Начиная с 2021 г. обучение студентов по образовательной программе 27.04.01 Стандартизация и метрология будет осуществляться в соответствие с новым ФГОС ВО 3++, введенным 11.07.2020 г. В соответствии с указанными в ФГОС ВО 3++ профессиональными стандартами, трудовая деятельность выпускников магистратуры будет направлена на обеспечение безопасности и качества производства, процессов и продукции, а основными видами трудовой деятельности станут следующие:
− технический контроль качества выпускаемой продукции;
− обеспечение производственной деятельности в сфере метрологии.
Согласно требованиям нового образовательного стандарта разработка содержания профессиональных компетенций и индикаторов их достижений, а также составляющих ОПОП ВО возложена на вузы. Следует сказать, что УМО отстранилось от решения указанных выше педагогических задач для рассматриваемой образовательной программы.
Вместе с тем в соответствии c решениями Правительства РФ продуктивность такой подготовки продиктована необходимостью создания условий: во-первых, безопасности и качества продукции в России; во-вторых, перехода отечественного производства и строительства на высокотехнологичный уровень. При этом важнейшим компонентом такого перехода станут автоматизированные цифровые контрольно-измерительные средства, что приведет к увеличению на рынке труда спроса на высококвалифицированных специалистов по организации работы метрологических служб, экспертных отделов по аккредитации и сертификации, служб по контролю и надзору.
Создание таких условий возможно только при достижении будущими магистрами должного уровня знаний в следующих областях знания: 1) составление и чтение проектно-конструкторской и технологической документации; 2) физические и химические законы измерений; 3) математические методы обработки результатов измерений. Поэтому вопрос конструирования компонентов модели продуктивной методической системы формирования профессиональных компетенций будущих магистрантов с учетом специфики архитектурно-строительного вуза остается открытым, что подтверждает актуальность исследования.
Цель исследования:
- разработать в соответствии с последним ФГОС ВО 3++ профессиональные компетенции и индикаторы их достижения будущими выпускниками магистратуры (27.04.01, профиль Обеспечение безопасности и качества продукции);
- выделить с учетом специфики архитектурно-строительного вуза дисциплины, методы и средства обучения, способствующие у будущего магистра формированию профессиональной компетенции в области наиболее востребованного на рынке труда вида профессиональной деятельности, такого как метрологическое обеспечение производственной деятельности;
- разработать примеры заданий разного уровня сложности для диагностики сформированности данной профессиональной компетенции.
Материалы и методы исследования
Для достижения обозначенной цели был проведен анализ следующих документов и теоретических исследований: 1) ФГОС ВО разных поколений (профили 27.04.01 – Обеспечение безопасности и качества продукции, Метрология, стандартизация и сертификация); 2) нормативные документы (профессиональные стандарты, приказы Минобрнауки РФ, нормативно-технические документы в области строительного производства); 3) психолого-педагогические источники.
Были применены такие методы педагогического исследования, как моделирование, анализ и обобщение результатов образовательной деятельности в сфере проектирования методических систем, собеседование с преподавателями технических вузов и специалистами, работающими в профильных организациях (например, ФБУ Нижегородский ЦСМ, ООО «Прибор-Автоматика» и др.).
Результаты исследования и их обсуждение
Анализ педагогических источников, посвященных разрешению проблем в подготовке будущих инженеров в сфере метрологии и стандартизации, показал, что таких работ не так много и педагогами в большей части раскрыты особенности подготовки бакалавров (внедрение цифровых форм и компьютерных средств обучения, единство теории и практики, усиление практической направленности и др.) [1–3]. При этом работ, посвященных непосредственно профессиональной подготовке магистрантов и отвечающих требованиям нового стандарта, нами не обнаружено.
Для определения результативности подготовки магистров нами предлагается ввести следующие профессиональные компетенции (ПК) и их индикаторы:
− ПК-1. Организация работ по повышению уровня технического контроля в организации (ПК-1.1. Разработка, внедрение и контроль системы управления качеством продукции; ПК-1.2. Разработка, внедрение и поддержка актуальных методов и инструментов технического контроля; ПК-1.3. Проведение аттестации и сертификации услуг, процессов и продукции. Осуществление контроля соблюдения нормативных сроков их обновления; ПК-1.4. Принятие решений по устранению претензий и рекламаций потребителей на выпускаемую продукцию; ПК-1.5. Осуществление руководства сотрудниками отдела технического контроля);
− ПК-2. Организация работ по метрологическому обеспечению организации (ПК-2.1. Выявление состояния метрологического обеспечения в организации ПК-2.2. Осуществление функционального руководства работниками организации, выполняющими работы по метрологическому обеспечению; ПК-2.3. Планирование деятельности метрологической службы организации; ПК-2.4. Проведение работ по прохождению аккредитации организации в сфере обеспечения единства измерений).
Исследуем более подробно формирование у будущих магистров индикаторов профессиональной компетенции ПК-2, которая формируется комплексом введенных нами в учебный процесс профессиональных дисциплин (Блок 1). Перечень введенных дисциплин, их трудоемкость и формируемые индикаторы представлены в табл. 1.
Освоение студентами комплекса дисциплин осуществляется в ходе проблемной деятельности (и особенно межпредметной проектной), которая в технических вузах является ведущей. По мнению И.А. Гуторовой [4], И.Я. Лернера, Н.И. Наумкина [5] и др., в зависимости от технического задания при аудиторной и самостоятельной работе студентами могут достигаться следующие уровни обучения: низкий (репродуктивно-алгоритмический); средний (частично-поисковый); высокий (исследовательский межпредметный).
В результате была разработана система учебных межпредметных проблемных задач, включающая 6 основных типов и которая применяется нами как в учебном процессе, так и при диагностике достижения уровней развитости у магистров индикаторов компетенции ПК-2. Распределение междисциплинарных тем шести типов проблемных задач по уровням сложности отражено в табл. 2.
Таблица 1
Формируемые индикаторы и трудоемкость профессиональных дисциплин
|
№ |
Дисциплины, зачетные единицы |
Индикаторы |
|
Обязательная часть Блока 1 |
||
|
1 |
Физические и химические основы измерений (10 з.е.) |
ПК-2.1, ПК-2.2 |
|
2 |
Современные методы измерений, испытаний и контроля (3 з.е.) |
ПК-2.1, ПК-2.4 |
|
3 |
Метрологическое обеспечение жизненного цикла продукции (4 з.е.) |
ПК-2.1, ПК-2.2, ПК-2.3, ПК-2.4 |
|
Часть Блока 1, формируемая участниками образовательных отношений |
||
|
4 |
Организация измерений, контроля и испытаний (3 з.е.) |
ПК-2.1, ПК-2.3 |
|
5 |
Исследовательские и конструкторские работы метрологического обеспечения (3 з.е.) |
ПК-2.1, ПК-2.2, |
|
6 |
Организация работ по метрологическому обеспечению (13 з.е.) |
ПК-2.1, ПК-2.2, ПК-2.3, ПК-2.4 |
Таблица 2
Распределение системы проблемных задач по уровням сложности
|
Межпредметные темы |
Примерное содержание учебных заданий |
|
Низкий уровень (репродуктивно-алгоритмический, 0–10 баллов) |
|
|
1. Оценка результатов многократных измерений. Типы погрешностей |
Знание о законах распределения случайных величин для оценки результатов многократных измерений. Понимание сущности методов расчета погрешностей разного типа |
|
2. Прямой метод измерения |
Понимание физико-химической сущности метода прямых измерений |
|
Средний уровень (частично-поисковый, 11–20 баллов) |
|
|
3. Исследования с помощью контрольных карт |
Умение математически обосновать цель статистического исследования и выбор статистического метода обработки результатов измерений (ГОСТ Р ИСО 7870-2-2015). Умение строить контрольные карты Шухарта и кумулятивных сумм |
|
4. Косвенный метод измерения |
Применение физико-химических законов при косвенных измерениях. Обоснование выбора измерительных средств |
|
Высокий уровень (исследовательский, 21–30 баллов) |
|
|
5. Методы обработки статистических данных |
Умение выбирать метод статистического анализа с целью решения сформулированной проблемы с учетом особенностей строительного производства (ГОСТ Р 55048-2020 СМК, ГОСТ Р 55048-2012) |
|
6. Математическая обработка результатов измерений |
Расчет стандартной, суммарной и расширенной неопределенности. Оценка результатов. Принятие решений (ГОСТ Р 8.000-2000) |
Выявление уровней сложности каждого из межпредметных заданий осуществлялось на основе экспертной оценки, при составлении которой принимали участие не только преподаватели кафедры, но и представители от работодателей [6, 7]. Разработанные задания имеют теоретико-практический и межпредметный характер, а также учитывают специфику не только машиностроительных направлений подготовки, но строительных. Алгоритм решения каждой задач предполагает подробное его описание студентом.
Приведем примеры технических условий задач разного типа по уровням сложности:
– задание репродуктивно-алгоритмического типа. Значение дисперсии контролируемого диаметра изделия, которое не должно превышать 0,15 мкм, определяет точность работы станка-автомата. По результатам выборочного контроля, в ходе которого было измерено 25 изделий, рассчитана исправленная дисперсия, равная 0,25 мкм2. Требуется проверить гипотезу, что станок-автомат обеспечивает требуемую точность, если считать, что диаметральный размер изделия принадлежит к нормальному закону распределения. Составьте математическую запись проверяемой гипотезы. Укажите номер верного ответа:
1) H0:D(X)=0,15, H1:D(X)≠0,15;
2) H0:D(X)=0,15, H1:D(X)>0,15;
3) H0:D(X)=0,15, H1:D(X)≥0,15;
– задание репродуктивно-алгоритмического типа. Определите квалитет, по которому изготовлен диаметральный размер детали типа «Вал». В ходе измерений установлено, что диаметр изготовленной детали «Вал» равен 98 мм, а допуск составил 220 мкм;
– задание частично-поискового типа. Составьте функцию Rx = f(R2,R3,R4), связывающую измеряемое сопротивление Rх с сопротивлениями резисторов измерительного моста R2 = 990 Ом, R3 = 995 Ом, R4 = 996 Ом. Примените полученную функцию для вычисления среднего квадратического отклонения случайной составляющей погрешности косвенного измерения сопротивления Rх, если указанные значения сопротивлений приняты при следующих значениях средних квадратических отклонений: S(R2) = 0,5 Ом; S(R3) = 0,7 Ом; S(R4) = 0,6 Ом. При составлении функции не учитывать внутреннее сопротивление источника и сопротивление измерительного прибора. Для измерения используется мост постоянного электрического тока (рисунок);
Схема моста постоянного тока
– задание частично-поискового типа. Выбрать средство измерений для контроля длины плитки. Согласно общим техническим условиям на плитку (ГОСТ 13996-2019) допуск на длину 150 мм установлен 1,2 мм (∆Х = 2,4 мм). Погрешность от измерения температуры окружающей среды, от температурного изменения размеров плитки и применяемого инструмента не учитывать в связи с незначительным отличием температуры в лаборатории от установленной НТД нормальной температуры измерения;
– задание исследовательского типа. Определите доверительный интервал для среднего значения при доверительной вероятности Р = 0,99, если в результате восьмикратного измерения массы детали (г) получены следующие результаты: 23,361; 23,357; 23,352; 23,354; 23,346; 23,344; 23,340; 23,342. Распределение результатов взвешивания принять нормальным, грубые погрешности (промахи) необходимо исключить. Справочные данные взять из Приложения Д по ГОСТ Р 8.736-2011. Значение коэффициента Стьюдента принять t = 4,03 (при n = 8 и Р = 0,99). Запишите результат шестикратного взвешивания объекта по ГОСТ Р 8.736-2011 с указанием среднего значения, его доверительного интервала при доверительной вероятности и числе измерений.
– задание исследовательского типа. Измерение вязкости при помощи капиллярного вискозиметра основано на определении времени истечения через капилляр определенного объема жидкости. При калибровке проведены 10 измерений времени истечения градуировочной жидкости через капилляр: 65,0; 65,2; 65,4; 65,6; 65,8; 65,4; 65,2; 65,4; 65,4; 65,8 с. Определить относительную поправку вискозиметра. Оценить расширенную неопределенность результатов калибровки. Оформить бюджет неопределенности. Представить результаты калибровки с учетом расширенной неопределенности. При расчете неопределенности принять, что расчетное время истечения градуировочной жидкости составляет 64,1 с, погрешность аттестованного значения вязкости градуировочной жидкости составляет ± 0,2 %; погрешность измерения времени истечения градуировочной жидкости равна ± 0,2 с; коэффициент охвата k = 2 при доверительной вероятности p = 0,95.
Важным компонентом методической системы подготовки магистров являются современные средства обучения, которые включают не только компьютерные средства и ЕОИС вуза, но и специальные технические средства измерений, например геометрических параметров, величин давления и электротехнических величин. С учетом цифровизации инженерного образования, на наш взгляд, к такому необходимому перечню измерительного лабораторного инструментария при подготовке магистров, следует отнести: манометр цифровой М0-05; штангенциркуль цифровой ШЦЦ-1-150-0,01; индикатор цифровой ИЦ; осциллограф DSO-6022BE; измеритель параметров вибрации ВИБРАН-2.0; плиту поверочную; гигрометр ВИТ-2 15-40С; микрометры (МК-25, МК-50, МРИ 25-0.01, МТ-50, МЗ-25); кронциркули-нутромеры (1-го и 2-го классов точности); набор концевых мер длины №1; угольники (УП 160*100(395,0), УШ 250*180(895,0)); штангенциркули (ШЦ 125-0,05, ЩЦ-1-125, ЩЦ-1-150); теодолиты (ОТ-02, Т1, Т2); цифровой тахеометр; нивелир технический Н-5; приборы неразрушающего контроля (ультразвуковой толщиномер).
Заключение
В ходе исследования предложены в соответствии с ФГОС ВО 3++ элементы методической системы формирования профессиональных компетенций будущих магистров, обучающихся по образовательной программе 27.04.01. Согласно запросам рынка труда выделены профессиональные компетенции (ПК-1, ПК-2) и определены их индикаторы. Приведен комплекс дисциплин, отвечающих в учебном плане за формирование ПК-2. Приведены тематическая структура системы проблемных межпредметных задач для формирования ПК-2 и оценки ее достижения, а также примеры задач разного уровня. Выделены актуальные технические средства обучения (типы цифровых средств обучения).
Начиная с 2020 г. элементы методической системы проходят апробацию в Нижегородском государственном архитектурно-строительном университете (ННГАСУ) при подготовке магистров по направлению «Стандартизация и метрология», профиль «Обеспечение безопасности и качества продукции» (очная и заочная формы обучения). Акцент в методической системе делается на актуальные и практико-ориентированные цели, диагностику результатов, методы и инструментарий обучения, что необходимо для обеспечения выпускников ННГАСУ конкурентными преимуществами при трудоустройстве и для результативности участия в олимпиадах разного уровня.
Подтверждением успешности подготовки магистрантов является победа в номинации «Знаток квалиметрии и управления качеством» студентки ФГБОУ ННГАСУ (апрель 2021 г.). Отметим, что олимпиада проходила на базе ФГБОУ ВО НИУ «Казанский национальный исследовательский технологический университет» и в олимпиаде принимали участие 15 ведущих федеральных технических университетов страны.