Ingeniøruddannelsen reformeret

Efter at Berlinmuren faldt, hvilket signalerede afslutningen på den kolde krig, vidste Earll Murman, dengang leder af MIT Department of Aeronautics and Astronautics, at luftfartens fremtid ville være meget anderledes end dens fortid. Den Kolde Krig havde givet næring til en 50-årig periode med intens udvikling af fly, missiler, satellit og rumfartøjer i USA med det formål at holde styr på kommunistiske stater. Med kommunismens fald i Østeuropa og Sovjetunionen spekulerede Murman på, om behovet for luft- og rumfartsingeniører i USA ville falde? Hvordan skulle afdelingen tilpasse sig for at være levedygtig i æraen efter den kolde krig? Jeg vidste, at noget skulle ændre sig, men jeg vidste ikke, hvad det var, husker han nu. Det spørgsmål satte fakultetet på en 12-årig rejse, der har ændret den måde, der undervises i luftfart på MIT og på andre universiteter her og i udlandet.

Resultatet af denne rejse er en ny konceptuel ramme for uddannelse med fire direktiver: udtænke, designe, implementere, drive. Dens mål er at lære ingeniørstuderende ikke kun de tekniske grundlæggende principper for deres discipliner, men også ikke-tekniske færdigheder, såsom at arbejde i teams, kommunikere gennem skriftlig eller mundtlig præsentation og overveje deres arbejde inden for rammerne af samfundet og professionel etik. I stedet for at lægge vægt på analyse og problemløsning i et teoretisk område, lægger klasserne nu vægt på teambaserede projekter, hvor eleverne gennemgår hele koncept-, design-, bygge- og driftcyklussen. Reformen af ​​ingeniøruddannelserne sker stykkevis over hele landet, men ifølge projektdirektør Ed Crawley '76, SM '78, ScD '81, er aero/astro den eneste afdeling, der har ændret hele sin læseplan og lavet design-og-byg cyklus gennemgående.

CDIO, som rammen er kendt, er resultatet af adskillige undersøgelser, som afdelingen gennemførte i 1990'erne af industri- og regeringsledere, alumner og undervisere. Undersøgelserne viste, at succesen med komplekse luftfartsprojekter afhænger lige så meget af kritisk tænkning og modellering som af en forståelse af termodynamik. I 2000 blev CDIO et internationalt samarbejde: tre svenske universiteter sluttede sig til instituttet for at hjælpe med at udvikle læseplanen, som blev implementeret i efteråret 2003 på alle fire institutioner. Samarbejdspartnerne holder en dialog om, hvad der virker, og hvad der ikke gør, og fortsætter med at forfine projektet. Fastlæggelse af yderligere medlemmer af samarbejdet er en selektiv proces, der styres af de fire stiftende institutioner. Nu, med fem nye medlemmer og mange flere skoler, der venter i kulissen på at blive medlem, er CDIO klar til at sprede sig rundt i verden.

Sagens hjerte

I det nye projektområde ved siden af ​​biblioteket er eleverne samlet omkring et dusin borde dækket med papirer og modeller. Larmen lyder mere som en konfab i studentercentret end en på en akademisk afdeling. Det er slutningen af ​​efterårssemesteret, og holdene skynder sig at afslutte deres projekter. Studerende møder deres første store teamprojekt i foråret i deres andet år: de bruger hele semesteret til at udtænke, designe og bygge fjernstyrede fly. Derefter har holdene en konkurrence for at teste deres evne til at betjene de fly, de har bygget. Peter Young ’67, der har arbejdet med rumprojekter i luftvåbnet i 29 år, styrer elevprojekterne. Studerende forstår normalt begreber i forelæsningerne, siger han, men at anvende dem i noget, de rent faktisk bygger, er en øjenåbnende oplevelse. Og det er hjertet i CDIO. Projekterne tillader konteksten for undervisning i alle disse andre færdigheder, men giver også en forstærkning og motivation til at lære disciplinære færdigheder, siger Crawley.

Efterhånden som eleverne skrider frem gennem læseplanen, bliver projekterne mere komplekse. I løbet af deres sidste tre semestre kan studerende vælge at tage et hovedstensdesignkursus, der kræver, at de integrerer og anvender deres fulde viden om luftfart i et projekt. Det første af disse grundstensprojekter er blevet forfinet gennem et projekt på kandidatniveau, som vil blive testet på den internationale rumstation i den nærmeste fremtid. Capstone-eleverne udtænkte, designede og byggede, hvad de kaldte intelligente sfærer. Kuglerne er tre mikrosatellitter på størrelse med fodbold, der bevæger sig på kommando og kan programmeres til at arbejde sammen eller alene. Elevernes sidste opgave var at teste sfærerne på NASAs KC-135-fly, som opnår de næsten nul-tyngdekraftsforhold ved rumflyvning ved at udføre parabolske buer. Eleverne skulle konstatere, at sfærerne virkede og derefter køre nogle begrænsede eksperimenter med dem. Inde i rumstationen er et laboratorium til at teste algoritmer til docking af satellitter og bygning af store teleskoper i rummet.

Young arbejder også med elever, der som en fritidsaktivitet ønsker at bygge og flyve eksperimenter på KC-135. Til sommer vil et hold på fire studerende teste en prototype af en erstatning for cockpitinstrumenter, der vil hjælpe piloter med at komme sig efter spins eller stall eller flyve gennem dårligt vejr ved at reagere på vibrationer i deres sæder. Et andet projekt har et hold af MIT-studerende, der arbejder med grupper fra University of Washington og University of Queensland i Australien for at flyve mus i lav kredsløb om jorden i tre måneder i et roterende køretøj, der simulerer tyngdekraften på Mars. Projektet, som er planlagt til at flyve i 2006, vil hjælpe med at afgøre, om mennesker kan rejse til Mars.

Aktiv læring

Ud over projekterne har MIT-fakultetet introduceret nye klasseundervisningsmetoder, der vil hjælpe med at sikre, at de studerende virkelig forstår indholdet af deres kurser. Disse såkaldte aktive læringsmetoder gør eleverne til deltagere i deres egen uddannelse i stedet for den traditionelle forelæsningstimes passive notattagere. Vi tænker ikke længere på en klasse som et sted, hvor man fortæller eleverne information, og de absorberer den, siger Steven Hall ’80, SM ’82, ScD ’85. En 50-minutters forelæsning er et sted, hvor fakultetet og studerende samarbejder for at hjælpe eleverne med at lære.

Hall begyndte at eksperimentere med aktive læringsteknikker i 1999. Den mest succesrige teknik har været koncepttests. En eller to gange i løbet af en time vil Hall stille eleverne et multiple choice-spørgsmål, der vil fortælle ham, om de forstår materialet. Eleverne bruger infrarøde responspuder til at registrere deres svar, som går ind på Halls computer. Næsten øjeblikkeligt kan han se, om klassen har problemer med et koncept. Første gang jeg stillede et spørgsmål, troede jeg, at eleverne forstod, men jeg opdagede, at ingen i klassen vidste, hvad jeg snakkede om, siger han. Hall reagerer på et par måder, afhængigt af hvor stor en procentdel af klassen der har problemer. Nogle gange får han elever til at tale med hinanden for at se, om de kan finde ud af det. På andre tidspunkter tilføjer han så meget som en hel ekstra forelæsning af materiale for at hjælpe eleverne med at forstå.

En anden effektiv aktiv læringsmetode, Hall bruger, er mudrede kort. I slutningen af ​​hver forelæsning beder han eleverne reflektere over, hvad de har dækket den dag, og på kartotekskort beskrive det materiale, de mindst forstod. At have kortene udgør et andet dilemma for en professor. Går du videre, holder du flere foredrag, giver dig endnu et sæt materialer, gemmer det væk og gør det bedre næste år? Halls løsning er at besvare alle spørgsmålene og lægge dem op på klassens websted, hvilket giver elever, der er interesserede, mulighed for at gennemse svarene uden at belaste andre elever i klassen. Kortene tjener også et rigtigt formål for Hall: de hjælper ham med at forme fremtidige forelæsninger.

Selvom overgangen fra traditionelle forelæsninger til aktive læringsmetoder kan være svær for fakultetet, siger Hall, at de, der har brugt teknikkerne med succes, siger, at de aldrig vil undervise på den gamle måde igen. Det er så klart overlegent, både i forhold til de studerendes reaktion og i forhold til fakultetets oplevelse, siger han. Det giver bare ikke mening at gå tilbage.

Spreder Ordet

I 2000 havde MIT brug for et betydeligt tilskud til at implementere sit eksperiment i uddannelsesreform. Knut og Alice Wallenberg Foundation, en svensk organisation, der er specialiseret i at finansiere større videnskabelig og uddannelsesmæssig forskning, forsynede midlerne med den betingelse, at MIT samarbejder med tre svenske universiteter ( se CDIO Collaborators, sidebjælke ) for at forfine og implementere projektet. Dette samarbejde har avanceret og beriget projektet hurtigt og har bekræftet, at CDIO kan anvendes til enhver ingeniørdisciplin i hele verden.

Nu mødes skolerepræsentanter tre gange om året og deler deres erfaringer med at inkorporere CDIO-færdighederne i deres kurser. Studerende deltager i møderne for at give feedback til fakultetet og personalet og for at mødes i deres egen gruppe. De udfører også samarbejdsprojekter om nogle aspekter af CDIO.

skjule