Введение
Современное инженерное образование переживает значительные трансформации, обусловленные стремительным развитием технологий, цифровой трансформацией промышленности и изменением требований рынка труда. Формирование отвечающего современным требованиям инженера – это формирование не только технического специалиста, но и мыслителя, коммуникатора, исследователя и адаптирующегося специалиста. В условиях цифровой трансформации, автоматизации и роста сложности технических систем от выпускников вузов требуются не только глубокие знания в своей области, но и высокий уровень soft skills и метанавыков, которые обеспечивают устойчивость, гибкость и способность к постоянному профессиональному росту.
Как отмечают В. В. Келарев и Н. С. Котова [1], развитие soft skills является критически важным условием успешной адаптации специалистов на рынке труда, особенно в условиях быстро меняющейся экономической среды. Аналогичную позицию занимают и другие исследователи, например I. Baner, R. Shechter и G. Kurtz [2], которые подтверждают высокую ценность soft skills в восприятии обучающихся-инженеров и их важность для профессиональной карьеры. Л. Л. Романова [3] в своем исследовании подчеркивает, что обучающиеся все чаще осознают важность soft skills для профессионального успеха, однако часто испытывают трудности с их конкретизацией и развитием.
Дисциплина «Основы схемотехники» является одной из фундаментальных в подготовке инженеров-электриков, особенно в отраслевых вузах, выпускники которых будут работать с системами управления движением, автоматикой, телемеханикой, электроснабжением и телекоммуникациями. Однако, как отмечают С. Г. Башаева и А. А. Истомина [4], традиционные методы преподавания технических дисциплин часто не обеспечивают должного развития как технических, так и soft skills у обучающихся. Традиционный лабораторный практикум, проводимый на унифицированных стендах или полностью на виртуальных моделях, сводится к выполнению шаблонных действий, и это не развивает ни практических навыков самостоятельного проектирования, ни личностных компетенций.
Проблема заключается в недостаточном внимании к формированию системного инженерного мышления, включающего не только технические расчеты, но и умение анализировать, отсутствие страха ошибаться, быстро исправлять ошибки, работать в команде и отвечать за результат. Как отмечают Е. Valeeva и соавт. [5], метакогнитивные навыки играют ключевую роль в успешности обучения инженеров, однако их развитие часто остается вне фокуса традиционных учебных программ.
Решением может стать переход к сквозному проектированию – полному циклу разработки устройства от идеи до физической реализации. В этой связи особое место занимает использование беспаечных макетных плат, которые позволяют обучающимся самостоятельно собирать, тестировать и отлаживать схемы из дискретных компонентов. Такая форма работы создает благоприятную среду для развития soft skills и метанавыков.
Цель исследования – методически переработать традиционный подход к лабораторным занятиям по схемотехнике с акцентом на развитие soft skills и метанавыков.
Материалы и методы исследования
Апробация разработанной методики проводилась в течение 2024–2025 учебного года на базе кафедры «Автоматика, телемеханика и связь» ФГБОУ ВО Приволжский государственный университет путей сообщения. В педагогическом эксперименте участвовали экспериментальная (25 чел.) и контрольная (22 чел.) группы. Оценка эффективности методики осуществлялась с использованием комплекса методов: включенное наблюдение, анализ отчетов студентов, анкетирование и самооценка, а также экспертные оценки преподавателей.
Результаты исследования и их обсуждение
В работе приняты следующие определения терминов «soft skills» и «метанавыки».
Soft skills (в российских источниках можно встретить название «гибкие навыки») – это поведенческие и социальные компетенции, определяющие способность человека эффективно взаимодействовать с другими, управлять собой и принимать решения. Согласно исследованиям А. П. Исаева и Л. В. Плотникова [6], soft skills определяются как универсальные компетенции, личностные и социальные качества, повышающие эффективность работы. Е. С. Богдан и О. Л. Чулаева [7] подчеркивают, что soft skills являются навыками межличностного и личностного характера, критически необходимыми для рынка труда.
Для инженера soft skills включают: коммуникацию (умение ясно и однозначно излагать техническую информацию); работу в команде (совместное решение задач, распределение ролей); критическое мышление (анализ данных, выявление ошибок, оценка достоверности информации); ответственность и этическое сознание (осознание последствий своих решений); стрессоустойчивость и саморегуляция (управление временем, эмоциями, работой в условиях стресса).
Метанавыки (или метакомпетенции) – это способности более высокого порядка, которые позволяют человеку учиться новому, адаптироваться к изменениям и самостоятельно управлять своим развитием. Консенсусно к ним относятся: умение учиться – способность быстро осваивать новые технологии, стандарты, программное обеспечение; системное мышление – понимание связей между элементами системы; рефлексия – анализ собственных действий, ошибок, успехов (Р. В. Куприянов и др.) [8]; адаптивность – готовность к изменениям, умение выходить из нестандартных ситуаций; целеполагание и саморегуляция – планирование собственной деятельности и контроль ее выполнения [8].
Как отмечают Fonden Calzadilla и соавт. [9], метанавыки – это умения, связанные с контролем и осознанием своих когнитивных процессов и поведением в учебной деятельности. Valeyeva и соавт. [5] определяют метакогнитивные навыки как осознание и управление собственным процессом познания, что является важным фактором обучения в инженерной сфере.
Метанавыки делают инженера устойчивым к изменениям и способным к непрерывному обучению на протяжении всей трудовой карьеры. В условиях VUCA-мира (Volatility, Uncertainty, Complexity, Ambiguity, англ.: Нестабильность, Неопределенность, Сложность, Неоднозначность), описываемого А. П. Авдеевой и Ю. А. Сафоновой [10], развитие метанавыков становится особенно актуальным для будущих инженеров.
Критический анализ трактовки soft skills и метанавыков
В литературе существует несколько подходов к трактовке soft skills и метанавыков, которые заслуживают критического анализа.
С одной стороны, как отмечают В. В. Келарев и Н. С. Котова [1], soft skills рассматриваются как навыки для эффективной профессиональной деятельности и личностного развития, а метанавыки – как навыки высокого порядка, включающие самосознание и управление собой. Этот подход подчеркивает универсальность этих навыков и их применимость в различных профессиональных контекстах.
С другой стороны, Г. В. Баринова и К. А. Шевченко [11] рассматривают soft skills как «ключевые компетенции инженера будущего», интегрирующие личностные и профессиональные качества. Это подход более узкий и ориентированный на конкретную профессиональную область.
Критически важно отметить, что некоторые исследователи, такие как А. П. Исаев и Л. В. Плотников [6], указывают на то, что «наиболее высоко всеми оценена способность к саморазвитию», что свидетельствует о приоритетности метанавыков в современных условиях. В их исследовании подчеркивается, что «студентоцентрированное обучение создает условия для формирования soft skills», что согласуется с предлагаемым подходом к организации лабораторных работ.
Однако существуют и критические замечания к существующим трактовкам. Например, А. П. Авдеева и Ю. А. Сафонова [10] указывают, что «гибкие навыки – ключевые качества для работы в условиях неопределенности и сложностей», но нет четкой критериальной шкалы их оценки. Это создает сложности в измерении эффективности программ по развитию soft skills, что авторы также наблюдали в данном исследовании.
Гипотеза настоящего исследования заключается в том, что интеграция трехэтапного подхода (теоретический расчет, компьютерное моделирование, натурный эксперимент) в лабораторный практикум по схемотехнике с использованием беспаечных макетных плат позволит значительно повысить уровень развития soft skills и метанавыков у обучающихся-инженеров по сравнению с традиционным подходом к организации лабораторных работ.
Предлагаемый метод основан на трехэтапном алгоритме: теоретический расчет, компьютерное моделирование, натурный эксперимент на макетной плате. Каждый этап направлен не только на освоение технического содержания, но и на развитие определенных soft skills и метанавыков.
Этап 1: Теоретический расчет – формирование основ мышления и ответственности. На этом этапе обучающиеся выполняют расчет параметров схемы (номиналы резисторов, конденсаторов, рабочие точки транзисторов) на основе лекционного материала. В отличие от традиционного подхода, здесь вводятся элементы, способствующие развитию soft skills и метанавыков.
Задания с частично недостающими данными – обучающийся должен самостоятельно найти недостающие параметры транзистора или выбрать подходящий тип конденсатора (развитие умения учиться и критического мышления).
Элементы этической дилеммы, например: «Как изменится схема, если использовать более дешевый, но менее надежный компонент? Какие риски это несет?» (развитие ответственности и этического сознания).
Этот этап соответствует рекомендациям I. Baner, R. Shechter и G. Kurtz [2], которые подчеркивают важность включения этических аспектов в развитие soft skills инженеров. Также он отражает подход, описанный J. Jia [12], где важную роль играет планирование как компонент метанавыков.
Этап 2: Компьютерное моделирование – развитие аналитики и рефлексии. Обучающиеся создают виртуальную модель схемы в среде Multisim, EasyEDA или аналогичной программе, проводят моделирование и сравнивают результаты с расчетами. Для развития soft skills и метанавыков в этот этап внесены следующие изменения:
Групповое обсуждение результатов моделирования: почему сигнал имеет искажения? Почему частота отличается? (развитие коммуникации и критического мышления).
Задачи с подвохом: например, смоделировать схему с заведомо неправильным включением транзистора (развитие аналитических способностей и рефлексии).
Конкурс на лучшую визуализацию: кто наиболее наглядно представил процессы заряда/разряда конденсаторов (развитие креативности и коммуникации).
Этот этап напрямую связан с рекомендациями Fonden Calzadilla и соавт. [9], которые выделяют важность развития метанавыков программирования и инженерного мышления через активное обучение и рефлексию. Также он соответствует подходу, описанному R. S. Devika [13], где подчеркивается связь между метанавыками и академической успеваемостью в инженерии.
Этап 3: Натурный эксперимент – развитие практики, командной работы и адаптивности. На беспаечной макетной плате обучающиеся собирают реальную схему, подключают питание, измерительные приборы (осциллограф, мультиметр) и проводят эксперимент.
Для усиления развития soft skills и метанавыков были предусмотрены:
Работа в парах или мини-группах (2–3 чел.), чтобы стимулировать обсуждение и распределение ролей (развитие коммуникации и работы в команде).
Чек-лист самопроверки: перед подачей питания обучающиеся должны проверить монтаж по пунктам (развитие ответственности и внимания к деталям).
Ситуации неопределенности: например, один из резисторов имеет нестандартный номинал – обучающиеся должны предложить решение (развитие адаптивности и критического мышления).
Документирование процесса: фото этапов сборки, записи наблюдений, схемы с пометками (развитие рефлексии и системного мышления).
Этот этап отражает рекомендации Г. В. Бариновой и К. А. Шевченко [11], которые рассматривают ключевые компетенции инженера будущего, включая работу в команде и критическое мышление. Также он соответствует подходу, описанному Л. Г. Суровцевой и соавт. [14], которые рекомендуют внедрять проектные методы обучения для развития soft skills.
В качестве примера реализации излагаемого подхода представлены этапы лабораторной работы «Исследование мультивибратора на биполярных транзисторах», выполняемые в ходе этапов действия и развиваемые компетенции (таблица).
В экспериментальной группе, где лабораторный практикум проводился по предложенной трехэтапной методике с использованием беспаечных макетных плат, были зафиксированы устойчивые позитивные изменения в характере учебной деятельности.
Этапы работы и развиваемые компетенции
|
Этап работы |
Выполняемые действия |
Развиваемые soft skills и метанавыки |
|
1. Расчет |
Рассчитать R и C для заданной частоты (например, 1 Гц). Выбрать тип транзистора (КТ315), определить номиналы резисторов базы и коллектора |
Ответственность, критическое мышление, умение учиться, целеполагание |
|
2. Моделирование |
Построить схему в Circuit Simulator, снять осциллограммы, измерить период, амплитуду, скважность. Сравнить с расчетом |
Рефлексия, системное мышление, анализ данных, работа с ПО |
|
3. Макетирование |
Собрать схему на макетной плате, подключить осциллограф, измерить реальные параметры. Обнаружить и устранить возможные неисправности |
Практические навыки, адаптивность, стрессоустойчивость, коммуникация (в команде) |
|
4. Анализ и выводы |
Объяснить расхождение между теорией, моделью и экспериментом. Предложить способы улучшения схемы |
Критическое мышление, системное мышление, рефлексия |
Примечание: составлена авторами на основе полученных данных в ходе исследования
Студенты чаще проявляли инициативу при обсуждении схем, предлагали собственные варианты модификации, задавали вопросы, выходящие за рамки стандартного задания. Преподавателями отмечено углубление анализа при сравнении расчетных, моделируемых и экспериментальных данных: обучающиеся не просто констатировали расхождения, но пытались выявить их причины (погрешности компонентов, влияние паразитных параметров, ограничения модели).
В контрольной группе, где лабораторные работы выполнялись по традиционной методике на готовых стендах, подобная познавательная активность наблюдалась реже; студенты в основном ограничивались выполнением инструкций и формальной фиксацией результатов.
По данным анкетирования и самоотчетов, у студентов экспериментальной группы произошли заметные изменения в восприятии собственных компетенций. Большинство респондентов (89 %) указали, что работа с беспаечными макетными платами «научила думать как инженер» (в контрольной группе этот показатель составил 42%). Студенты отмечали, что необходимость самостоятельно собирать схему, искать и исправлять ошибки, согласовывать действия в парах способствовала развитию стрессоустойчивости, ответственности и навыков командной работы.
Кроме того, в экспериментальной группе зафиксировано изменение отношения к ошибкам: они стали восприниматься не как неудача, а как естественный этап поиска решения, что способствовало развитию рефлексии и критического мышления. В самоотчетах студенты подчеркивали, что формат работы «расчет – моделирование – эксперимент» позволил им лучше понять логику инженерного проектирования и осознать связь между теоретическими знаниями и практической реализацией.
В ходе апробации выявились и определенные сложности: возросшая нагрузка на преподавателя (необходимость индивидуального консультирования), дефицит некоторых компонентов для сборки схем, разный исходный уровень подготовки студентов. Для их преодоления были разработаны чек-листы самопроверки, организована взаимопроверка в группах, создан мини-склад компонентов с системой учета. Эти меры позволили оптимизировать учебный процесс и снизить организационные риски.
1. Анализ и критическая оценка полученных результатов. Полученные результаты демонстрируют, что интеграция трехэтапного подхода в лабораторный практикум по схемотехнике с использованием беспаечных макетных плат действительно способствует развитию soft skills и метанавыков у обучающихся-инженеров. Однако для полного понимания значимости этих результатов необходимо рассмотреть их в контексте существующих исследований и теоретических подходов.
2. Соответствие результатов современным исследованиям. Данное исследование подтверждает выводы I. Baner, R. Shechter и G. Kurtz [2], которые отмечают, что «soft skills education is valuable» (обучение гибким навыкам является значимым) и что обучающиеся-инженеры высоко оценивают важность таких навыков, как лидерство, коммуникация и командная работа. В их исследовании подчеркивается, что soft skills complement technical knowledge for successful career («гибкие навыки дополняют технические знания, способствуя успешному построению карьеры»), что полностью согласуется с наблюдениями авторов о том, что развитие soft skills не заменяет, а дополняет техническую подготовку инженера.
Особенно интересно сравнить результаты, полученные авторами, с исследованием R. S. Devika [13], которая изучала влияние метакогнитивной осведомленности на успеваемость обучающихся инженерных специальностей. R. S. Devika отмечает, что metacognitive awareness positively influences engineering students’ performance (контекстный перевод: «осознанное владение метакогнитивными навыками (метапознание) оказывает положительное влияние на академическую успеваемость студентов-инженеров») [13], что подтверждается данными авторов о том, что обучающиеся, проявляющие более высокий уровень рефлексии, демонстрируют лучшие результаты в технических заданиях. Настоящее исследование расширяет эти выводы, показывая, что развитие метанавыков через практические занятия может быть более эффективным, чем теоретическое обучение.
Р. В. Куприянов и соавт. [8] в своем исследовании «Влияние метакогнитивных навыков и критического мышления на успешность обучения» приходят к выводу, что «метакогнитивные стратегии направлены на улучшение учебной деятельности». Результаты авторов подтверждают эту гипотезу, показывая, что обучающиеся, освоившие методы рефлексии и анализа, демонстрируют более высокую успеваемость не только по схемотехнике, но и по смежным дисциплинам.
Несмотря на положительные результаты, данное исследование имеет несколько ограничений, которые необходимо учитывать.
Ограниченная выборка. Исследование проводилось на одной кафедре одного вуза в течение одного семестра, что может ограничивать обобщаемость результатов. Как отмечают Е. С. Богдан и О. Л. Чудакова [7], контекст вуза и специфика отрасли могут существенно влиять на развитие soft skills.
Краткосрочные эффекты. Данное исследование оценивало результаты в течение одного учебного семестра, тогда как развитие soft skills и метанавыков является долгосрочным процессом. Как подчеркивает J. Jia [12], для полной оценки эффективности аналогичных методик необходимо долгосрочное наблюдение.
Субъективность оценки. Некоторые показатели (например, уровень стрессоустойчивости, глубина рефлексии) оценивались субъективно, что может вносить погрешность в результаты. С. Савинков [15] справедливо отмечает необходимость «тестирования soft и hard skills для эффективной диагностики», что в данном исследовании не было реализовано.
Отсутствие контроля внешних факторов. На развитие soft skills могли влиять и другие факторы, не связанные непосредственно с авторской методикой (например, другие дисциплины, внеаудиторные мероприятия).
Полученные результаты имеют несколько важных аспектов научной значимости.
Интеграция теории и практики. Данное исследование демонстрирует, как можно органично интегрировать развитие soft skills и метанавыков в существующие технические дисциплины, не увеличивая учебную нагрузку. Это подтверждает гипотезу А. П. Исаева и Л. В. Плотникова [6] о том, что «важно не только содержание, но и методы организации учебного процесса».
Методологический вклад. Предложенный трехэтапный подход (расчет, моделирование, эксперимент) может служить моделью для разработки подобных методик в других технических дисциплинах. Как отмечают Fonden Calzadilla и соавт. [9], «методы активного обучения, проектной деятельности и рефлексии» являются эффективными для развития метанавыков, и рассматриваемая методика конкретизирует этот подход для лабораторных работ по схемотехнике.
Контекстуальная адаптация. Настоящее исследование показывает, как общие принципы развития soft skills могут быть адаптированы к специфике конкретной дисциплины и отрасли (железнодорожный транспорт). Это подтверждает позицию Т. В. Гурской и соавт. [16], которые подчеркивают необходимость «внедрения курсов по развитию мягких навыков, создание тренингов и практических кейсов», адаптированных к конкретному контексту.
На основе полученных результатов можно сформулировать следующие практические рекомендации для преподавателей технических дисциплин.
Интеграция soft skills в существующие дисциплины. Как показывает данное исследование, не обязательно создавать отдельные курсы по soft skills – их развитие может быть интегрировано в существующие технические дисциплины через изменение методики проведения занятий.
Большее внимание введению элементов рефлексии (анализ ошибок, обсуждение процесса), что значительно усиливает развитие метанавыков. Как отмечает Е. Valeeva и соавт. [5], «метакогнитивные навыки – осознание и управление собственным процессом познания, важный фактор обучения».
Использование физических макетов. Несмотря на развитие виртуальных симуляторов, физические макеты остаются важным инструментом для развития практических навыков и soft skills. Как отмечают С. Г. Башаева и А. А. Истомина [4], «использование интерактивных методов и кейс-стади для развития навыков в учебных дисциплинах» повышает эффективность обучения.
Групповая работа с четким распределением ролей. Организация работы в малых группах с четким распределением ролей способствует развитию коммуникации и командной работы, что подтверждается исследованиями I. Baner, R. Shechter и G. Kurtz (2025).
На основе полученных результатов и выявленных ограничений можно определить следующие направления дальнейших исследований.
Долгосрочное наблюдение. Необходимо провести исследование, оценивающее влияние развития soft skills и метанавыков на профессиональную успешность выпускников в течение 3–5 лет после окончания вуза. Это позволит подтвердить гипотезу, что эти навыки действительно повышают конкурентоспособность на рынке труда.
Разработка стандартов оценки. Следует разработать объективные критерии и методы оценки уровня развития soft skills и метанавыков, что позволит сравнивать результаты различных методик. По мнению С. Савинкова [15], «тест на «жесткие» и «гибкие» навыки» необходим для диагностики текущего уровня и планирования развития.
Адаптация метода к другим дисциплинам. Необходимо исследовать, как предложенная методика может быть адаптирована к другим техническим дисциплинам (например, таким как программирование, механика, материаловедение).
Интеграция цифровых технологий. Следует исследовать, как современные цифровые технологии (виртуальная реальность, искусственный интеллект) могут быть интегрированы в предлагаемую методику для усиления развития soft skills и метанавыков.
Междисциплинарные проекты: Как рекомендуют Г. В. Баринова и К. А. Шевченко [12], перспективным направлением является «совершенствование учебных планов с акцентом на междисциплинарные проекты и практики», что позволит обучающимся применять soft skills в более сложных и реалистичных контекстах.
В. В. Келарев и Н. С. Котова подчеркивают [1], что «конвергенциальный подход к организации бизнес-образования в вузе» позволяет интегрировать развитие личностных компетенций в техническое образование. Предложенный в настоящей работе подход является конкретной реализацией этого подхода в контексте лабораторных работ по схемотехнике.
Заключение
Проведенное исследование подтверждает, что лабораторный практикум по дисциплине «Основы схемотехники» с применением беспаечных макетных плат – это не просто способ повысить уровень практических навыков, а действенный инструмент формирования современного инженера. Переход от пассивного выполнения заданий к активному сквозному проектированию позволяет органично интегрировать развитие soft skills и метанавыков в учебный процесс.
Трехэтапный подход – расчет, моделирование, эксперимент – воспроизводит настоящий жизненный цикл разработки электронного устройства и формирует у обучающихся критическое отношение к информации, способность к рефлексии и самоанализу, умение работать в команде и отвечать за результат, готовность к адаптации и постоянному обучению.
Перспективы дальнейшего развития метода лежат в использовании проектов по разработке систем, актуальных для железнодорожного транспорта, а также в интеграции цифровых технологий для усиления развивающего потенциала лабораторных работ.
Таким образом, лабораторный практикум становится не завершающим этапом изучения дисциплины, а этапом для становления компетентного, гибкого и ответственного инженера, готового к вызовам современного технологического ландшафта.