Table of Contents

Введение: Инженерные лаборатории и аккредитация ABET

Инженерные лаборатории - это гораздо больше, чем комнаты, заполненные инструментами и испытательными стендами; они служат в качестве испытательной площадки, где теоретические принципы соответствуют эмпирической реальности. Для учреждений, осуществляющих аккредитацию от Совета по аккредитации для инженерных и технологических наук (ABET), качество и интеграция лабораторного опыта непосредственно влияют на то, получает ли программа и сохраняет ли она аккредитованный статус. Аккредитация ABET является золотым стандартом для инженерного образования в Соединенных Штатах и все более признается во всем мире. Она гарантирует студентам, работодателям и обществу, что выпускники освоили знания, навыки и профессиональные ценности, необходимые для поступления в инженерную рабочую силу. Лаборатории являются не только поддерживающими элементами, но и центральными для демонстрации того, что программа соответствует строгим критериям ABET для результатов обучения студентов, непрерывного совершенствования и практического опыта проектирования. Эта расширенная статья исследует многогранную роль инженерных лабораторий в достижении аккредитации ABET, исследует конкретные способы, которыми лабораторная деятельность согласуется с требованиями аккредитации, и предлагает конкретные лучшие практики для максимизации лабораторной эффективности.

Понимание аккредитации ABET

Аккредитация ABET является добровольным, рецензируемым процессом, который оценивает инженерные, вычислительные, технологические и прикладные научные программы. Для инженерных программ наиболее распространенными критериями являются те, которые определены Инженерной аккредитационной комиссией (EAC) ABET. Эти критерии охватывают восемь областей: студенты, образовательные цели программы, результаты обучения студентов, постоянное улучшение, учебная программа, преподаватели, объекты и институциональная поддержка. Среди них результаты студентов, возможно, являются наиболее важными, потому что они определяют, что выпускники должны знать и быть в состоянии сделать по завершении программы.

Текущие результаты обучения в ABET, обновленные в цикле аккредитации 2019-2020 годов, представляют собой семь широких заявлений (число от 1 до 7). Они включают: (1) способность выявлять, формулировать и решать сложные инженерные проблемы; (2) способность применять инженерное проектирование; (3) способность эффективно общаться; (4) способность распознавать этические и профессиональные обязанности; (5) способность функционировать в многопрофильных командах; (6) способность проводить эксперименты, анализировать и интерпретировать данные; и (7) способность приобретать новые знания по мере необходимости. Инженерные лаборатории являются естественными средами для решения результатов 1, 2, 6 и 7 непосредственно, и они способствуют результатам 3, 4 и 5 при правильной структуре.

Процесс аккредитации требует программ для определения, документирования и оценки этих результатов в течение непрерывного цикла улучшения. Доказательства достижений студентов могут поступать из экзаменов, проектных проектов, результатов лабораторных курсов и других прямых мер. Лаборатории предоставляют богатый источник таких доказательств, потому что они генерируют артефакты - отчеты об лабораториях, анализ данных, дизайн блокнотов и наблюдений - которые могут использоваться для оценки нескольких результатов одновременно.

Роль инженерных лабораторий

Инженерные лаборатории являются практическим костяком любой инженерной программы. Они предлагают опыт, который не может быть воспроизведен в лекционном зале, например, устранение неисправности цепи, калибровка датчика или наблюдение кривой напряжения-деформации материала с помощью универсальной испытательной машины. Эти практические действия развивают интуицию и суждение, которые определяют компетентного инженера. В контексте аккредитации ABET лаборатории выполняют несколько критических функций.

Рукоположение по применению теоретических знаний

Результат 1 ABET требует от программ обеспечения того, чтобы выпускники могли идентифицировать, формулировать и решать сложные инженерные проблемы. Лаборатории заставляют студентов противостоять беспорядочности реальных систем - шум, толерантность, человеческие ошибки, ограничения оборудования - и применять теоретические модели для прогнозирования и объяснения результатов. Например, в лаборатории механики жидкости студенты должны согласовать измеренные скорости потока с уравнением Бернулли, при учете потерь трения, задача, которая углубляет их понимание и создает ловкость решения проблем. Благодаря тщательно разработанным экспериментам лабораторные мероприятия предоставляют прямые доказательства того, что студенты могут выйти за рамки формульных расчетов для анализа, синтеза и оценки инженерных проблем.

Циклы проектирования и строительства и результат ABET 2

Результат 2 фокусируется на способности применять инженерный дизайн, включая разработку решений, которые отвечают определенным потребностям с учетом общественного здравоохранения, безопасности и благосостояния. Лаборатории идеально подходят для включения циклов проектирования-строительства-тестирования, где студенты должны не только планировать решение, но и строить, тестировать и повторять на основе данных о производительности. В контрольной инженерной лаборатории, например, студенты могут проектировать PID-контроллер, реализовывать его на физическом заводе, а затем совершенствовать параметры на основе характеристик переходного реагирования. Итеративный характер лабораторной работы непосредственно поддерживает обучение дизайну и обеспечивает оценочные результаты, такие как отчеты о дизайне, таблицы производительности и окончательные прототипы.

Экспериментальные навыки и интерпретация данных (Outcome 6)

В результате 6 четко указывается на способность проводить эксперименты, анализировать и интерпретировать данные и делать выводы. Это сердце традиционной лабораторной науки. Инженерные программы должны продемонстрировать, что студенты владеют экспериментальным дизайном, сбором данных, статистическим анализом и оценкой неопределенности. Лаборатории на каждом уровне, от вводных схем до старших проектов по кептоустойчивости, способствуют развитию этих навыков. Например, в лаборатории материалов студенты могут выполнять тесты на растяжение, вычислять механические свойства и обсуждать источники ошибок; старшая лаборатория по кептоустойчивости может потребовать от них разработать свой собственный эксперимент с нуля. Обзоры аккредитации ищут систематические карты учебных программ, показывающие, как лабораторный компонент каждого курса создает эти компетенции год за годом.

Постоянное совершенствование с использованием лабораторных данных

Одним из основных принципов ABET является систематический процесс непрерывного улучшения, часто называемый CQI (непрерывное улучшение качества). Лаборатории являются богатым источником данных оценки, которые могут быть возвращены в программу улучшения. Производительность студентов по лабораторным заданиям, частота ошибок в окончательных отчетах и даже тенденции отказа оборудования могут выявить пробелы в обучении, знаниях о предварительных условиях или распределении ресурсов. Например, если многие студенты в старшей лаборатории борются со статистическим анализом, программа может решить добавить короткий модуль в более ранний курс или создать добавку к лабораторным результатам. Связывая лабораторные результаты с результатами студентов на уровне программы, программы могут использовать результаты лаборатории в рамках своего ежегодного цикла CQI, демонстрируя посещающим команды ABET, что у них есть культура улучшения, основанная на данных.

Повышение профессиональных навыков (результаты 3, 4 и 5)

В то время как техническое мастерство имеет важное значение, ABET также ожидает, что выпускники будут эффективно общаться, понимать этические обязанности и функции в командах. Лаборатории являются микрокосмами профессиональной практики. Студенты часто работают в парах или небольших группах, требуя от них делегировать задачи, сообщать результаты и разрешать конфликты. Отчеты лаборатории требуют четкого, профессионального письма - часто зеркальные форматы, используемые в промышленности или исследованиях. Инструкции по безопасности, обсуждения этики (например, фальсификация данных, надлежащее цитирование) и размышления о социальном воздействии экспериментов также касаются результата 4. В продвинутых лабораториях студентам может потребоваться рассмотреть экологические правила или стандарты безопасности. Когда эти элементы намеренно интегрированы и оценены, лаборатории становятся мощными настройками для разработки всего инженера.

Поддержка старших проектов Capstone и дизайна

Кульминационный опыт проектирования, как правило, старший проект Capstone, часто лабораторно-интенсивный. Студенты должны интегрировать знания из нескольких курсов, проектировать решение, строить или имитировать его и тестировать его. ABET требует, чтобы этот Capstone был основан на знаниях и навыках, приобретенных в более ранних курсовых работах, и что он включает в себя соответствующие инженерные стандарты и реалистичные ограничения. Хорошо оборудованные лаборатории Capstone - с инструментами, такими как 3D-принтеры, осциллографы или лицензии на программное обеспечение - необходимы для того, чтобы позволить студентам производить функциональные, тестируемые прототипы. Лабораторная среда также предоставляет пространство для наставников, преподавателей и отраслевых консультантов для наблюдения и оценки компетенций студентов в реалистичных условиях.

Лучшие практики для лабораторной интеграции в аккредитованных ABET программах

Для максимального вклада лабораторий в аккредитацию ABET программы должны принимать систематический подход к проектированию, эксплуатации и оценке лабораторий. Следующие передовые методы используются учреждениями, которые успешно поддерживают аккредитацию, а также из собственных руководящих документов ABET.

Выравнивание лабораторной деятельности с результатами студентов

Каждое лабораторное упражнение должно иметь четкое отображение одного или нескольких результатов обучения ABET. Это выравнивание должно быть задокументировано в учебных программах курса, руководствах по лабораторным исследованиям и рубриках оценки. Например, лаборатория по отклонению луча может быть нацелена на результат 1 (формулирование проблемы) и результат 6 (интерпретация данных). Программы могут создать матрицу, которая показывает, где каждый результат вводится, практикуется и оценивается на всех лабораторных курсах. Это не только помогает преподавателям разрабатывать согласованные учебные программы, но и обеспечивает четкие доказательства во время посещений аккредитации. Простой способ начать - включить заявление «Охват результатов ABET» в верхней части каждой раздачи лаборатории.

Инвестируйте в современное оборудование и виртуальные ресурсы

Критерий оснащения ABET (критерий 6) требует, чтобы классные комнаты, лаборатории и связанное с ними оборудование были адекватными для поддержки образовательных целей и результатов. Это не означает, что каждая лаборатория должна иметь новейшее оборудование коммерческого класса; скорее, оно должно быть соответствующим, безопасным и обслуживаемым. Однако предоставление студентам доступа к современным инструментам и программному обеспечению (например, LabVIEW, MATLAB, COMSOL или промышленные инструкторы PLC) лучше готовит их к профессиональной практике. Кроме того, виртуальные и удаленные лаборатории стали ценными дополнениями, особенно для программ с ограниченным пространством или бюджетом. Онлайн-моделирование, дистанционно управляемые эксперименты и наборы данных из национальных лабораторий могут помочь обеспечить справедливый доступ. При правильном использовании виртуальные лаборатории могут по-прежнему соответствовать духу практического обучения ABET, если они требуют активного принятия решений и анализа.

Поезд факультета и преподавательских ассистентов в лаборатории педагогики

Эффективное лабораторное обучение требует больше, чем технический опыт; оно требует навыков в активном обучении, безопасности и оценке. Факультет должен получить обучение о том, как направлять обучение на основе запросов, как разрабатывать рубрики, которые захватывают мышление более высокого порядка, и как облегчить командную работу, не отдавая решений. Аспиранты часто проводят декламацию или лабораторные разделы, поэтому им нужны четкие ожидания, планы уроков и регулярное наставничество. Программы, которые инвестируют в обучение TA, сообщают о более высокой удовлетворенности студентов и лучших результатах обучения. Кроме того, участие преподавателей в лабораторной перепланировке - посещение семинаров по лабораторной оценке или возникающих педагогических дисциплинах, таких как «виртуальные лаборатории» или «перевернутые лаборатории» - поддерживает учебную программу свежей и согласованной с требованием непрерывного совершенствования ABET.

Поощряйте высокоэффективные практики: открытые и проектные лаборатории

В то время как лаборатории кулинарных книг (где студенты следуют фиксированной процедуре для проверки известного результата) имеют свое место, акцент ABET на дизайн и решение проблем поощряет переход к лабораторному опыту с открытым исходным кодом или на основе проекта. В лаборатории с открытым исходным кодом студентам дается цель (например, «спроектировать схему, которая усиливает сигнал 1 мВ на 100 при минимизации шума»), но не пошаговый рецепт. Они должны исследовать, выбирать компоненты, строить, тестировать и повторять. Это имитирует реальную инженерию и развивает инициативу и креативность, которые ищут результаты ABET. Такие лаборатории также генерируют более богатые данные оценки, потому что диапазон успеваемости студентов шире, позволяя факультету выявлять слабые места в обучении или предпосылках.

Регулярно оценивать и обновлять лабораторные эксперименты

Лабораторные учебные программы не должны быть статичными. Цикл непрерывного совершенствования ABET требует программ для закрытия цикла: сбор данных, оценка, внедрение изменений и переоценка. Для лабораторий это может означать пересмотр каждые два года: обучают ли эксперименты текущим навыкам? функциональные ли инструменты? Комментарии оценки студентов предполагают, что некоторые лаборатории сбивают с толку или не имеют отношения к делу? Программы также могут использовать прямые меры, такие как предварительные / послевкусные викторины, оценки лабораторных отчетов и даже концептуальные кадастры. Корректировки могут включать замену устаревшего эксперимента с химическим реактором на эксперимент, который использует УФ-спектроскопию или добавление модуля безопасности после инцидента. Документация этих изменений (например, протоколы заседаний комитета по учебной программе, обновленные рубрики) имеет решающее значение для обзора аккредитации.

Интеграция безопасности, этики и профессиональной практики

ABET требует, чтобы студенты были готовы к инженерной практике, которая включает понимание процедур безопасности и профессиональной этики. Лаборатории являются естественными местами для обучения и оценки этих. Лучшая практика заключается в том, чтобы потребовать от каждого студента пройти ориентацию безопасности (часто онлайн) перед входом в лабораторию, а затем иметь вопрос безопасности или контрольный список в рамках каждого эксперимента. Для этики лабораторная деятельность может включать в себя подсказки для размышления: «Как бы вы справились с ситуацией, когда ваш эксперимент, казалось, показал результат, которого вы не ожидали, но ваш партнер изменил данные?» Факультет также может включать отраслевые стандарты (например, ASTM, IEEE) в лабораторные записи, поэтому студенты учатся интерпретировать и применять их. Эти элементы не только удовлетворяют результатам 4 и 7, но и повышают возможности трудоустройства.

Использование отраслевых и общественных партнерств

Лаборатории могут быть усилены за счет партнерских отношений с промышленностью, национальными лабораториями и другими учреждениями. Например, лаборатория систем управления может использовать спонсируемое оборудование местной производственной компании, или программа гражданского строительства может сотрудничать с транспортным отделом для анализа реальных данных об отклонении моста. Такие партнерства часто приводят к гостевым лекциям, проектам Capstone и даже общим объектам. Они демонстрируют оценщикам ABET, что программа связана с практикой и что студенты подвергаются воздействию современных инженерных инструментов и проблем. Кроме того, они могут обеспечить внешнюю проверку результатов программы, поскольку обратная связь отрасли может использоваться в процессе непрерывного улучшения.

Заключение

Инженерные лаборатории необходимы для достижения и поддержания аккредитации ABET. Они предоставляют конкретные доказательства того, что студенты могут применять теоретические знания, проводить эксперименты, проектировать решения и эффективно общаться. Что более важно, они создают среду, где профессиональные навыки, такие как командная работа, этика и обучение на протяжении всей жизни, культивируются с помощью практической практики. Поскольку ABET продолжает обновлять свои критерии, чтобы отразить развивающуюся инженерную практику (например, включение науки о данных и устойчивости), лабораториям необходимо адаптироваться. Программы, которые рассматривают свои лаборатории как живые лаборатории для улучшения - регулярное обновление оборудования, согласование упражнений с результатами, обучение инструкторов и использование данных оценки - не только удовлетворят ABET, но и создадут выпускников, которые действительно готовы к вызовам современной инженерии. Инвестирование в лабораторную инфраструктуру и педагогику, следовательно, является инвестицией в успех аккредитации и, в конечном счете, в качество следующего поколения инженеров.

Для дальнейшего чтения см. официальные критерии ABET и ресурсы по лабораторной оценке: Критерии аккредитации ABET Дополнительное руководство по лабораторному проектированию можно найти через Образовательные ресурсы и IEEE по аккредитации.