211service.com
Ingenjörsutbildning reformerad
Efter att Berlinmuren föll, vilket signalerade slutet på det kalla kriget, visste Earll Murman, då chef för MIT Department of Aeronautics and Astronautics, att flygteknikens framtid skulle vara mycket annorlunda än dess förflutna. Det kalla kriget hade underblåst en 50-årig period av intensiv utveckling av flygplan, missiler, satelliter och rymdfarkoster i USA som syftade till att hålla koll på kommunistiska stater. Med kommunismens fall i Östeuropa och Sovjetunionen undrade Murman, skulle behovet av flygingenjörer i USA minska? Hur skulle avdelningen behöva anpassa sig för att vara livskraftig under eran efter kalla kriget? Jag visste att något måste förändras, men jag visste inte vad det var, minns han nu. Den frågan satte fakulteten på en 12-årig resa som har förändrat sättet att lära ut flygteknik vid MIT och vid andra universitet här och utomlands.
Resultatet av den resan är ett nytt konceptuellt ramverk för utbildning med fyra direktiv: tänka, designa, implementera, driva. Dess mål är att lära ingenjörsstudenter inte bara de tekniska grunderna i deras discipliner, utan också icke-tekniska färdigheter, såsom att arbeta i team, kommunicera genom skriftlig eller muntlig presentation och överväga deras arbete inom ramen för samhället och professionell etik. Istället för att betona analys och problemlösning i en teoretisk sfär, betonar klasserna nu teambaserade projekt där eleverna går igenom hela design-, design-, bygg- och driftcykeln. Reformen inom ingenjörsutbildningen sker bitvis över hela landet, men enligt projektledaren Ed Crawley '76, SM '78, ScD '81, är aero/astro den enda avdelningen som ändrar hela sin läroplan och gör design-and-building kretslopp genomgripande.
CDIO, som ramverket kallas, är resultatet av många undersökningar som institutionen genomförde på 1990-talet av industri- och regeringsledare, alumner och utbildare. Undersökningarna visade att framgången för komplexa flygteknikprojekt beror lika mycket på kritiskt tänkande och modellering som på förståelse för termodynamik. År 2000 blev CDIO ett internationellt samarbete: tre svenska universitet gick tillsammans med institutet för att hjälpa till att utveckla läroplanen, som implementerades hösten 2003 vid alla fyra lärosätena. Samarbetspartnerna för en dialog om vad som fungerar och vad som inte fungerar och fortsätter att förfina projektet. Att fastställa ytterligare medlemmar i samarbetet är en selektiv process som hanteras av de fyra grundande institutionerna. Nu, med fem nya medlemmar och många fler skolor som väntar i kulisserna på att gå med, är CDIO redo att spridas över världen.
Sakens hjärta
I det nya projektområdet i anslutning till biblioteket är eleverna samlade kring ett tiotal bord täckta med papper och modeller. Bullret låter mer som en konfab i studentcentret än en på en akademisk institution. Det är slutet av höstterminen och teamen skyndar sig att avsluta sina projekt. Studenter möter sitt första stora teamprojekt under våren andra året: de använder hela terminen för att utforma, designa och bygga fjärrstyrda flygplan. Sedan har teamen en tävling för att testa sin förmåga att köra de plan de har byggt. Peter Young ’67, som arbetat med rymdprojekt inom flygvapnet i 29 år, leder studentprojekten. Studenter brukar förstå begrepp i föreläsningarna, säger han, men att tillämpa dem i något som de faktiskt bygger är en ögonöppnande upplevelse. Och det är hjärtat i CDIO. Projekten tillåter sammanhanget för att lära ut alla dessa andra färdigheter men ger också en förstärkning och motivation för att lära sig disciplinära färdigheter, säger Crawley.
När eleverna går vidare genom läroplanen blir projekten mer komplexa. Under sina tre sista terminer kan studenterna välja att ta en designkurs som kräver att de integrerar och tillämpar sina fullständiga kunskaper om flygteknik i ett projekt. Det första sådana slutstensprojektet har förfinats genom ett projekt på forskarnivå som kommer att testas på den internationella rymdstationen inom en snar framtid. Capstone-studenterna tänkte ut, designade och byggde vad de kallade intelligenta sfärer. Sfärerna är tre mikrosatelliter i fotbollsstorlek som rör sig på kommando och kan programmeras att arbeta tillsammans eller ensamma. Elevernas sista uppgift var att testa sfärerna på NASA:s KC-135-plan, som uppnår nästan nollgravitationsförhållandena för rymdflygning genom att utföra paraboliska bågar. Eleverna fick konstatera att sfärerna fungerade och sedan köra några begränsade experiment med dem. Inne i rymdstationen finns ett laboratorium för att testa algoritmer för att docka satelliter och bygga stora teleskop i rymden.
Young arbetar också med elever som som fritidsaktivitet vill bygga och flyga experiment på KC-135. I sommar kommer ett team på fyra studenter att testa en prototyp av en ersättning för cockpitinstrument som hjälper piloter att återhämta sig från snurr eller stall eller flyga genom dåligt väder genom att reagera på vibrationer i sina säten. Ett annat projekt har ett team av MIT-studenter som arbetar med grupper från University of Washington och University of Queensland i Australien för att flyga möss i låg jordbana under tre månader i ett roterande fordon som simulerar gravitationen på Mars. Projektet, som är planerat att flyga 2006, kommer att hjälpa till att avgöra om människor kan resa till Mars.
Aktivt lärande
Utöver projekten har MIT-fakulteten introducerat nya klassrumsundervisningsmetoder som hjälper till att säkerställa att eleverna verkligen förstår innehållet i sina kurser. Dessa så kallade aktiva lärandemetoder gör studenterna till deltagare i sin egen utbildning istället för den traditionella föreläsningsklassens passiva anteckningsskrivare. Vi tänker inte längre på en klass som en plats där man berättar för eleverna information och de tar till sig den, säger Steven Hall ’80, SM ’82, ScD ’85. En 50-minuters föreläsning är en plats där lärare och studenter samarbetar för att hjälpa studenter att lära sig.
Hall började experimentera med aktiva inlärningstekniker 1999. Den mest framgångsrika tekniken har varit koncepttester. En eller två gånger under en lektion kommer Hall att ställa eleverna en flervalsfråga som låter honom veta om de förstår materialet. Eleverna använder infraröda svarsplattor för att registrera sina svar, som går in i Halls dator. Nästan omedelbart kan han se om klassen har problem med ett koncept. Första gången jag ställde en fråga trodde jag att eleverna förstod, men jag upptäckte att ingen i klassen visste vad jag pratade om, säger han. Hall svarar på ett par sätt, beroende på hur stor andel av klassen som har problem. Ibland låter han elever prata med varandra för att se om de kan komma på det. Vid andra tillfällen lägger han till så mycket som en hel extra föreläsning av material för att hjälpa eleverna att förstå.
En annan effektiv metod för aktiv inlärning Hall använder sig av är leriga kort. I slutet av varje föreläsning ber han eleverna att reflektera över vad de har tagit upp den dagen och beskriva på registerkort det material de minst förstått. Att ha korten utgör ett annat dilemma för en professor. Går du vidare, föreläser mer, tillhandahåller en annan uppsättning material, gömmer det och gör bättre nästa år? Halls lösning är att svara på alla frågor och lägga upp dem på klassens webbplats, vilket gör att elever som är intresserade kan bläddra igenom svaren utan att belasta andra elever i klassen. Korten tjänar också ett verkligt syfte för Hall: de hjälper honom att forma framtida föreläsningar.
Även om övergången från traditionella föreläsningar till aktiva inlärningsmetoder kan vara svår för fakulteten, säger Hall att de som framgångsrikt har använt teknikerna säger att de aldrig kommer att lära ut det gamla sättet igen. Det är så klart överlägset, både vad gäller studentreaktionen och fakultetsupplevelsen, säger han. Det är helt enkelt inte vettigt att gå tillbaka.
Sprider ordet
År 2000 behövde MIT ett betydande anslag för att genomföra sitt experiment i utbildningsreform. Knut och Alice Wallenbergs Stiftelse, en svensk organisation som specialiserat sig på att finansiera större vetenskaplig och pedagogisk forskning, försåg fonderna med att MIT samarbetar med tre svenska universitet ( se CDIO Collaborators, sidofältet ) för att förfina och genomföra projektet. Det samarbetet har avancerat och berikat projektet snabbt och har verifierat att CDIO kan tillämpas på alla ingenjörsdiscipliner världen över.
Nu träffas skolrepresentanter tre gånger om året och delar med sig av sina erfarenheter av att införliva CDIO-kunskaperna i sina kurser. Studenter deltar i mötena för att ge feedback till lärare och personal och för att träffas i sin egen grupp. De genomför också samarbetsprojekt om någon aspekt av CDIO.