211service.com
Gereformeerd technisch onderwijs
Nadat de Berlijnse Muur viel, het einde van de Koude Oorlog inluidend, wist Earl Murman, toenmalig hoofd van de MIT-afdeling Luchtvaart en Ruimtevaart, dat de toekomst van de luchtvaart heel anders zou zijn dan in het verleden. De Koude Oorlog had een periode van 50 jaar van intense ontwikkeling van vliegtuigen, raketten, satellieten en ruimtevaartuigen in de Verenigde Staten aangewakkerd om de communistische staten in de gaten te houden. Met de val van het communisme in Oost-Europa en de Sovjet-Unie, vroeg Murman zich af, zou de behoefte aan ruimtevaartingenieurs in de Verenigde Staten afnemen? Hoe zou de afdeling zich moeten aanpassen om levensvatbaar te zijn in het post-Koude Oorlog-tijdperk? Ik wist dat er iets moest veranderen, maar ik wist niet wat het was, herinnert hij zich nu. Die vraag zette de faculteit op een reis van 12 jaar die de manier waarop luchtvaart wordt onderwezen aan het MIT en aan andere universiteiten in binnen- en buitenland heeft veranderd.
Het resultaat van die reis is een nieuw conceptueel kader voor het onderwijs met vier richtlijnen: bedenken, ontwerpen, uitvoeren, opereren. Het doel is om technische studenten niet alleen de technische grondbeginselen van hun vakgebied bij te brengen, maar ook niet-technische vaardigheden, zoals werken in teams, communiceren door middel van schriftelijke of mondelinge presentaties en hun werk beschouwen in de context van de samenleving en professionele ethiek. In plaats van de nadruk te leggen op analyse en probleemoplossing in een theoretisch domein, leggen de lessen nu de nadruk op teamgebaseerde projecten waarin studenten de volledige cyclus van bedenken, ontwerpen, bouwen en bedienen doorlopen. Hervormingen in het technisch onderwijs vinden stapsgewijs plaats in het hele land, maar volgens projectdirecteur Ed Crawley '76, SM '78, ScD '81 is aero/astro de enige afdeling die het hele curriculum verandert en de ontwerp-en-bouw cyclus doordringend.
CDIO, zoals het raamwerk bekend staat, is het resultaat van talrijke onderzoeken die de afdeling in de jaren negentig heeft uitgevoerd onder industrie- en regeringsleiders, alumni en opvoeders. Uit de onderzoeken bleek dat het succes van complexe luchtvaartprojecten evenzeer afhangt van kritisch denken en modelleren als van een goed begrip van thermodynamica. In 2000 werd CDIO een internationale samenwerking: drie Zweedse universiteiten sloten zich bij het Instituut aan om het curriculum te helpen ontwikkelen, dat in de herfst van 2003 bij alle vier de instellingen werd geïmplementeerd. De medewerkers onderhouden een dialoog over wat werkt en wat niet en blijven het project verfijnen. Het bepalen van extra leden van de samenwerking is een selectief proces dat wordt beheerd door de vier oprichtende instellingen. Nu, met vijf nieuwe leden en nog veel meer scholen die in de coulissen wachten om lid te worden, is CDIO klaar om zich over de hele wereld te verspreiden.
De kern van de zaak
In de nieuwe projectruimte naast de bibliotheek zitten studenten rond een tiental tafels met papieren en maquettes. Het geluid klinkt meer als dat van een confab in het studentencentrum dan die van een academische afdeling. Het is het einde van het herfstsemester en de teams haasten zich om hun projecten af te maken. Studenten ontmoeten hun eerste grote teamproject in de lente van hun tweede jaar: ze gebruiken het hele semester om op afstand bestuurbare vliegtuigen te bedenken, ontwerpen en bouwen. Daarna houden de teams een wedstrijd om te testen of ze de door hen gebouwde vliegtuigen kunnen besturen. Peter Young '67, die 29 jaar aan ruimteprojecten bij de luchtmacht werkte, leidt de studentenprojecten. Meestal begrijpen studenten concepten in de colleges, zegt hij, maar het toepassen ervan in iets dat ze daadwerkelijk bouwen, is een eye-opener ervaring. En dat is het hart van CDIO. De projecten bieden de context voor het aanleren van al deze andere vaardigheden, maar bieden ook een versterking en motivatie voor het aanleren van disciplinaire vaardigheden, zegt Crawley.
Naarmate studenten door het curriculum vorderen, worden de projecten complexer. Tijdens hun laatste drie semesters kunnen studenten ervoor kiezen om een capstone-ontwerpcursus te volgen waarbij ze hun volledige kennis van luchtvaart in één project moeten integreren en toepassen. Het eerste dergelijke sluitstukproject is verfijnd door middel van een project op graduaatniveau dat in de nabije toekomst zal worden getest op het internationale ruimtestation. De deksteenstudenten bedachten, ontwierpen en bouwden wat zij intelligente sferen noemden. De bollen zijn drie microsatellieten ter grootte van een voetbal die op commando bewegen en kunnen worden geprogrammeerd om samen of alleen te werken. De laatste taak van de studenten was om de bollen te testen op NASA's KC-135-vliegtuig, dat de bijna-zwaartekrachtvoorwaarden van ruimtevluchten bereikt door parabolische bogen uit te voeren. De studenten moesten vaststellen dat de bollen werkten en er vervolgens een aantal beperkte experimenten mee uitvoeren. In het ruimtestation bevindt zich een laboratorium om algoritmen te testen voor het koppelen van satellieten en het bouwen van grote telescopen in de ruimte.
Young werkt ook met studenten die als buitenschoolse activiteit experimenten willen bouwen en vliegen op de KC-135. Deze zomer zal een team van vier studenten een prototype testen van een vervanging voor cockpitinstrumenten die piloten zullen helpen herstellen van spins of stallen of door slecht weer te vliegen door te reageren op trillingen in hun stoelen. Een ander project heeft een team van MIT-studenten die samenwerken met groepen van de Universiteit van Washington en de Universiteit van Queensland in Australië om muizen gedurende drie maanden in een lage baan om de aarde te laten vliegen in een roterend voertuig dat de zwaartekracht op Mars simuleert. Het project, dat in 2006 moet vliegen, zal helpen bepalen of mensen naar Mars kunnen reizen.
Actief leren
Naast de projecten heeft de MIT-faculteit nieuwe lesmethoden in de klas geïntroduceerd die ervoor zullen zorgen dat studenten de inhoud van hun cursussen echt begrijpen. Deze zogenaamde actieve leermethoden maken studenten deelnemers aan hun eigen onderwijs in plaats van de passieve notulisten van het traditionele college. We zien een klas niet langer als een plek waar je studenten informatie vertelt en ze absorberen het, zegt Steven Hall '80, SM '82, ScD '85. Een lezing van 50 minuten is een plek waar docenten en studenten samenwerken om studenten te helpen leren.
Hall begon in 1999 te experimenteren met actieve leertechnieken. De meest succesvolle techniek waren concepttests. Een of twee keer tijdens een les zal Hall de studenten een meerkeuzevraag stellen die hem laat weten of ze de stof begrijpen. Studenten gebruiken infrarood responspads om hun antwoorden te registreren, die naar de computer van Hall gaan. Vrijwel direct ziet hij of de klas moeite heeft met een concept. De eerste keer dat ik een vraag stelde, dacht ik dat de leerlingen het begrepen, maar ik ontdekte dat niemand in de klas wist waar ik het over had, zegt hij. Hall reageert op een aantal manieren, afhankelijk van welk percentage van de klas problemen heeft. Soms laat hij leerlingen met elkaar praten om te kijken of ze er uit kunnen komen. Op andere momenten voegt hij zelfs een hele extra les materiaal toe om de studenten te helpen het te begrijpen.
Een andere effectieve actieve leermethode die Hall gebruikt, zijn modderige kaarten. Aan het einde van elk college vraagt hij de studenten om na te denken over wat ze die dag hebben behandeld en om op indexkaarten de stof te beschrijven die ze het minst begrepen. Het hebben van de kaarten vormt een ander dilemma voor een professor. Ga je verder, geef je meer les, zorg je voor een andere set materialen, stop je het weg en doe je het volgend jaar beter? De oplossing van Hall is om alle vragen te beantwoorden en ze op de klaswebsite te plaatsen, zodat leerlingen die geïnteresseerd zijn door de antwoorden kunnen bladeren zonder andere leerlingen in de klas te belasten. De kaarten hebben ook een echt doel voor Hall: ze helpen hem toekomstige lezingen vorm te geven.
Hoewel de overgang van traditionele colleges naar actieve leermethoden moeilijk kan zijn voor docenten, zegt Hall dat degenen die de technieken met succes hebben gebruikt, zeggen dat ze nooit meer op de oude manier les zullen geven. Het is zo duidelijk superieur, zowel wat betreft de reactie van de studenten als de ervaring van de faculteit, zegt hij. Het heeft gewoon geen zin om terug te gaan.
Het woord verspreiden
In 2000 had MIT een aanzienlijke subsidie nodig om zijn experiment in onderwijsvernieuwing uit te voeren. De Knut and Alice Wallenberg Foundation, een Zweedse organisatie die gespecialiseerd is in het financieren van groot wetenschappelijk en onderwijskundig onderzoek, heeft de fondsen verstrekt met de voorwaarde dat MIT samenwerkt met drie Zweedse universiteiten ( zie CDIO Medewerkers, zijbalk ) om het project te verfijnen en uit te voeren. Die samenwerking heeft het project snel gevorderd en verrijkt en heeft geverifieerd dat CDIO kan worden toegepast op elke technische discipline wereldwijd.
Nu komen schoolvertegenwoordigers drie keer per jaar bijeen en delen hun ervaringen met het integreren van de CDIO-vaardigheden in hun cursussen. Studenten wonen de vergaderingen bij om feedback te geven aan docenten en personeel en om in hun eigen groep te vergaderen. Ze voeren ook gezamenlijke onderzoeksprojecten uit over een bepaald aspect van CDIO.