مقدمة: مختبرات هندسية واعتمادات ABET

والمختبرات الهندسية هي أكثر بكثير من الغرف المليئة بالصكوك والخيوط الاختبارية؛ وهي بمثابة الأساس الذي يُثبت فيه أن المبادئ النظرية تفي بالواقع العملي؛ وبالنسبة للمؤسسات التي تتابع اعتمادها من مجلس الاعتماد للهندسة والتكنولوجيا، فإن نوعية وتكامل التجارب المختبرية تؤثر بشكل مباشر على ما إذا كان البرنامج يحصل على المركز المستقر ويحتفظ به، فإن اعتماد نظام التعليم والتدريب المهني هو المعيار الذهبي للتعليم الهندسي في الولايات المتحدة، ويتزايد الاعتراف به في جميع أنحاء العالم.

فهم اعتماد نظام ABET

أما اعتماد المعهد الوطني للإحصاء فهو عملية طوعية تخضع لاستعراض الأقران وتقيم برامج الهندسة والحساب والتكنولوجيا والعلوم التطبيقية، أما بالنسبة للبرامج الهندسية، فإن المعايير الأكثر شيوعا هي المعايير التي تحددها لجنة الاعتماد الهندسية التابعة للرابطة، وهذه المعايير تشمل ثمانية مجالات هي: الطلاب، والأهداف التعليمية للبرامج، ونتائج الطلاب، والتحسين المستمر، والمنهج الدراسي، والكلية، والمرافق، والدعم المؤسسي.

(أ) نتائج الطلاب الحالية، التي استكملت في دورة الاعتماد 2019-2020، هي سبعة بيانات عامة (رقمها 1 إلى 7) تشمل: (1) القدرة على تحديد المشاكل الهندسية المعقدة وصياغتها وحلها؛ (2) القدرة على تطبيق التصميم الهندسي؛ (3) القدرة على التواصل بفعالية؛ (4) القدرة على الاعتراف بالمسؤوليات الأخلاقية والمهنية؛ (5) القدرة على العمل في الأفرقة المتعددة التخصصات؛ (6) القدرة على إجراء التجارب و 7 نتائج هندسية مهيكلة وتفسيرية؛ (7) النتائج الجديدة؛

وتتطلب عملية الاعتماد برامج لتحديد هذه النتائج وتوثيقها وتقييمها على مدى دورة التحسين المستمر، ويمكن أن تأتي الأدلة على إنجاز الطلاب من الامتحانات، ومشاريع التصميم، والأداء في دورات المختبرات، وغير ذلك من التدابير المباشرة، وتوفر المختبرات مصدرا غنيا لهذه الأدلة لأنها تنتج تقارير عن المصنوعات، وتحليلات البيانات، ومذكرات التصميم، والملاحظات التي يمكن استخدامها لتقييم النتائج المتعددة في آن واحد.

دور المختبرات الهندسية

والمختبرات الهندسية هي العمود الفقري العملي لأي من المناهج الهندسية، فهي توفر خبرات لا يمكن تكرارها في قاعة محاضرات، مثل اضطرابات تحطيم دائرة معطلة، أو فرز جهاز استشعار، أو مراقبة منحنى ضغط مادة تستخدم آلة اختبار عالمية، وهذه الأنشطة العملية تطور الحس والحكم اللذين يحددان مهندساً كفؤاً، وفي سياق اعتماد نظام ABET، تخدم المختبرات عدة وظائف حاسمة.

تطبيق المعارف النظرية

وتطالب نتائج المعهد الدولي لتحصين الأطفال في مرحلة الطفولة المبكرة بتنفيذ برامج تكفل إمكانية قيام الخريجين بتحديد المشاكل الهندسية المعقدة وصياغة هذه المشاكل وحلها، وتجبر المختبرات الطلاب على مواجهة الفوضى التي تكتنف النظم الحقيقية، والتسامح، والخطأ الإنساني، والقيود المفروضة على المعدات، وتطبيق نماذج نظرية للتنبؤ بالنتائج وتفسيرها، وعلى سبيل المثال، في مختبر ميكانيكي السوائل، أن يطابق الطلاب معدلات التدفق المقيسة مع معادلة برنولية، بينما يقدموا في الوقت نفسهم مشاكل هندسة.

Cycles Design-Build- experiment and ABET Outcome 2

وتركز النتيجة 2 على القدرة على تطبيق التصميم الهندسي، بما في ذلك وضع حلول تلبي الاحتياجات المحددة مع مراعاة الصحة العامة والسلامة والرفاه، فالمختبرات مثالية لإدراج دورات اختبار التصميم، حيث يجب على الطلاب أن يخططوا لحل فحسب، بل أن يصمموا أيضاً تقارير عن الأداء استناداً إلى بيانات الأداء، وفي مختبر للضوابط، على سبيل المثال، قد يصمم الطلاب جهازاً لمراقبة المبيدات، وينفذونه على نموذج أولي، ثم يُعدّل معايير الأداء.

المهارات التجريبية وتفسير البيانات (النتيجة 6)

وتوضح النتيجة ٦ بوضوح القدرة على إجراء التجارب وتحليل البيانات وتفسيرها واستخلاص النتائج، وهذا هو جوهر علوم المختبرات التقليدية، ويجب أن تبين البرامج الهندسية أن الطلاب يتقنون التصميم التجريبي، وجمع البيانات، والتحليل الإحصائي، وتقييم عدم اليقين، وأن المختبرات على كل مستوى، من الدوائر التمهيدية إلى مشاريع كبار الحجر، قد تسهم في التقدم المفاجئ في هذه المهارات.

مواصلة تحسين استخدام البيانات المختبرية

ومن بين المبادئ الأساسية التي وضعتها الشركة عملية تحسين منهجية، كثيرا ما تسمى " CQI " (تحسين مستمر في الجودة) والمختبرات مصدر غني لبيانات التقييم التي يمكن إرجاعها إلى تحسين البرامج، ويمكن أن يؤدي أداء الطلاب في مهام المختبر، ومعدلات الأخطاء في التقارير النهائية، وحتى اتجاهات فشل المعدات إلى كشف الثغرات في التعليم أو المعارف المسبقة أو تخصيص الموارد، وعلى سبيل المثال، إذا كان العديد من الطلاب في برامج مختبرية قصيرة مع تحليل إحصائي.

تعزيز المهارات المهنية (النتائج 3 و 4 و 5)

وفي حين أن المناقصات التقنية ضرورية، فإن المعهد يتوقع أيضاً من الخريجين أن يتواصلوا على نحو فعال وأن يفهموا المسؤوليات الأخلاقية وأن يعملوا على الأفرقة، فالمختبرات هي ميكروفوس من الممارسات المهنية، وكثيراً ما يعمل الطلاب في أزواج أو مجموعات صغيرة، ويشترط عليهم تفويض المهام، ويرسلون النتائج، ويحلون النزاعات، ويطالبون في تقارير المختبرات بأشكال واضحة ومناسبة من الكتابة تستخدم في الصناعة أو البحوث.

دعم مشاريع كابستون وتصميم كبار السن

وكثيرا ما تكون تجربة التصميم المتوجة، التي عادة ما تكون في مشروع كابستون الأقدم، كثيفة المختبرات، ويجب على الطلاب أن يدمجوا المعارف المستمدة من دورات متعددة وأن يصمموا حلا أو يبنوه أو يحاكيونه، وأن يختبروه، ويشترط أن يستند هذا الحجر إلى المعارف والمهارات المكتسبة في مراحل سابقة، وأن يتضمن معايير هندسية ملائمة وقيود واقعية.

أفضل الممارسات للتكامل المختبري في البرامج المعتمدة

ومن أجل زيادة مساهمة المختبرات في اعتماد نظام المعلومات الإدارية المتكامل، ينبغي أن تعتمد البرامج نهجاً منهجياً في تصميم المختبرات وتشغيلها وتقييمها، وتستمد أفضل الممارسات التالية من المؤسسات التي تحافظ بنجاح على الاعتماد، وكذلك من وثائق التوجيه الخاصة بمؤسسة ABET.

الأنشطة المختبرية الخفية مع نتائج الطلبة

وينبغي أن يكون لكل عملية مختبرية رسم خرائط واضحة لإحدى أو أكثر من نتائج الطلاب في الرابطة الأوروبية للطلاب، وينبغي توثيق هذه المواءمة في سياقات سيلابي، وكتيبات المختبرات، ورواسب التقييم، مثلا، يمكن للمختبر المعني بفك الرواسب أن يستهدف النتيجة 1 (الصياغة النهائية) والنتيجة 6 (تفسير البيانات) ويمكن أن تخلق البرامج مصفوفة تبين أين يتم إدخال كل نتيجة، وممارسة، وتقييمها في جميع المناهج الدراسية للمختبرات.

الاستثمار في المعدات الحديثة والموارد الافتراضية

ويقتضي معيار المرافق (الإقليم 6) أن تكون الفصول والمختبرات والمعدات المرتبطة بها كافية لدعم الأهداف والنتائج التعليمية، وهذا لا يعني أن كل مختبر يجب أن يكون له أحدث معدات تجارية، بل يجب أن يكون ملائما ومأمونا ومستمرا، غير أن إتاحة إمكانية وصول الطلاب إلى الأجهزة الحديثة والبرامجيات (مثلا، فإن المختبرات المكملة للمختبرات المتعددة الأطراف والمتعدّلة، أو برامج التدريب المهني على استخدام الحاسوب، أو تدريب المدربين على استخدام الحاسوب).

كلية التدريب ومساعدو التعليم في المختبرات

ويتطلب التعليم الفعال للمختبر أكثر من الخبرة التقنية؛ وهو يتطلب مهارات في التعلم النشط والسلامة والتقييم، وينبغي أن تتلقى الكلية التدريب على كيفية توجيه التعلم القائم على التحقيق، وكيفية تطوير الأنقاض التي تستوعب التفكير العالي، وكيفية تيسير العمل الجماعي دون تقديم حلول، وكثيراً ما يدير مساعدو التعليم العالي أقساماً للترويح أو للمختبرات، وبالتالي يحتاجون إلى توقعات واضحة، وخطط للدروس، وحلقات عمل إرشادية منتظمة.

تشجيع الممارسات ذات الأثر العالي: المختبرات المفتوحة والقائمة على المشاريع

وفي حين أن مختبرات الكوكائين (حيث يتبع الطلاب إجراء ثابتا للتحقق من النتيجة المعروفة) لها مكانها، فإن تركيز الرابطة على التصميم وحل المشاكل يشجع على التحول نحو تجارب مختبرية مفتوحة أو قائمة على المشاريع، وفي مختبر مفتوح العضوية، يُمنح الطلاب هدفا (مثل " تصميم دائرة تُعد إشارة واحدة على بعد متر واحد على أن تُحدِّد في الوقت نفسه الضوضاء الواقعية " ).

إجراء تقييم منتظم للخبرات المختبرية وتحديثها

ولا ينبغي أن تكون المناهج الدراسية ثابتة، إذ أن دورة التحسين المستمر التي تضطلع بها المؤسسة تتطلب برامج لإغلاق الحلقة: جمع البيانات، وتقييم التغييرات، وإعادة تقييمها، وقد يعني ذلك بالنسبة للمختبرات استعراض كل سنتين: هل لا تزال التجارب تدرس المهارات الحالية؟ وهل لا تزال الأدوات صالحة؟ وهل تشير تعليقات تقييم الطلبة إلى أن بعض المختبرات ملتوية أو غير ذات صلة؟ ويمكن للبرامج أيضا أن تستخدم نماذج تحليلية للتوثيق قبل/الاختبار.

تكامل السلامة والأخلاقيات والممارسات المهنية

وتقتضي مبادرة " إي بي إي " إعداد الطلاب لممارسة هندسية تشمل فهم إجراءات السلامة والأخلاقيات المهنية، فالمختبرات هي أماكن طبيعية لتعليم وتقييم هذه الممارسات، وأفضل الممارسات هو أن تُلزم كل طالب بإكمال توجه الأمان (في كثير من الأحيان على الإنترنت) قبل دخول المختبر، ثم يكون لديه سؤال أو قائمة مرجعية في إطار كل تجربة، أما بالنسبة للأخلاقيات، فإن أنشطة المختبر يمكن أن تشمل عوامل التفكير: " كيف ستتعامل مع حالة بدا أن تجربتك تؤدي إلى تحقيق نتيجة لا تُ.

الشراكات في مجال الصناعة والمجتمع

ويمكن تعزيز المختبرات من خلال الشراكات مع الصناعة والمختبرات الوطنية وغيرها من المؤسسات، فعلى سبيل المثال، يمكن لمختبر نظم الرقابة أن يستخدم معدات مشرفة من شركة تصنيع محلية، أو أن يكون برنامج هندسية مدني قد يشرك في إدارة نقل لتحليل بيانات تصفية الجسور في العالم الحقيقي، وكثيرا ما تؤدي هذه الشراكات إلى محاضرات للضيوف، ومشاريع لمسح الأحجار، بل وحتى المرافق المشتركة، كما أنها تدل على أن البرنامج مقيِّمين معتمدين على أدوات مُعدَّمة.

خاتمة

والمختبرات الهندسية لا غنى عنها في تحقيق الاعتماد والحفاظ عليه، وهي توفر الدليل العملي على أن الطلاب يمكنهم تطبيق المعارف النظرية، وإجراء التجارب، والتصميم، والتواصل بفعالية، والأهم من ذلك أنها تهيئ بيئة تزرع فيها المهارات المهنية مثل العمل الجماعي، والأخلاقيات، والتعلم مدى الحياة من خلال الممارسة العملية، وبما أن الشركة تواصل تحديث معاييرها لتعكس تطور الممارسة الهندسية (مثلاً، إدماج علوم البيانات واستدامتها) فإن المختبرات تحتاج إلى التحديث.

لمزيد من القراءة، يمكن العثور على إرشادات إضافية بشأن تصميم المختبرات من خلال جمعية الأمريكيين للمهندسين الميكانيكيين (ASME) الموارد التعليمية والمواد