется возможным. А образовательные программы вузов и образовательных центров требуют постоянных изменений.

Создание единой цифровой образовательной платформы для подготовки инженерных кадров позволит унифицировать этот подход, обеспечить преемственность в образовании даже при смене состава ППС. В платформу можно будет вносить коррективы. Задачи программы соответствуют достижению целей устойчивого развития, а именно обеспечению всеохватного и справедливого качественного образования и поощрение возможности обучения на протяжении всей жизни для всех. В целях достижения равного доступа к образовательным платформам социально уязвимых слоев населения: лиц с ограниченными возможностями, пенсионеров, а также тех слоев населения, которые живут удаленно от университетов и центров повышения квалификации.

С платформы можно будет зайти в электронные таблицы, которые дают массу преимуществ при изучении таких дисциплин как:

- основы теории измерений;

- метрология;

- неопределенность измерений;

- квалиметрия;

- инструменты менеджмента качества;

- Технические регламенты Таможенного союза (ЕАЭС);

- испытания, контроль и безопасность продукции;

- материаловедение;

- статистическая обработка результатов измерений;

- межлабораторные сличения,

а также при разработке курсовых и дипломных проектов, магистерских диссертаций.

Допустим, при изучении квалиметрии и инструментов менеджмента качества электронные таблицы можно использовать при:

- расчете интегрального, комплексного, дифференциального показателей качества; коэффициентов весомости (значимости);

- построении циклограммы свойств;

- построении диаграммы Паретто

- стратификации данных;

- построении диаграммы разброса;

- построении контрольных карт.

При преподавании межлабораторных сличений, статистической обработки результатов измерений, метрологии и связанных с ней дисциплин электронные таблицы нужны при изучении следующих вопросов:

- анализ прецизионности (в том числе промежуточной) и воспроизводимости результатов измерений;

- исключение грубых промахов, систематических погрешностей;

- ошибки градуировки средств измерений;

- оценка правильности методики (валидация);

- оценка квалификации лабораторий (расчет статистик функционирования);

- построение зависимостей погрешностей (абсолютной, относительной, приведенной) от результата измерений;

- расчет приписанного значения, в том числе робастными методами.

При преподавании неопределенности измерений электронные таблицы незаменимы при изучении следующих тем:

- оценка неопределенности согласно Руководству Еврахим-СИТАК (снизу вверх);

- оценка неопределенности «сверху вниз» через внутри- и межлабораторные дисперсии (по Фишеру);

- моделирование измерений и расчет неопределенности по упрощенному методу Монте-Карло «сверху вниз»;

- принятие решение органами по оценке соответствия с учетом неопределенности согласно процедуре ILAC-G8:09/2019.

Это только неполный перечень возможностей и тем. Возможности Excel и в целом электронных таблиц гораздо шире.

Преимущества использования электронных таблиц:

- наглядность;

- быстрота исполнения;

- точность расчетов;

- возможность построения графиков;

- вовлеченность и личный вклад обучающихся;

- развитие аналитического и логического мышления;

- закрепление теоретического материала на практике;

- рост уверенности обучающихся в своих знаниях;

- сохранение алгоритма вычисления и построения графиков;

- создание обучающимися своего портфолио.

Недостатки использования электронных таблиц:

- отсутствие связи с формулами;

- непонимание физического смысла формул.

Неотъемлемой часть цифровой платформы будут виртуальные лаборатории. Преимущество виртуальных лабораторий:

- универсальность;

- безопасность;

- экономия в обслуживании;

- простота в исполнении лабораторных работ;

- возможность совершенствования и внесения изменений в описание работы;

- адаптация работы к обучающимся с особыми образовательными потребностями.

На сегодняшний день основными разработчиками виртуальных лабораторий являются:

- ООО НПФ «ИНФОТЕХ», г. Тюмень;

- Национальный исследовательский Томский политехнический университет;

- ООО «ПрограмЛаб», г. Москва;

- University of Colorado Boulder (PhET);

- Массачусетский институт Технологии (МIT);

- Государственный университет Лонг-Бич, Калифорния;

- ООО «СТЕМ-ИГРЫ», г. Москва;

- Проект SIMULIZATOR, г. Тольятти.

Какие программные обеспечения используются для разработки виртуальных лабораторий?

1. Ранее разрабатывались различные виды виртуальных лабораторных работ с использованием среды NI LabVIEW [3]. В процессе исследования проводилась разработка лабораторных работ с использованием среды графического программирования NI LabVIEW и учебной платформы NI ELVIS. В результате исследования были разработаны лабораторные работы по ідисциплине "Метрология, стандартизация и сертификация", позволяющие обучать студентов основам проведения прямых и косвенных измерений физических величин.

Основными недостатками LabVIEW является то, что это продукт National Instruments (NI) с закрытым исходным кодом, стандарт на который устанавливает NI, а не независимый внешний орган. Наличие нестандартной библиотеки времени выполнения для скомпилированных приложений. Главный недостаток LabVIEW компания что его делает - разработка идёт медленно, а продукт стоит дорого.

2. Toad (Жаба) - управление базами данных, набор инструментов из программного обеспечения Quest компании «Dell» для управления реляционными и нереляционными базами данных с использованием SQL [4]. Жаба из Quest — это набор инструментов для управления базами данных, который разработчики, администраторы и аналитики баз данных используют для упрощения рабочих процессов, создания высококачественного кода без дефектов, автоматизации частых или повторяющихся процессов и минимизации рисков.
3. Виртуальные лаборатории также создаются на языке программирования Java [5], однако этот язык имеет свои ограничения. Например отсутствует возможность применения некоторых методов искусственного интеллекта.
4. Виртуальные лаборатории также реализуются на языке программирования С# на платформе Microsoft.NET [6]. Обычно они состоят из ядра и подключаемых модулей (плагинов), которые реализуют конкретные задачи и методы их решения.
5. Используются также кросс-платформенные решения [7, 8], которые обеспечивают способность программного продукта работать с несколькими аппаратными платформами или операционными системами. Обеспечивается благодаря использованию высокоуровневых языков программирования, сред разработки и выполнения, поддерживающих условную компиляцию, компоновку и выполнение кода для различных платформ. Типичным примером является программное обеспечение, предназначенное для работы в операционных системах Linux и Windows одновременно [9].

В 2023 году по инициативе кафедры «Стандартизация, сертификация и метрология» НАО «Евразийский национальный университет им. Л.Н.Гумилева» был создан Технический комитет по стандартизации 120 «Услуги по образованию и обучению», куда вошли представители ведущих вузов. Область деятельности создаваемого технического комитета по стандартизации: стандарты в области образования и обучения, в том числе дистанционного образования, онлайн курсов повышения квалификации, курсов самообразования, курсов вне формального образования, применение информационных технологий в образовании, в том числе для людей с ограниченными возможностями, унификация требований к электронным учебникам, оценке уровня знаний обучающихся, сертификации персонала в процессе электронного обучения, предупреждение психоэмоциональных рисков в организациях образования. Терминология, классификаторы, словари для целей электронного обучения.

Для обеспечения равных возможности получения образования всех слоев населения особое внимание должно быть уделено обучающимся с особыми образовательными потребностями, которые не могут быть удовлетворены с помощью регулярного обучения и практики оценивания (исключительные особенности, такие как поведенческие, коммуникативные, интеллектуальные, физические, возрастные, это могут быть одаренные учащиеся с потребностями специального образования; учащиеся могут иметь более одной исключительной особенности). Отсюда вытекает необходимость обеспечения наличия каналов связи, чтобы заинтересованные стороны могли получать необходимую им для своей деятельности информацию. Таким образом, будет обеспечен доступ к платформе, например дистанционными (онлайн) методами. Кроме того, электронные ресурсы позволят дифференцированно подходить к обучению. Например, на кафедре с 2022 года все силлабусы адаптированы для обучающихся с особыми образовательными потребностями:

1. Для плохо видящих студентов силлабус, лекции и руководство к лабораторно-практическим занятиям могут быть распечатаны крупным и/или жирным шрифтом. В электронном виде это сделать еще проще.

2. Для незрячих студентов можно предусмотреть возможность прослушивать аудиозаписи лекций и лабораторно-практических работ.

3. Для плохо слышащих студентов можно предусмотреть возможность просматривать записи лекций и лабораторно-практических работ в текстовом варианте либо сопровождать видеозаписи сурдопереводом.

4. Для обучающихся с аутизмом, с задержкой психического или умственного развития, умственной отсталостью предусмотреть возможность индивидуальной работы и упрощенных либо укороченных занятий.

5. Для студентов с нарушениями речи сделать уклон на письменные виды обучения и контроль.

6. Для других студентов (в том числе с нарушением опорно-двигательного аппарата) по медицинским показаниям предусмотреть обучение полностью либо частично в онлайн или дистанционном режиме.

7. В случае необходимости внести изменения в систему оценки уровня знаний обучающихся.

Реализация перечисленных выше задач позволит:

1. Повысить качество подготовки специалистов инженерного профиля;
2. Обеспечить равный доступ к образованию всех, в том числе и социально-уязвимых слоев населения;
3. Повысить материально-техническое обеспечение образовательных программ;
4. Повысить качество и оперативность обратной связи обучающихся с преподавателем;
5. Повысить прозрачность в оценивании знаний обучающихся;
6. Создать необходимый фундамент для дистанционного обучения, онлайн-образования, повышения квалификации и, таким образом, сделает образование более гибким и мобильным;
7. Обеспечить обучающихся учебными материалами на 3 языках.
8. Обеспечить сохранность всех ответов обучающихся, курсовых работ, дипломных проектов, магистерских диссертаций в электронном виде.
9. Обеспечить гибкость образовательных программ, простоту внесения изменений, адаптации их к обучающимся с особыми образовательными потребностями.
10. Разработать единые подходы и стандарты к сертификации и регистрации инженеров Республики Казахстан.