Reforma edukacji inżynierskiej

Po upadku muru berlińskiego, sygnalizującym koniec zimnej wojny, Earll Murman, ówczesny szef Departamentu Aeronautyki i Astronautyki MIT, wiedział, że przyszłość aeronautyki będzie bardzo różniła się od przeszłości. Zimna wojna napędzała 50-letni okres intensywnego rozwoju samolotów, pocisków, satelitów i statków kosmicznych w Stanach Zjednoczonych, mających na celu utrzymanie kontroli nad państwami komunistycznymi. Murman zastanawiał się, czy wraz z upadkiem komunizmu w Europie Wschodniej i Związku Radzieckim zapotrzebowanie na inżynierów lotniczych w Stanach Zjednoczonych spadnie? Jak departament musiałby się dostosować, aby być rentownym w erze postzimnowojennej? Wiedziałem, że coś musi się zmienić, ale nie wiedziałem, co to jest, teraz wspomina. To pytanie postawiło wydział w 12-letniej podróży, która zmieniła sposób nauczania aeronautyki na MIT i na innych uniwersytetach tutaj i za granicą.

Rezultatem tej podróży są nowe ramy pojęciowe dla edukacji z czterema dyrektywami: zaprojektować, zaprojektować, wdrożyć, działać. Jego celem jest nauczenie studentów inżynierii nie tylko technicznych podstaw ich dyscyplin, ale także umiejętności nietechnicznych, takich jak praca w zespołach, komunikowanie się poprzez prezentację pisemną lub ustną oraz rozpatrywanie ich pracy w kontekście społeczeństwa i etyki zawodowej. Zamiast kłaść nacisk na analizę i rozwiązywanie problemów w sferze teoretycznej, zajęcia kładą teraz nacisk na projekty zespołowe, w których uczniowie przechodzą przez pełny cykl wymyślania, projektowania, budowania i obsługi. Reforma w edukacji inżynierskiej odbywa się fragmentarycznie w całym kraju, ale według dyrektora projektu Eda Crawleya '76, SM '78, ScD '81, aero/astro jest jedynym działem, który zmienił cały program nauczania i zaprojektował i zbuduj wszechobecny cykl.

CDIO, jak nazywa się ramy, jest wynikiem licznych ankiet przeprowadzonych przez departament w latach 90. wśród liderów przemysłu i rządu, absolwentów i pedagogów. Ankiety wykazały, że powodzenie złożonych projektów lotniczych zależy w równym stopniu od krytycznego myślenia i modelowania, co od zrozumienia termodynamiki. W 2000 roku CDIO stało się współpracą międzynarodową: trzy szwedzkie uniwersytety połączyły się z Instytutem, aby pomóc w opracowaniu programu nauczania, który został wdrożony jesienią 2003 roku we wszystkich czterech instytucjach. Współpracownicy prowadzą dialog na temat tego, co działa, a co nie, i nadal udoskonalają projekt. Wyznaczanie dodatkowych członków współpracy jest procesem selektywnym zarządzanym przez cztery instytucje założycielskie. Teraz, z pięcioma nowymi członkami i wieloma innymi szkołami czekającymi na przyłączenie, CDIO jest gotowe do rozprzestrzenienia się na cały świat.

Sedno sprawy

W nowej przestrzeni projektowej przylegającej do biblioteki studenci zgromadzili się wokół kilkunastu stołów zastawionych papierami i modelami. Hałas brzmi bardziej jak hałas w centrum studenckim niż na wydziale akademickim. To koniec jesiennego semestru, a zespoły spieszą się z ukończeniem projektów. Studenci poznają swój pierwszy duży projekt zespołowy wiosną drugiego roku: cały semestr poświęcają na obmyślanie, projektowanie i budowanie zdalnie sterowanych samolotów. Następnie zespoły rywalizują ze sobą, aby sprawdzić, czy potrafią obsługiwać zbudowane przez siebie samoloty. Peter Young ‘67, który przez 29 lat pracował nad projektami kosmicznymi w lotnictwie, zarządza projektami studenckimi. Studenci zwykle rozumieją koncepcje na wykładach, mówi, ale zastosowanie ich w czymś, co faktycznie tworzą, jest doświadczeniem otwierającym oczy. I to jest serce CDIO. Projekty zapewniają kontekst do nauczania wszystkich tych innych umiejętności, ale także zapewniają wzmocnienie i motywację do uczenia się umiejętności dyscyplinarnych, mówi Crawley.

W miarę postępów uczniów w programie nauczania projekty stają się coraz bardziej złożone. Podczas ostatnich trzech semestrów studenci mogą wybrać kurs projektowania zwieńczenia, który wymaga od nich integracji i zastosowania pełnej wiedzy z zakresu aeronautyki w jednym projekcie. Pierwszy taki projekt zwieńczenia został udoskonalony w ramach projektu na poziomie magisterskim, który zostanie przetestowany na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej w najbliższej przyszłości. Studenci zwieńczenia wymyślili, zaprojektowali i zbudowali to, co nazywali inteligentnymi sferami. Kule to trzy mikrosatelity wielkości piłki nożnej, które poruszają się na polecenie i można je zaprogramować do pracy razem lub w pojedynkę. Ostatnim zadaniem uczniów było przetestowanie sfer na samolocie NASA KC-135, który osiąga warunki lotu kosmicznego bliskie zera grawitacji, wykonując paraboliczne łuki. Uczniowie musieli ustalić, czy kule działają, a następnie przeprowadzić z nimi ograniczone eksperymenty. Wewnątrz stacji kosmicznej znajduje się laboratorium do testowania algorytmów dokowania satelitów i budowy dużych teleskopów w kosmosie.

Young pracuje również z uczniami, którzy w ramach zajęć pozalekcyjnych chcą budować i latać eksperymentami na KC-135. Tego lata zespół czterech uczniów przetestuje prototyp zamiennika przyrządów w kokpicie, który pomoże pilotom odzyskać siły po obrotach lub przeciągnięciach lub latać w złych warunkach pogodowych, reagując na wibracje w siedzeniach. W ramach innego projektu zespół studentów MIT współpracuje z grupami z Uniwersytetu Waszyngtońskiego i Uniwersytetu Queensland w Australii, aby przez trzy miesiące latać myszami na niskiej orbicie okołoziemskiej w obracającym się pojeździe symulującym grawitację na Marsie. Projekt, którego lot planowany jest na 2006 rok, pomoże ustalić, czy ludzie mogą podróżować na Marsa.

Aktywne uczenie się

Oprócz projektów, wydział MIT wprowadził nowe metody nauczania w klasie, które pomogą zapewnić, że uczniowie naprawdę zrozumieją treść swoich kursów. Te tak zwane aktywne metody uczenia się sprawiają, że studenci stają się uczestnikami własnej edukacji, a nie biernymi notatkami na tradycyjnych wykładach. Nie myślimy już o klasie jako miejscu, w którym przekazujesz uczniom informacje, a oni je wchłaniają, mówi Steven Hall '80, SM '82, ScD '85. 50-minutowy wykład to miejsce, w którym wykładowcy i studenci współpracują, aby pomóc studentom w nauce.

Hall zaczął eksperymentować z technikami aktywnego uczenia się w 1999 roku. Najbardziej udaną techniką były testy koncepcyjne. Raz lub dwa razy podczas zajęć Hall zada uczniom pytanie wielokrotnego wyboru, które da mu znać, czy rozumieją materiał. Uczniowie używają padów odpowiedzi na podczerwień, aby zarejestrować swoje odpowiedzi, które trafiają do komputera Halla. Niemal natychmiast może stwierdzić, czy klasa ma problem z koncepcją. Kiedy pierwszy raz zadałem pytanie, wydawało mi się, że uczniowie zrozumieli, ale odkryłem, że nikt w klasie nie wiedział, o czym mówię – mówi. Hall odpowiada na kilka sposobów, w zależności od tego, jaki procent klasy ma problemy. Czasami uczniowie rozmawiają ze sobą, aby sprawdzić, czy mogą to rozgryźć. Innym razem dodaje nawet cały dodatkowy wykład materiału, aby pomóc studentom zrozumieć.

Inną skuteczną metodą aktywnego uczenia się, z której korzysta Hall, są zabłocone karty. Pod koniec każdego wykładu prosi uczniów, aby zastanowili się nad tym, co omówili tego dnia i opisali na fiszkach materiał, który najmniej zrozumieli. Posiadanie kart to kolejny dylemat dla profesora. Czy idziesz do przodu, wykładasz więcej, dostarczasz kolejny zestaw materiałów, chowasz go i robisz lepiej w przyszłym roku? Rozwiązanie Halla polega na udzieleniu odpowiedzi na wszystkie pytania i opublikowaniu ich w witrynie internetowej klasy, która umożliwia zainteresowanym uczniom przeglądanie odpowiedzi bez obciążania innych uczniów w klasie. Karty służą również Hallowi do realnego celu: pomagają mu kształtować przyszłe wykłady.

Chociaż przejście od tradycyjnych wykładów do aktywnych metod uczenia się może być trudne dla wykładowców, Hall mówi, że ci, którzy z powodzeniem stosowali te techniki, twierdzą, że nigdy więcej nie będą uczyć w stary sposób. Jest tak wyraźnie lepszy, zarówno pod względem reakcji studentów, jak i doświadczenia na wydziale, mówi. Po prostu nie ma sensu wracać.

Szerzyć wieści

W 2000 roku MIT potrzebował znacznej dotacji na wdrożenie swojego eksperymentu w reformie edukacji. Fundacja Knuta i Alice Wallenbergów, szwedzka organizacja specjalizująca się w finansowaniu ważnych badań naukowych i edukacyjnych, przekazała fundusze z zastrzeżeniem, że MIT współpracuje z trzema szwedzkimi uniwersytetami ( zobacz Współpracownicy CDIO, pasek boczny ) w celu dopracowania i realizacji projektu. Ta współpraca szybko rozwinęła i wzbogaciła projekt oraz potwierdziła, że ​​CDIO może być stosowane w każdej dyscyplinie inżynierskiej na całym świecie.

Teraz przedstawiciele szkół spotykają się trzy razy w roku i dzielą się swoimi doświadczeniami z włączania umiejętności CDIO do swoich kursów. Uczniowie uczestniczą w spotkaniach, aby przekazać informację zwrotną wykładowcom i pracownikom oraz spotkać się we własnej grupie. Prowadzą również wspólne projekty badawcze dotyczące niektórych aspektów CDIO.

ukryć